Arcilla rápida

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 los 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:

• En 1702, un deslizamiento de tierra destruyó casi todos los restos de la ciudad medieval de Sarpsborg, en el actual condado de Østfold en Noruega . Murieron 15 personas y 200 animales.
• El 19 de mayo de 1893, un deslizamiento de tierra en el municipio de Verdal (Noruega) mató a 116 personas y destruyó 105 granjas. Dejó un cráter de varios kilómetros de diámetro.
• El deslizamiento de tierra más desastroso que afectó a América del Norte ocurrió en 1908, cuando un deslizamiento en el río congelado Du Lièvre impulsó una ola de agua llena de hielo hacia Notre-Dame-de-la-Salette , Quebec , causando la pérdida de 33 vidas y la destrucción de 12 casas.
• En 1955, un deslizamiento de tierra afectó parte del centro de Nicolet , Quebec, causando daños por 10 millones de dólares. ^[4]
• En 1957 se produjo un gran deslizamiento de tierra en Lilla Edet , junto al río Göta , en el suroeste de Suecia . Una gran parte de una fábrica se deslizó hacia el río, lo que provocó una reducción de treinta metros en el ancho del río. La masa de tierra que entró en el río produjo una ola de aproximadamente seis metros de altura. ^[7]
• El 27 de marzo de 1964, partes de Anchorage, Alaska, construidas sobre acantilados arenosos que cubrían la arcilla de Bootlegger Cove cerca de Cook Inlet , en particular el vecindario de Turnagain, sufrieron daños por deslizamientos de tierra durante el terremoto de Alaska de 1964. El vecindario perdió 75 casas en el deslizamiento de tierra y, desde entonces, el área destruida se convirtió en Earthquake Park.
• El 4 de mayo de 1971, 31 personas perdieron la vida cuando 40 casas fueron tragadas por un deslizamiento de tierra retrógrado en Saint-Jean-Vianney, Quebec , ^[8] lo que provocó la reubicación de toda la ciudad cuando el gobierno declaró la zona inhabitable debido a la presencia de arcilla Leda. El evento en Saint-Jean-Vianney contribuyó al abandono de la ciudad de Lemieux, Ontario , en 1991, después de que un estudio de 1989 demostrara que también estaba ubicada sobre el mismo tipo de arcilla a lo largo del río South Nation . En 1993, esos hallazgos se confirmaron cuando la calle principal abandonada de la ciudad fue tragada por un deslizamiento de tierra masivo de 17 hectáreas . ^[9]
• El 30 de noviembre de 1977, el deslizamiento de tierra de Tuve, en el oeste de Suecia, mató a 9 personas y destruyó 67 casas.
• Otro famoso desprendimiento de arcilla en el municipio de Rissa , Noruega , en 1978 provocó que unas 33 hectáreas (82 acres) de tierras de cultivo se licuaran y fluyeran hacia el lago Botn en pocas horas, con la pérdida de una vida. Los ciudadanos locales documentaron el desprendimiento de Rissa y se realizó un documental sobre él en 1981. ^[10]
• El 11 de mayo de 2010, una familia de Saint-Jude , Quebec , perdió la vida debido a un deslizamiento de tierra que se produjo cuando el terreno en el que estaba construida su casa se desplomó repentinamente hacia el río Salvail. El deslizamiento fue tan repentino que los miembros de la familia murieron en el lugar donde estaban sentados, ya que estaban viendo un partido de hockey sobre hielo en la televisión. ^[11] El deslizamiento derribó un tramo de un camino rural que tardó un año en reconstruirse. ^[12]
• El 2 de febrero de 2015, un deslizamiento de tierra provocó el derrumbe de un pilar del puente Skjeggestad , en el sureste de Noruega . El deslizamiento de tierra fue provocado por unas obras de excavación cercanas .
• El 3 de junio de 2020, un deslizamiento de tierra arrastró al mar ocho edificios en Kråkneset, en el municipio de Alta, en Noruega . Un residente filmó el deslizamiento de tierra. No hubo víctimas y un perro fue rescatado del mar. ^[13]
• El 30 de diciembre de 2020, parte de una zona de viviendas fue arrasada por un deslizamiento de tierra en el pueblo de Ask en el municipio de Gjerdrum en Noruega , a unos 25 kilómetros (16 millas) al noreste de la capital, Oslo . ^[14] El deslizamiento de tierra de arcilla rápida de 300 por 700 metros (980 pies × 2300 pies) destruyó varias casas y mató a 10 personas. ^{[15] [14]}
• El 23 de septiembre de 2023, cerca de la ciudad de Stenungsund , Suecia, un área de aproximadamente 15 hectáreas (37 acres) se vio afectada por un rápido deslizamiento de tierra de arcilla, que entre otras cosas dañó la autopista E6 entre Gotemburgo y Oslo . ^[16]

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]

• Química de la arcilla
• Interacción arcilla-agua
• Mecánica de suelos en estado crítico
• Teoría DLVO , modelo de agregación de dispersiones acuosas
• Estrés efectivo
• Doble capa eléctrica (EDL)
• Geomecánica
• Ciencia de interfases y coloides
• Fluido no newtoniano
• Arena movediza
• Efecto de cribado
• Resistencia al corte (suelo)
• Efecto de protección
• Principio de Terzaghi
• Búsqueda y rescate urbano

• La novela Landslide de Desmond Bagley , de 1967 , cuenta la historia de un deslizamiento de tierra en Canadá. El libro también fue adaptado en una película para televisión de 1992 con el mismo nombre, dirigida por Jean-Claude Lord y protagonizada por Anthony Edwards .

• Deslizamiento de tierra de Rissa, por la Universidad de Washington: breve sinopsis con enlaces a videoclips