background image

MECHANIKA GRUNTÓW

Wykład 2

ZJAWISKA FIZYKOCHEMICZNE W  GRUNCIE

Ze składem mineralogicznym i granulometrycznym 

gruntu wi

si

zjawiska fizyko-chemiczne

zachodz ce na powierzchni granicznej 

najdrobniejszych frakcji.

Powierzchni graniczn nazywamy powierzchni

styku cz stki z otaczaj c j wod lub powietrzem

ZJAWISKA  FIZYKOCHEMICZNE  W  GRUNCIE

Cz stki zorientowane

Powierzchni wła ciw nazywamy stosunek powierzchni 

granicznej do obj to ci lub masy cz stki. Im mniejsza jest 

cz stka tym wi ksza jest jej powierzchnia wła ciwa.

Cz stki iłu maj zwykle kształt blaszek lub pałeczek

Takie kształty daj powierzchni wła ciw znacznie 

wi ksz od kształtów zwartych

background image

ZJAWISKA  FIZYKOCHEMICZNE  W  GRUNCIE

Powierzchnia gruntowej cz stki iłu zawsze posiada 

niezneutralizowany ładunek elektryczny, przy czym w 

naszym klimacie jest to najcz ciej ładunek o znaku 

ujemnym.

Nat enie tego ładunku w du ym stopniu zale y od 

minerału tworz cego cz stk , a w konsekwencji 

rzutuje na jej aktywno powierzchniow

ZJAWISKA  FIZYKOCHEMICZNE  W  GRUNCIE

Cz stka gruntu stanowi zbiór atomów oraz jonów o 

okre lonym ładunku elektrycznym. Te jony i atomy 

tworz sie krystaliczn minerału iłowego.

W idealnej sieci krystalicznej ładunki elektryczne jonów 

dodatnich s zoboj tnione przez ładunki elektryczne 

jonów ujemnych.

W sieci krystalicznej naturalnych minerałów iłowych 

niektóre kationy o wy szej warto ciowo ci s zast pione 

przez kationy o ni szej warto ciowo ci (np  jon Si4+ jest 

zast piony przez jon Al3+ oraz jon Al3+ jest zast piony 

przez Mg2+).

Si4+  Al3+  Mg2+

ZJAWISKA  FIZYKOCHEMICZNE  W  GRUNCIE

Opisany proces wymiany jonów nazywa si

PODSTAWIENIEM IZOMORFICZNYM

Mo e to mie miejsce wewn trz siatki krystalicznej  lub  na 

zewn trznej powierzchni minerałów iłowych 

Pierwszy przypadek jest charakterystyczna dla grupy 

minerałów montmorylonitów, drugi dla grupy kaolinitów. 

Rezultatem tego procesu jest ujemny ładunek sieci 

krystalicznej, a wi c i cz stka ma ładunek ujemny

Ładunek ten jest zoboj tniony przez kationy otaczaj ce 

cz stk iłu, które w roztworze wodnym mog ulega

wymianie i dlatego nosz nazw jonów wymiennych. 

background image

ZJAWISKA  FIZYKOCHEMICZNE  W  GRUNCIE

Zjawisko wyst powania niezrównowa onych ładunków 

elektrycznych  powoduje formowanie si wokół cz stki 

PODWÓJNEJ  WARSTWY  ELEKTRYCZNEJ

Pierwsz jej sfer stanowi aniony na powierzchni 

granicznej cz stki, drug za warstwa kationów na 

stałe zwi zana z powierzchni cz stki oraz warstwa 

dyfuzyjna.

ZJAWISKA  FIZYKOCHEMICZNE W  GRUNCIE

Wielko ciami charakteryzuj cymi pole elektryczne 

wokół cz stki s :

potencjał termodynamiczny

- maksymalna ró nica potencjałów

pomi dzy powierzchni graniczn ,

a zewn trzem warstwy dyfuzyjnej

potencjał elektrokinetyczny

- ró nica potencjałów w granicach

warstwy dyfuzyjnej

ZJAWISKA  FIZYKOCHEMICZNE  W GRUNCIE

Podwójna warstwa 

elektryczna

background image

ZJAWISKA  FIZYKOCHEMICZNE  W GRUNCIE

BC  -

warstwa 

dyfuzyjna

ABC  -

spadek 

potencjału 

w warstwie 

podwójnej

ZJAWISKA  FIZYKOCHEMICZNE  W GRUNCIE

Styk po redni      

z udziałem 

kationów mi dzy 

cz stkami

ZJAWISKA  FIZYKOCHEMICZNE  W GRUNCIE

Styk bezpo redni     

bez udziału kationów 

mi dzy cz stkami

background image

ZJAWISKA  FIZYKOCHEMICZNE  W GRUNCIE

Strefy odpychania si molekuł wodnych

przy równoległym układzie cz stek iło

WODA W GRUNCIE

WODA  GRUNTOWA GRAWITACYJNA

- poruszaj ca si swobodnie pod wpływem siły ci ko ci: 

Jej wpływ na szkielet gruntowy przejawia si przez:

a) Działanie  chemiczne  - polegaj ce  na  udziale w procesie 

wietrzenia,  destrukcja jej zale y od składu chemicznego 

oraz od szybko ci przepływu.

b)  Działanie  mechaniczne  - powoduje  unoszenie 

cz steczek szkieletu  i  wymywanie  gruntu, 

przekazywanie na  szkielet ci nienia  hydrostatycznego, 

wypieranie go ku górze, przekazywanie  ci nienia  

spływowego  podczas  przepływu wody przez grunt.

WODA W GRUNCIE

WODA  PRZES CZAJ CA SI

- znajduje si w sferze aeracji, która rozci ga si od

powierzchni terenu do zwierciadła wody

grawitacyjnej,  gdzie  maj miejsce procesy

najintensywniejszego wietrzenia z uwagi na

swobodny dost p powietrza

WODA  WŁOSKOWATA (KAPILARNA) 

- znajduj ca si na skutek napi cia

powierzchniowego, mo e wytworzy si w gruntach

o  rednicy ziaren mniejszej od 6mm, wypełnia ona

kanaliki istniej ce w gruncie ponad zwierciadłem

wody gruntowej, utrzymuj c si w nich na skutek

działania sił molekularnych,

background image

WODA W GRUNCIE

WODA  KAPILARNA

Niezale no podniesienia kapilarnego od  rednicy i kształtu kapilar

WODA W GRUNCIE

WODA  ZWI ZANA Z POWIERZCHNI CZ STEK

- tworzy na powierzchni cz stek dwie warstwy:

adsorbowan (athezyjn ) oraz błonkow : woda

adsorbowana  tworzy powłok wodn na

powierzchni cz stki gruntu  na  skutek

przyci gania drobin wody wraz z kationami przez

aniony na powierzchni cz stki mineralnej, woda

błonkowa przesuwa si z jednej cz stki na drug do

chwili wyrównania grubo ci powłoki na obydwu

cz stkach.

WODA  WCHODZ CA W SKŁAD MINERAŁÓW

- wyst puje w sieci krystalicznej lub chemicznie

zwi zana, jej usuni cie zmienia wła ciwo ci

chemiczne i fizyczne gruntu.

WODA W GRUNCIE

WODA  W POSTACI PAR

- wyst puje w sferze aeracyjnej w równowadze

z wod grawitacyjn i przes czaj c si , odgrywa

wa n rol w procesie zamarzania gruntów,

WODA  W  POSTACI SOCZEWEK LODU

- pojawia si w okresie mrozów w strefie

przemarzania gruntu, przy rozmarzaniu siły

przyci gaj ce wod powoduj podci ganie wód

kapilarnych i zwi zane z tym zjawiska

wysadzinowo ci

background image

WODA W GRUNCIE

SCHEMATY WYMIANY KATIONÓW k 

NA POWIERZCHNI PAKIETÓW MINERAŁÓW

A – kaolinit

wymiana tylko na obrze ach

B – illit

wymiana na obrze ach i na zewn trznych powierzchniach

C – montmorylonit

wymiana na obrze ach i na powierzchniach wewn trznych