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INFORME COMPLETO BIANUAL DE MAYOR DEDICACIÓN Período 2002-2004 ING. IRIS FRIDA JOSCH

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FACULTAD DE INGENIERÍA

INFORME COMPLETO BIANUAL DE MAYOR DEDICACIÓN

ÍNDICE

INFORME COMPLETO DE MAYOR DEDICACIÓN ............................................................................ 3

DATOS PERSONALES: ...................................................................................................................... 3

CARGO: ............................................................................................................................................... 3

1.- LABOR DESARROLLADA EN EL PERIODO INFORMADO ......................................................... 4

TEMA DE INVESTIGACIÓN ................................................................................................................ 4

1.1 - RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS BIBLIOGRÁFICO ...................................................................... 4 1.1.1 - Introducción ...................................................................................................................... 5 Propiedades de las fracciones muy finas de los suelos .............................................................. 7 1.1.2 - Efecto de los factores físicos ............................................................................................ 9 1.1.3 - Efecto de factores químicos ........................................................................................... 12 1.1.4 - Efectos de la concentración de sólidos suspendidos. .................................................... 14 1.1.5 - Efectos del tamaño de la partícula sobre la tensión de corte. ........................................ 14 1.1.6 - Efecto de la resistencia al corte sobre la velocidad de erosión. ..................................... 14 1.1.7 - Efectos de la temperatura. ............................................................................................. 15 1.1.8 - Efectos de las cargas sobre arcillas expansivas. ........................................................... 15 1.1.9 - Efecto sobre arcillas dispersivas. ................................................................................... 15 1.1.10 - Efectos de los factores mecánicos. .............................................................................. 18

1.2- INVESTIGACIÓN EXPERIMENTAL ........................................................................................ 18 1.2.1- Reseña Histórica Experimental Universal ........................................................................ 20 1.2.4 –Trabajos realizados durante el período .......................................................................... 31

2.- TRABAJOS DE INVESTIGACION Y DESARROLLO REALIZADOS Y PUBLICADOS EN EL

PERIODO INFORMADO .................................................................................................................... 80

2.1- PUBLICACIONES EDITADAS ................................................................................................ 80 2.2- PUBLICACIONES EN PRENSA .............................................................................................. 81

3.- TRABAJOS DE TRANSFERENCIA TECNOLÓGICA REALIZADOS EN EL PERIODO

INFORMADO ..................................................................................................................................... 81

3.3- ASESORIAS ........................................................................................................................... 81

4.- TAREAS DOCENTES DESARROLLADAS EN EL PERIODO INFORMADO .............................. 82

4.1- DE PREGRADO ...................................................................................................................... 82 4.2- DE POSTGRADO Y EXTENSIÓN ........................................................................................... 83

5.- FORMACION DE RECURSOS HUMANOS EN EL PERIODO INFORMADO .............................. 83

6.- SUBSIDIOS QUE LE HAN SIDO OTORGADOS COMO TITULAR EN EL PERIODO

INFORMADO ..................................................................................................................................... 83


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7.- ASISTENCIA A REUNIONES CIENTIFICAS Y TECNOLOGICAS EN EL PERIODO

INFORMADO ..................................................................................................................................... 84

8.- CURSOS DE PERFECCIONAMIENTO REALIZADOS O VIAJES DE ESTUDIO EN EL PERIODO

INFORMADO ..................................................................................................................................... 84

9.- ACTIVIDADES EN GESTION ....................................................................................................... 85

10.- OTRAS ACTIVIDADES DESARROLLADASEN EL PERIODO INFORMADO Y NO

CONTEMPLADAS EN LOS TITULOS ANTERIORES ...................................................................... 85

11 - TÍTULO Y PLAN DE TRABAJO DESARROLLADO EN EL PERIODO INFORMADO .............. 85

12.- TITULO Y PLAN DE TRABAJO A REALIZAR EN EL PROXIMO PERÍODO BIANUAL ........... 90


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FACULTAD DE INGENIERÍA

INFORME COMPLETO DE MAYOR DEDICACIÓN

Informe correspondiente al período: marzo 2002 a marzo 2004

DATOS PERSONALES:

APELLIDO: JOSCH NOMBRES: Iris Frida TÍTULOS: Ingeniero Hidráulico y Civil UNLP, Maestría en el tema Rivers and Navegation Works H.E.(Delft), Holanda

CARGO:

CATEGORÍA: Profesor Titular Ordinario con dedicación semiexclusiva. ÁREA / CÁTEDRA: Hidráulica Marítima y Fluvial / Hidráulica Fluvial. UNIDAD DE INVESTIGACIÓN: Hidráulica Fluvial DEPARTAMENTO: Hidráulica de la Facultad de Ingeniería


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Desarrollo del Informe:

1.- LABOR DESARROLLADA EN EL PERIODO INFORMADO

TEMA DE INVESTIGACIÓN

Arrastre de materiales sólidos en cauces naturales. Estudio de la mecánica del arrastre sólido orientado hacia los materiales finos y cohesivos

1.1 - RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS BIBLIOGRÁFICO

De acuerdo con lo previsto en el Plan de Investigación oportunamente presentado y cuya copia se adjunta, se prosiguió con la búsqueda de antecedentes referentes al tema. Al respecto se consultaron publicaciones de la AMERICAN SOCIETY OF CIVIL ENGINEERING, JOURNAL OF HYDRAULICS ENGINEERING, IARH JOURNAL OF HYDRAULIC RESEARCH, Publicaciones de los CONGRESOS NACIONALES Y LATINOAMERICANOS DEL AGUA y capítulos específicos de diversas publicaciones:

LOOSE BOUNDARY HYDRAULICS de A. J. RAUDKIVI

SEDIMENT TRANSPORT TECHNOLOGY D. B. SIMONS y FUAT SENTURK

SEDIMENTATION ENGINEERING de V. VANONI

SEDIMENTATION, SYMPOSIUM TO HONOR PROFESSOR EINSTEIN

SELECTED WRITINGS, H. ROUSE

EROSIÓN HÍDRICA en cursos de llanura sobre lechos cohesivos, Dra. Nora POUEY, Universidad Nacional de Rosario

ESTUARINE COHESIVE SEDIMENT DYNAMICS, Proceedings of a workshop cohesive sediment dynamics with special reference to physical processes in estuaries. Tampa, Florida, november 12-14, 1984. Edited by ASHISH J. MEHTA. IX CARACTERIZATION OF COHESIVE SEDIMENT PROPERTIES AND TRANSPORT PROCESSES IN ESTUARIES ASHISH J. MEHTA, Coastal and Oceanographic Engineering Department, University of Florida, Gainesville, Florida 32611

STUDY OF EROSION, RIVER BED DEFORMATION AND SEDIMENT TRANSPORT IN RIVER BASINS AS RELATED TO NATURAL AND MAN MADE CHANGES, International Hydrological Program UNESCO/97.

SEDIMENTATION. SHEN,S.W.(editor) Fort Collins, Colorado, 1972.

RIVERS MECHANICS. SHEN,S.W.(editor) Fort Collins, Colorado, 1971.

SEDIMENT TRANSPORT IN ALLUVIAL STREAMS. J. Bogardi.

CHANNEL FLOW RESISTANCE: CENTENNIAL OF MANNING=S FORMULA. Shen,S.W. (Editor), 1991.


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CORRIENTES Y SEDIMENTOS EN EL RÍO DE LA PLATA. Comisión Administradora del Río de La Plata - Instituto de Mecánica de Fluidos e Ing. Ambiental Ing. Prof. O. Maggiolo - Guarga, R et al., 1991

Trabajos de consultoría, locales referidos a cauces tales como: ALTO PARANÁ ( H. A. EINSTEIN) y Estudios realizados por la Ex Agua y Energía Eléctrica.

Estudios de factibilidad para el Puerto sobre el Paraná de las Palmas en Escobar (Informe del Profesor Rasy B. Krone de los sedimentos de fondo y en suspensión, erosímetro Marsch- Krone). Estudio Sedimentológico del Río de La Plata de la Comisión Binacional Argentina – Uruguaya.

M. J. Sadar “Understanding Turbidity Science” Technical Information Series, Booklet N

011, Hach Company.

GUIA de Prácticas Sedimentométricas, PNUD,OMM (2000).

GUIA de Avaliacao de Assoreamento de Reservatorios, PNUD, OMM (2000) A través de INTERNET las publicaciones que realmente influenciaron el camino de la investigación son: 1. CRITICAL SHEAR STRESS OF BOTTOM SEDIMENTS, de Kunimori Otsubo y

Kaohsi Muraoka (1988). Journal of Hydraulic Engineering Vol.114 N°10 Octubre 1988.

2. A RACE TRACK RECIRCULATING FLUME FOR COHESIVE SEDIMENT RESEARCH, de I. Piedra Cueva, Mathieu Mory y André Temperville (1997). Journal of Hydraulic Research, Vol.35,3,1997.

3. COHESIVE SEDIMENT TRANSPORT IN NATURAL STREAMS: State of knoledge, Tai D. Bui, M. Engr., P. Eng. ASCE (2001)

En todos los casos se tomó contacto con los autores. Como consecuencia de la tarea de búsqueda bibliográfica (en particular el trabajo 3) se ratificó una vez mas, la idea que se tenía acerca del escaso conocimiento existente referido a la mecánica del transporte de materiales cohesivos, en parte debido al hecho de los complejos fenómenos físico - químicos que coexisten y gobiernan el movimiento de estos sólidos. Esto sin duda, es lo que ha llevado a que hasta el presente no se hayan encontrado expresiones generales confiables como las que pueden observarse para el caso del movimiento de los sedimentos no cohesivos.

El avance computacional en el desarrollo de modelos matemáticos que

describen la evolución de los cauces naturales y artificiales, hace

imprescindible la búsqueda de expresiones matemáticas sencillas, que

involucren variables físico- químicas de fácil medición, y que representen de

manera fehaciente el comportamiento de la interfase sólido- agua, a las que

se deberán sumar otras que permitan el cálculo del volumen de sedimentos

transportados para cada condición del escurrimiento.

1.1.1 - Introducción

Los procesos de erosión hídrica en suelos cohesivos, y por ende las modificaciones geomorfológicas ocurren naturalmente, logrando un equilibrio dinámico que se ve


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influenciado a veces por acciones antrópicas, acelerando el normal movimiento de los sedimentos. Estos procesos y sus respuestas no son lineales y tienen gran variabilidad en el espacio y el tiempo, por lo que el pronóstico de erosiones a través de métodos basados en el análisis numérico o el análisis experimental constituye una herramienta poderosa a la hora de proyectar. El campo de la Geomorfodinámica en los procesos de erosión hídrica en suelos cohesivos es muy amplio, por lo que en el plan de investigación se ha circunscripto el estudio a una escala local, desde el punto de vista hidráulico. Las expresiones existentes para la evaluación de la erosión tienen una gran componente empírica, por cuanto introducen parámetros o factores que deben ser adecuados al ambiente en que se desarrollan. La información empírica y semiempírica ampliamente difundida referida a la erosión y depósito de lechos no cohesivos, no puede ser utilizada para suelos cohesivos. Resulta por lo tanto necesario un nuevo abordaje dentro del campo de la Hidráulica Fluvial. La principal dificultad reside en que algunas de las fuerzas resistentes son de una naturaleza totalmente diferente de las que existen en suelos sin cohesión. En el estudio de las erosiones en suelos cohesivos, la manera de encarar el problema puede plantearse similarmente a la utilizada en suelos no cohesivos, es decir a partir de la determinación de las velocidades no erosivas, y la posterior determinación de la profundidad límite de la erosión. Para suelos no cohesivos se examina el equilibrio dinámico de las partículas de suelo que se encuentran bajo la acción del flujo, considerando su peso y sin considerar las fuerzas de adherencia. Mientras no existan en el suelo fuerzas de adherencia, el problema se resuelve con bastante seguridad. Surge una mayor complejidad en los suelos cohesivos, que ostentan una serie de propiedades físico- químicas que varían en función de las condiciones en que se presenten. Esta razón es la que hace que se complique de manera sustancial la determinación de las velocidades no erosivas de suelos cohesivos a través de una formulación teórica.

Con esta línea de investigación se pretende llegar a la identificación de

diversos parámetros y su caracterización dentro del proceso de erosión

hídrica en suelos cohesivos, para lograr brindar un aporte en este campo.

La erosión de los suelos cohesivos es controlada por dos tipos de fuerzas:

FUERZAS HIDRÁULICAS: las cuales rompen y remueven las partículas de lecho. FUERZAS RESISTENTES: predominantemente de naturaleza electroquímica. Las fuerzas hidráulicas actúan a través de la tensión de corte y de la estructura de la turbulencia próxima al lecho. La tensión de corte media actuante sobre el lecho se puede aproximar mediante la expresión:

= R * Se * w

R: radio hidráulico Se: pendiente de la línea de energía

w: peso específico del agua


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FUERZAS ACTUANTES FUERZAS HIDRÁULICAS FUERZAS RESISTENTES Naturaleza hidrodinámica Naturaleza electroquímica -velocidad de la corriente -propiedades suelos cohesivos -pulsación de la velocidad -profundidad del flujo -contenido de sedimentos -calidad del agua

Propiedades de las fracciones muy finas de los suelos

Las fracciones muy finas de los suelos (menores de 2 micrones) tienen una variedad notable de propiedades. Las fuerzas que las generan se encuentran en la superficie misma de las partículas. La superficie de toda partícula de suelo lleva una carga eléctrica negativa cuya intensidad depende de sus características mineralógicas y constituyen su “actividad de superficie”. La carga negativa atrae a los iones positivos de hidrógeno del agua tal que en la superficie de separación sólido-agua las moléculas se encuentran dispuestas según orientaciones definidas. La estructura molecular del agua es influenciada por lo que se denomina “acción en cadena”. La capa de agua situada dentro de la zona de influencia de los fenómenos de superficie constituye la CAPA ADSORBIDA de la partícula. Dentro de esa capa las propiedades físicas del agua son muy diferentes de las que el líquido posee en condiciones normales (a igual temperatura): Cerca de la superficie posee las propiedades de un sólido. En las zonas más alejadas las de un líquido viscoso. En el límite exterior de la capa, las de un líquido normal.

En las arcillas las capas absorbidas contienen iones (+) provenientes del agua circundante. Los iones (+) son suministrados por los electrolitos. Los electrolitos disueltos en el agua se disocian en : cationes de carga positiva y aniones de carga negativa. El agua misma es un electrolito pues una pequeña fracción de sus moléculas

siempre se disocia en iones de H + y en iones de OH - . Los ácidos siempre se descomponen en cationes de hidrógeno (+) y aniones

Cl (-) SO4 (-). Las sales y las bases se dividen en cationes metálicos como el Na (+), Ca(+)

o Mg (+) y en aniones no metálicos. Como la superficie de toda partícula lleva una carga (-), todos los cationes (incluido el H (+)) son atraídos hacia ella. Estos cationes penetran en las capas adsorbidas y

constituyen el complejo de adsorción. Las dimensiones de la capa de adsorción son variables y dependen en gran parte de la composición química del complejo de adsorción. Todo suelo saturado se compone de tres elementos diferentes: partículas sólidas, sustancias adsorbidas y agua libre normal.


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El espesor de las capas adsorbidas parece ser independiente del tamaño de las partículas, así que el porcentaje del volumen total ocupado por las sustancias adsorbidas aumenta a medida que disminuye el tamaño de los granos. Si las partículas son muy pequeñas y además tienen forma de escamas, las sustancias adsorbidas constituyen una porción muy grande del volumen total, pudiendo llegar a ocupar la mayor parte de los vacíos. El espesor y las propiedades físicas de las capas adsorbidas son muy distintos para los diferentes minerales. Independientemente de este hecho, en los suelos de granos gruesos como las arenas, el volumen de material adsorbido es insignificante frente al volumen total del agua de los poros y por consiguiente, las propiedades de tales suelos dependen exclusivamente de las propiedades de sus granos, de sus formas y de su disposición relativa. Por el contrario en los suelos de granos muy finos, las sustancias adsorbidas ocupan una parte considerable o aun la mayor parte de los vacíos. Como las propiedades físicas del material adsorbido dependen no solo de la composición química y mineralógica de las partículas sólidas, sino que también de la naturaleza del complejo de adsorción, ambas deben ser consideradas al estudiar estos factores. Investigaciones químicas y mineralógicas han indicado que las partículas que constituyen la fracción muy fina de los suelos son casi siempre cristalinas y que sus elementos principales son el sílice el aluminio el oxígeno y el agua

El aluminio puede estar parcialmente reemplazado por el hierro y el magnesio y en algunos casos el silicio por el potasio. Según la combinación de estos elementos se dividen en grupos montmorrillonitas (super activas) caolinitas (menos activas) illitas (más activas, y poseen potasio)

El límite superior de la fracción muy fina de los suelos viene dado por el valor de 2 micrones. Las partículas menores de 0,2 micrones son a veces clasificadas como coloides. Si una muestra de la fracción muy fina de un suelo es agitada en agua, la misma pasa a estado de suspensión. La superficie de cada partícula es el asiento de una carga negativa y si el agua es pura, las partículas se repelen sin ponerse en contacto. La muestra se encuentra en estado de completa dispersión.

Con el transcurrir del tiempo, las partículas mas gruesas sedimentan y forman

en el fondo un sedimento muy fofo en el cual las fuerzas de repulsión y las de

gravedad se equilibran, mientras que las mas finas permanecen en

suspensión. La muestra observada en microscopio muestra que las partículas

se mantienen en movimiento describiendo caminos en zigzag, sin que lleguen

a chocar entre sí. Dicho movimiento se conoce con el nombre de movimiento

browniano.

Agregando a la suspensión unas gotas de un electrólito adecuado (ie ácido

clorhídrico) los cationes del electrolito son adsorbidos por las partículas y

sus cargas negativas neutralizadas. Forman de este modo flóculos que poco

a poco sedimentan produciendo una masa de estructura floculenta.


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1.1.2 - Efecto de los factores físicos

Las propiedades físicas fundamentales de los suelos cohesivos que influyen en la resistencia de los mismos a la erosión son las que a continuación se pasarán a enumerar:

Peso específico

Porosidad (volumen de poros por unidad de volumen de suelo) P = (Vs / Vt ).100

Humedad (cantidad de agua contenida en los poros) w = ( Ww / Ws ).100

Plasticidad (capacidad de variar la forma sin conformarse grietas y sin cambio apreciable de volumen, conservando la nueva forma adquirida) y sus respectivos límites determinados por Atterberg.

Cohesión (existencia de fuerzas intermoleculares que interfieren la ruptura del conjunto determinando su resistencia) “c”

Ángulo de fricción interna “ ”

Hinchamiento (capacidad de disminuir la cohesión en el supuesto de saturarse el suelo hasta destruir su estructura)

Heterogeneidad (existencia de capas intermedias finas del suelo con cualidades diversas)

Integridad (modificación de la estructura en su estado natural) Breve descripción de las propiedades de mayor importancia: 1) Peso específico: cuanto más denso es un suelo tanto más sólido es el mismo,

pero existen arcillas densas que sufren hinchamiento las que, para el estado de saturación, pierden la solidez y su resistencia a la erosión. El peso específico de los suelos cohesivos fluctúa comúnmente entre pequeños límites de 2,60 a 2,75 g/cm

3, por lo tanto se concluye que ésta variable no tiene importante influencia

en la erosión. 2) Porosidad y humedad: en su estado natural conservan el equilibrio establecido

por las fuerzas internas. A menor porosidad, para igual valor de la cohesión, el suelo resiste mejor a la erosión. Con la variación de la humedad se modifica la plasticidad y la resistencia a la erosión. Con el aumento de la saturación, un suelo cohesivo puede pasar del estado sólido al fluido. Un suelo cohesivo amasado varía su estado de consistencia según el contenido de agua. De acuerdo a su humedad podrá presentar distintos estados denominados en el sentido decreciente de la misma como SEMILÍQUIDO, PLÁSTICO, SEMISÓLIDO y SÓLIDO. Las humedades que marcan el pasaje de un estado a otro se denominan “Límites de Atterberg”.


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SEMILÍQUIDO PLÁSTICO SEMISÓLIDO SÓLIDO Límite Líquido Límite Plástico Límite de contracción

wL wp wc En el estado semilíquido el suelo tiene las propiedades de un fluido viscoso tipo Bingham. Al pasar al estado plástico el suelo comienza a tener resistencia. Se dice que tiene plasticidad si puede ser deformado sin conformar fisuras, conservando la nueva forma adquirida. En el estado semi- sólido el suelo ha perdido su plasticidad y se resquebraja o desmorona al ser moldeado. Durante el proceso de desecación el volumen de la muestra se va reduciendo por la acción de las fuerzas capilares que aumentan al disminuir el tamaño de los poros. La disminución de volumen continúa hasta que el acomodamiento de las partículas contrarresta la acción de contracción debida a las fuerzas capilares, prosiguiendo la desecación sin reducción de volumen. Por ello esa humedad se denomina límite de contracción. Se obtiene el límite de plástico cuando al rolar de una muestra no se conforman fisuras, conservando la arcilla cualquier forma; el límite líquido, cuando disminuyen bruscamente las fuerzas de cohesión, apareciendo la fluidez. El índice de plasticidad se define como la diferencia numérica entre el límite líquido y el límite plástico e indica el intervalo de humedad dentro del cual el suelo se comporta plásticamente. En arcillas muy plásticas (con un alto número de plasticidad, mayor a 0,15) existe una gran resistencia a la erosión (hasta 30 %) y una gran resistencia elasto- plástica a la fatiga (resistencia a las cargas pulsatorias). Esta propiedad es de fundamental importancia frente al fenómeno de fluctuación de presiones que por efecto hidrodinámico se produce en el lecho de los canales.

3) Cohesión: es el índice fundamental. La cohesión de acuerdo a la normativa rusa, se determina hundiendo una bolita de un dispositivo especial (TSITOV) sobre una superficie testigo de suelo. Es lo que se llama cohesión equivalente Ck. Para la determinación de la cohesión considerando el ángulo de fricción interna (resistencia al deslizamiento) se introduce el coeficiente M, cuyo valor está determinado con suficiente seguridad. Dicho valor se encuentra tabulado:

ANGULO DE FRICCIÓN INTERNA 0° 10° 20° 30°

Coeficiente M 1,000 0,615 0,285 0,122

Entonces :

C= M Ck

Los experimentos realizados en el Instituto de Investigaciones Hidráulicas de

Moscú, demuestran que la resistencia a la erosión crece con el aumento de C. Pero en este punto resulta que adquiere significación la estructura del suelo. La ruptura de partículas o trozos de suelo, acontece bajo la acción de cargas


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dinámicas, las que provocan la destrucción por fatiga de las adherencias. El límite de resistencia a la fatiga es significativamente menor al límite de resistencia a la carga estática, por lo cual, para las estructuras en grupos, la resistencia a la fatiga es menor que para las unidas o ligadas. El paso de la cohesión normativa C hacia la fatiga para este tipo de suelos, se puede realizar con el coeficiente Ky, es decir.

Cy= Ky.C.Kh Donde:

Kh=0,18 Ky= 0,16 para suelos arcillosos en grupos Ky= 0,22 para suelos arcillosos ligados

4) El hinchamiento: juega un gran rol en la resistencia a la erosión. Un conjunto

completo de arcillas que ostentan una composición química determinada y se encuentran en estado natural, sin saturación completa y habiéndose modificado el tenor de humedad, son capaces de desmenuzarse, rompiéndose la estructura y perdiendo la adherencia, transformándose en un coloide que es fácilmente erosionable por el flujo. Con este tipo de arcillas, por ejemplo, se encontraron los proyectistas de la Obra Hidroeléctrica Paraná Medio sobre el Río Paraná, Santa Fe- Argentina (referencia de la Dra. Pouey). Las experiencias con las muestras o testigos, demostraron que luego del embebimiento durante tres días, la capa superior de la arcilla perdía su cohesión, transformándose en coloidal, aunque esto se haya dado parcialmente por la variación del estado de carga. Las muestras se ensayaron luego de la extracción (profundidad de 30 metros), lo cual permitía la alteración de la densificación y la alteración de las estructuras vinculares. De todas maneras, a juicio de los investigadores, el rol fundamental lo jugó la capacidad de la arcilla al hinchamiento.

5) La heterogeneidad: también juega un papel importante. Cuanto mayor es la

muestra o testigo, tanto mayor puede ser la heterogeneidad. La heterogeneidad crea erosiones diferentes en algunos sectores, lo cual conlleva a una no uniformidad complementaria, que incrementa las pulsaciones de velocidad en el fondo. Como consecuencia, la resistencia del suelo a la erosión disminuye. Experimentos especiales realizados en el Instituto de Investigaciones Científicas de Moscú (IICM), han ratificado esta posición.


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Dimensio-

nes de la probeta

2x2 4x4 8x8 15x30

Tipo de suelo

VELOCIDAD NO EROSIVA

(m/s)

- Arcilloso 1.11 0.93 0.85 0.72

-Arcilla 1.17 1.04 0.83 0.61

-Arenoso 0.93 0.83 0.70 0.64

6) Alteración: tienen sustancial significado, las condiciones de modificación del estado natural del suelo. Si en el proceso constructivo de un proyecto la capa superior del suelo ha sido alterada, o bien hubo variación en su humedad, modificándose la presión sobre el mismo, entonces la resistencia a la erosión será menor que en el estado natural. Esto es indispensable de tener en cuenta durante la experimentación con probetas o muestras para la determinación de la velocidad no erosiva. Luego de erosionada la capa con la estructura alterada, la erosión ulterior depende de en cuanto las nuevas condiciones de trabajo del suelo se aproximen a las naturales o iniciales.

7) Variación: en caso de desviaciones sustanciales de presión y humedad, varía la plasticidad y la cohesión. Esto debe considerarse en la determinación de las velocidades no erosivas. Quedan por considerar las condiciones de trabajo del suelo: si se encuentran permanentemente bajo agua o bien si se hallan sujetas

periódicamente a un proceso de secado. El suelo que permanece

permanentemente bajo agua, es más estable a la erosión, que aquel que

está sujeto a variaciones de la humedad, ya que la variación de la

saturación conlleva a la alteración de la estructura vincular y disminución

de la cohesión. Por esta razón suelos iguales en zonas inundables se

erosionan más durante una creciente, que los suelos en el lecho(para

igualdad de profundidades y velocidades).

1.1.3 - Efecto de factores químicos

En la mayoría de las investigaciones experimentales, el análisis químico y mecánico de la capa superficial muestra que la alta resistencia de esta capa se debe a dos factores principales: 1. Cementación de las partículas de limo y arcilla con óxido de hierro.


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2. Deposición de arena y limo durante la primera fase, lo que da origen a la formación de una capa continua de partículas relativamente gruesas, que actúan como una especie de placa continua.

Se cree que el incremento de la resistencia a la erosión se debe a un aumento de la atracción electroquímica entre las partículas de arcilla, causada por, entre otros, óxidos de hierro disueltos, es por ello que se puede esperar la existencia de diferentes relaciones entre la tensión de corte y la erosión para diferentes tipos de suelos cohesivos. Este efecto resultó fundamental para el planteo de la modificación de las cañerías de recirculación del modelo de ensayos. Algunos de los factores químicos se enumeran a continuación:

Concentración de iones y / o cationes

pH

Materia orgánica

Contenido de sales disueltas en el agua de poros

Capacidad de intercambio iónico y/o catiónico

Contenido de agua en la red constituyente de la arcilla Estos factores se analizarán por separado en el sedimento y en el fluido. SEDIMENTO: El sedimento se caracteriza además de por su granulometría y composición mineralógica, por su contenido de materia orgánica y su capacidad de intercambio catiónico, esta última propiedad constituye una medición de la fracción mineral arcillosa superficial. Las arcillas y los minerales arcillosos se identifican a través del método de difracción con rayos X, y en una menor proporción a través de análisis térmicos diferenciales. Los porcentajes en peso de materia orgánica se obtienen por métodos estándares que se relacionan fundamentalmente con la oxidación. La capacidad de intercambio catiónico puede medirse por el Método Ca

++ y Mg

++, en

el cual el calcio es el catión saturado y el magnesio es el agente desplazante. Se utilizan también otros cationes intercambiables. La materia orgánica si estuviese presente, tiende a incrementar la capacidad de intercambio de manera significativa, ya que ella posee un área específica relativamente grande. Las sales también influencian la capacidad de intercambio. Resulta por lo tanto esencial la remoción de la materia orgánica y el lavado del suelo a fin de minimizar el contenido de sales, antes de proceder a la determinación de la capacidad de intercambio. FLUÍDO: El agua que escurre por sobre el lecho puede contar con una composición química diferente a aquella que tiene el agua contenida en los poros. Estudios realizados demuestran que las diferencias en las concentraciones de las sales entre el agua de los poros del material y los fluidos que lo erosionan, pueden tener una influencia importante en la tensión de corte ejercida sobre este tipo de suelo con respecto a la

erosión. Si el agua contenida en los poros tiene una concentración salina


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superior a la del fluido erosionante, el agua se introducirá por ósmosis entre

los poros, causando el hinchamiento del lecho y haciéndolo en consecuencia

más susceptible a la erosión. Los parámetros característicos del fluido incluyen por lo tanto: concentración de cationes y aniones típicos, concentración total de sales y pH. Además cuando se realizan ensayos de erosión o deposición de sedimentos debe procederse a la toma de la temperatura del fluido, dado que los rangos de erosión y deposición son altamente dependientes de la temperatura. Ya que el Na

+ Ca

++ y Mg

++ son cationes abundantes y comunes en las aguas de los

cauces, se concluyó que el RAS es un excelente índice de la composición del fluido. RAS = [ Na

+] / [ 0.5*(Ca

++ y Mg

++)]

1/2

El RAS esencialmente representa la abundancia relativa de los iones sodio con

respecto a los iones de calcio y magnesio dentro de la estructura del suelo. La

resistencia al corte con respecto a las tensiones que provocan la erosión se

ha encontrado que presentan una fuerte dependencia de este índice.

1.1.4 - Efectos de la concentración de sólidos suspendidos.

La concentración de sedimentos suspendidos en la masa del fluido no tiene un efecto significativo sobre los índices de erosión en suelos cohesivos. Esto fue confirmado por las experiencias realizadas por Partheniades (1966) y Kennedy (1895). En 1926, los valores obtenidos por Fortier y Scobey fueron recomendados por el Special Committee on Irrigation Research del American Society of Civil Engineers. En 1941, H.A. Einstein demostró que las suspensiones arcillosas de alta concentración poseían un límite elástico, y afirmó que bajo condiciones adecuadas las corrientes subálveas en lagos y embalses pueden quedar completamente separadas de flujos limpios, aunque el flujo dentro de la misma corriente sea turbulento. En 1959, R. B. Krone condujo una investigación in situ y en laboratorio sobre el transporte de limos en la Bahía de San Francisco. Como resultado de la floculación de sedimentos finos, se obtuvieron altos porcentajes de decantación. Los estudios de laboratorio llevados adelante por el mencionado investigador brindaron información cualitativa sobre la naturaleza de la erosión, el transporte y la deposición de los sedimentos de la bahía (ESTUARINE COHESIVE SEDIMENT DYNAMICS, Proceedings of a workshop cohesive sediment dynamics with special reference to physical processes in estuaries. Tampa, Florida, november 12-14, 1984).

1.1.5 - Efectos del tamaño de la partícula sobre la tensión de corte.

En suelos no cohesivos el tamaño de la partícula tiene una dominante influencia en la erosión dado que el peso es proporcional al diámetro al cubo. En contraste, en suelos cohesivos, la fuerza del peso de la partícula resulta insignificante comparada con las fuerzas electroquímicas. Estudios realizados indican que la tensión de corte crítica para la iniciación del movimiento es proporcional a d

-1 y d

-4/3.

1.1.6 - Efecto de la resistencia al corte sobre la velocidad de erosión.

Ake Sundborg, en su estudio sobre procesos fluviales, asumió la validez de la ley de Coulomb para la resistencia al corte durante la erosión. Esta suposición condujo a


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una relación lineal entre la resistencia cohesiva del material de lecho y la tensión de corte crítica sobre la superficie del lecho. Dunn, también asumió la validez de la ley arriba mencionada y trató de correlacionar experimentalmente la resistencia al corte de diferentes arcillas medidas con una veleta manual versus la fuerza tractora crítica también medida. Esta última se originó a través de un chorro de agua impactando sobre el fondo de un recipiente, parte del cual se rellenó con una muestra de arcilla. Se definió arbitrariamente el estado crítico como aquel originado por la tensión de corte que causaba suficiente erosión como para enturbiar el agua, la cual era acarreada continuamente hacia la superficie. Smerdon y Beasley investigaron la correlación entre la fuerza tractora de falla y el índice de plasticidad, relación de dispersión y tamaño medio de las partículas, utilizando un canal abierto. El estado de falla del lecho cohesivo fue definido arbitrariamente como el originado por la fuerza tractora para la cual el material del lecho estaba en movimiento generalizado.

1.1.7 - Efectos de la temperatura.

La acción de la temperatura sobre una arcilla es la de extraer el agua de sus retículas laminares, transformando el mineral de arcilla en otro compuesto químico. La caolinita por ejemplo, permite la remoción de su agua estructural a partir de los 500 °C y el mineral puede transformarse en óxido de aluminio amorfo y sílice. Los demás minerales de arcilla presentan también efectos típicos al ser altamente calentados; estos efectos permiten su identificación. La investigación para altas temperaturas (balance térmico) es dudosa, sobre todo en arcillas formadas por mezclas mineralógicas; sus resultados se hacen entonces de muy penosa e insegura interpretación, dado que las propiedades de conjunto difieren extremadamente de las propiedades de las partes.

1.1.8 - Efectos de las cargas sobre arcillas expansivas.

La magnitud de las expansiones depende de las cargas actuantes sobre el suelo y es obvio que las expansiones serán mayores cuanto menores sean las cargas actuantes. Toda vez que se sepa que existe la posibilidad de que aparezca un problema importante de expansibidad, deberán hacerse pruebas de laboratorio más serias; la prueba de consolidación estándar es la más común. Las muestras a obtener deberán ser altamente representativas, usándose muestras lo más inalteradas que sea posible, la alteración en el contenido de agua original puede producir cambios irreversibles en la estructura del material. Un factor muy importante es la secuencia de humedecimiento y carga a que se someta la muestra durante la prueba, pues ésta deberá representar fielmente a la que tendrá lugar en el prototipo. Se obtienen diferencias fuertes en las características de expansibidad de una arcilla según que, durante la prueba, la carga preceda al humedecimiento o que éste tenga lugar antes que el proceso de carga.

1.1.9 - Efecto sobre arcillas dispersivas.

Las arcillas dispersivas difieren de las arcillas ordinarias por la resistencia

que presentan a la erosión, ya que éstas poseen un volumen relativo de sodio disuelto en el agua de poros más alto; en tanto que el otro tipo de arcillas presentan


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preponderancia de calcio y magnesio en el agua de poros. Al tener las arcillas

dispersivas menor masa que las arenas y limos, y al no agregarse, se

presentan muy susceptibles a procesos de erosión por su baja atracción

entre partículas. Presentan un bajo índice de plasticidad y pueden estar mezcladas con arenas cuyas partículas poseen diámetros mayores que el de las moléculas de agua. Los materiales iónicos en su agua de poros son químicamente inertes, motivo por el cual las partículas presentan baja atracción de unas con otras. La conducta no erosiva en las arcillas ordinarias puede explicarse a través del equilibrio electroquímico. Por otra parte, en las arcillas dispersivas como ya se ha dicho, existe un predominio de cationes sodio en el agua de poros, como este catión tiene una única carga positiva, al compararse con las cargas por iones de calcio y magnesio, se produce un desequilibrio entre las fuerzas electroquímicas, que produce una repulsión entre partículas. Es por esto que las partículas de arcillas dispersivas actúan como grano y no como un agregado de masa de partículas. Al ser las partículas de arcilla muy pequeñas y de baja masa, se disgregan fácilmente y son arrastradas por el flujo de agua. Este tipo de arcilla es mucho más erosionada por agua de baja concentración iónica. Se procede a la identificación de las arcillas dispersivas a través de pruebas específicas, según normativas del SCS de los EEUU, normas SM-8 (test completo)y ASTM (estándar). Existen cuatro tipos de ensayos:

Prueba por desagregación

Prueba SCS Hidrómetro

Prueba Pinhole

Ensayo químico

1- La prueba por desagregación se lleva a cabo en el laboratorio. Este es un método cualitativo. Para ejecutarlo se coloca una porción de suelo con su contenido natural de humedad de aproximadamente ¼ a

3/8 de pulgadas de diámetro en un

recipiente de vidrio tipo cápsula, donde se lo sumerge en agua destilada. La primera observación se obtiene luego de pasada la primera hora y la segunda a las cuatro horas, observándose al final la nube coloidal, calificando la configuración obtenida de acuerdo con lo siguiente: 1. Ninguna nube coloidal desarrollada. 2. Nube coloidal notable cercana a la periferia. 3. Una nube coloidal surge en una distancia apreciable del trozo de suelo. Pero la

nube no cubre el fondo del recipiente hasta su lado opuesto. 4. La nube coloidal cubre toda la circunferencia del recipiente de vidrio. Suelos arcillosos que presenten una reacción 1 o 2 no pueden ser sometidos a pruebas químicas de dispersión. Suelos arcillosos que presentan reacción 3 o 4, deben ser sometidos a pruebas químicas de dispersión.

2- La prueba SCS del hidrómetro se lleva a cabo por lo general en laboratorio, existiendo una modificación para su desarrollo en el campo. La prueba mide el porcentaje de peso seco de arcilla clasificada según el tamaño de las partículas


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utilizando dos muestras de arcilla que se someterán a diferentes procedimientos. Una muestra se dispersa artificialmente por agregado de hexametafosfato de sodio. El porcentaje de arcilla clasificada según el tamaño en cada procedimiento se mide usando un hidrómetro. Se define el valor de dispersión de acuerdo:

DISPERSIÓN = ( arc. (0.005 mm) s/ ag. disp./ arc.(.005 mm) c/ ag. Disp.) *100 Se interpretan los resultados de acuerdo a lo siguiente:

DISPERSIÓN 60 SUELO PROBABLEMENTE DISPERSIVO

DISPERSIÓN 30 SUELO PROBABLEMENTE NO DISPERSIVO

30 DISPERSIÓN 60 REQUIERE PRUEBAS ADICIONALES

3- La prueba Pinhole es de ejecución directa en contraposición a las de dispersión que es de ejecución indirecta. Su procedimiento en la ASTM Normal D 4647, Método de la Prueba Normal por Identificación y Clasificación de Arcillas Dispersivas por el Pinhole. Pruebas mecánicas de suelos Notan SM-8 de la normativa norteamericana.

4-El ensayo químico utiliza un espectrofotómetro de absorción atómica que determina la cantidad de sales disueltas y las cantidades de sodio, magnesio, potasio y calcio. Las arcillas no dispersivas o normales se determinan por el predominio de cationes de calcio o magnesio. Las arcillas dispersivas, por cationes de sodio. Sherad a desarrollado un gráfico empírico, como puede observarse a continuación.


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ARCILLAS DISPERSIVAS

TEST QUÍMICO

GRAFICO DE SHERAD

100%

%

80

60

40

20

0.1 1 10 100

DISPERSIVA NO DISPERSIVA

1.1.10 - Efectos de los factores mecánicos.

Las propiedades mecánicas de una arcilla, pueden cambiar al producirse una variación de los cationes contenidos en sus redes de absorción, ya que diferentes cationes ligados se corresponden con distintos espesores de la capa adsorbida, lo cual se refleja a través de las características de plasticidad y resistencia del suelo. Cabe aclarar que no se esboza una tendencia clara hacia una relación única entre el índice plástico y la tensión de corte. Se ha utilizado en algunos casos el intercambio catiónico forzado a fin de mejorar el comportamiento mecánico de este tipo de suelo.

1.2- INVESTIGACIÓN EXPERIMENTAL

Definidas por diversos investigadores las diferentes variables que en principio gobiernan los procesos de inicio del movimiento de las partículas de suelos muy finos, con diversos grados de cohesión (en función de sus componentes químicos), pareció lógico el camino iniciado por los investigadores japoneses Kunimori Otsubo y Kohji Muraoka desde el Water and Soil Enviromental Division, Natural Inst. for Enviromental Studies (NIES),( ASCE, Journal of Hydraulic Engineering, Vol 114 N10 oct. 1988).


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El propósito del trabajo de los investigadores japoneses fue el de obtener una función simple de la tensión de corte crítica para sedimentos blandos y cohesivos, basados en las propiedades de sedimentación y rehológicas de los suelos con relación al instante del comienzo del arrastre de sedimentos. Se ha podido observar que importantes factores caracterizan el transporte de sedimentos cohesivos, los cuales son descriptos a partir de la medición de parámetros apropiados. Por lo tanto para los ensayos con estos tipos de sedimentos se requieren dos clases de mediciones, unas que describan las propiedades físico- químicas del sedimento y el fluido, y otras que cuantifiquen las variadas correlaciones que gobiernan los procesos de transporte. Las propiedades del sedimento se determinan a través del tamaño del grano, composición mineralógica, contenido de materia orgánica y capacidad de intercambio catiónico. Las propiedades del fluido a través de su composición iónica, pH, temperatura Además deberán conocerse la densidad del fondo y los parámetros reológicos. Los parámetros de transporte para la decantación, deposición, consolidación y erosión, se determinan a través de una adecuada combinación de mediciones en prototipo y en laboratorio. Con referencia a la Mecánica de Suelos, históricamente los primeros esfuerzos estuvieron dirigidos hacia la obtención de una correlación entre el grado de erosividad del suelo e índices tales como la variación de las tensiones de corte y el índice de plasticidad. Pero la práctica mostró que ni bien ocurre la erosión debido a la ruptura de los lazos electroquímicos entre partículas, esos índices que resultaban adecuados para la caracterización de las propiedades volumétricas del material, parecen inadecuados para las descripciones de los procesos erosivos. Se pueden de obtener mejores relaciones de correlación, por ejemplo “RANGOS DE EROSION Y DEPOSITO”, como así también las fuerzas actuantes sobre depósitos blandos, mediante el uso del intercambio catiónico de las arcillas que constituye una medición representativa de las fuerzas actuantes interpartículas. La variabilidad en la composición de los sedimentos finos, con algo de cohesión o cohesivos y del fluido es tan amplia, que resulta difícil obtener el desarrollo de relaciones de transporte generalizadas tales como el “Diagrama de Shields”, para la

evaluación de la tensión crítica “c“, que provoca el inicio del movimiento de los materiales sin cohesión. Este diagrama define el instante crítico del comienzo del movimiento de los granos uniformes del lecho de un canal bajo un flujo unidireccional uniforme, a través de la representación gráfica de dos parámetros

adimensionales denominados y Re*

cuyas conocidas expresiones son las siguientes:

= c / (s--w)*g*d Se trata de una tensión de corte adimensional, tensión de corte dividida por el peso sumergido de una capa de granos.

Re* = u *d./


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1.2.1- Reseña Histórica Experimental Universal

En el pasado han sido usados una gran variedad de dispositivos para estudiar el fenómeno de erosión en sedimentos cohesivos.

CILINDRO ANULAR VERTICAL ROTANTE (ARIATHURAI Y ARULANADAN, 1978)

CONDUCTO ANULAR ROTANTE (FUKUDA Y LICK, 1980), (PARCHURE Y METHA , 1985), (KUIJPER, 1988), (GRAHAM, 1992), (KRISHNAPPAN 1993)

CANALES PRISMÁTICOS (PARTHENIADES, 1965), (KUIJPER, 1989)

BERLAMONT (1993), recientemente revió algunos de ellos y mencionó las ventajas e inconvenientes de cada uno de estos procedimientos.

Los experimentos llevados a cabo por Partheniades (1965) realizados en un canal prismático, iniciaron un gran número de estudios experimentales sobre la erosión de fondos constituidos por barros. Se investigó en este caso la influencia de la tensión de corte, concentración de los sedimentos cohesivos en suspensión y la resistencia al corte del lecho sobre los índices de erosión de un lecho; además se estudió la deposición de los sedimentos finos suspendidos para diferentes velocidades de flujo. Primeramente los experimentos de Partheniades, pero más recientemente los de Thorn y Parsons (1979) y Kuijper (1989), mostraron que los procesos de erosión no eran uniformes sobre este tipo de fondo. Kuijper (1989) sugirió que esta no-uniformidad surgía debido a una distribución no uniforme de las tensiones de corte a través del canal de ensayo. Berlamont más tarde mencionó la dificultad que surge en la determinación de los rangos de erosión en canales de paredes rectas, a partir de la medición de la concentración de sólidos suspendidos, en virtud de las fuertes variaciones que en ella se producen. Piedra Cueva, Mory y Temperville (1997), desarrollaron en el Laboratoire des Ecoulements Géophysique et Idustriels, Grenoble Cedex 9, Francia, un modelo de canal recirculante para el estudio de los sedimentos cohesivos, constituido por dos tramos rectos de 16,00 m de longitud cada uno unidos mediante dos tramos curvos circulares. Durante el desarrollo de esta experimentación los efectos de estratificación se suprimieron debido a la fuerte mezcla sufrida por los sedimentos en suspensión, a través de una bomba especialmente diseñada para ello. Los mencionados investigadores han logrado en este ensayo una distribución casi uniforme de las tensiones de corte sobre el fondo. Los conductos anulares rotantes han sido extensamente usados a fin de facilitar el estudio de la erosión y deposición de sedimentos finos. En este tipo de conductos se producen flujos plenamente turbulentos, pero por otro lado este tipo de configuración circular genera sustanciales flujos secundarios que conllevan a modelos no homogéneos de erosión en la sección transversal. Recientes mediciones de las propiedades del flujo en canales circulares con anemómetro láser doppler, (GRAHAM, 1992- KRISHNAPPAN, 1994) confirman que las tensiones de corte sobre el fondo varían sustancialmente a través del lecho del canal. Se entiende que los flujos secundarios son fuertemente reducidos en las secciones rectas de los canales de ensayo en comparación con los anulares rotantes, y por otro lado que las tensiones de corte actuantes pueden ser más precisamente monitoreadas. Esta hipótesis avala la forma en que se encaró la investigación llevada adelante por el Laboratorio de la Cátedra de Hidráulica Fluvial.


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1.2.2.- Equipo de Laboratorio

Luego de un intenso trabajo se logró la readecuación del canal de ensayos del subsuelo del Departamento de Hidráulica, a fin de llevar adelante la presente investigación. La misma busca la determinación de un procedimiento para el estudio experimental de la erosión de un fondo, constituido por material cohesivo, bajo la acción de un flujo uniforme en un canal vidriado prismático, con recirculación de agua. El canal en donde se inició la investigación, y aún hoy con modificaciones continúa, posee sección vidriada rectangular de 0,40 m de ancho por 0,40 m de alto y 20,00 m de longitud, con bomba de recirculación de agua. Los caudales inicialmente se aforaban mediante una placa diafragma instalada en el conducto de recirculación, conectada a piezómetros de agua y mercurio. Las velocidades se midieron y aun hoy se miden, con Tubo de Pitot instalado en un carrito de desplazamiento longitudinal y tomas de agua de cota variable. Se construyeron inicialmente seis tomas piezométricas cada 2,00 m, ubicadas en el tramo central de canal para la determinación de la pendiente energética en batería de tubos de vidrio. Como se indicó la recirculación se realiza por medio de una bomba centrífuga, cuyo caudal máximo es de 50l/s. Inicialmente los conductos de recirculación eran viejos caños de hierro del depósito del Departamento. En la actualidad se trata de conductos de PVC. En el plano adjunto se observa la disposición del modelo en la SALA DE ENSAYOS, acompañado de sus dimensiones generales. La obtención de las muestras necesarias para la determinación de turbiedad y concentración de sólidos suspendidos, se realiza actualmente con un muestreador compuesto por una toma de tubo de cobre de 3 mm de diámetro, sujeta a una vara de limnímetro a fin de lograr profundidades de toma variables, instalado sobre un carrito móvil y cebado para extracción continua. La determinación de la concentración de sólidos suspendidos se lleva a cabo en el Laboratorio de Ingeniería Sanitaria del Departamento de Hidráulica a través de una membrana plana porosa EA en vacío. La turbiedad mediante un turbidímetro Hach 2100 AN. Los años de uso deterioraron el canal, sus vidrios se rajaron por el movimiento relativo de los parantes y las pérdidas de agua se incrementaron. Los viejos caños de hierro fundido recirculaban agua con altos contenidos de óxido de hierro. A través de la Fundación de la Facultad de Ingeniería se licitó la construcción de un nuevo canal, el cual se ubicaría en el galpón del Departamento de Hidráulica. El mismo debía ser incluido en el Plan de Proyectos de 1995, pero la construcción nunca se concretó. A comienzos de 1996 la Universidad Nacional de La Plata, concedió un pequeño subsidio el que junto con el aporte del Departamento de Hidráulica permitieron el recambio de vidrios y remozado de la pintura general del canal y paredes del Laboratorio, como así también la construcción de un nuevo desarenador vidriado en mampostería. El dinero no alcanzó en aquella oportunidad para el reemplazo de los caños de recirculación, ni para la reparación del tablero eléctrico necesario para la puesta en marcha de la bomba. Muchos y muy variados fueron los inconvenientes que se sucedieron, desde la dificultad para la elección del filtro a colocar sobre las tomas piezométricas ubicadas


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en el fondo del canal, a fin de evitar el taponamiento de éstas como consecuencia de la extrema finura del sedimento ensayado, hasta el quemado del motor que moviliza la bomba de recirculación. La reparación de este último sólo fue posible por la colaboración de la Fundación de la Facultad de Ingeniería. En marzo de 1999, se finalizó la tarea de reemplazo de las viejas cañerías por las nuevas de PVC, gracias al subsidio (Expediente N° 306-092762) otorgado por el Consejo Académico de la Facultad de Ingeniería, quien aprobó en el presupuesto la ejecución de dichas obras y recambio de los elementos secundarios indispensables para el correcto funcionamiento del modelo. El reemplazo fue indispensable para la obtención de correctos resultados en la medición de los parámetros indicadores de los índices de erosión, ya que debido a la presencia de óxidos de hierro disueltos se produce un aumento en la magnitud de la atracción electroquímica entre partículas de los suelos cohesivos, lo que conlleva a un incremento de la resistencia a la erosión. Las nuevas cañerías de PVC permitieron además, el uso de un caudalímetro electromagnético tipo Dopler, de propiedad del Laboratorio de Electromecánica del Departamento de Hidráulica, el .que a partir de febrero del 2000 sustituye a la placa orificio original. En la actualidad y a partir de la necesidad propia de la investigación (hecho que será explicado más adelante) de aumentar la velocidad de escurrimiento en el canal, se introdujeron importantes modificaciones en la sección transversal. El ancho del canal primeramente se redujo en 0,20 m mediante el agregado de una pared longitudinal de chapa. Mas adelante (ya en el período actualmente en evaluación) se implementó un tramo estrechado el que además de ser calculado fue ensayado y consecuentemente evaluado su comportamiento. Estos agregados inutilizaron las tomas piezométricas de tal forma que las pendientes de pelo de agua hoy se miden en forma directa con limnímetro. Otra importante modificación, que ha acelerado las mediciones, es el cebador del Tubo de Pitot. El nuevo sistema, diseñado y construido por los ex alumnos de la cátedra que colaboran ad-honorem con la investigación y sin cuya ayuda sería imposible continuar las tareas, ha permitido perfeccionar las mediciones de las velocidades en la sección transversal. Los siguientes esquemas y fotografías sintetizan claramente lo aquí relatado.


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Aspecto histórico general del Laboratorio antes del estrechamiento de la

sección de escurrimiento

- Cañería de recirculación de PVC al fondo

- Sacamuestras

- Antiguo tubo de Pitot


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Piezómetro del tubo de Pitot

Válvula y entrada al cuenco de aguas arriba

Bomba del Sistema


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Turbidimetro Hach y caudalimetro Doppler

Mediciones en el piezómetro del tubo de Pitot


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Vista del canal estrechado a 0.20 m de base de fondo

Vista de aguas abajo en el final del canal estrechado


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Transición en la embocadura de aguas arriba del canal estrechado

Sobre elevación de de las paredes del cuenco de aguas arriba y

protección de los vidrios para resguardar del vuelco


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1.2.3 - Mediciones Programadas para el Período 2002-2004

En la actualidad se llevan a cabo tareas de medición y calibración de los nuevos elementos incorporados al modelo aplicados a los sedimentos cohesivos. La modificación de la sección transversal del canal que permitirá aumentar la velocidad del escurrimiento para valores del adimensional de Froude que no superen el valor de 0,80 resulta indispensable para los fines propuestos. Con referencia a los volúmenes de sólidos removidos por efecto del escurrimiento, no pudieron definirse con exactitud debido a las pérdidas sufridas por el sistema. En todos los casos se han utilizado parámetros que se creen resultarán apropiados para los suelos cohesivos, los que han surgido a partir de la investigación bibliográfica realizada. Esta tarea se continuará, aplicando al plan original las modificaciones necesarias para su correcto desarrollo, producto de la experiencia aquilatada. Se programó la medición de:

Caudal líquido, a partir del caudalímetro electromagnético tipo Doppler. Su relación con las vueltas del volante de la válvula. Esta tarea se ha visto dificultada por las variaciones observadas en los sucesivos ensayos.

Perfil de velocidades con tubo de Pitot y piezómetro de rama inclinada con el sistema de cebado implementado para las secciones estrechadas y las sin estrechar.

Pendiente energética medida con limnímetro debidamente nivelado.

Curva granulométrica del material, índice de plasticidad y límites de Atterberg (Laboratorio de mecánica de Suelos del Departamento de Construcciones y/o Laboratorio de la Dirección de Vialidad de la Provincia de Buenos Aires).

Ensayos de consolidación (Laboratorio de mecánica de Suelos del Departamento de Construcciones y/o Laboratorio de la Dirección de Vialidad de la Provincia de Buenos Aires).

Composición mineralógica del material de acuerdo a su origen y determinación del índice RAS (en el Laboratorio de la Facultad de Ciencias Exactas, Dra. Ronco). En el período 2000-2002 la propuesta fue realizar esta tarea en el Laboratorio de Ingeniería Sanitaria del Departamento de Hidráulica pero con los elementos obrantes en el mencionado Laboratorio los resultados fueron incorrectos. La razón fue la imposibilidad de poder extraer el agua interpartículas de las muestras para su análisis. Se estima que esa tarea se realiza exitosamente en el Laboratorio de la Dra. Ronco

Peso específico de las muestras de agua con sedimento (Laboratorio de Ingeniería Sanitaria del Departamento de Hidráulica ).

Sólidos suspendidos de cada muestra, (Laboratorio de Ingeniería Sanitaria del Departamento de Hidráulica).


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Medición de turbiedad por turbidímetro Hach (Facilitado por el Laboratorio de Ingeniería Sanitaria del Departamento de Hidráulica ), obteniendo la muestra mediante sacamuestras del tipo “on line” de diseño propio.

Medición de la viscosidad de los suelos para diferentes contenidos de humedad. Esta tarea fue propuesta en el período 2000-2002 pero el viscosímetro Brookfiel Syncro-electric de cilindros concéntricos existente en el Departamento de Hidráulica no funcionó y resultó imposible conseguir su reparación, razón por la cual se solicitó la colaboración del Departamento de Construcciones Laboratorio de Pavimentos. Las primeras muestras llevadas para su análisis resultaron de

escasa cohesión (ver 1.2.4.1 Análisis granulométrico). Se prevé realizar la medición de viscosidad al barro actualmente en estudio.

Medición en peso de la pérdida de material del lecho, con la utilización de tramos de canal removible. Esta tarea ya se ha iniciado a través de la extracción de las muestras erosionadas. Se prevé optimizar la metodología para lograr los resultados buscados.

Observación microscópica de sedimentos con el objeto de indagar sobre el conocimiento de las formas reflejadas mediante equipos con importantes aumentos, del orden de 1000 a 3000, requiriendo para ello disponer de los servicios de scanning que resulten accesibles al proyecto.

1.2.4 –Trabajos realizados durante el período

En la primera parte de este período (año 2002) sobre el final del mes de marzo, sufrí un importante accidente que desencadenó una delicada operación quirúrgica la que me mantuvo fuera de actividad durante varios meses (licencia por enfermedad). En el mes de agosto reinicié el curso docente el que terminé felizmente, pero la recuperación física resultó lenta y mi movimiento en el Laboratorio se realizaba muy lentamente quedando en la responsabilidad de los ayudantes ad-honorem el desarrollo de las tareas específicas. Esta situación me obligó a solicitar una licencia hasta fin del año 2003 para las actividades del Laboratorio, no así al dictado del Curso (el texto de mi solicitud se agrega como primer documento al ANEXO 1). La ausencia de respuestas de la Facultad a mi petición hizo que solicitara colaboración del Profesor Adjunto de la Cátedra a mi cargo Ing. Guillermo BIANCHI para la continuación del trabajo. Por otra parte la colaboración desinteresada de un grupo de exalumnos hizo que la tarea no fracasara. Los jóvenes que colaboraron son: Ricardo FERREYRA, Mauro CAMPOS y Anabel MARIÑO. Posteriormente se sumaron Mauro LIAUDAT, Emiliano GIORDANA, Santiago LAZZARO y Nicolás BRAND. Para todos ellos mi más sentido agradecimiento. A través de la Investigación Experimental desarrollada durante los primeros años del trabajo se pretendió abrir el camino hacia el estudio de los materiales cohesivos, el cual apunta en su primera fase a la determinación de las variables fundamentales que gobiernan el proceso erosivo correspondientes a tales materiales. Se trata de establecer:


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La validación de la investigación experimental para el proceso de erosión sobre lechos cohesivos.

Metodologías de diseño de un modelo experimental que resulte eficaz.

Expresiones que brinden una adecuada determinación de los índices de erosión.

Varios son los factores y fenómenos que deben manejarse con precaución para controlar el desarrollo de las experiencias: Las determinaciones de la tensión de corte crítica y el inicio del movimiento del

material de los lechos fluviales se hallan hasta hoy basadas en las observaciones visuales y sujetas al ojo del observador. Es por ello que será del mayor interés el lograr determinaciones consistentes que permitan predecir con un alto grado de exactitud, la estabilidad de los contornos de los canales.

Las propiedades físico-químicas-resistentes que gobiernan los procesos erosivos poseen gran complejidad. Esa complejidad atentará en contra de la enunciación de los comportamientos ligados las clases de suelos, a sus densidades y a sus granulometrías.

Los diversos suelos cohesivos deberán ser investigados en forma separada, de acuerdo con su consistencia. Si bien las leyes que gobiernan los procesos erosivos aparentemente son las mismas, la manera de llevar adelante la experimentación resultará seguramente diferente.

Dado que las fuerzas de atracción interpartículas no se mantienen constantes en la masa del suelo, lo que se traduce en falta de uniformidad de los esfuerzos internos, este mecanismo trae como consecuencia una resistencia no uniforme a la erosión.

Resultará de capital importancia el reproducir de la forma más ajustada posible las condiciones reales naturales en el modelo, lo cual resulta a todas luces complejo, dada la gran cantidad de factores físico-químicos que controlan la erosión.

Son buenos indicadores de la erosión el contenido de humedad superficial, la densidad, el hinchamiento potencial y la orientación de las partículas.

Se cree que un análisis de erosión confiable se podrá realizar tal como se ha venido desarrollando hasta el presente en un canal abierto, en el cual el lecho de arcilla constituye sólo una fracción de la totalidad del mismo.

Surge de los trabajos de investigación realizados, tanto a nivel nacional como internacional, que una forma de abordar el estudio de las erosiones sobre lechos cohesivos puede se de carácter similar al de lechos no cohesivos, a través de la determinación de velocidades erosivas. Será necesaria la determinación de esta velocidad por vía experimental y para cada caso particular.

Se analizará adecuadamente el grado de cohesión de la muestra el cual resulta función de los tamaños relativos y cantidades de los diversos granos de suelo y materiales arcillosos presentes. A partir de la clasificación de los suelos surge que cuando entre el 80 y 90 % del material por analizar resulta menor que el tamiz N° 200, una pequeña cantidad de arcilla del 5 al 10 %, puede dar al suelo el nombre de cohesivo.

La descripción completa de la estructura de un suelo cohesivo requerirá del conocimiento de las fuerzas interpartículas y del arreglo geométrico o textura de las partículas. Por ser casi imposible la medición de los campos de fuerzas que


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rodean directamente a las partículas de arcilla, será la textura el objetivo de estudio.

Habrá que distinguir durante el desarrollo del estudio entre arcillas ordinarias y dispersivas dado su diferente comportamiento mecánico, recordando que los estudios mecánicos, como curvas granulométricas o límites de Atterberg, no sirven para la distinción de las mismas, debiéndose proceder a la utilización de algunos de los ensayos enumerados en el item.1.1.9. En las arcillas ordinarias el equilibrio de las fuerzas electroquímicas explica su conducta menos erosiva que las dispersivas, que al tener menor masa no se agregan presentando una baja atracción interpartículas.

Con referencia al pH del suelo se puede decir que la capacidad de intercambio catiónico crece con el aumento de acidez de los cristales, pudiéndose afirmar que la actividad catiónica resulta significativa para valores de pH. menores que 7, incrementándose esta a su vez con la velocidad y concentración del flujo.

La investigación microscópica será de importancia para poder comparar las diversas estructuras de los materiales en análisis.

A partir del avance en el estudio teórico de la erosión en suelos cohesivos se concluyó que era necesario poder lograr en el canal de ensayos, velocidades

mayores que las medidas durante el estudio de los materiales finos (1.1.2 Efecto de

los Factores Físicos-5)-Experimentos realizados en el Instituto de Investigaciones Científicas de Moscú). En consecuencia se planteó la necesidad de que en el modelo pudieran generarse velocidades de más de 1 m/s para valores del número de Froude que no superen el valor de 0,80. Esto llevó a calcular en que condiciones tales velocidades podrían generarse. De esta forma se analizó de qué manera se debería modificar la sección de escurrimiento para el logro de dichos fines. El cálculo inicial implementado (iniciado en el período 2000-2002) llevó a plantear el estrechamiento de la sección transversal a lo largo de todo el canal de los 0,40 m iniciales de ancho a 0,20 m, con una embocadura aguas arriba de 1 m de longitud en chapa galvanizada. Otra modificación importante fue la sobre elevación de las paredes del cuenco de aguas arriba para poder incrementar la carga del sistema y de esa manera evitar desbordes. Luego de construida la sobre elevación y resuelto el problema del desborde en el tramo de aguas arriba del canal, se intentó verificar el funcionamiento del sistema. La posibilidad de contar con muestras de barros cohesivos de lechos de cauces fue uno de los problemas por resolver. El primer aporte de sedimentos lo realizó el Jefe del Distrito de Dolores de la Dirección Provincial de Saneamiento y Obras (DiPSO) quién acercó al Laboratorio muestras del fondo del río Salado en proximidades del puente La Postrera. Lo escaso del material aportado (cuya curva granulométrica se

agregan en 1.2.4.1 Análisis granulométrico) y la imposibilidad de aumentar el volumen de la muestra a partir del proceso de inundación existente en ese entonces, se procedió a buscar una alternativa. Finalmente a partir de la limpieza del cauce del arroyo Maldonado implementado por la Municipalidad de La Plata y el hecho que una ex alumna de la cátedra estaba al frente de la obra, hizo posible la llegada al Departamento de Hidráulica de un volumen importante de barro del lecho (aproximadamente 200 litros de material). De esta forma los barros del Arroyo Maldonado fueron elegidos para iniciar los estudios de esta etapa Las tareas de Laboratorio se iniciaron de la siguiente forma: primero se limpió el sistema de los resabios de material fino residual acumulado en las piedras (las que luego fueron usadas como transiciones, aguas arriba y aguas abajo del canal),


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cuencos y cañerías, de los ensayos anteriores, y se cargó con el barro la zona central del modelo, ocupando una longitud de 5 metros. Los jóvenes exalumnos que ayudaron en la dura tarea fueron munidos de guantes, palas y baldes. El sedimento del arroyo a simple vista se observó cohesivo y con alta contaminación a partir de su textura y olor. El resultado del primer ensayo se observa en la planilla siguiente (ENSAYO Nº:1) Como puede verse en la PLANILLA DE DATOS DE ENSAYOS las velocidades medidas no fueron satisfactorias. Por otra parte pese a haberse alcanzado las velocidades máximas posibles con la bomba existente (caudal máximo de la bomba 50 l/s) y el canal estrechado, las mismas no produjeron el efecto erosivo buscado. Para todos los caudales la observación coincidió en que no se produjo movimiento en el material del fondo. Con respecto al número de Froude los valores calculados alcanzaron valores muy cerca del límite aconsejado como valor máximo La temperatura del agua fue acorde a la época del año del ensayo (mes de diciembre). A partir del análisis de los resultados obtenidos se comenzó a pensar en cual sería la modificación por implementar al canal para el logro del objetivo. La idea de fabricar un nuevo estrechamiento fue analizada con profundidad. A partir de los problemas económicos que atravesaba el país se optó por considerar que se elegiría fabricar una contracción al canal estrechado en lugar de hacer una nueva disminución de la sección a lo largo del canal. Por otra parte el escaso apoyo técnico con que se contaba en ese momento, a partir de la existencia de solo una sola persona como técnico del taller para todos los Laboratorios, llevó a elegir la solución de fabricar una contracción la que podría construirse con solo una chapa. Esa chapa no necesitaba grandes aditamentos, solo un tramo de transición aguas abajo y otro aguas arriba, pudiendo ella hincarse en el fondo de barro por ensayar. De esta forma el cálculo teórico del comportamiento del canal con el estrechamiento se realizó haciendo uso del programa HEC-RAS cuyo cálculo y gráfico correspondiente se adjuntan. Así el nuevo estrechamiento, de 1 m de longitud neta y sus alas de transición fue agregado al modelo.


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Durante el desarrollo del ENSAYO Nº2 (con contracción), cuya PANILLA DE DATOS DE ENSAYO se agrega, se pudieron visualizar todos los inconvenientes que producía la contracción. El desprendimiento del material del lecho se produjo para velocidades superiores a 1 m/s, y los valores del adimensional de Froude rondaban los valores críticos o los superaban. Los máximos valores de la velocidad se midieron aguas abajo de la contracción y fue en ese lugar en donde, luego de vaciado el canal, se pudieron observar los pozos de erosión característicos para esa condición de escurrimiento. Este segundo ensayo se consideró exitoso por el hecho de que se pudo lograr el movimiento del material de la solera y la aparición de zonas erosionadas. Se observó claramente el desprendimiento lajoso del barro y la generación de turbiedad en el agua. A la luz de los resultados obtenidos se reprogramó la metodología de la investigación ya que para cada caso se elegiría una velocidad de escurrimiento fija para todo el ensayo y de esta forma se podría comenzar a evaluar el proceso erosivo para cada condición energética, la forma de la puesta en marcha del modelo, la forma de la recolección de datos, los que en lo sucesivo se realizarían en cuatro secciones fijas. En cada sección las mediciones deberían contar con los elementos para calcular el valor de la tensión de corte crítica en el inicio del proceso erosivo. Por otra parte se comenzó a pensar en la forma más conveniente de poder evaluar los volúmenes de erosión a partir de las deformaciones que se empezaban a observar en los distintos tramos del estrechamiento del modelo. Una de las necesidades que surgió fue la de contar con los elementos que permitieran el análisis y discusión de los resultados a partir del minucioso recupero de las imágenes del ensayo. Como consecuencia de esta situación incorporé al estudio una cámara digital (de mi propiedad) la que aunque sencilla ha permitido avanzar firmemente en el estudio, como se verá mas adelante. El ENSAYO Nº 3 fue cuidadosamente programado y los resultados se pueden observar en la PLANILLA DE DATOS de las páginas siguientes. La preparación de los barros se realizó amasándolos para lograr la lisura necesaria en el comienzo del ensayo. Si bien esta tarea no es aconsejable en un estudio sistemático de barros, en este caso se decidió hacerlo así por tratarse de tareas de ajuste para futuros usos del modelo. Como estaba previsto se trabajó a caudal fijo (29 l/s) y las velocidades en los diversos puntos del estrechamiento superaron el m/s, pero los números de Froude no se pudieron dominar. En esta oportunidad como en el ensayo anterior, se pudieron observar con claridad los pasos del proceso erosivo. Lo que sorprendió notablemente fue el hecho que en algunos momentos del movimiento del sedimento se producía, además del desprendimiento lajoso característico, la hebullición de parte de la masa superficial del barro, fenómeno similar al observado en el comienzo del proceso erosivo de los materiales finos estudiados anteriormente. Como puede observarse errores en las mediciones efectuadas no permitieron el cálculo de la tensión de fondo. Esto se trató de remediar en los siguientes ensayos.


41


42


43


44


45


46

Vista del estrechamiento en su porción de aguas abajo

Alteración del pelo de agua y resalto por efecto del estrechamiento y

tubo de Pitot


47

Deformación del fondo aguas abajo del estrechamiento

Deformación en fondo en el tramo estrechado

Deformación del fondo aguas arriba del estrechamiento

Vista de la deformación del fondo desde aguas arriba del estrechamiento


48

Vista de la deformación del fondo desde aguas abajo del estrechamiento

Vista de la deformación del fondo desde el final del modelo de barros

Aspecto de la erosión localizada a la entrada del tramo estrechado


49

Finalizado el ensayo y luego de evacuar el agua del canal, fue necesario esperar mas de 2 semanas para lograr que los barros fueran secándose y adquiriendo cuerpo para proceder a desprender de la masa las porciones mas erosionadas de forma de poder evaluar el volumen desprendido de material. El resultado de la tarea de extracción se puede observar en las fotografías adjuntas. La tarea de evaluación volumétrica todavía no ha dado resultados satisfactorios. Se ha intentado con yeso pero se deberá buscar otras formas. El ENSAYO Nº4 cuya PLANILLA DE DATOS DE ENSAYO se adjunta, permitió ajustar la calidad de los resultados obtenidos hasta entonces. Nuevamente la preparación de la lisura del fondo para iniciar el ensayo se realizó por amasado del barro y unos días antes del receso del mes de julio se realizó la corrida del modelo. El caudal del ensayo fue 20 m/s y el tiempo algo menos de 2 hs. La temperatura del agua(de acuerdo con la época del año) osciló alrededor de los 15ºC y en esta oportunidad se realizó el cálculo de la tensión de corte media, valores que oscilan entre 3.1 y 4.0 kg/m

2, según se observan en la PLANILLA DE RESULTADOS DEL

ENSAYO. Las fotografías agregadas permiten ver la situación inicial del ensayo y el efecto del estrechamiento en el escurrimiento. Extraída el agua superficial y evaporada la que normalmente queda atrapada en los hoyos erosionados, se fotografiaron las deformaciones del fondo en la porción de aguas arriba del estrechamiento, en el estrechamiento mismo y finalmente en la porción de aguas abajo. Estas últimas imágenes se obtuvieron al volver del receso invernal. Mientras se trabajaba en la extracción de los barros de las zonas erosionadas para su posterior evaluación, se observó la existencia de material fino depositado tanto en las porciones de aguas abajo como de aguas arriba, colindantes con el tramo en donde se realiza el ensayo. El aspecto de lo observado se reproduce en las fotos adjuntas. Las formas del tipo "dunas" correspondientes a los materiales no cohesivos ya estudiados por el Equipo de Investigación hizo que se muestrearan los agregados de esas áreas y que se enviaran al Laboratorio de Suelos del Departamento de Construcciones para su estudio y posterior evaluación.

La evaluación elaborada se observa en el punto 1.2.4.1 Análisis granulométrico de este Informe. Dicho sintéticamente lo que sucede es que las dunas constituyen una forma de fondo asociada al transporte del lecho. Es esperable que las mayores granulometrías participen de este fenómeno. Por otra parte los sedimentos finos sedimentados tienen tamaños similares a las fracciones gruesas de los barros, lo que resulta lógico proviniendo de la misma muestra. La refacción de la entrada de la línea de alta tensión del Departamento de Hidráulica, línea que ingresa por la ubicación geográfica del Laboratorio a mi cargo, hizo que los ensayos en el Canal tuvieran que suspenderse hasta el mes de octubre de 2003. En el ANEXO 1 se agrega una copia de la Nota elevada al Jefe del Departamento denunciando el hecho. Durante el tiempo en que no se pudo usar el canal de ensayos se realizaron ensayos en microscópico sintetizados en 1.2.4.2 Microscopía


50

Porción de barro seco extraído del tramo de aguas arriba del

estrechamiento

Porción de barro seco extraído del tramo de aguas abajo del

estrechamiento


51


52


53


54

Nivel inicial del agua en el ensayo y vista completa del estrechamiento

Alteración del pelo de agua por efecto del estrechamiento

Deformación del fondo aguas arriba del estrechamiento

Deformación del fondo en el estrechamiento

Deformación del fondo aguas abajo del estrechamiento


55

Aspecto del material fino depositado en el fondo del canal aguas arriba

de la zona del modelo

Aspecto del material fino depositado en el fondo del canal aguas debajo

de la zona del modelo

Porcion de barro seco de las zonas erosionadas

Porción de barro seco de las zonas erosionadas


56

Para el último ensayo realizado, ENSAYO Nº 5 no se pudo contar con el caudalímetro que normalmente presta el Laboratorio de Hidromecánica. Es por esa razón que los valores del caudal fueron calculados a partir de las mediciones de velocidad realizadas con el tubo de Pitot. Con el fin de eliminar el efecto erosivo en la porción de aguas abajo del estrechamiento a la salida de la placa, en lugar de colocar barro, la solera se construyó de piedra. A esta altura de la evolución del trabajo se analizaba seriamente el alargar la zona del estrechamiento de tal forma de analizar solo el tramo estrechado y ver de conseguir un tramo de movimiento permanente y uniforme, con valores aceptables del número de Froude. En la PLANILLA DE RESULTADOS DE ENSAYOS se puede observar el valor de la tensión de corte crítica para la zona de estrechamiento de 1.05 kg/m

2

Incentivados por la investigación realizada sobre las porciones mas gruesas de la muestra de barro, se filmó el comportamiento del inicio del movimiento. Ese comportamiento se agrega en imágenes pero sería del caso su reproducción fílmica. El comienzo del movimiento del sedimento grueso de la mezcla es idéntico al observado en los sedimentos finos lo que estaría indicando el comportamiento superpuesto de la masa heterogénea de sedimento: primero el estallido de la ebullición de la porción mas gruesa de los cristales del barro, en el que el comportamiento responde a los sedimentos finos y luego (para la condición de mayor energía de la corriente) el desprendimiento del sedimento en forma de lajas, antes de su destrucción para entrar en suspensión y consecuentemente enturbiar el agua. Se observa también tramos erosionados del lecho, imágenes que en esta oportunidad fueron obtenidas sin flash, en nuestra búsqueda por encontrar la mas clara muestra del barro erosionado.

El plano agregado muestra el NUEVO PROYECTO DE ESTRECHAMIENTO que en principio será usado para mejorar el comportamiento del canal de ensayos en el período que se inicia.


57


58


59


60


61

Secuencia en la que se observa el aumento en el desprendimiento del

material fino del fondo


62

ASPECTO DE LAS DEFORMACIONES DE LOS FONDOS


63

Colocación de piedras aguas abajo del estrechamiento


64


65


66

1.2.4.1 Análisis granulométrico

Se estudiaron las características granulométricas de los sedimentos utilizados en esta etapa de los estudios. Los lechos estudiados son: a) Sedimentos del lecho del río Salado, en Estancia La Postrera (partido de Castelli). b) Sedimentos del lecho del Arroyo Maldonado (partido de La Plata). Como ya se comentara, los del Arroyo Maldonado fueron seleccionados para desarrollar los ensayos de esta etapa. Estos dos tipos de sedimentos fueron muestreados y analizados

a) Sedimentos del lecho del río Salado, en Estancia La Postrera (partido de

Castelli) Se trata de suelos del lecho del río extraídos en agosto de 2002, cuando en ese sector se presentaban aguas altas (Q = 800 m³/s aproximadamente). Los suelos obtenidos pertenecen a la parte marginal de la sección transversal que, justamente, queda bajo agua para condiciones de crecida, y presumiblemente presente tendencia a la despositación en aguas medias y bajas. El análisis al tacto de la muestra permite inferir que se trata de un sedimento fino con importante presencia de componentes granulares de la fracción limo-arena, con poca cohesión. El análisis granulométrico por tamizado indica que la fracción arena es del 33%. Se puede inferir que el diámetro d50 es inferior a 50µ Los resultados del mismo se presentan a continuación:


67

Muestra : RIO SALADO EN LA POSTRERA

Limite Líquido 25.6 84.75

Limite Plástico 17.3

Indice Plasticidad 8.3 41.1

3/8 ¨ 0 0 100

4 0 0 100

8 0.05 0.1 99.9

16 0.54 0.6 99.4

30 1.61 1.9 98.1

50 2.15 2.5 97.5

100 4.64 5.5 94.5

200 22.57 26.6 73.4

270 27.79 32.8 67.2

> 270

Peso Muestra Seca =

Humedad Natural =

TAMIZ Nº % Pasa% Retenido

Arenas

Peso suelto

Ret.

Acumulado

Limos y

arcillas

33%

67%

Gráfico Granulométrico

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000

Diámetro [ m]

% P

asa

RIO SALADO

EN LA

POSTRERA

b) Sedimentos del lecho del Arroyo Maldonado (partido de La Plata) Los barros del lecho del arroyo Maldonado fueron extraídos en diciembre de 2002. El volumen de la muestra fue de 200 litros aproximadamente, obtenida como consecuencia de operaciones de limpieza en el lecho realizadas por una pala cargadora. Los barros contienen abundante materia orgánica. Se presume que ha tomado contacto con aguas servidas o algún tipo de contaminación similar, muy frecuente en arroyos urbanos como el de estudio. Al tacto se observa la presencia de concreciones de mayor dureza dentro de una matriz cohesiva. Por las características del material se efectuaron estudios granulométricos por tamizado y por hidrometría. Luego con el objeto de perfeccionar la caracterización


68

de la muestra se abordó la evaluación por microscopía. En adelante se detallan los resultados alcanzados con cada de estas técnicas. Primeramente se presenta el estudio granulométrico por tamizado. Del mismo resultó que casi el 99% de la muestra corresponde a la fracción limo-arcilla. El diámetro d50 no es posible evaluarlo mediante esta metodología. En la tabla siguiente se presentan los resultados del estudio respectivo.

Muestra : ARROYO MALDONADO

Limite Líquido 36.7 84.32

Limite Plástico 18.4

Indice Plasticidad 18.3

3/4 ¨ 0.00

1/2 ¨ 0.00 0 100

3/8 ¨ 0.00 0 100

4 0.00 0 100

10 0.04 0.05 99.95

40 0.10 0.12 99.88

100 0.45 0.53 99.47

200 1.01 1.2 98.8

Peso Muestra Seca =

Humedad Natural =

1.20%

98.80%

% Retenido % Pasa

Arenas

Limos y

arcillas

TAMIZ Nº

Peso suelto

Ret.

Acumulado

Gráfico Granulométrico

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000

Diámetro [ m]

% P

asa

ARROYO

MALDONADO

Estudios de los sedimentos erosionados Una vez producidos los ensayos, y como consecuencia de los fenómenos observados que ya fueran detallados, se tomaron tres (3) muestras adicionales: una, de los sedimentos pertenecientes al lecho erosionado y otras dos pertenecientes a los depósitos de material granular fino supuestamente erosionado del lecho y transportado en suspensión durante los ensayos.


69

Estudios por vía húmeda (Hidrometría) Estas muestras fueron analizadas por hidrometría. Se utilizó un defloculante y el ensayo tuvo una duración de tres días. Transcurrido dicho período dado que se observó una solución coloidal poco turbia, se dio por concluido el ensayo. Se presentan a continuación los resultados de las tres muestras y un gráfico comparativo de las granulometrías de las tres muestras.

Grafico Granulometrico

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.1 1 10 100 1000

Diametro

% P

asa

BARROS DEL LECHO (Canal Laboratorio)

Finos sedimentados en el canal

sedimentos finos bajo forma de dunas

Se pueden efectuar algunos comentarios al respecto:

Las dunas constituyen una forma de fondo asociada al transporte de fondo. Es esperable que las mayores granulometrías participen de este fenómeno. El diámetro d50 es 60-65 m Los sedimentos finos sedimentados tienen tamaños similares a las fracciones gruesas de los barros, lo que resulta lógico proviniendo de la misma muestra. El diámetro d50 es de28m Se observa que dentro los barros analizados por hidrometría un 15% no alcanza a ser depositado con lo que se infiere la presencia de coloides que no están presentes en las muestras granulares tratadas. Sin embargo el diámetro d50 es de 35 µ, algo mayor que el anterior en tanto esta muestra contiene a las dos anteriores analizadas.


70

Muestra : BARROS DEL LECHO (Canal Laboratorio)

origen : Arroyo Maldonado

Limite Liquido 39.4

Limite Plastico 19.8

Diametro de la % diametro

Particula Pasa para realizar

el grafico

Nª 40 97.2 320 11.6

Nª 100 92.8 150

Nª 200 88.4 74

62 74.1 62 63.6

45 60.2 45

33 47.6 33

25 40.1 25

18 34.7 18

13 31.1 13

9.4 27.5 9.4

6.7 24.8 6.7

4.7 20.7 4.7 24.8

3.2 17.4 3.2

2.1 17.1 2.1

1.5 13.8 1.5

Nota : los valores de los tamices Nª 40 ;Nª100 y Nª 200 fueron Los valores de los tamices Nª 40 ;Nª100 y Nª 200 fueron

determinados mediante el metodo de tamizado via humeda

Arenas finas

Limos

Arcillas


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.1 1 10 100 1000

Diametro

% P

as

a


71

Muestra : Finos sedimentados en el canal


Los ensayo de limite liquido y limite plastico no fueron realizados

por no tener suficiente cantidad de muestra



el grafico

Nª 40 99.4 320 20.3

Nª 100 97.7 150

74 79.7 74

52 69.6 52 63.1

38 62 38

27 49.4 27

19 36.8 19

14 31.8 14

10 24.2 10

7 16.6 7

5 12.6 5 16.6

3 2.5 3

Nota : los valores de los tamices Nª 40 ;Nª100 y Nª 200 fueron Los valores de los tamices Nª 40 y Nª100 fueron determinados mediante el metodo

de tamizado via humeda.

Los resultados de la hidrometria estan realizados con menos cantidad de muestra

que lo establecidos por las normas.

Arcillas

Limos

Arenas finas


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.1 1 10 100 1000

Diametro

% P

asa


72

Muestra : sedimentos finos bajo forma de dunas


Los ensayo de limite liquido y limite plastico no fueron realizados

por no tener suficiente cantidad de muestra



el grafico

Nª 40 99.1 320 40.7

Nª 100 90.3 150

71 59.3 74

52 41.8 52 52.6

38 27.2 38

27 18.4 27

20 12.6 19

14 9.6 14

10 8.2 10

7 6.7 7

5 4.4 5 6.7

3 2.6 3

Nota : los valores de los tamices Nª 40 ;Nª100 y Nª 200 fueron Los valores de los tamices Nª 40 y Nª100 fueron determinados mediante el metodo

de tamizado via humeda.

Los resultados de la hidrometria estan realizados con menos cantidad de muestra

que lo establecidos por las normas.

Arcillas

Limos

Arenas finas


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.1 1 10 100 1000

Diametro

% P

asa

1.2.4.2 – Microscopía

La microscopía fue planteada aquí como una línea de trabajo complementaria de los estudios por su habilidad para reconocer características geométricas de los sedimentos finos.


73

Dentro de la bibliografía específica Raudkivi (1984) observó las formas superficiales resultantes de la erosión de lechos cohesivos, que sucede con las estructuras con cohesión cuando se presenta arrastre en barros fluidos y/o desprendimientos de bloques. El análisis visual lo realizo mediante técnicas de scanning, obteniendo imágenes con 2400 aumentos. Con ello identificó aspectos en principio, cualitativos de la estructura de los bloques y de la textura superficial, encontrando formas diferenciadas entre los lechos de barros blandos y los lechos cohesivos más compactos. Con el objeto de seguir esta línea de análisis se hicieron entonces esfuerzos para la acceder a este tipo de tecnologías. En nuestra Universidad existen Laboratorios e Institutos de diversas Facultades (Facultad de Ciencias Naturales y Museo, Ciencias Exactas, Ingeniería) que prestan servicios externos sobre aplicaciones de microspopio electrónico y de scanning. Los especialistas en microscopía recomiendan que el abordaje se realice en forma paulatina, comenzando con observaciones de pocos aumentos hasta alcanzar el nivel de detalle deseado. En virtud de ello, para esta etapa se trabajó con los microscopios disponibles en el Laboratorio de Ingeniería Sanitaria de nuestro Departamento. Los estudios se efectuaron sobre los sedimentos finos granulares ya caracterizados en el punto anterior y con los barros del lecho del canal ensayado. Las fotos M1 y M2 corresponden a sedimentos granulares pertenecientes a las formas de fondo, con 40 y 100 aumentos con iluminación desde abajo. En este caso las arenas finas son mayoritariamente cristales de cuarzo con formas poco redondeadas. La foto M3 es de sedimentos granulares con 50 aumentos y filtro de color permitiendo en este caso detectar la textura de los agregados. La foto M4 es una ampliación de 100 aumentos de los barros en su conjunto. Se puede observar la presencia relativa de los sedimentos granulares dentro una matriz densa de elementos de tamaño mucho menor bastante difusa de colores ocres. Otro detalle de la misma es la presencia de cuerpos negros que, por comparación con los granos de arena presentes, se infiere que son inferiores o del orden de 5m o inferior. Las fotos M5 a M8 corresponden a muestras extraídas de la superficie del lecho luego de producirse la erosión. Las fotos fueron tomadas con iluminación cenital con ampliación de 100 (M5 y M6) y 50 (M7 y M8) aumentos. Obsérvese que en ellas se alcanza a apreciar que las dimensiones de las oquedades exceden del tamaño de las partículas granulares. Estas fotos, sin embargo, tienen escasa definición si se las compara con la presentada por el Profesor A. J. Raudkivi que aquí se adjunta. Para evaluar la capacidad de la técnica de observación microscópica como herramienta se trabajo inicialmente con sedimentos de propiedades reconocidas como es el caso de las arenas de la zona de Punta Lara que fueron estudiadas en años anteriores. Se presentan aquí a modo de comparación o a modo de ajuste, y para el mismo aumento (100), dos fotos: la foto M9 corresponde a las pequeñas dunas observadas en sectores del canal (60-65 micrones de diámetro medio), y la M10 corresponde a la denominamos arenas de Punta Lara de diámetro medio del orden de 100-120 micrones. Para los futuros trabajos esta línea de análisis tratará de indagar sobre el conocimiento de las formas reflejadas mediante equipos con mayores aumentos, del orden de 1000 a 3000 aumentos, requiriendo para ello disponer de los servicios de scanning que resulten accesibles a nuestro proyecto.


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Foto M1

Foto M2


75

Foto M3

Foto M4


76

Foto M5

Foto M6


77

Foto M7

Foto M8


78

[i1]


79

1.2.5 – Conclusión de los trabajos realizados durante el período


80

Los fenómenos observados durante el desarrollo de las pruebas dieron lugar a que se atendieran algunas situaciones particulares. Las mismas están relacionadas con los procesos de arrastre observados: Bajo condiciones de escurrimiento próximas al movimiento incipiente, se observó, inicialmente, la puesta en suspensión de finos conformando una ¨nube¨ de mayor turbiedad en las proximidades del lecho, pero que luego alcanza un estado de uniformidad en toda la vertical del escurrimiento. Los sedimentos que conforman este transporte en suspensión parecen ser la fracción no cohesiva del suelo, tienen por lo tanto, un comportamiento similar al que presentan las arenas finas. Se debe tener en cuenta que, por estar en la superficie del lecho, son barros más blandos o fluidos que los que se encuentran en profundidad y son fácilmente erosionados. Una vez que se barrió con los barros blandos queda expuesto el lecho que presenta mayor grado de cohesión. En este caso el fenómeno erosivo observado es el de “arrancamiento” de partículas, y mejor aún, debe decirse de arrancamiento de bloques o de agrupamiento de sedimentos. Como consecuencia del arrancamiento, la superficie del lecho adquiere una conformación irregular, presentado pequeños huecos que, por levantamientos posteriores, pueden agrandarse en ancho y en profundidad. No obstante ello, dentro del “caos de oquedades” presente en el lecho se puede destacar que existe un patrón de deformación. Los sedimentos finos que durante el ensayo eran transportados en suspensión, una vez terminados los mismos, fueron observados bajo dos condiciones.

a) En sectores de menor velocidad el modo de transporte pasa a ser arrastre de fondo conformando pequeñas dunas

b) Al cabo de varios días se produce la sedimentación de los sedimentos granulares más finos, lo que acontece a lo largo de todo el canal de ensayos.

.En cuanto a los bloques levantados o desprendidos en el lecho cohesivo, se observó que quedan redepositados en distintos sectores del canal. El comienzo del movimiento del sedimento grueso de la mezcla es idéntico al observado en los sedimentos finos lo que estaría indicando el comportamiento superpuesto de la masa heterogénea de sedimento: primero el estallido de la ebullición de la porción mas gruesa de los cristales del barro, en el que el comportamiento responde a los sedimentos finos y luego (para la condición de mayor energía de la corriente) el desprendimiento del sedimento en forma de lajas, antes de su destrucción para entrar en suspensión y consecuentemente enturbiar el agua.

2.- TRABAJOS DE INVESTIGACION Y DESARROLLO REALIZADOS Y

PUBLICADOS EN EL PERIODO INFORMADO

2.1- PUBLICACIONES EDITADAS

1) De carácter docente

1.1) En el Centro de Estudiantes de Ingeniería de La Plata, nuevo ejemplar de los apuntes de la Cátedra de Hidráulica Fluvial, sobre la base de los elaborados por el Ing. Pedro Picandet, primer Profesor Titular de la materia. Esta publicación pretende reflejar los últimos avances en los temas referidos a Sedimentología, Morfología fluvial y técnicas constructivas en obras de corrección. Este trabajo se realiza con la colaboración del personal docente auxiliar de la Cátedra.


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Sedimentos Cohesivos es un tema moderno, agregado como consecuencia de las investigaciones realizadas, y se incluyó como parte de la Unidad Temática 4. Se trata de una síntesis del conocimiento actual, sobre la siguiente base bibliográfica:

“Loose Boundary Hydraulics “(Tercera edición) del Prof. A.J. Raudkivi.

“Estuarine Cohesive Sediment Dynamics”. “Lecture Notes on Coastal and Estuarine Studies” de Ashish J. Mehta.

“Erosión Hídrica en cursos de llanura sobre lechos cohesivos” de la Inga. Nora Pouey, Universidad de Rosario.

Las Unidades Temáticas elaboradas para los cursos regulares de la materia continuarán siendo corregidas completadas y posteriormente reunidas en un libro. Las nuevas Unidades Temáticas 11 y 12 aún no han sido publicadas. Los alumnos en la actualidad utilizan, para esos capítulos los originales del Ing. Pedro Picandet. Año tras año se agregan tramos de los mencionados capítulos, como se puede observar en el ANEXO 1

2) En congresos de la especialidad

Pese a haberme comprometido a continuar con las publicaciones referidas a los temas de investigación en los Congresos del Agua, en esta oportunidad mi accidente no me permitió cumplir con el compromiso ya que el XIX Congreso fue en agosto de 2002.

3) Otras publicaciones

Para el Boletín Hídrico de la Subsecretaría de Recursos Hídricos de la Nación "Informe sobre el Decreto 1381 de Emergencia Hídrica" y “Plan Federal de Control de Inundaciones”.

2.2- PUBLICACIONES EN PRENSA

Para el XX Congreso Nacional del Agua se halla en preparación:

a. “Primeras Experiencias en un canal a fondo móvil con material de lecho cohesivo”, en colaboración con los alumnos que en la actualidad colaboran ad-honorem con la experimentación.

Unidades Temáticas 11 y 12 de los Apuntes de Clase y corrección de las Unidades Temáticas ya impresas.

3.- TRABAJOS DE TRANSFERENCIA TECNOLÓGICA REALIZADOS EN EL

PERIODO INFORMADO

3.3- ASESORIAS

Como parte del Convenio de la Facultad de Ingeniería con el Instituto Nacional del Agua (INA), el mencionado Instituto contrató al Ing. Gabriel Luciano Schenone (colaborador ad-honorem del Laboratorio) con una Beca Profesional entre los meses


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de junio y diciembre de 2001, con el fin que el Laboratorio de Hidráulica Fluvial brindara apoyo en el estudio del comportamiento del lecho del Riachuelo frente a la desembocadura del aliviador del arroyo Cildañez, ubicado en el límite entre la Capital federal y la Provincia de Buenos Aires. El trabajo tuvo como objetivo estudiar los sedimentos del Riachuelo con el fin de determinar las condiciones iniciales de los procesos erosivos en el lecho y márgenes del mencionado río. El canal de ensayos fue oportunamente calibrado y preparado para realizar las experiencias con los sedimentos a extraerse del Riachuelo pero por razones de índole económicas no se concretó su finalización durante el período informado.

4.- TAREAS DOCENTES DESARROLLADAS EN EL PERIODO INFORMADO

4.1- DE PREGRADO

a) En Hidráulica Fluvial

Dado que soy coordinadora del Area Docente Fluvial y Marítima he realizado todas las tareas correspondientes a la coordinación del Area. Se realizaron diversas reuniones con los profesores para evaluar el funcionamiento de las materias del sector y se analizaron también los programas de las diferentes materias, en particular lo referido a coincidencias temáticas de los programas vigentes. En varias oportunidades se reiteró la propuesta de un cambio relativo temporal para las asignaturas: Hidráulica Fluvial debería dictarse antes que Hidráulica Marítima por el profundo tratamiento que se implementa en la primera del tema sedimentológico. Esta propuesta se tuvo oportunidad de plasmarse a partir de la actividad (que llevó casi la totalidad del 2002) correspondiente al: Plan de Estudios 2002.

b) Plan de estudios 2002 Se elaboraron las Actividades Curriculares del nuevo Plan: objetivos, descripción de la actividad, modalidad de enseñanza y carga horaria, contenidos del programa, bibliografía, apuntes de clase, composición del equipo docente, metodologías de la enseñanza, evaluaciones, cantidad de alumnos, descripción de las acciones del equipo docente, acciones del equipo docente, acciones de los profesores, suficiencia y adecuación de los ámbitos, datos de inscripción y promoción de los alumnos, composición y suficiencia del equipo docente, acciones, reuniones, comisiones del equipo docente y toda la información necesaria para la acreditación de las carreras de Ingeniería Hidráulica y Civil. Por otra parte se elaboraron las fichas de las actividades de Laboratorio y las fichas de investigación. Finalmente se recopiló el material producido durante 2003 de la actividad académica: Apuntes de Clase, Carpetas de Trabajos Prácticos y examenes. Respecto de las tareas docentes específicas, durante la primera mitad del año de ambos períodos se organizó, con el personal docente auxiliar, dos seminarios internos de actualización sobre temas de interés para la cátedra. Como todos los años se discutieron y rehicieron algunos de los Trabajos Prácticos que luego se usaron durante el curso regular.


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En la segunda mitad del año se realizó el dictado teórico-práctico de Hidráulica Fluvial con las tareas de evaluación, de acuerdo a lo indicado en el plan vigente. Como es costumbre de la Cátedra cada año se organiza algún evento particular. Años atrás se invitó a Profesores de la Casa a exponer sobre temas relacionados con los desarrollados en el Programa vigente. En el año 2003 el invitado fue el Ing. Víctor Pochat, Director Nac. de Políticas Coordinación y Desarrollo Hídricos de la Subsecretaría de Recursos Hídricos de la Nación y Presidente del Consejo Intergubernamental del Programa Hidrológico Internacional. Su muy interesante exposición versó sobre el Foro Internacional del Agua de Kioto Japón, 2003.

c) Colaboración con otras cátedras de la Facultad

Por solicitud del Profesor de la materia AGRIMENSURA APLICADA A OBRAS DE DESARROLLO LINEAL Agr. M. Napolitano, dicté una clase en el 2003 referida a las tareas del agrimensor frente a las obras hidráulicas: ríos navegables, regulación y canalización de cursos naturales, canales artificiales, obras, perfiles, etc.. Además les comente sobre las características de las obras del Plan Federal de Control de Inundaciones.

d) Comisiones asesoras a nivel nacional En la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional del Sur miembro titular de la Comisión Asesora para los Concursos de Profesores Titulares de las materias Puertos e Ingeniería Sanitaria.

4.2- DE POSTGRADO Y EXTENSIÓN

Contrariamente a lo ocurrido anteriormente, en este período no he realizado tareas de posgrado.

5.- FORMACION DE RECURSOS HUMANOS EN EL PERIODO INFORMADO

En calidad de ayudantes ad-honorem, desde 2001 y actualmente continúan, colaboran con la investigación los ex alumnos Anabel MARIÑO, Ricardo Raúl FERREYRA y Mauro Rafael CAMPOS. Durante 2003 se sumaron Mauro LIAUDAT, Emiliano GIORDANA y Santiago LAZZARO Sin la colaboración de los mencionados jóvenes la tarea hubiera sido imposible ya que el manejo del modelo requiere de cómo mínimo cinco personas. Por otra parte, el escaso número de personal técnico de taller hace que toda la tarea básica tengan que hacerla principalmente los investigadores.

6.- SUBSIDIOS QUE LE HAN SIDO OTORGADOS COMO TITULAR EN EL

PERIODO INFORMADO

Durante el presente período no se otorgó subsidio alguno al programa. Para poder introducir las modificaciones y reparaciones al modelo fluvial de manera de poder continuar con la investigación propuesta, se contó con el aporte de donaciones de empresas fabricantes y proveedoras de elementos de protección fluvial. De esta forma a partir de las invitaciones a participar, las empresas mediante exposiciones


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orales y armado de módulos, en donde exponen los productos que comercializan, realizan las donaciones. Ellas se canalizan a través de la Fundación de la Facultad de Ingeniería, quién las controla y administra. Por otro lado, de esta forma los alumnos se interiorizan de los productos que les ofrece el mercado para su inminente actividad profesional, con la ventaja que el cuerpo docente de la cátedra les aconseja sobre las ventajas y desventajas de cada producto de acuerdo con el uso que se le quiera dar. Es de hacer notar que pese a estos aportes el estado de la infraestructura del Laboratorio es a todas luces deficiente. Se observan problemas estructurales. Pérdidas de agua de los canales de la nave principal que producen caídas de la mampostería y techo del Laboratorio y sobre todo la entrada de cables de alta tensión sobre el cuenco de aguas abajo del modelo. Estos problemas han sido varias veces puntualizados en notas elevadas a las autoridades correspondientes.

7.- ASISTENCIA A REUNIONES CIENTIFICAS Y TECNOLOGICAS EN EL

PERIODO INFORMADO

Participó del XIX Congreso Nacional del agua realizado entre el 13 y 16 de

agosto de 2003 en la ciudad de Villa Carlos Paz, Prov. de Córdoba en calidad de asistente.

Participó en calidad de moderador en el Seminario "LA GESTION DE LOS RECURSOS HÍDRICOS" organizado conjuntamente por el CONSEJO ARGENTINO PARA LAS RELACIONES INTERNACIONALES y el INSTITUTO ARGENTINO DE RECURSOS HIDRICOS entre el 30 de junio y el 1 de julio de 2003 en la sede del CARI.

Participó como expositora en la Subsecretaría de Recursos Hídricos de la nación sobre el tema "Plan Federal de Control de Inundaciones" el 12 de setiembre de 2003.

Participó en AIDIS como disertante, en las jornadas sobre EMERGENCIAS EN INUNDACIONES: ANALISIS DE LAS DIFERENTES ETAPAS DE ACTUACION ANTE EL DESASTRE, los días 19 y 20 de noviembre de 2003.

Participó como expositora en el "Foro del agua: un bien de la sociedad, un recurso para la vida" auspiciado por la OPS/OMS y la UNESCO, realizado en la ciudad de La Plata, los días 27 al 30 de octubre de 2003

Los certificados de participación se observan en el ANEXO 1

8.- CURSOS DE PERFECCIONAMIENTO REALIZADOS O VIAJES DE ESTUDIO

EN EL PERIODO INFORMADO

Participó en el Primer Seminario sobre Tecnologías Sustentables para la

Prevención de la Contaminación, organizado por el Instituto Nacional del Agua INA y la Agencia de Cooperación Internacional del Japón-JICA en la ciudad de Buenos Aires del 25 al 27 de setiembre de 2002

Participó en el TALLER SOBRE EL AGUA. Una visión científico- tecnológica de los desastres por excesos hídricos el 29 de setiembre de 2003 en la Sede de la Academia Nacional de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales patrocinado por el Instituto Nacional del Agua.


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Organizó la presentación del Proyecto de la Turbina Axial de Flujo reversible el 8 de octubre de 2003 en el Aula Picandet, Departamento de Hidráulica de la Facultad de Ingeniería.

Los certificados de participación se observan en el ANEXO 1

9.- ACTIVIDADES EN GESTION

Para el año 2004 se prepara la jornada sobre rehabilitación de presas.

10.- OTRAS ACTIVIDADES DESARROLLADASEN EL PERIODO INFORMADO Y

NO CONTEMPLADAS EN LOS TITULOS ANTERIORES

a) Participación institucional

Representante Titular por el claustro de los Profesores en el Consejo Asesor del Departamento de Hidráulica.

b) Participación en Jornadas Técnicas Las ya indicadas en el punto 7.-

11 - TÍTULO Y PLAN DE TRABAJO DESARROLLADO EN EL PERIODO

INFORMADO

11.1 - TITULO: Arrastre de materiales sólidos en cauces naturales. Estudio de

la mecánica del arrastre sólido orientado hacia los materiales cohesivos.

11.2. - OBJETIVOS: CONSIDERACIONES GENERALES. En los últimos años muchos han sido los investigadores que se han dedicado al estudio del arrastre de material sólido de fondo y en suspensión en cauces naturales y artificiales, y en áreas costeras. La mayoría de ellos han desarrollado sus teorías dentro del vasto campo de los agregados sueltos, no cohesivos. La razón de ello, se halla por un lado, en el hecho de que la mecánica de los procesos involucrados en el transporte de material no cohesivo, pareció ser más clara y conducente, y por otro lado, en que dentro del campo de este tipo de materiales no fue necesario el intercambio de conocimientos con otras ramas de la ciencia, como la química, para el descubrimiento de los mecanismos que rigen dicho transporte. Hasta el presente, la solución a los problemas de ingeniería en este campo, se realiza mediante el uso de ecuaciones obtenidas a partir de la interpretación subjetiva de evoluciones experimentales. Pese a que muchos investigadores actualmente han contribuido con sus trabajos y ellos proveen importantes avances, se requieren aún profundizaciones en el tema, de forma de eliminar las ambigüedades detectadas e implementar el conocimiento aquilatado en conceptos sencillos de fácil aplicación práctica. En concreto faltan modelos racionales de predicción cuantitativa de volúmenes de erosión. OBJETIVOS ESPECIFICOS: Con esta línea de investigación implementada en el Departamento de Hidráulica de la Facultad de Ingeniería, se pretende comenzar a comprender la mecánica de los procesos erosivos en cauces naturales ó artificiales en los que las secciones estén conformadas por materiales cohesivos. Este es un aporte particular de la Universidad de La Plata a la Provincia de Buenos Aires, ya


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que es aquí (entre otras extensas regiones del país) en donde los canales, cauces naturales y artificiales son en su mayoría de suelos muy finos y cohesivos. Con esta línea de investigación se intenta llegar a comprender la MECÁNICA DE LOS PROCESOS EROSIVOS EN CAUCES NATURALES O ARTIFICIALES, en los cuales las secciones se encuentren conformadas por materiales cohesivos. El propósito final es llegar a la obtención de una función simple de la tensión de corte crítica, basándose en las propiedades de suspensión, sedimentación y rehológicas de los suelos en el instante del inicio del movimiento y su relación con variables de fácil medición. Dado el avance computacional en el desarrollo de modelos matemáticos se hace imprescindible la búsqueda de expresiones matemáticas, que sobre la base de la medición de variables físico- químicas sencillas, representen en forma de ecuaciones el comportamiento de la interfase sólido- agua y los volúmenes de sedimentos arrastrados para cada condición de escurrimiento. El programa que se propone estará enfocado a continuar el estudio de la comprensión de los procesos erosivos en diversos cauces de las principales vías de agua del país, de la Provincia de Buenos Aires y al propio tiempo intentará aportar datos que permitan entender con mayor claridad otros problemas, no menos importantes, como el proceso erosivo de los terraplenes viales en las planicies inundadas de la Provincia.

11.3. - ANTECEDENTES:

La Unidad Ejecutora del proyecto, la Cátedra de Hidráulica Fluvial, inicia su actividad académica en el año 1988. Es a partir de ese año que comienza la organización de las tareas teórico-prácticas relacionadas con la dinámica fluvial en general y con la sedimentología en particular. Las primeras acciones se encaminaron hacia el acondicionamiento de un canal existente en el Departamento de Hidráulica, para ser usado como canal a fondo móvil. Dicho canal, de 20 m de longitud, fue debidamente reparado, se le proveyó de un sistema de recirculación de agua, aforadores, piezómetros y demás elementos de medición y control. Una vez condicionado el canal se realizaron experiencias docentes las que se ampliaron a diversas cátedras del Departamento: determinación de coeficientes de rugosidad, curvas de remanso,etc, para el Área de Hidráulica Básica. La cátedra de Hidráulica Fluvial realizó diversas experiencias referidas a deformación de lechos para agregados de diferentes granulometrías, experimentando puntos del diagrama de Shields y verificando partes de las experiencias de Simons y Albertson. Estas tareas permitieron el desarrollo de nuevos elementos de medición, desarenadores, disipadores, etc. En todos los casos se trabajó con agregados sueltos, sin cohesión. En el año 1988 se intentó iniciar el estudio del comportamiento de los sedimentos finos cohesivos a través de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires. Durante un año el becario Santiago Gonzalez inició la investigación, que luego fue interrumpida sin obtenerse resultados por el escaso tiempo de trabajo (1 año). De cualquier forma su tarea ayudó a avanzar en el conocimiento del manejo del canal de ensayos Este canal de fondo móvil fue visitado por los participantes del XI Congreso Latinoamericano de Hidráulica realizado en Buenos Aires en 1984, por los participantes del XV Congreso Nacional del Agua realizado en La Plata en junio de 1994 y por los participantes del Curso de Hidráulica Fluvial (1986) acompañados por


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el Prof. Fredsoe. Del intercambio con los profesionales visitantes se implementaron diversas modificaciones al modelo. En el año 2000 el Prof. José Maza Alvarez aconsejó la publicación de los resultados de la investigación realizada con los sedimentos finos en alguna revista de la especialidad, por la importancia en la determinación de un punto en la zona indeterminada del Ábaco de Shields. Hoy el canal se halla listo para iniciar la investigación de los suelos cohesivos. En

ese sentido resulta imprescindible el apoyo de personal técnico ó alumnos aventajados de la carrera de Ingeniería Hidráulica y Civil para la obtención de los datos que permitan concretar los resultados esperados. El Laboratorio solo cuenta con grupos de ex - alumnos que, ad - honorem colaboran con la investigación. Por otra parte, durante estos años se ha avanzado en la inclusión del tema de los agregados cohesivos en los cursos regulares de grado, cátedra de Hidráulica Fluvial, y la publicación a través del Centro de Estudiantes de Ingeniería de La Plata de un capítulo sobre el avance de estos conocimientos a nivel general. De esta forma el alumno de grado tiene la oportunidad de acceder al avance logrado en el conocimiento del comportamiento de materiales finos sin cohesión, y de los cohesivos.

Para el CURSO INTERNACIONAL PRECONGRESO “INGENIERÍA DE RÍOS” (17 al 20 de octubre de 2000), se dictó la clase correspondiente a los avances en la materia de los Sedimentos Cohesivos y se publicó un apunte sobre el tema.

11.4.- METODOLOGÍA PROPUESTA

1. Recopilación y análisis bibliográfico Se continuará con la búsqueda de antecedentes, inclusive con la importante herramienta implementada en el Departamento de Hidráulica durante 1996: el acceso a la Internet. Para las técnicas de modelación en laboratorio se continuará consultando la publicación "Hydraulic Model Investigations" del Dr. M. de Vries de los Cursos Internacionales de Ingeniería Hidráulica de Delft (Holanda) y las experiencias realizadas en nuestro país por otros investigadores (INA, Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas de Santa Fé, Universidad de Rosario, etc.), con especial énfasis en los aportes desde la óptica fisicoquímica.

2. Investigación experimental Se prevé, para continuar con el trabajo en el actual canal modificado y calibrado, iniciar la medición de la fuerza de tracción crítica en diferentes materiales con diversos grados de cohesividad, en donde se analizará el comienzo del movimiento, las deformaciones del fondo con la variación de las variables energéticas del escurrimiento, y los volúmenes de sólido movidos. En todos los casos se usarán los parámetros apropiados para su utilización con este tipo de suelos, los que surgen del análisis bibliográfico. Se ha programado la medición de:

Caudal líquido, a partir del caudalímetro Doppler.

Perfil de velocidades con tubo de Pitot y piezómetro de rama inclinada con sistema de cebado de diseño propio.

Pendiente energética por limnímetro debidamente nivelado.


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Curva granulométrica del material, índice de plasticidad y límites de Atterberg (Laboratorio de mecánica de Suelos del Departamento de Construcciones y Laboratorio de la Dirección de Vialidad de la Provincia de Buenos Aires).

Ensayo de consolidación (Laboratorio de la Dirección de Vialidad de la Provincia de Buenos Aires).

Composición mineralógica del material de acuerdo a su origen y determinación del índice RAS (en el Laboratorio de Ingeniería Sanitaria del Departamento de Hidráulica.)

Peso específico de las muestras de agua con sedimento (Laboratorio de Ingeniería Sanitaria del Departamento de Hidráulica).


Medición de turbiedad por turbidímetro Hach (Facilitado por el Laboratorio de Ingeniería Sanitaria del Departamento de Hidráulica), obteniendo la muestra mediante sacamuestras del tipo “on line” de diseño propio.

Medición de viscosidad de los suelos para diferentes contenidos de humedad por viscosímetro Brookfiel Syncro-electric de cilindros concéntricos.

Medición en peso de la pérdida de material del lecho, con la utilización de tramos de canal removible de chapa y horno de secado, si fuera posible, ya que con los materiales finos esta operación no resultó viable.

11.5.- ELABORACIÓN DE LOS RESULTADOS

Se medirán, en el laboratorio diversos estados de tensión de fondo. Se detectará la tensión crítica de comienzo de movimiento de los sedimentos y la tensión de comienzo de la deformación del lecho.

Se buscará la relación de las tensiones antedichas con otras variables de sencilla medición tales como la viscosidad de los barros para distintos contenidos de humedad de las muestras.

Se verificará la dependencia de las tensiones críticas con los valores de fluidez de los barros.

Se relacionará el volumen removido (caudal sólido) con el caudal líquido o con la variable que se observe más conveniente.

Se intentará la elaboración de leyes adimensionales que mejor representen los fenómenos.

11.6.- RECURSOS HUMANOS Por la envergadura del trabajo que se realiza en el laboratorio resulta imprescindible la colaboración de jóvenes interesados en interiorizarse en temas de erosión fluvial. La colaboración y el intercambio es muy importante y hace a la concreción del Programa. En la actualidad el Laboratorio solo cuenta con la ayuda de ex - alumnos y ex - becarios de CIC, quienes colaboran ad - honorem con la investigación. Se trata de los jóvenes Ings. Gabriel Schenone, Mauro Campos, Anabel Mariño, Ricardo Ferreira y Andrea Ferro. El Personal de Apoyo es el que normalmente actúa en el Departamento de Hidráulica en el área Talleres para la construcción de modelos e instalación de elementos de medición: palpador de fondo, piezómetros, aforadores, etc.


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11.7.- APORTES POTENCIALES DEL PROGRAMA

1 Contribución al avance del conocimiento científico y/o tecnológico: Dentro del campo de la sedimentología, uno de los caminos históricamente menos explorados lo constituyen los sedimentos finos cohesivos. La razón de ello es tal vez, el comportamiento sedimentológico tan unido a fenómenos electroquímicos poco conocidos por los ingenieros fluviales. Últimamente esto se ha ido revirtiendo y hoy se cuenta con publicaciones que son el resultado de importantes investigaciones sobre el tema. El avance computacional en el desarrollo de modelos matemáticos que describen la evolución de los cauces naturales y artificiales hacen imprescindible la búsqueda de expresiones matemáticas que sobre la base de la medición de variables fisicoquímicas sencillas representen en forma de ecuaciones el comportamiento de la interfase sólido-agua y los volúmenes de sedimentos movidos para cada condición de escurrimiento. Con esta línea de investigación se pretende, además, avanzar en el conocimiento científico del tema, el que se halla íntimamente ligado a los fenómenos de contaminación de los barros en la desembocaduras y estuarios de los ríos.

2 Contribución a la formación de recursos humanos. En la medida que se cuente con becarios que puedan dedicar su tiempo al estudio y experimentación, se formarán los profesionales idóneos en la especialidad.

3 Transferencia prevista de resultados. El presente proyecto pretende ser una contribución al conocimiento de los complejos fenómenos del arrastre de sólidos cohesivos. Este tipo de material es el que posee mayor desarrollo(entre otras regiones del país) en los ríos de la Provincia de Buenos Aires, no solo en sus cursos medios en el interior de su territorio, sino también en sus desembocaduras en el río de La Plata. Los conocimientos derivados de la investigación propuesta significarán un sustancial avance en el conocimiento y posterior control de los barros presentes en el estuario y en la ribera rioplatense argentina.

11.8. - ACTIVIDAD COMPLEMENTARIA

APUNTES DE CLASE: Complementariamente, y con el fin de perfeccionar la tarea realizada de corrección de los apuntes de clase, los mismos se corregirán, se agregarán temas faltantes, hasta su publicación en forma de apunte completo.

PARA LOS AÑOS 2002 / 3 SE PREPARAN LAS SIGUIENTES TAREAS: 1 Jornada sobre rehabilitación de presas 2 Jornada sobre aplicaciones del refulado en la ingeniería civil


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12.- TITULO Y PLAN DE TRABAJO A REALIZAR EN EL PROXIMO

PERÍODO BIANUAL

12.1.- DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

12.1.1.- Denominación:

Arrastre de materiales sólidos en cauces naturales. Estudio de la mecánica del arrastre sólido orientado hacia los materiales cohesivos.

12.1.2.- Objetivos

Se mantienen los indicados originalmente:

Consideraciones Generales En los últimos años muchos han sido los investigadores que se han dedicado al estudio del arrastre de material sólido de fondo y en suspensión en cauces naturales y artificiales, y en áreas costeras. La mayoría de ellos han desarrollado sus teorías dentro del vasto campo de los agregados sin cohesividad. La razón de ello, se halla por un lado, en el hecho de que la mecánica de los procesos involucrados en el transporte de material no cohesivo, pareció ser más clara y conducente, y por otro lado, en que dentro del campo de este tipo de materiales no fue necesario el intercambio de conocimientos con otras ramas de la ciencia, como la química, para el descubrimiento de los mecanismos que rigen dicho transporte. Hasta el presente, la solución a los problemas de ingeniería en este campo, se realiza mediante el uso de ecuaciones obtenidas a partir de la interpretación subjetiva de evoluciones experimentales. El conocimiento de la mecánica de la erosión en suelos cohesivos es limitado, faltando modelos racionales de predicción cuantitativa de volúmenes de erosión.

Objetivos Específicos

Con esta línea de investigación implementada en el Departamento de Hidráulica de la Facultad de Ingeniería, se pretende comprender la mecánica de los procesos erosivos en cauces naturales ó artificiales en los que las secciones estén conformadas por materiales cohesivos. Con esta línea de investigación se intenta llegar a comprender la MECÁNICA DE LOS PROCESOS EROSIVOS EN CAUCES NATURALES O ARTIFICIALES, en los cuales las secciones se encuentren conformadas por materiales cohesivos. El propósito final es llegar a la obtención de una función simple de la tensión de corte crítica, basándose en las propiedades de suspensión, sedimentación y reologicas de los suelos en el instante del inicio del movimiento y su relación con variables de fácil medición. Dado el avance computacional en el desarrollo de modelos matemáticos se hace imprescindible la búsqueda de expresiones matemáticas, que sobre la base de la medición de variables físico- químicas sencillas, representen en forma de ecuaciones el comportamiento de la interfase sólido- agua y los volúmenes de sedimentos arrastrados para cada condición de escurrimiento. El programa que se propone estará enfocado hacia continuar el estudio de la comprensión de los procesos erosivos en diversos cauces de las principales vías de agua del país, de la Provincia de Buenos Aires y al propio tiempo intentará aportar


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datos que permitan entender con mayor claridad otros problemas, no menos importantes, como el proceso erosivo de los terraplenes viales en las planicies inundables de la Pampa Deprimida.

12.2.- ANTECEDENTES

La Unidad Ejecutora del proyecto, la Cátedra de Hidráulica Fluvial, inicia su actividad académica en el año 1988. Es a partir de ese año que comienza la organización de las tareas teórico-prácticas relacionadas con la dinámica fluvial en general y con la sedimentología en particular. Luego de años trabajo se logró la readecuación del canal de ensayos del subsuelo del Departamento de Hidráulica, a fin de llevar adelante la presente investigación. La misma busca la determinación de un procedimiento para el estudio experimental de la erosión de lechos de material cohesivo, bajo la acción de un flujo uniforme en un canal vidriado prismático, con recirculación de agua. El canal en donde se inició la investigación, y aún hoy con modificaciones continúa, posee sección vidriada rectangular de 0,40 m de ancho por 0,40 m de alto y 20,00 m de longitud, con bomba de recirculación de agua. Los caudales inicialmente se aforaban mediante una placa diafragma instalada en el conducto de recirculación, conectada a piezómetros de agua y mercurio. Las velocidades se midieron y aun hoy se miden, con Tubo de Pitot instalado en un carrito de desplazamiento longitudinal y tomas de agua de cota variable. Como se indicó la recirculación se realiza por medio de una bomba centrífuga, cuyo caudal máximo es de 50l/s. Inicialmente los conductos de recirculación eran viejos caños de hierro del depósito del Departamento. En la actualidad se trata de conductos de PVC. La obtención de las muestras necesarias para la determinación de turbiedad y concentración de sólidos suspendidos, se realiza actualmente con un muestreador compuesto por una toma de tubo de cobre de 3 mm de diámetro, sujeta a una vara de limnímetro a fin de lograr profundidades de toma variables, instalado sobre un carrito móvil y cebado para extracción continua. La determinación de la concentración de sólidos suspendidos se lleva a cabo en el Laboratorio de Ingeniería Sanitaria del Departamento de Hidráulica a través de una membrana plana porosa EA en vacío. La turbiedad mediante un turbidímetro Hach 2100 AN. Las cañerías de PVC permitieron el uso de un caudalímetro electromagnético tipo Doppler, de propiedad del Laboratorio de Electromecánica del Departamento de Hidráulica, el .que a partir de febrero del 2000 sustituye a la placa orificio original. En la actualidad y a partir de la necesidad propia de la investigación (hecho que será explicado más adelante) de aumentar la velocidad de escurrimiento en el canal, se introdujeron importantes modificaciones en la sección transversal. El ancho del canal primeramente se redujo en 0,20 m mediante el agregado de una pared longitudinal de chapa. Mas adelante (ya en el período actualmente en evaluación) se implementó un tramo estrechado el que además de ser calculado fue ensayado y consecuentemente evaluado su comportamiento. Estos agregados inutilizaron las tomas piezométricas originales detal forma que las pendientes de pelo de agua hoy se miden en forma directa con limnímetro. Otra importante modificación, que ha acelerado las mediciones, es el cebador del Tubo de Pitot. El nuevo sistema, diseñado y construido por los ex alumnos de la cátedra que colaboran ad-honorem con la investigación y sin cuya ayuda sería imposible continuar las tareas, ha permitido perfeccionar las mediciones de las velocidades.


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Como se indicara en 1.1.3 la determinación del RAS es fundamental por presentar este índice una fuerte dependencia en la resistencia al corte con las tensiones que provocan la erosión. Es por ello que en el plan anterior se planteó su determinación en Laboratorio de Ingeniería Sanitaria del Departamento de Hidráulica pero con los elementos obrantes en el mencionado Laboratorio los resultados fueron incorrectos. La razón fue la imposibilidad de poder extraer el agua interpartículas de las muestras para su análisis. Se averiguó que esa tarea se realiza exitosamente en el Laboratorio de la Facultad de Ciencias Exactas, Dra. Ronco.

12.3.- METODOLOGÍA PROPUESTA

12.3.1.- Recopilación y análisis bibliográfico

Se continuará con la búsqueda de antecedentes y contactos con investigadores a través de la INTERNET. Para las técnicas de modelación en laboratorio se continuará consultando diversas publicaciones entre las que se encuentran "Hydraulic Model Investigations" del Dr. M. de Vries de los Cursos Internacionales de Ingeniería Hidráulica de Delft (Holanda) y las experiencias realizadas en nuestro país por otros investigadores (INCYTH, Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas de Santa Fé, Fac. de Ing. de Rosario, etc)

12.3.2.- Investigación experimental

En la actualidad se llevan a cabo tareas de medición y calibración de los nuevos elementos incorporados al modelo aplicados a los sedimentos cohesivos. La modificación de la sección transversal del canal que permitirá aumentar la velocidad del escurrimiento para valores del adimensional de Froude alejados de aquellos críticos. Con referencia a los volúmenes de sólidos removidos por efecto del escurrimiento, no pudieron definirse con exactitud debido a las pérdidas sufridas por el sistema. En todos los casos se han utilizado parámetros que se creen resultarán apropiados para los suelos cohesivos, los que han surgido a partir de la investigación bibliográfica realizada. Esta tarea se continuará, aplicando al plan original las modificaciones necesarias para su correcto desarrollo, producto de la experiencia aquilatada. Se programó la medición de:

Caudal líquido, a partir del caudalímetro electromagnético tipo Doppler. Su relación con las vueltas del volante de la válvula. Esta tarea se ha visto dificultada por las variaciones observadas en los sucesivos ensayos.

Perfil de velocidades con tubo de Pitot y piezómetro de rama inclinada con el sistema de cebado implementado para las secciones estrechadas y las sin estrechar.

Pendiente energética medida con limnímetro debidamente nivelado.

Curva granulométrica del material, índice de plasticidad y límites de Atterberg (Laboratorio de mecánica de Suelos del Departamento de Construcciones y/o Laboratorio de la Dirección de Vialidad de la Provincia de Buenos Aires).

Ensayos de consolidación (Laboratorio de mecánica de Suelos del Departamento de Construcciones y/o Laboratorio de la Dirección de Vialidad de la Provincia de Buenos Aires).


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Composición mineralógica del material de acuerdo a su origen y determinación del índice RAS (en el Laboratorio de la Facultad de Ciencias Exactas, Dra. Ronco). En el período 2000-2002 la propuesta fue realizar esta tarea en el Laboratorio de Ingeniería Sanitaria del Departamento de Hidráulica pero con los elementos obrantes en el mencionado Laboratorio los resultados fueron incorrectos. La razón fue la imposibilidad de poder extraer el agua interpartículas de las muestras para su análisis. Se estima que esa tarea se realiza exitosamente en el Laboratorio de la Dra. Ronco

Peso específico de las muestras de agua con sedimento (Laboratorio de Ingeniería Sanitaria del Departamento de Hidráulica ).


Medición de turbiedad por turbidímetro Hach (Facilitado por el Laboratorio de Ingeniería Sanitaria del Departamento de Hidráulica ), obteniendo la muestra mediante sacamuestras del tipo “on line” de diseño propio.

Medición de la viscosidad de los suelos para diferentes contenidos de humedad. Esta tarea fue propuesta en el período 2000-2002 pero el viscosímetro Brookfiel Syncro-electric de cilindros concéntricos existente en el Departamento de Hidráulica no funcionó y resultó imposible conseguir su reparación, razón por la cual se solicitó la colaboración del Departamento de Construcciones Laboratorio de Pavimentos. Las primeras muestras llevadas para su análisis resultaron de

escasa cohesión (ver 1.2.4.1 Análisis granulométrico). Se prevé realizar la medición de viscosidad al barro actualmente en estudio.

Medición en peso de la pérdida de material del lecho, con la utilización de tramos de canal removible. Esta tarea ya se ha iniciado a través de la extracción de las muestras erosionadas. Se prevé optimizar la metodología para lograr los resultados buscados.

Observación microscópica de sedimentos con el objeto de indagar sobre el conocimiento de las formas reflejadas mediante equipos con importantes aumentos, del orden de 1000 a 3000, requiriendo para ello disponer de los servicios de scanning que resulten accesibles al proyecto.

12.4.- ELABORACIÓN DE LOS RESULTADOS

Se medirán, en el laboratorio diversos estados de tensión de fondo. Se detectará la tensión crítica de comienzo de movimiento de los sedimentos y la tensión de comienzo de la deformación del lecho.

Se buscará la relación de las tensiones antedichas con otras variables tales como el RAS y otras de sencilla medición tales como la viscosidad de los barros para distintos contenidos de humedad de las muestras.

Se intentará verificar la dependencia de las tensiones críticas con los valores de fluidez de los barros.

Se relacionará el volumen removido ( caudal sólido ) con el caudal líquido o con la variable que se observe más conveniente.

Se intentará la elaboración de leyes adimensionales que mejor representen los fenómenos.

12.5.- RECURSOS HUMANOS

Por la envergadura del trabajo que se realiza en el laboratorio resulta imprescindible la colaboración de jóvenes interesados en interiorizarse en temas de erosión fluvial.


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La colaboración y el intercambio es muy importante y hace a la concresión feliz del Programa.

12.6.- APORTES POTENCIALES DEL PROGRAMA

1.- Contribución al avance del conocimiento científico y/o tecnológico.

Dentro del campo de la sedimentología, uno de los caminos históricamente menos explorados lo constituyen los sedimentos finos y los cohesivos. La razón de ello sea tal vez, el comportamiento sedimentológico tan unido a fenómenos electroquímicos poco conocidos por los ingenieros fluviales. Últimamente esto se ha ido revirtiendo y hoy se cuenta con publicaciones que son el resultado de importantes investigaciones en el tema. El avance computacional en el desarrollo de modelos matemáticos que describen la evolución de los cauces naturales y artificiales hacen imprescindible la búsqueda de expresiones matemáticas que sobre la base de la medición de variables fisicoquímicas sencillas representen en forma de ecuaciones el comportamiento de la interface sólido-agua y los volúmenes de sedimentos movidos para cada condición de escurrimiento. Con esta línea de investigación se pretende, además, avanzar en el conocimiento científico del tema, el que se halla íntimamente ligado a los fenómenos de contaminación de los barros en la desembocaduras y estuarios de los ríos.

2.- Contribución a la formación de recursos humanos.

En la medida que se cuente con becarios que puedan dedicar su tiempo al estudio y experimentación, se formarán los profesionales idóneos en la especialidad.

3.- Transferencia prevista de resultados.

El presente proyecto pretende ser una contribución al conocimiento de los complejos fenómenos del arrastre de sólidos cohesivos. Este tipo de material es el que posee mayor desarrollo en los ríos de la Provincia de Buenos Aires, no solo en sus cursos medios en el interior de su territorio, sino también en sus desembocaduras en el río de La Plata. Los conocimientos derivados de la investigación propuesta significarán un sustancial avance en el conocimiento y posterior control de los barros presentes en el estuario y en la ribera rioplatense argentina.

12.7.- ACTIVIDAD COMPLEMENTARIA

APUNTES DE CLASE: Complementariamente, y con el fín de perfeccionar la tarea realizada de corrección de los apuntes de clase, los mismos se corregirán, se agregarán temas faltantes, hasta su publicación en forma de apunte completo.

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