ARCILLAS MARINAS SENSITIVAS

ARCILLAS MARINAS SENSITIVAS
Resumen preparado por Jaime Suárez Díaz
Arcillas rápidas
“Material de arcilla que tiene
la tendencia a cambiar de una
condición relativamente dura
a una masa líquida cuando es
alterada.”
Primeras teorías sobre arcillas rápidas
Roseqvist en
en 1946
1946 presentó
presentó una
una teoría
teoría según
según la
la cual
cual al
al lavarse
lavarse
las sales de las arcillas marinas estas se comportaban como
rápidas.
Los deslizamientos relacionados con arcillas rápidas
no son muy comunes pero cuando han ocurrido son
deslizamientos catastróficos de gran magnitud
Lemieux Canada 1993
Coordinador
Verdal Noruega 1893
Mas de 1500 muertos
Devastación causada por un deslizamiento
de arcilla rápida en Alaska 1964
En un sismo la arcilla rápida colapsó
Deslizamiento de Rissa , Noruega
1978
„
Se movieron aroximadamente 7 millones de
metros cúbicos de material.
Tipo de falla
„
Se inició en el borde
cerca del lago
Botnen y en 6
minutos se movió
70 metros ladera
arriba.
Deslizamiento de Tuve - Suecia 1977
Tuveskredet i november 1977 var ett exempel på en
speciell typ av skålskred. På engelska kallas de
lateral spreads – på svenska kvicklerskred. Kvicklera
är lera som är känslig för störningar och kan bli
flytande. Det har med marina lerors strukturella
uppbyggnad att göra. Kvicklerskred har ofta ett
snabbt förlopp och orsakar stor skadegörelse om de
sker i bebyggda områden.
Deslizamiento de Tuve (Suecia) 1977
Coordinador
Se inició con una grieta cerca de una cañada
Deslizamiento de Tuve (Suecia)
Coordinador
En pocos minutos se extendió más de 150 metros
Deslizamiento de Tuve (Suecia)
Coordinador
67 casas fueron destruidas
y 9 personas murieron
Deslizamiento de Tuve (Suecia)
Coordinador
Deslizamiento de Tuve (Suecia)
Coordinador
Deslizamiento de Tuve (Suecia)
Coordinador
Deslizamiento de Tuve (Suecia)
Coordinador
Deslizamiento de Tuve (Suecia)
Coordinador
Deslizamiento de Tuve (Suecia)
Coordinador
Amenazas de las arcillas
rápidas
„
„
„
„
„
Las arcillas rápidas son un tipo particular de arcilla que es
muy susceptible a la falla.
Han ocurrido gran cantidad de deslizamientos retrogresivos
de gran magnitud debido al comportamiento de “fluido” de las
arcillas rápidas cuando son remoldeadas.
Ellas tienen una resistencia inalterada muy alta pero una
resistencia muy baja al remoldearse. Cuando son alteradas se
pueden comportar como un líquido.
Estas arcillas se encuentran en todo el mundo pero
particularmente en Escandinavia, Canada y Japón.
El caso de Barranquilla es el primer caso conocido de arcillas
rápidas en América Tropical.
Caracterización de las
arcillas rápidas.
„
„
„
Las arcillas rápidas se definen de acuerdo a
su comportamiento
Las arcillas rápidas tienen una sensitividad
mayor de 30 y una resistencia fallada de <
0.5KPa
Son arcillas muy duras y frágiles en su estado
natural, pero al alterarse se comportan como
una masa fluida.
Clasificación de las arcillas rápidas
((Swedish
Swedish Geotechnical Institute
)
Institute)
Designación
Sensitividad
Baja sensitividad
Menor de 8
Algo rápidas
8 a 30
Muy Rápidas
Mas de 30
En Barranquilla la sensitividad de las arcillas varia de sitio a sitio
de acuerdo al nivel de deterioro y las condiciones de salinidad.
Areas donde se encuentran
Brand yy Brenner
Brenner (1981)
(1981) describen
describen que
que las
las arcillas
arcillas rápidas
rápidas
se encuentran en áreas donde hubo glaciación durante
el Pleistoceno (Hace 1.65 millones a 1000 años)
Los sedimentos son jóvenes desde el púnto de vista
geológico. Generalmente fueron depositados en
ambientes marinos.
Formación de las Arcillas Rápidas
„
„
„
Se forman por roca glacial molida la cual es
tranportada por cañadas y ríos a una cuenca marina
donde se depositan.
Estas partículas finas de arcilla y limo se floculan en
presencia del agua salada y se acumulan para
formar un sedimento con un contenido de agua muy
alto.
Posteriormente son levantados por eventos
tectónicos o son expuestos por encima del nivel del
mar.
En el caso de Barranquilla las arcillas marinas
sensitivas pueden estar relacionadas con
sedimentos provenientes de los procesos de
glaciación de la Sierra Nevada de Santa Marta
El conocimiento geológico de las arcillas marinas de barranquilla es
muy pobre.
Las arcillas rápidas poseen una estructura floculada
Conexiones entre partículas de arcilla (Van Olphen 1977)
Estructura
floculada
„
„
„
„
En la estructura floculada las partículas de mineral de
arcilla están unidas borde-a-aborde y borde-a-cara.
Hay muy poca orientación de las partículas dentro de la
estructura.
Este efecto de floculación les da una resistencia muy
alta y se mantiene una relación de vacíos constante.
Una vez alterada se produce el colapso de esta
estructura y una pérdida masiva de resistencia.
Por qué se desarrolla la estructura
floculada
„
„
„
„
Esta estructuar se desarrolla durante la
depositación y es debida a los siguientes factores.
Salinidad alta (Depositación marina)
El dominio de los cationes Bivalentes.(Fe, Al, Ca y
Mg)
Alta concentración de la suspensión.
Desarrollo de la estructura floculada
„
„
„
La fuerza de repulsión entre superficies de
arcilla y limo cargadas negativamente se
reducen al contacto con el agua salada del
mar.
Esta repulsión hace posible que se produzca
floculación al depositarse las partículas.
Este proceso ocurrre rápidamente una vez se
encuentran las partículas es agua de mar y
esto hace que no exista gradación de
tamaños en los sedimentos.
Minerales en las arcillas rápidas
„
Las arcillas rápidas contienen minerales poco
activos como feldespatos, Cuarzo, Amfiboles,
Mica y Clorita.
Actividad de las Arcillas rápidas
Las arcillas rápidas son generalmente poco activas
Actividad entre 0.15 y 0.65.
Humedades naturales y limites de
plasticidad
Las arcillas rápidas comunmente
comunmente tienen contenidos de
agua por encima del límite líquido. (normalmente
relación w/LL de 1.1.) ((Larson
Larson y Ahnberg
Ahnberg 2003)
2003)
Al dismiunuir
dismiunuir la
la concentración
concentración de
de sal
sal el
el LL
LL disminuye.
disminuye.
Porosidad de la arcillas rápidas
Pusch
(1970) encontró
Pusch(1970)
encontró que
que las
las arcillas
arcillas rápidas
rápidas tienen
tienen
porosidades muy altas.
Iones en el agua de poros
A mayor contenido de iones monovalentes con relación al
contenido total de iones en el agua de poros las
condiciones son mas favorables para una mayor
sensitividad.
Efectos del contenido de sal
Requisitos post-deposicionales
„
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„
„
„
Para que la arcilla así depositada se comporte
como “rápida” se requiere que ocurran
algunos factores post-deposicionales
Los principales factores son
Remoción de la sal por entrada de agua
dulce.
Agentes dispersantes.
Remoldeo o alteración causando
reorientación de las partículas de arcilla.
Proceso de de-floculación
„
„
„
„
Al salir las arcillas marinas floculadas del
fondo del mar se producen varios efectos :
Se precipitan las sales al secarse el suelo. La
primera sal que se precipita es el yeso
CaSO4.2H2O luego el CaSO4 (Anhidrita) y
luego el NaCl.
Se inician procesos de lavado de sales al paso
de agua dulce.
El lavado facilita un proceso de de-floculación
Remoción de la sal
„
„
„
En el fondo del mar la concentración de sal en la
arcilla puede ser hasta de 35 g/litro y la
resistencia de estos suelos es muy alta
Las arcillas marinas con una salinidad mayor de
2.4g/litro dentro del agua de poros generalmente
no muestran un comportamiento rápido.
Las arcillas marinas con una salinidad menor a
2g/litro comúnmente muestran un
comportamiento de arcilla rápida.
Remoción de la sal
„
„
El principal proceso de remoción de la sal es
por lavado. Aunque la concentración de sal
puede disminuir por un proceso de difusión.
Esto incluye una difusión de las sales hacia
una superficie donde son constantemente
removidas por flujo de agua.
Forma como se inicia un deslizamiento
„
„
„
Por alguna circunstancia entra agua dulce al
depósito de arcilla rápida y empieza a lavar
internamente la sal.
Al salir la sal se reduce abruptamente la
resistencia de la arcilla y la hace muy
propensa a la falla.
El lavado afecta las fuerzas entre las
partículas pero no la estructura floculada
(brand y Brenner 1981)
Arcilla antes y
despues de la
de-floculación
Depósito de Arcilla
marina sensitiva
Arcilla
Particulas unidas
entre si por efecto
de la sal
La arcilla sensitiva
se satura
El agua dulce
disuelve la sal
de la arcilla
La arcilla se
comporta como
un liquido
Probabilidad de deslizamientos
La probabilidad de que ocurra un deslizamiento
está relacionada con la sensitividad de la
arcilla a alteraciones.
Efectos del lavado de sales sobre la
compresión de la arcilla
Coordinador
Las
Coordinador
Efecto de la consolidación
Carga
Coordinador
„
Arcilla resistente
La arcilla se ablanda al
reorientarse las partículas
Agentes dispersivos
„
„
Los agentes dispersivos son químicos que
disminuyen la tendencia de las arcillas a flocularse.
Al agregar un agente dispersante se reduce el
límite líquido se reduce la resistencia remoldeada y
se aumenta la sensitividad.
Algunos factores positivos
„
Hay algunos factores que tienen un efecto
estabilizante sobre las arcillas rápidas.
„
Entre estos factores se incluyen:
„
La meteorización
„
La Cementación
Efecto de la meteorización
„
„
„
La meteorización tiene un gran efecto cerca a
la superficie del terreno donde puede ocurrir
desecación y oxidación.
La capa más superficial del terreno desarrolla
una mayor resistencia remoldeada y menor
sensitividad que los sedimentos internos que
no se meteorizan.
La meteorización puede incrementar la
presencia de niveles de minerales
expansivos, lo cual aumenta la resistencia
remoldeada aunque generalmente en niveles
no suficientes para eliminar el efecto de
arcilla rápida.
La Cementación
„
„
„
La cementación aumenta la resistencia
inalterada.
Esto ocurre cuando materiales amorfos u
óxidos de aluminio o hierro se precipitan en
los contactos de las partículas.
Sin embargo la cementación tiene muy poca
influencia en la resistencia remoldeada.
Causas de la falla de un talud en arcillas
rápidas
„
„
„
„
La principal causa son los cortes para vias y
urbanismo. Al cortar y/o rellenar se generan cambios
de esfuerzos los cuales conducen a una alteración del
material y a la condición de masa fluída se esta se
encuenra húmeda o llega a humedecerse.
La estabilidad del talud original era determinada por la
resistencia inalterada y la del corte o relleno por la
resistencia alterada.
Se producen deslizamientos remontantes cuando la
resistencia remoldeada no es suficiente para soportar
el nuevo talud Este remonte puede avanzar cientos de
metros en pocas horas
Con frecuencia el remoldeo ocurre pero la falla no se
produce hasta que el material se humedece. Al
humedecerse el material se comporta como un fluido y
falla.
Opciones de manejo
„
„
„
„
„
La mejor defensa es conocer el comporrtamiento de
las arcillas rápidas y suy localización en planos.
La regulación del desarrollo de la tierra en áreas de
arcillas rápidas es una herramienta muy útil utilizada
en muchos paises.
No es deseable la construcción de edificaciones en
zonas de arcillas rápidas.
Establecer criterios sobre pendientes máximas donde
no hay amenaza de deslizamiento. No es seguro
edificar sobre laderas o taludes con pendientes
superiores a las del ángulo de fricción de la arcilla
remoldeada.
Establecer criterios sobre alturas de cortes que
podrian permitirse
Opciones de manejo
„
„
Debe mejorarse la predicción de factores que
conduzcan a una falla (Ejemplo :Corrientes de agua.
Debe predecirse la extensión de la retrogresión a
“remonte” probable de los deslizamientos.
Opciones de Estabilizacion
„
Inyección de sales
„
Drenaje y subdrenaje para impedir su saturación
„
Estructuras de contención
Las
Coordinador
Las
Coordinador
Las
Coordinador
Las
Coordinador
Las
Coordinador
Las
Coordinador
Bibliografia
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www.ngi.no/english/default.asp
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