CCF20091008070

Rozdział XI

PĘCZNIENIE

1. Wprowadzenie

Pęcznieniem gruntu nazywamy zwiększenie jego objętości lub w przypadku niemożliwości rozszerzenia bocznego, wzrost wysokości gruntu, zachodzące pod wpływem wody. Proces pęcznienia jest charakterystyczny przede wszystkim dla gruntów spoistych i organicznych. Grunty mające zdolność do pęcznienia i kurczenia pod wpływem zmian wilgotności określane są jako grunty ekspansywne, a pęcznienie jako ekspansja.

Grunty sypkie nie pęcznieją zupełnie lub też pęcznieją bardzo słabo, co jest związane zawsze z obecnością domieszek minerałów ilastych lub substancji organicznej. Zdolność do pęcznienia gruntów spoistych wzrasta ze wzrostem zawartości w nich frakcji iłowej. Pęcznienie jest bowiem wynikiem wiązania wody przez cząstki ilaste. W procesie pęcznienia wraz ze zwiększeniem objętości gruntów zmniejszają się siły przyciągania między cząstkami mineralnymi, co w końcowym stadium pęcznienia — w odpowiednich warunkach — może doprowadzić do rozmakania gruntu.

Wielkość pęcznienia gruntów spoistych zależy również od ich składu mineralnego (składu mineralnego frakcji iłowej), kompleksu sorpcyjnego oraz chemizmu wody porowej.

Grunty zawierające minerały o budowie typu 2 : 1 (np. minerały grupy sme-ktytu — p. rozdz. XIX, charakteryzujące się ruchomą siecią krystaliczną, wykazują znacznie większe pęcznienie niż grunty zawierające minerały grupy kaolinitu o nieruchomej sieci typu 1 : 1 (tab. 31). Minerały grupy hydrołyszczyków charakteryzują się pęcznieniem wyższym niż kaolinity, niższym zaś niż montmorilloni-ty. W tabeli 31 przedstawiono także wpływ jonu wymiennego na wielkość pęcznienia. Minerały zawierające w kompleksie wymiennym kationy dwu- i trójwartościowe pęcznieją znacznie słabiej niż minerały zawierające kationy jednowarto-ściowe (np. sód). Oczywiście wpływ składu mineralnego i jonów wymiennych (kompleksu sorpcyjnego) na pęcznienie gruntu jest tym większy, im więcej zawiera on frakcji iłowej.

Ponieważ proces pęcznienia ma charakter osmotyczny, jego wielkość zależy zarówno od charakteru chemicznego, głównie stopnia mineralizacji roztworów po-148

Minera) lub grani	Wilgotność pęcznienia %	Według:
kaolinit z Sedlec bentonit (Ca) z Chmielnika bentonit (Ca) bentonit (Na)	64,0 118.5 101,2 1133,0	J B. Grabowskiej-Olszcwskiej (1968) J J M. Sicrgiejewa (1982)

rowych gruntów (będącego między innymi odzwierciedleniem zawartości w gruncie soli łatwo rozpuszczalnych), jak i charakteru wody wywohtjącej pęcznienie, czyli roztworu otaczającego grunt. Pęcznienie zachodzi tylko wtedy, gdy roztwór zewnętrzny jest słabiej zmineralizowany i jest tym większe, im wyższa jest różnica stężeń między tymi roztworami.

Badanie pęcznienia ma duże znaczenie przy rozpatrywaniu gruntu jako podłoża budowli hydrotechnicznych, nawierzchni drogowych, lotnisk itp. oraz przy wykonywaniu różnego rodzaju wykopów.

Charakterystyki pęcznienia (ekspansji gruntów) można dokonywać różnymi metodami (w zależności od celu badania i dostępnej aparatury), zarówno laboratoryjnymi, jak i obliczeniowymi. Podstawowym najczęściej stosowanym parametrem opisującym pęcznienie jest stosunek różnicy wysokości próbki po i przed spęcznieniem do jej wysokości początkowej, wyrażony w procentach. Wielkość pęcznienia w takim przypadku określa wzór:

X =

h-hp

ho

• 100%

gdzie:

X — może być wyrażone różnymi symbolami: S, e_P, e_s, p_sc, El i in. (najczęściej stosuje się określenie wskaźnik pęcznienia — e_P ), h — wysokość próbki po zakończeniu pęcznienia, ho —- wysokość próbki znajdującej się w określonych warunkach i określonej wilgotności przed pęcznieniem.

Istnieje także duża różnorodność badań pęcznienia, polegająca na różnym ustaleniu stanu, w jakim znajduje się próbka przed przystąpieniem do badania (naruszony, nienaruszony), różnej wilgotności początkowej próbki (powietrznosucha, naturalna, optymalna), różnym ciśnieniu wywieranym na próbkę podczas badania.

Najczęściej stosowanymi parametrami dla oznaczania zdolności do pęcznienia gruntu są:

Wskaźnik pęcznienia — 1 (£/>%), określający procentowe pęcznienie próbki. Wg Instrukcji ITB 296 (1990) jest wyróżniany wskaźnik swobodnego pęcznienia (ej) — oznaczany w aparacie do badania pęcznienia najprostszego typu (tzw. aparacie Wasiliewa — ryc. 48) lub w edometrze, bez rekonsolidacji oraz wskaźnik względnego pęcznienia (ep określający pęcznienie gruntu w podłożu pod danym

149