Engineering properties of evaporites and evaporitic formations of Turkey

Summary

Although the known evaporite minerals amount to more than 25, anhydrite and gypsum are the most conspicuous from the engineering geological point of view. They present considerable difficulties in the construction of tunnels, dams and other structures because of their solubility and swelling when treated with water. Swelling phenomena observed in anhydrites have been exaggerated before the 1960's. During those years anhydrite has been thought to be solely responsible for all kinds of harmful swelling effects. The results of observations and investigations made after 1960, showed that besides anhydrite, clay minerals such as corrensite and montmorillonite have the property of swelling and that of stress releasing owing to gravitational and tectonic stresses and also preconsolidation properties which are responsible for deformation.

The investigations and measurements made during the last 20 years, have shown that the pressures in conversion of anhydrite to gypsum under normal conditions vary between 2–38 kg/cm² whereas the most commonly observed values remain confined to between 8–13 kg/cm².

When gypsum deposits come into contact with water solution channels and caves tend to form with time. If gypsum occurs as the cementing agent it presents most dangerous conditions for engineering purposes.

Vast areas in Central Eastern Turkey are mainly covered with Neogene clastic deposits which consist of clays and gypsum with mudstones, siltstones and others. In the Upper Zizilirmak Basin a total of about 180 m of gypsum layers has been measured in about 1250 m of Oligo-Miocene deposits. Typical karst features are seen around the Sivas area, because of solution of thick gypsum layers. Some of the karstic dolinas are more than 100 m deep.

In the Dicle (Tigris) River Basin, a total of 30 dam sites were chosen. On the 8 preferred sites chosen from the above, layers and lenses of gypsum and anhydrite were observed. By means of detailed field and laboratory experiments, numerical values on the swelling and solution behaviour of evaporitic formations have been obtained.

Résumé

Bien que le minéraux de la famille des évaporites soient plus de 25, l'anhydrite et le gypse sont ceux qui posent le plus de problèmes dans le domaine de la géologie de l'ingénieur. Ils sont à l'origine de difficultés très importantes lors de la construction de tunnels, de barrages et autres structures, en raison de leur solubilité et de leur gonflement lorsqu'ils sont en présence d'eau. Les phénomènes de gonflements observés dans les anhydrites ont été exagérés avant les années 1960. A cette époque, on pensait que l'anhydrite était seule responsable de toutes les conséquences désastreuses des gonflements. Les observations et recherches faites après 1960 ont montré qu'en dehors de l'anhydrite, les minéraux argileux comme la corrensite et la montmorillonnite sont également gonflants, et peuvent être affectés sous l'influence des contraintes tectoniques et de gravité des relachements des contraintes, et présenter un état de préconsolidation responsable de la déformation.

Les recherches et les mesures réalisées depuis 20 ans ont montré que les pressions, lors de la transformation d'anhydrite en gypse, variaient, dans des conditions normales, entre 2 et 38 kg/cm² tandis que les valeurs les plus couramment observées demeurent situées entre 8 et 13 kg/cm².

Quand des niveaux de gypse sont au contact de l'eau, des chenaux et des cavités de dissolution se forment avec le temps.

De vastes surfaces de la Turquie orientale sont recouvertes principalement de dépôts clastiques du Néogène, composés d'argiles, de gypse et de pelites plus ou moins grossières. Dans le Bassin de Kizilirmak supérieur, les niveaux de gypse représentent une épaisseur de 180 m dans l'ensemble des dépôts de l'Oligo-Miocène (épaisseur totale: 1250 m). On observe des phénomènes karstiques typiques dans la région de Sivas; ils sont dus à la dissolution de niveaux gypseux épais. Certaines dolines de ce karst ont plus de 100 m de profondeur. Dans le Bassin du Tigre, 30 sites de barrages ont été choisis au total. Sur les 8 sites retenus dans cet ensemble, on observe des niveaux et des lentilles de gypse et d'anhydrite. Au moyen d'études détaillées sur le terrain et en laboratoire, on a obtenu des valeurs chiffrées caractérisant le gonflement et la dissolution de ces formations évaporitiques.