ARCILLAS MARINAS SENSITIVAS
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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 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 www.ngi.no/english/default.asp Bulletin of Engineering Geology and the Environment. Springer – Verlay Heidelberg. Vol. 59 No.1 Pg 47-57 Slope Stability. Geotechnical engineering and Geomorphology. Quick clays. Torrance, K. J. Ed. M. G Anderson and K. S Richards. Pg. 447-473 Quick clays as products of glacial action; a new approach to their nature, geology and distribution and geotechnical properties. Engineering geology. Cabrera, J. G.; Smalley, I. J. 1973. Vol. 7 Pg. 115-133 Interparticle cementation in Canadian post-glacial clays and the problem of high sensitivity. Sedimentology. Bently, S. P., Smalley, I. J. 1978. Vol. 25 Pg. 297-302 Rosenqvist (1946) Larson y Ahnberg (2003) (Van Olphen 1977) Pusch(1970) Bibliografia A centrifugal model study of slope instability in Ottawa area Champlain Sea clay.(1985) Canadian Geotechnical Journal. Goodings, D.J.; and Schofield, A.N. 1985. Issue: 22(1): Pg. 102-109 http://www.ce.washington.edu/~geotech/courses/cee366/arduino/ri ssa.html -AVI files of the Rissa Landslide. Quick clay in Sweden (2004) Swedish geotechnical Institute. Report 65 Linkoping 2004. Brand y Brenner (1981) Bjerrum (1954) Torrance (1974)