1. Co to jest warstwa oktaedryczna, a co tetraedryczna w strukturze minerałów ilastych?

Podstawowymi elementami strukturalnymi warstwy tetraedrycznej są czworościany krzemowotlenowe

połączone ze sobą narożami, a warstwy oktaedrycznej ośmiościany metalo-tlenowowodorotlenowe

połączone między sobą krawędziami. Warstwy tetraedryczne skierowane są

wystającymi wierzchołkami do środka pakietu. Aniony tlenu - wspólne dla obu warstw - otaczają

razem z grupami wodorotlenowymi kationy glinu, tworząc ośmiościany warstwy oktaedrycznej.

Warstwy w pakiecie połączone są silnymi wiązaniami jonowo-atomowymi. W warstwach

oktaedrycznych montmorillonitu mogą zachodzić podstawienia izomorficzne glinu przez kationy o

niższej wartościowości. Na skutek tych podstawień powstaje nadmiar ładunku ujemnego, który

lokalizuje się na powierzchniach pakietów. Ten ujemny ładunek równoważony jest przez kationy

adsorbowane w przestrzeni międzypakietowej. Ponieważ pole elektrostatyczne pakietu jest słabe,

kationy te są łatwo wymienialne. Pojedyncza cząstka montmorillonitu ma postać płytki o grubość 1

nm (10-9) i pozostałych wymiarach rzędu 0,2 - 2 μm (10-6).

2. Scharakteryzować strukturę illitu.

Grupa illitu występuje w pakietach trójwarstwowych podobnie jak montmorillonit.

W illicie, w warstwach tetraedrycznych jony krzemu zastępowane są przez jony glinu co

powoduje naładowanie ujemne powierzchni pakietu (Si+4 → Al.+3). W warstwie oktaedrycznej

mogą wystąpić również podstawienia (Al.+3 → Fe+3, Fe+2, Mg+2). Na powierzchni cząstek illitu

mogą gromadzić się kationy K+, Ca+2, Mg+2 lub dipole wodne, rzadko H+. To daje możliwość na

połączenie ze sąsiednim pakietem, wiązaniem jonowy. Illity wykazują hydrofilność pośrednią

pomiędzy kaolinitem, a montmorillonitem. Spotykamy illit we wszystkich osadach morskich.

3. Scharakteryzować strukturę kaolinitu.

Grupa kaolinitu występuje w pakietach 2-warstwowych – warstwa tetraedryczna i

oktaedryczna.

Warstwa oktaedryczna połączona jest z tetraedryczną silnymi wiązaniami jonowo-atomowymi.

Pomiędzy sąsiednimi pakietami istnieją wiązania wodorowe. Te rodzaj wiązania sprawia, że

woda nie dostaje się do wewnątrz pakietu tylko zwilża jego powierzchnię. Grunty te

charakteryzują się małą hydrofilnością, słabym pęcznieniem oraz małą ściśliwością.

Występują głównie w sąsiedztwie osadów pochodzenia organicznego, gdyż kaolinit powstaje

w wyniku rozpadu skaleni w środowisku kwaśnym:

2K2Al2Si6O16 + 4H2O + 2CO2 → Al4Si4O11(OH)8 + 2K2CO3 + 8SiO2

Kaolinit występuje: w karbońskich iłołupkach ogniotrwałych, triasowych, jurajskich, kredowych

i trzeciorzędowych iłów ogniotrwałych i kaolinów.

4. Scharakteryzować strukturę montmorillonitu.

Grupa montmorillonitu występuje w pakietach 3-warstwowych: tetraedryczno-oktaedryczna i

tetraedryczna.

Powierzchnie elementarne montmorillonitu otoczone są atomami tlenu. Występuje

podstawienie w warstwie oktaedrycznej jonów Al.+3 na jony Mg+2, Fe+2, Zn+2, Li+2. Powoduje to

naładowanie ujemne i odpychanie się cząsteczek. W przestrzenie międzycząsteczkowe wnika

woda. Montmorillonit jest produktem wietrzenia tufów wulkanicznychw środowisku

zasadowym i silnie zasolonym.

Spotkamy go w niektórych iłołupkach karbońskich, kredowych i paleogeńskich, w iłach

oligoceńskich okolic Szczecina, mioceńskich – Zapadliska Przedkarpackiego i w niektórych

iłach Pliocenu.

5. Dlaczego minerały posiadające dużą ilość jonów wymiennych w warstwie oktaedrycznej przejawiają dużą skłonność do wchłaniania wody?

Skłonność do wchłaniania wody przez minerały związane jest z kompleksem sorpcyjnym, budowa krystaliczną minerałów. Minerały zawierające w kompleksie kationy dwu- i trój-wartościowe wchłaniają wodę znacznie słabiej niż minerały zawierające kationy jednowartościowe (np. sód). Minerały charakteryzujące się ruchoma siecią krystaliczną wykazują większą zdolność do pochłaniania wody. Pakiety są ze sobą słabo powiązane co ułatwia wnikanie wody i znacznej ilości kationów w przestrzenie miedzy pakietowe. Jony występujące na granicznej powierzchni cząstek są nie zrównoważone od zewnątrz dążą wiec do połączenia się z jonami lub … wodnymi

ustawiającymi cząstki odwrotnymi znakami niż jony na powierzchni.

6. W jaki sposób budowa geologiczna i zjawiska geologiczno-dynamiczne wpływały na występowanie minerałów ilastych w skałach?

Minerały ilaste są produktem wietrzenia chemicznego skaleni i mik( w środowisku zasadowym lub kwaśnym). Montmorylonit występuje w wyniku wietrzenia tuftów wulkanicznych w środowisku alkaicznym i silnie zasadowym. Kaolinit w wyniku wietrzenia chemicznego skaleni (ortoklazu) w środowisku kwaśnym. Illit powstaje w skutek wietrzenia skaleni i innych glinokrzemianów. Kaolinit powstaje w miejscu wietrzenia skał zasobnych w glinokrzemiany( granitów, gnejsów). Montmorylonity powstają w skutek podmorskiego wietrzenia szkliwa magmowego i tufów wulkanicznych.

7. Co rozumiemy pod pojęciem tiksotropii?

Tiksotropia – jest to zjawisko w którym pewne układy koloidalne zmieniają się pod wpł. działania mechanicznego (wibracji, wstrząsów, mieszania, ultradźwięków itp.) w ciecz, a po ustaniu oddziaływań, po pewnym czasie znowu wracają do stanu stałego. Wiłun twierdzi, że własności tiksotropowe mają grunty zawierające cząstki iłowe o rozmiarach koloidów 0.0002 mm, mimo że szkielet tych gruntów może składać się z cząstek pyłowych i ziarn drobnego piasku.

8. W jaki sposób zawartość minerałów ilastych w gruntach budowlanych determinuje ich własności fizyczne i mechaniczne?

Występowanie minerałów ilastych decyduje o:

· Spoistości gruntu oraz ich wrażliwości

· Zdolności do pęcznienia gruntów jest uzależniona od zawartości frakcji iłowej, pęcznienie jest bowiem wynikiem wiązania wody przez cząstki iłowe, pęcznienie wzrasta wraz ze wzrostem zawartości w nich frakcji iłowej.

· Zawartość frakcji iłowej wpływa także na wł. mechaniczne gruntu; grunty spoiste mają wytrzymałość na ścinanie, zależy od spoistości gruntu.

· Zawartość f. iłowej decyduje o spoistości gruntu(im więcej f. iłowej tym spoistość jest większa)

-mało spoiste

- średnio spoiste

-zwięzło spoiste

-bardzo spoiste

· Wysokość graniczna gruntu również zależy od wartości spójności gruntu.

· Wpływa na wligotnośc gruntu

9. Wymienić parametry fizyczne gruntu.

Cechy fizyczne:

1) Uziarnienie gruntu – polega na oznaczeniu zawartości poszczególnych frakcji w

gruncie za pomocą:

- analizy sitowej, dla żwirów i piasków o uziarnieniu d > 0.063 mm ,

- analizy areometrycznej, dla gruntów spoistych, zawierających dużą ilość

cząstek mniejszych niż d < 0.063 mm ,

2) Wilgotność gruntu – jest to stosunek wody odparowanej w temp. 105-110oC

do suchej masy gruntu:

w = (mw / ms) 100%

Wilgotnością naturalną wn nazywamy wilgotność, jaką ma grunt w stanie naturalnym w

złożu.

Grunt ma wilgotność całkowitą, gdy jego pory są całkowicie wypełnione wodą.

3) Gęstością objętościową nazywamy stosunek masy gruntu do jego objętości.

ρ = m/V

gdzie:

ρ – gęstość objętościowa [g/cm3],

m – masa gruntów [g],

V – objętość gruntu [cm3].

Gęstość objętościowa to gęstość określona dla próbki gruntu pobranej w sposób umożliwiający

zachowanie struktury i tekstury nienaruszonej gruntu.

Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego – jest to stosunek masy szkieletu gruntowego

do objętości pobranej próbki gruntu (przed wysuszeniem):

ρd = ms /V [g/cm3]

Zależność pomiędzy gęstością objętościową, a gęstością objętościową szkieletu gruntowego:

ρ = m/V [g/cm3] – gęstość objętościowa

ρ = (ms + mw ) / V = [ms+ (ms*wn)/100] / V = ρd + (w*ρd)/100 = ρd (1 + w/100)

(Zależność powszechnie wykorzystywana przy badaniach wskaźnika zagęszczenia gruntów wg

Proctora).

Gęstość właściwa gruntu: jest to stosunek masy szkieletu gruntowego do objętości szkieletu

gruntowego:

ρs = ms /Vs [g/cm3]

Wartość ρs wyznaczana jest w piknometrze i wynosi 2.65-2.78 g/cm3 dla większości gruntów w

Polsce.

4) Porowatość jest to stosunek objętości porów w próbce do objętości próbki:

n = Vp /V

Wobec trudności bezpośredniego pomiaru objętości szkieletu i objętości porów posługujemy się

metodą pośrednią:

n = (ρs – ρd) / ρs

gdzie:

n – porowatość gruntu,

ρs – gęstość właściwa cząstek gruntu

ρd – gęstość objętościowa szkieletu gruntu.

Wskaźnik porowatości naturalnej jest to objętość porów do objętości szkieletu gruntowego:

e = Vp / Vs

gdzie:

2

Vp – objętość porów gruntowych,

Vs – objętość szkieletu gruntowego.

5) Stopień wilgotności wyraża się objętością wody w porach próby do objętości szkieletu

gruntowego:

Sr = Vw/Vp = Vwρw / Vpρw

Każdy grunt niespoisty zalegający poniżej zwierciadła wód gruntowych można uważać za

nawodniony bez wykonywania oznaczeń Sr.

Każdy grunt niespoisty zawilgocony kapilarnie, którego próbka nie odsącza grawitacyjnie

wody, można uważać za „mało wilgotny”, bez wykonywania oznaczeń.

6) Stopień zagęszczenia gruntu jest to stosunek ilorazu różnic:

ID = (Vpmax – V) / (Vpmax – Vpmin) = (emax – e) / (emax – emin)

gdzie:

emax – wskaźnik porowatości przy najluźniejszym ułożeniu ziaren,

emin – wskaźnik porowatości przy najgęstszym ułożeniu ziaren,

e – wskaźnik porowatości przy naturalnym ułożeniu ziaren.

Zmiana objętości porów piasku w miarę jego zagęszczania:

a – objętość piasku najbardziej luźnego,

b – objętość w naturze,

c – objętość piasku najbardziej zagęszczonego.

Wskaźnik zagęszczenia gruntu:

IS = ρd / ρds

ρd = ρ / (100 + w) - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm3].

ρds – gęstość maksymalna szkieletu gruntowego określona w aparacie Proctora

[g/cm3].

Przy pomocy wskaźnika zagęszczenia IS opisujemy zagęszczenie nasypów.

10. Wymienić parametry mechaniczne gruntu.

- kąt tarcia wewnętrznego,

- spójność (dla gruntów spoistych),

- moduł odkształcalności gruntu.

11. Scharakteryzować stopień plastyczności gruntu.

Stopień plastyczności to iloraz różnicy wilgotności naturalnej i granicy plastyczności oraz

granicy płynności i plastyczności:

I_L=(W-W_p)/(W_L-W_p)

Stopień plastyczny zależy od wilgotności gruntu i jego granic konsystencji

12. Scharakteryzować stopień zagęszczenia gruntu sypkiego.

1) Stopień zagęszczenia gruntu jest to stosunek ilorazu różnic:

ID = (Vpmax – V) / (Vpmax – Vpmin) = (emax – e) / (emax – emin)

gdzie:

emax – wskaźnik porowatości przy najluźniejszym ułożeniu ziaren,

emin – wskaźnik porowatości przy najgęstszym ułożeniu ziaren,

e – wskaźnik porowatości przy naturalnym ułożeniu ziaren.

13. Jakie informacje o cechach gruntu można wyciągnąć analizując krzywą uziarnienia?

Cechy gruntu z krzywej uziarnienia:

- rodzaj gruntu : - procentowa zawartość poszczególnych frakcji,

- średnice cząstek d10 i d60,

- wodoprzepuszczalność,

- zagęszczalność.

14. Zdefiniować pojęcie wskaźnika różnoziarnistości.

wskaźnik różnoziarnistości:

U = d60/d10

d10, d60 – średnice zastępcze ziarn lub cząstek, w których zawarte jest w

gruncie 10, 60% ziarn i cząstek [mm].

U = 1-5 - równoziarniste (piaski wydmowe, lessy)

U = 5-15 - różnoziarniste (gliny holloceńskie)

U > 15 - bardzo różnoziarniste (gliny zwałowe, pospółki)

15. Jaka jest zależność między wskaźnikiem plastyczności, a zawartością frakcji iłowej w

gruntach spoistych?

Ip (wskaźnik plastyczności) zależy od rodzaju gruntu: bentonit sodowy Ip > 200%, pyły kwarcowe Ip

= 5-10%.

Zależność między Ip , a zaw. Frakcji iłowej fi :

Ip = A * fi

A – aktywność koloidalna

A = 1.0 - dla większość gruntów poch. wod.

A = 0.5–0.7 – dla lessów

A > 1.5 – dla iłów montmorillonitowych

17. W jaki sposób określamy moduł odkształcalności podłoża za pomocą płyty sztywnej lub kotwy talerzowej?

Ściśliwość gruntu w terenie określa się na podstawie próbnego obciążenia w wykopach i otworach wiertniczych; badania wykonuje się w poziomie posadowienia projektowanych fundamentów, co najmniej w 3 miejscach w planie. Próbę obciążania wykonuje się na ogol za pomoca sztywnej płyty i presjometru. Próbe obciążenia gruntu płytą sztywna wykonuje się w wykopach. Do badań stosuje się płyty sztywne o kształcie kołowym i powierzchni do 0,5m2 (aż przyrost osiadania płyty będzie E=<0,1mm/2h – spoiste; E=<0,1/0,5h – niespoiste). Obciążenie zadaje się stopniowo, wyniki obciążenia przedstawia się w postaci wykresu S=f(G) a otrzymana zależność aproskymuje się linia prostą. Moduł odkształcenia gruntu wyznacza się za pomoca wzoru:

w- współczynnik wpływu kształtu plyty

B- średnica płyty lub mniejszay bok

M=Tg (alfa)=delta sigma/ delta s