La arcilla rápida , también conocida como arcilla Leda y arcilla del mar Champlain en Canadá , es una de varias arcillas glaciomarinas distintivamente sensibles que se encuentran en Canadá, Noruega, Rusia, Suecia, Finlandia, Estados Unidos y otros lugares alrededor del mundo. [1] [2] [3] La arcilla es tan inestable que cuando una masa de arcilla rápida se somete a suficiente estrés, el comportamiento del material puede cambiar drásticamente del de un material particulado al de un fluido acuoso. Los deslizamientos de tierra ocurren debido a la licuefacción repentina del suelo causada por solicitaciones externas como vibraciones inducidas por un terremoto o lluvias masivas . [1] [2] [3]
La arcilla viva se encuentra únicamente en países cercanos al polo norte , como Rusia , Canadá , Noruega , Suecia y Finlandia , y en Alaska ( Estados Unidos ), ya que estuvieron glaciados durante la época del Pleistoceno . En Canadá, la arcilla se asocia principalmente con el mar de Champlain de la era del Pleistoceno , en el actual valle de Ottawa , el valle del San Lorenzo y las regiones del río Saguenay . [4]
La arcilla líquida ha sido la causa subyacente de muchos deslizamientos de tierra mortales . Solo en Canadá, se la ha asociado con más de 250 deslizamientos de tierra cartografiados. Algunos de ellos son antiguos y pueden haber sido provocados por terremotos. [5]
La arcilla rápida tiene una resistencia al remodelado que es mucho menor que su resistencia al momento de la carga inicial. Esto se debe a la estructura altamente inestable de sus partículas de arcilla.
La arcilla rápida se deposita originalmente en un ambiente marino. Las partículas minerales de arcilla siempre están cargadas negativamente debido a la presencia de cargas negativas permanentes y cargas dependientes del pH en su superficie. Debido a la necesidad de respetar la electroneutralidad y un balance de carga eléctrica neta cero , estas cargas eléctricas negativas siempre se compensan con las cargas positivas nacidas de cationes (como Na + ) adsorbidos en la superficie de la arcilla, o presentes en el agua de los poros de la arcilla. Los cationes intercambiables están presentes en las capas intermedias de minerales arcillosos y en los planos basales externos de las plaquetas de arcilla. Los cationes también compensan las cargas negativas en los bordes de las partículas de arcilla causadas por la protólisis de los grupos silanol y aluminol ( cargas dependientes del pH ). Por lo tanto, las plaquetas de arcilla siempre están rodeadas por una doble capa eléctrica (EDL), o doble capa difusa (DDL). [6] El espesor de la EDL depende de la salinidad del agua. En condiciones saladas (a alta fuerza iónica ), la EDL se comprime (o se dice que está colapsada). Facilita la agregación de plaquetas de arcilla que floculan y se adhieren entre sí en una estructura de agregados más estable. Una vez que el depósito de arcilla marina se eleva y ya no está expuesto a las condiciones del agua salada, el agua de lluvia puede infiltrarse lentamente en la capa de arcilla mal compactada y el exceso de NaCl presente en el agua de mar también puede difundirse fuera de la arcilla. Como resultado, la EDL está menos comprimida y puede expandirse. Da como resultado una repulsión electrostática más fuerte entre las plaquetas de arcilla cargadas negativamente que pueden dispersarse más fácilmente y formar suspensiones estables en el agua ( fenómeno de peptización ). El efecto conduce a una desestabilización de la estructura de los agregados de arcilla.
En caso de compactación mecánica insuficiente de la capa de arcilla y con una tensión de corte , la compresión más débil de la EDL por las sales en la arcilla viva provoca la repulsión de las partículas de arcilla y conduce a su realineación en una estructura que es más débil e inestable. La arcilla viva recupera rápidamente su resistencia cuando se agrega sal nuevamente (compresión de la EDL), lo que permite que las partículas de arcilla restablezcan su cohesión entre sí.
En el apogeo de la última glaciación (hace unos 20.000 años), la tierra fue "empujada" hacia abajo por el peso del hielo ( depresión isostática ). Toda la roca molida se depositó en el océano circundante, que había penetrado significativamente tierra adentro. La deposición suelta de las partículas de limo y arcilla en el entorno marino permitió que se produjera una floculación inusual . Esencialmente, esto formó un esqueleto de suelo fuertemente unido, que fue "pegado" por iones de sal marina altamente móviles. [6]
En este punto, sólo se formó una arcilla marina muy fuerte , que se encuentra en todo el mundo y es muy estable, pero con sus propios problemas geotécnicos únicos. Cuando los glaciares retrocedieron, la masa terrestre se elevó ( rebote postglacial ), la arcilla quedó expuesta y formó la masa de suelo para la nueva vegetación. El agua de lluvia en estos países del norte fue bastante agresiva para estas arcillas, tal vez porque era más blanda (contenía menos calcio), o el mayor contenido de limo permitió que penetrara más agua de lluvia y nieve derretida. El resultado final fue que el 'pegamento' iónico de la arcilla se debilitó, para dar un esqueleto de suelo débil y suelto, que encierra cantidades significativas de agua (alta sensibilidad con alto contenido de humedad).
Los depósitos de arcilla rápida rara vez se encuentran directamente en la superficie del suelo, sino que suelen estar cubiertos por una capa normal de tierra vegetal. Si bien esta capa vegetal puede absorber la mayoría de las tensiones normales, como una lluvia normal o un temblor de tierra moderado, un choque que exceda la capacidad de la capa vegetal (como un terremoto de gran magnitud, una gran masa añadida cerca de una pendiente o una lluvia anormal que deje la capa vegetal completamente saturada de modo que el agua adicional no tenga por dónde filtrarse excepto en la arcilla) puede alterar la arcilla e iniciar el proceso de licuefacción.
Como la capa de arcilla suele estar cubierta de tierra vegetal, una zona vulnerable a un deslizamiento rápido de arcilla suele identificarse solo mediante pruebas de suelo y rara vez resulta evidente para un observador casual. Por ello, los asentamientos humanos y las conexiones de transporte se han construido a menudo sobre depósitos de arcilla o cerca de ellos, lo que ha provocado una serie de catástrofes notables:
Estos deslizamientos de tierra son retrógrados , lo que significa que generalmente comienzan en el agua y progresan hacia arriba a una velocidad lenta, aunque las capas de arcilla rápida particularmente profundas en regiones inclinadas pueden colapsar mucho más rápidamente, o en trozos muy grandes que pueden deslizarse a gran velocidad debido a la naturaleza líquida de la arcilla alterada. Se sabe que penetran kilómetros tierra adentro y consumen todo a su paso. [4]
En la actualidad, las áreas que se sabe que tienen depósitos de arcilla rápida se suelen analizar antes de cualquier desarrollo humano importante. No siempre es posible evitar por completo la construcción en un sitio de arcilla rápida, aunque las técnicas de ingeniería modernas han encontrado precauciones técnicas que se pueden tomar para mitigar el riesgo de desastre. Por ejemplo, cuando la carretera 416 de Ontario tuvo que pasar por un depósito de arcilla rápida cerca de Nepean , se utilizaron materiales de relleno más livianos como poliestireno para la plataforma de la carretera, se insertaron drenajes de mecha verticales a lo largo de la ruta y se construyeron muros de corte de agua subterránea debajo de la carretera para limitar la infiltración de agua en la arcilla. [17]