La arcilla rápida , también conocida como arcilla Leda y arcilla del Mar de Champlain en Canadá , es cualquiera de varias arcillas glaciomarinas distintivamente sensibles que se encuentran en Canadá, Noruega, Rusia, Suecia, Finlandia, Estados Unidos y otros lugares del mundo. [1] [2] [3] La arcilla es tan inestable que cuando una masa de arcilla rápida se somete a suficiente tensión, 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 rápida se encuentra sólo en países cercanos al polo norte , como Rusia ; Canadá ; Noruega ; Suecia ; y Finlandia ; y en Alaska , Estados Unidos ; ya que fueron glaciares durante la época del Pleistoceno . En Canadá, la arcilla se asocia principalmente con el mar de Champlain del Pleistoceno , en las regiones modernas del valle de Ottawa , el valle de San Lorenzo y el río Saguenay . [4]
La arcilla rápida ha sido la causa subyacente de muchos deslizamientos de tierra mortales . Sólo en Canadá, se 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 remodelada que es mucho menor que su resistencia tras la carga inicial. Esto se debe a su estructura de partículas de arcilla altamente inestable.
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 equilibrio de carga eléctrica neto nulo , estas cargas eléctricas negativas siempre se compensan con las cargas positivas que nacen de los cationes (como el Na + ) adsorbidos en la superficie de la arcilla o presentes en la arcilla. agua de los poros. 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 ). Así, las plaquetas de arcilla siempre están rodeadas por una doble capa eléctrica (EDL), o doble capa difusa (DDL). [6] El espesor de EDL depende de la salinidad del agua. En condiciones saladas (con alta fuerza iónica ), el EDL se comprime (o se dice que está colapsado). Facilita la agregación de plaquetas de arcilla que floculan y se pegan formando 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. Resulta en una repulsión electrostática más fuerte entre plaquetas de arcilla cargadas negativamente que pueden dispersarse más fácilmente y formar suspensiones estables en agua ( fenómeno de peptización ). El efecto conduce a una desestabilización de la estructura de los agregados arcillosos.
En caso de una compactación mecánica insuficiente de la capa de arcilla y con un esfuerzo cortante , la compresión EDL más débil por las sales en la arcilla rápida da como resultado la repulsión de las partículas de arcilla y conduce a su realineación en una estructura más débil e inestable. La arcilla rápida recupera rápidamente su fuerza cuando se vuelve a añadir sal (compresión de la EDL), lo que permite que las partículas de arcilla restablezcan su cohesión entre sí.
En el apogeo de la glaciación pasada (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 partículas de limo y arcilla en el medio marino permitió que se produjera una floculación inusual. Básicamente, esto formó un esqueleto de suelo fuertemente unido, que estaba "pegado" por iones de sal marina altamente móviles. [6]
En ese momento solo 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 de tierra se elevó ( rebote posglacial ), la arcilla quedó expuesta y formó la masa de suelo para la nueva vegetación. El agua de lluvia en estos países del norte era bastante agresiva para estas arcillas, tal vez porque era más blanda (contenía menos calcio), o porque el mayor contenido de limo permitía que penetrara más agua de lluvia y nieve derretida. El resultado final fue que el 'pegamento' iónico de la arcilla se debilitó, dando como resultado un esqueleto de suelo débil y suelto, que contenía cantidades significativas de agua (alta sensibilidad con alto contenido de humedad).
Los depósitos de arcilla rápida rara vez se ubican directamente en la superficie del suelo, sino que generalmente están cubiertos por una capa normal de tierra vegetal. Si bien esta capa superior del suelo puede absorber la mayoría de las tensiones normales, como una lluvia normal o un temblor de tierra modesto, un impacto que exceda la capacidad de la capa superior del suelo (como un terremoto más grande, una gran masa agregada cerca de una pendiente o una lluvia anormal que deje la capa superior del suelo completamente saturada de modo que el agua adicional no tenga dónde penetrar excepto en la arcilla, puede alterar la arcilla e iniciar el proceso de licuefacción.
Debido a que la capa de arcilla generalmente está cubierta por la capa superior del suelo, un lugar que es vulnerable a un deslizamiento rápido de tierra de arcilla generalmente solo se puede identificar mediante análisis del suelo , y rara vez es obvio para un observador casual. Así, a menudo se han construido asentamientos humanos y enlaces de transporte sobre depósitos de arcilla o cerca de ellos, lo que ha dado lugar a una serie de catástrofes notables:
Estos deslizamientos de tierra son regresivos , lo que significa que generalmente comienzan en el agua y progresan hacia arriba a baja velocidad, aunque las capas de arcilla rápidas particularmente profundas en regiones inclinadas pueden colapsar mucho más rápidamente, o en trozos muy grandes que pueden deslizarse a gran velocidad debido al líquido. Naturaleza de la arcilla perturbada. Se sabe que penetran kilómetros tierra adentro y consumen todo a su paso. [4]
En los tiempos modernos, las áreas que se sabe que tienen depósitos rápidos de arcilla comúnmente se prueban antes de cualquier desarrollo humano importante. No siempre es posible evitar por completo la construcción en un sitio de arcilla rápida, aunque las técnicas modernas de ingeniería han encontrado precauciones técnicas que pueden tomarse para mitigar el riesgo de desastre. Por ejemplo, cuando la autopista 416 de Ontario tuvo que pasar a través de un rápido depósito de arcilla cerca de Nepean , se utilizaron materiales de relleno más ligeros como el poliestireno para el lecho 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]