Influence of mineralogy on swelling and consolidation of soils in eastern Saudi Arabia


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Abstract

The mineral calcium sulphate transforms from anhydrite through bassanite to gypsum and then can convert back to bassanite and anhydrite. This transformation of calcium sulphate causes volume change that adds to the potential hazards with indigenous soils containing expansive clay minerals. Heave and settlement are the most important geotechnical problems associated with many argillaceous soils in eastern Saudi Arabia. Mineralogical evolution and engineering behaviour of such soils are governed by local geology and severe climatic and environmental conditions prevalent in the region. Based on laboratory investigations, this paper discusses the influence of mineralogy on swelling and consolidation of expansive clay, calcium sulphate forms, and their mixtures. Mineralogy is investigated using geotechnical index properties and thermal and X-ray diffraction analyses. Swelling and consolidation characteristics are directly determined and are studied in conjunction with microstructural assessment. Results indicate that under the hot and humid climate prevalent in eastern Saudi Arabia, form changes in calcium sulphate can take place in the time frame of engineering importance. The volume-change behaviour of local expansive clay depends on the form and amount of calcium sulphate present in the soil.RésuméLe minéral de sulfate de calcium se transforme d'un anhydride en passant par un basanite et en gypse et peut alors se convertir à rebours vers un basanite et un anhydride. Cette transformation du sulfate de calcium produit un changement de volume qui augmente le potentiel de risque rencontré avec les sols indigènes contenant des minéraux argileux gonflants. Le soulèvement et le tassement sont les deux plus importants problèmes géotechniques reliés à plusieurs sols argileux en Arabie Saoudite de l'est. L'évolution minéralogique et le comportement mécanique de tels sols est régi par la géologie locale et par des conditions climatiques et environnementales sévères dominantes dans la région. En partant d'études en laboratoire, cet article discute de l'influence de la minéralogie sur le gonflement et la consolidation de l'argile gonflante, des formations de sulfate de calcium et de leurs mélanges. La minéralogie est étudiée au moyen des propriétés d'indice, et des analyses de diffraction thermique et aux rayons-X. Les caractéristiques de gonflement et de consolidation sont déterminées directement et sont étudiées par rapport à l'évaluation microstructurale. Les résultats indiquent que dans les conditions humides et chaudes qui prévalent dans l'Arabie Saoudite de l'est, les changements de forme du sulfate de calcium peut se produire dans une période de temps significative pour les travaux d'ingénieurs. Le comportement de changement de volume de l'argile gonflante locale dépend de la forme et de la quantité de sulfate de calcium présentes dans le sol.

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