Mineralogical and Chemical Compositions of Shallow Marine Clays, East of Cairo, Egypt: A Geotechnical Perception التركيب المعدنى والكيميائى للطين البحرى الضحل شرق القاهرة، مصر: رؤية جيوتقنية

The Eocene and Miocene shallow marine clays compose several foundation beds in the new cities, east of Cairo, Egypt. Mineralogical and chemical compositions of these clays were examined using XRD, SEM, ICP-OES techniques. Geotechnical and physical characteristics were investigated according to the standards of ASTM (1994). The XRD and SEM analyses confirm that the major non-clay minerals are quartz, halite, feldspars, calcite and goethite whereas the clay minerals are Na montmorillonite and kaolinite. The chemical data suggest that the sources of Si in the analyzed samples are essentially sand and silt fractions, whereas Al is derived from the clay fraction. Fe, Mg and Na occur either as main constituents of smectite or as replacements for Al in the clay mineral structures. The substitution of Al by the divalent cations results in formation of a negative charge on the clay crystal lattice. This negative charge is mostly balanced by adsorption of monovalent cation such as Na+ and K+ from the groundwater and/or during the diagensis process. Mn exists mainly as MnO cement and partially at the expense of Fe and Mg. The cement materials include also Fe, Ca and Na salts. Cu, Zn and other heavy metals are mainly adsorbed on the surface of clay platelets. The clays of the study area range in swelling from low to very high; these might cause serious engineering problems on wetting at the foundation levels. Fe, Ca, Mn, Mg, Na, K, Cu, and Zn enhance the swelling potentiality when present as substitution for Al or adsorption on the clay minerals and reduce it when exist as components of the cement materials. Results facilitate the interpretation that the swelling potentiality is largely affected by the type of clay mineral, its percentage, chemical composition, structures and presence of both cement materials and fine sand cushions. تكون الصخور الطينية الضحلة التابعة لعصرى الإيوسين والميوسين العديد من طبقات الأساس فى المدن الجديدة شرق القاهرة بمصر. تم فحص التركيب المعدني والكيميائي لهذه الصخور الطينية باستخدام أجهزة حيود الأشعة السينية والميكروسكوب الإلكتروني الماسح وجهاز البلازما المصاحب للإنبعاث الطيفى. تم فحص الخواص الجيوتقنية والفيزيائية باستخدام طرق الجمعية الأمريكية للقياس والمواد (1994). أكدت تحاليل كل من حيود الأشعة السينية، والميكروسكوب الإلكتروني الماسح، أن المكونات غير الطينية تتمثل فى الكوارتز، والهاليت، والفلسبار، والكالسيت، والجوتيت، وأن المعادن الطينية تتمثل فى المونتموريللونيت الصودى، والكاولينيت. بينت التحاليل الكيميائية أن مصدر السيليكون الأساسي فى العينات المدروسة هو من الرمل والغرين، بالإضافة إلى معادن الطين بينما الألومنيوم فمن الطين، أساسا. يوجد الحديد، والماغنسيوم، والصوديوم إما كمكونات أساسية للسميكتيت، أو كإحلالات للألومنيوم فى بنية معادن الطين. يتسبب إحلال الكاتيونات الثنائية محل الألومنيوم فى تكوين شحنة سالبة على البنية الفراغية للطين. غالبا ماتتعادل هذه الشحنة السالبة بادمصاص كاتيونات أحادية مثل الصوديوم والبوتاسيوم من المياه الجوفية، و/أو أثناء تغيرات مابعد الترسيب. يوجد المنجنيز أساساً كأكسيد منجنيز لاحم وجزئياً على حساب كل من الحديد والماغنسيوم. تحتوى أيضا المواد اللاحمة على أملاح كل من الحديد والكالسيوم والصوديوم. يحدث ادمصاص لكل من النحاس والزنك وباقى العناصر الثقيلة على صفائح الطين. للصخور الطينية من منطقة الدراسة انتفاش يتراوح من منخفض إلى عالي جدا، وقد يسبب ذلك مشاكل هندسية خطيرة عند تعرض الأساسات للمياه. يزيد كل من الحديد، والكالسيوم، والمنجنيز، والماغنسيوم، والصوديوم، والبوتاسيوم، والنحاس والزنك درجة الانتفاش إذا ماوجدوا كإحلالات محل الألومنيوم، أو كادمصاص على معادن الطين، ويقللون منها عند وجودهم كمكونات للمواد اللاحمة. دعمت النتائج تفسير التأثر الكبير لدرجة الانتفاش بنوع معدن الطين، ونسبته، والتركيب الكيميائى، وبنية الصخور، ووجود كل من المواد اللاحمة، والرمال الناعمة.