sobre los llamados limos floculados en el río de la...
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Sobre los llamados
limos floculados en
el Río de la Plata.
Autor: Capitán de Ultramar Eduardo O. Gilardoni
Profesor de Teoría de la Maniobra
de la Escuela Nacional de Náutica”Manuel Belgrano”
Profesor Tutor: Dn. Patricio A. Marshall
Materia: Elementos de geología marina
Centro de Estudios Estratégicos de la Armada
Curso Universitario de Capacitación en
Intereses Marítimos
Ciudad Autónoma de Buenos Aires - Septiembre 2006
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Sumario
Este trabajo intentará aclarar conceptos sobre los problemas que se le generan a los
buques de gran porte cuando deben navegar los canales del Río de la Plata, debido a
los comúnmente denominados limos floculados.
Para una mejor comprensión, el mismo está dividido en 6 partes:
Una introductoria que abarca datos geográficos e históricos de la cuenca del
Plata.
Una segunda sobre los primeros estudios encontrados sobre dicho fenómeno.
Una tercera donde se analizan las fuentes que aportan los sedimentos que se
depositan finalmente en el Río de la Plata y sus características mineralógicas.
Una cuarta donde se analizan los problemas que surgen para la determinación
de la profundidad real a ser tenida en cuenta, y las tecnologías que se utilizan
en otras zonas con iguales problemas.
Una quinta sobre la salinidad en las aguas del Río de la Plata para permitir
entender los efectos que la misma pueda tener sobre la floculación de los
sólidos en suspensión.
Una sexta que detalla los trabajos de investigación que se han realizado en el
puerto de Zeebrugge por la Universidad de Ghent (Bélgica).
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Introducción
El Río de la Plata, como todo gran estuario que desemboca en el mar, arrastra un
enorme cantidad de sedimentos de diferentes regiones, y por ende, de diferentes
características físicas.
Parte de ellos generan los limos fluidos o arcillas escurridizas (quick clay) que
dificultan la medición de los sondajes que posteriormente le servirán al marino para
determinar los calados con los que puede navegar zonas de poca sonda.
Las sondas ecoicas comunes de un buque mercante no indican la real profundidad del
lugar, ya que sus ondas rebotan contra la primera interfase de agua y limo de baja
densidad, en la cual la parte inferior de la carena de los buques puede desplazarse sin
peligros de daños físicos y con una merma razonable de su maniobrabilidad.
El autor no es geólogo ni tampoco experto en la conducta que siguen los fluidos en
condiciones de cambios de densidad, por ello a elegido al Sr. Profesor P. Marshall
como tutor para que supervise su trabajo; habiéndose basado además en una amplia
biografía referida al final del trabajo.
Por ello es que puede haberse deslizado algún error de concepto, de los cuales se
disculpa.
Objetivos fijados y su análisis
Se pretende actualizar los conocimientos de los profesionales relacionados con los
temas náuticos, generando una conciencia sobre el fenómeno relacionado con los
llamados “limos floculados”, con el fin de lograr estándares de seguridad mayores,
acorde a los mayores calados y tonelajes de los buques que diariamente transitan los
canales del Río de la Plata.
Para ello se ha recurrido, además de la extensa bibliografía, a intercambio de
información con otros importantes puertos del mundo en donde los profesionales deben
afrontar condiciones parecidas a la de nuestro río color león.
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Índice
Parte 1
Introducción…………………………………………………………………………5 / 6
Parte 2
El lecho del Río de la Plata………………………………………………………………7 / 10
a. Parte 3………………………………………………………………………………11 / 28
b. Criterio para el estudio del sedimento por las corrientes fluviales…………11
c. Aportes del Pantanal de Río Grande do Sul……………………………………15
d. La cuenca del Bermejo…………………………………………………………… 20
e. Distribución de los diferentes sedimentos………………………………………22
f. Características mineralógicas de los sedimentos…………………………… 26
Parte 4………………………………………………………………………………………29 / 47
a. ¿Cuales son los problemas para poder determinar a llamada “profundidad
náutica”? …………………………………………………………………………… 29
b. Problemas que surgen para determinar a profundidad con sondas ecoicas…36
c. Distintas formas de sondar…………………………………………………………37
Parte 5………………………………………………………………………………………48 / 51
La salinidad en el Río de la Plata………………………………………………………48
Parte 6………………………………………………………………………………………52 / 55
Revisión del concepto de profundidad náutica en el puerto de Zeebrugge a
través de modelos matemáticos de buques y simulador de maniobras. ………… 52
Conclusión……………………………………………………………………………… 56
Bibliografía……………………………………………………………………………… 57
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Parte primera
Introducción
Descubierto por Juan Díaz de Solís en 1516, este río "grande como mar" se ubica en la
costa este de América del Sur, entre los paralelos 34° y 36° latitud sur y los meridianos
55° y 58° oeste.
El Río de la Plata es la salida al mar de la Cuenca del
Plata que incluye a 5 países: Argentina, Bolivia, Brasil,
Paraguay y Uruguay y posee los corredores acuáticos
más importantes del área: el Río Paraguay, el Río
Paraná y el Río Uruguay, recibiendo de estos dos
últimos ríos un flujo promedio de 20.000 m3 por
segundo. Es la segunda cuenca mayor del continente. Se
extiende a lo largo de unos 320 km. desde el Paralelo de
Punta Gorda (latitud 33°55’ sur) hasta su
desembocadura en el Océano Atlántico que se sitúa en
la línea imaginaria que une Punta Rasa de Cabo San
Antonio (Argentina) con Punta del Este (Uruguay). Su
ancho varía desde los 2 km. en su nacimiento hasta los
220 km. en la línea imaginaria que marca su
desembocadura. Su superficie es de unos 30.000 km2.
Físicamente el Río de la Plata se divide en tres zonas
geográficas:
Zona interior, desde Punta Gorda hasta la línea
Colonia-La Plata, la que se caracteriza por un sustrato
de arena fina, limo y arcilla.
Zona media, desde esa línea hasta otra, Montevideo-
Punta Piedras, donde se evidencia la influencia marina
por una mayor importancia de las mareas.
Zona exterior, desde esa segunda línea hasta el límite
exterior, donde las aguas ya son salobres con una
salinidad variada.
En cuanto a las costas del río, éstas presentan
características muy diversas. La costa uruguaya
pertenece a la formación geológica del Escudo
Brasileño, con costas altas y playas de arena bordeadas
de dunas separadas por cabos rocosos. La costa
argentina corresponde a la cuenca sedimentaria de la
Pampa, formada por mesetas de limo que alternan con
planicies barrosas y pantanosas.
Cuenca del Plata
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Isla Martín García
La zona del Canal Martín García
La morfología del área específica de Martín
García se caracteriza por la presencia de un
bajío (la formación Playa Honda) atravesado
por canales y compuesto por sedimentos
grises-marrones, arenosos hacia el norte,
arenas limosas y limos arenosos hacia el sur
y limos arcillosos (lodos) hacia la margen
argentina. El delta sufre un continuo avance
de 100 metros por año y se produce una
disminución de las profundidades del lecho
con la formación de bancos que luego se
transforman en islas. Ese proceso está
presente y muy activo en la zona cercana a la
isla de Martín García que es de núcleo
rocoso, con el crecimiento de la isla de
Timoteo Domínguez y de los bancos como el
de Santa Ana y del Medio.
Vista satelital del Río de la Plata
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Parte segunda
El lecho del Río de la Plata Estos son los primeros antecedentes encontrados sobre los llamados limos floculado
Fueron publicados en separata en 1968 por el SHN, siendo su autor el Capitán de Corbeta Manuel L Garrido
Se puede decir que los buques en el río de la Plata se hunden dos veces, la primera en
la superficie del agua, la segunda en el fondo.
Este ''segundo hundimiento en el fondo" implica una serie de reflexiones que se detallan
a continuación:
Una gran extensión del fondo del río está formada por limo blando poco compacto.
Esto hace que cualquier objeto sólido tenga dificultades en mantenerse apoyado por
largo tiempo, sin que se hunda lentamente.
Además, el garreo de los buques, por el tipo del fondo citado, no se siente sobre la
cadena y las anclas van "arando" el lecho.
Asimismo, si se desea apoyar en el fondo del río cualquier tipo de plataforma: para
medir mareas, corrientes, radiación solar o, por ejemplo, una torre, se tropieza con el
inconveniente que las arcillas que forman el lecho, al sentir la presión de la misma, van
desalojando el agua que hay entre ellas y llegan a apoyarse unas contra otras,
formando un equilibrio físico meta estable que se manifiesta en una licuifícación súbita
de los sólidos a! estímulo de una perturbación importante cualquiera (temporal,
terremoto, tocada de un buque al atracarse al costado de la torre) que produce el
hundimiento instantáneo de la torre por transformarse en líquido la base que la
sustentaba.
Este fenómeno no es nuevo ni se registra únicamente en el río de la Plata y recibe el
nombre de "quick clay" (arcillas escurridizas),
Ya en Toronto (Canadá) se hundió una escollera y en Escandinavia una fábrica
cercana a un río sufrió el mismo proceso, hundiéndose a 60 m de profundidad.
El SHN ha tenido lamentables experiencias con la instalación de dos torres
mareográficos en el banco Ortiz, las que se hundieron luego de sendos temporales.
Otro aspecto interesante del fondo del río, y que hace al interés especial del navegante,
es la profundidad que se anota en la cartografía y por ende también en los canales de
acceso.
Cuando se sondó el Río de la Plata (con sondas ecoicas, Kelvin Hughes modelo 26 A)
se observó uno diferencia en profundidad con la sonda citado y con escandallo. La
sonda ecoica se contrastó con una barra de hierro que se pasaba bajo el casco de una
profundidad perfectamente conocida, bajo el transductor de la sonda, dando en el
registro del papel de la misma una profundidad que se hacia coincidir exactamente con
el valor real (transductor-barra), modificando la velocidad del estilo.
Esta distancia (transductor-barra) se modificaba haciendo bajar más esta última hasta
otro valor conocido (por ejemplo 10 pies) y el valor registrado se verificaba en el papel
de la sonda, y así sucesivamente, en 15 y 20 pies de distancia de la barra al
transductor.
Luego recién se iniciaban las tareas de sondaje, efectuándose las mismas operaciones
de contraste al finalizar los trabajos diarios.
Con esto se tenía la seguridad que el registro de la profundidad era correcto durante
toda la tarea, pues la sonda tiene un taquímetro en el que se verifica constantemente la
velocidad de rotación del equipo.
Así trabajan, además, los franceses e ingleses -cuya experiencia en tareas hidrográficas
nadie pone en duda- quienes relevaron en los últimos cien años prácticamente todas las
costas de la Tierra.
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Teniendo así la seguridad que nuestro sistema de trabajo era correcto, nuestras sondas
de alta calidad y bien mantenidas y operadas, podíamos asegurar con certeza que la
profundidad registrada era correcta dentro del medio pie.
Por otra parte, si consideramos que las embarcaciones fueron situadas con sistemas de
radiolocalización hidrográficos (Raydist o Hidrodist) según los casos) con una
precisión dentro de los 10 m de error, el trabajo debe considerarse de alta precisión,
Pero si a estos sondajes hechos con la sonda Kelvin Hughes los comparamos con el
efectuado con un escandallo, vemos que este último indicamos profundidad y la
diferencia entre ambos sistemas (el moderno y el arcaico) varía entre 1 y 3 pies. Esta
desigualdad entre ambos sistemas era un grave problema, si se tiene en cuenta la
escasa profundidad del río.
Se pensó detalladamente en el proceso de contraste de la sonda ecoica, su utilización,
la influencia de las variaciones de tensión en la alimentación de los equipos, pero no
salía a luz con todas estas reflexiones, la causa de tan importante diferencia,
Estas dudas tomaron estado público cuando el SHN entregó a los prácticos del Río de
la Plata los planos de sondajes de la zona del Pontón Recalada. Allí se ponía de
manifiesto que la determinante de la zona (vale decir la menor profundidad) estaba en
los 28 pies al plano de reducción y los prácticos, viejos y expertos conocedores del río
alegaban con razón que ellos habrán entrado buques con calados tales que mostraban
que nuestra información no era correcta.
Se hicieron reuniones para discutir todos los aspectos de la cuestión y se fueron
descartando una a una las causas que “no” podían ser motivo de estas diferencias de
opinión, llegándose a la conclusión que tanto la información de los prácticos como los
datos del SHN en sus planos de sondajes eran correctos.
Pero las diferencias de profundidad seguían ahí.
Fue necesario apelar al recurso de buscar experiencias inexplicables y por allí se
encontró el por qué del diferendo.
Así vino a la memoria de los prácticos que los buques, en algunas partes del río, en
lugar de hundirse cuando navegan (como pasa en aguas profundas que se hunden hasta
un pie), disminuyen su calado, y personal del SHN tuvo en cuenta que el escandallo
daba más profundidad que la sonda ecoica.
En definitiva se llegó a la conclusión que los buques, sin varar por eso,
más que navegar se deslizan sobre una tenue capa de limo lo que hace que calen menos
de lo normal.
El lecho del río, tiene por lo tanto tres capas de limo: la superior, en suspensión, que la
sonda ecoica detecta, una segunda capa de limo más denso donde el escandallo se
"entierra" hasta detenerse (por lo cual da más profundidad que la sonda ecoica) y en la
que ¡os buques pueden deslizarse sin varar y, por ultimo, uno capa de fango más duro
que no es detectado por las sondas y donde los buques si tocan, varan.
Respecto al limo en suspensión que origina todas estas dudas conviene hacer algunas
aclaraciones:
La cuenco del Plata abarca 4.000.000 de km2 donde nacen y fluyen los
grandes ríos y sus afluentes que desembocan en el Río de la Plata. El primero
de aquellos, el Paraná, nace al norte de Río de Janeiro, bordea el Paraguay, cruza
nuestro país recorriendo 4.000 km. y Juntamente con los ríos Paraguay y Uruguay
integran el llamado sistema del Plata que da nombre a la cuenca por ellos recorrida.
El régimen de lluvias de esta inmensa extensión es conocido en líneas generales dadas
las zonas deshabitadas, con selvas vírgenes, donde los datos son mínimos. Depende en
definitiva, en qué zona ha llovido más para saber qué afluente aportará más agua al
Río de la Plata.
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Según el afluente es el tipo de arcilla que arrastra, porque no todos los ríos
componentes tienen el mismo tipo.
Vale decir que la proporción de arcillas que navegan por el río depende de la cantidad
de lluvias caídas a miles de kilómetros de distancia. Así bajan las aguas pardas hacia
el mar, hasta que el agua dulce comienza a mezclarse con el agua salada.
La zona de mezcla (de agua dulce y salada) del río ocupa una gran extensión y no
existe una "línea" divisoria fija. Las condiciones de marea dependen de la cantidad de
agua dulce que traiga el río y, por sobre todo, de las perturbaciones meteorológicas
para que esa zona de mezcla se desplace hacia adentro o hacia afuera.
Estas aguas mezcladas (salobres) comparadas con el agua dulce que transportaba
hasta ahora las arcillas, tienen un pH diferente y la presencia de electrolitos produce la
precipitación de las mismas.
Esta precipitación se denomina generalmente "floculación".
Este fenómeno ocurre cuando las aguas del río (que llevan gran cantidad de arcillas)
comienzan a mezclarse con las aguas salobres.
Dado que esas aguas, producto de la mezcla de agua dulce y salada no es homogénea
en salinidad ni horizontalmente ni en profundidad, alteran y hacen imposible
determinar con exactitud el área de precipitación de arcillas, y para complicar aun más
el problema la precipitación citada no tiene que ser necesariamente total, es decir
llegar al fondo.
Los diferentes tipos de arcillas floculan en forma diferente, y mientras unos flocularon
asentándose en el fondo, otros quedarán en suspensión entre el fondo y a un nivel
superior dentro de la masa de agua.
De este modo se tendrá en el agua, un aumento brusco de densidad de arriba hacia
abajo cuando se pase por cada uno de estos niveles máximos de arcillas en suspensión,
y en uno de ellos el eco de la sonda rebota para darnos el valor de la profundidad.
La profundidad que da el SHN es la que corresponde a la capa de limo en suspensión y
la profundidad que citan los prácticos es la de limo más denso por donde los buques
pueden, pese a todo, pasar.
Una pregunta que surge es por qué el SHN no adopta la profundidad que da el
escandallo, pero nadie sabe a ciencia cierta cuál es la diferencia entre ambas capas de
limo porque no es constante y además falta experiencia para decidir con precisión en
qué densidad del limo poco concentrado (o en suspensión) se detiene y rebota el eco de
la sonda, como tampoco sabemos hasta cuando se "entierra" el escandallo para dar
diferencias que oscilan en un valor que representa el 10% de la profundidad del río.
Otro aspecto a tener en cuenta es la imposibilidad de obtener una muestra vertical para
análisis y estudio del conjunto: "limo en suspensión ~ limo más denso - fango", dado
que el agua se escurre al obtener muestras de fondo y llega a superficie sólo la parte
más densa de ella.
Ante esa duda en la profundidad, es necesario colocar en las cartas náuticas los
sondajes que dan el registro de la sonda ecoica, aunque sean menores que los que usan
los prácticos para sus navegaciones cotidianas. Ellos conocen este fenómeno por
experiencia y merecen, sin duda, el reconocimiento al entrar muchas veces buques que
se debaten durante millas y millas de navegación entre el deslizamiento sobre el limo y
el escaso medio pie de agua bajo el casco como margen.
Ampliando lo expuesto por el Sr. Cap. de Corbeta M. Garrido, M. A. Herreros Sierra
expone en su trabajo sobre el squat en zonas lodosas:
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“Los sedimentos pueden ser material de aluvión del río, residuos urbanos e industriales
y otros materiales aportados por el mar, y en general podemos clasificarlos en dos
grupos:
Materiales cohesivos, tendientes a la floculación creando copos por agrupación debido
a la atracción intermolecular, carga iónica etc.
Materiales no cohesivos, como la arena que precipitan más rápidamente creando una
capa plástica superficial en el fondo.
De esta forma se obtiene un perfil estratificado de la zona de navegación similar al de
la figura
En función de la distribución de estos sedimentos puede quedar reducida la capacidad
de navegación en la zona debido a:
a) La acción de corrientes continuas y / o de marea
b) Por gradiente térmico
c) La acción de la propia navegación, pues el buque al navegar determina un campo
de presión, con sobre presiones en proa y popa y depresión bajo la quilla, que
dependiendo de la consistencia del fondo puede alterar considerablemente la
distribución del fondo de aluvión, aumentando la dispersión y posterior floculación.
También debe tenerse en cuenta que algunas de estas zonas de navegación, son
especialmente propensas a la creación de capas de fluidos de diferente densidad,
dando lugar a la aparición de olas internas en la zona de separación de ambos
líquidos”.
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Parte tercera
a. Criterio para el estudio del sedimento por las corrientes fluviales Dr. Guillermo Scartasicini En numerosos ríos de nuestro país, el sedimento transportado en suspensión por los
mismos, llega a valores anuales muy altos. Para el lapso comprendido entre los años
hidrológicos 1952/53 y 1966/67 el río Pilcomayo en Fortín Nuevo Pilcomayo,
transportó como promedio 60.848.200 toneladas anuales de sedimento.
El río Bermejo en Zanja del Tigre para el lapso abarcado por los años hidrológicos
1945/46 a 1966/67 registró un promedio de 57.101.000 toneladas anuales.
Algunos ríos con cuencas imbríferas pequeñas transportan una elevada carga
sedimentaria.
En el río Santa Rufina en la sección de aforos del mismo nombre en el lapso
comprendido entre 1944/45 y 1953/54 se registró un promedio de 1.135.400 toneladas
anuales.
Este río posee una cuenca de solo 75 kilómetros cuadrados»
Los resultados de concentraciones instantáneas de sedimentos en suspensión, pueden
llegar a valores muy altos.
Así por ejemplo en el río Pescado en Colonia Golpana en el año hidrológico 1966/67 se
registró un máximo de 223.437 kg/m3.
Esta situación nos conduce a sostener que en el momento en que se decida la utilización
o aprovechamiento de un río ya se debe contar con un estudio que revele su ciclo fluvio
sedimentológicos:
a. Origen del ingreso de sedimentos al curso de agua
b. Posibilidad de disminuir o corregir dicho ingreso
c. Modalidad del desplazamiento de sedimentos
d. Cuantía del transporte sedimentario por suspensión y arrastre
Mecanismo de la depositación o interrupción del movimiento por causas naturales
A este listado le debemos agregar la necesidad del conocimiento del mecanismo y
consecuencias de la depositación de sedimentos por interrupción de la corriente fluvial
por acción de una obra ingeniería.
Además de determinarse la cuantía del transporte sedimentario de un río y es necesario
investigar tanto el origen como las características del desplazamiento de las partículas
y granos que constituyen dicha carga.
Dicha investigación que se debe llevar a cabo ante la posible depositación o
acumulación de sedimentos por influencias de obras hidráulicas, exige el estudio previo
de la composición grano métrica y de algunas constantes físicas del mismo.
Los valores de las distintas fracciones grano métricas que constituyen el sedimento
transportado en suspensión de diez ríos en las secciones de aforos se mencionan en las
correspondientes tablas.
Los siete valores de porcentajes acumulados de fracciones de partículas que se
expresan en cada ensayo en esta publicación nos permite trazar la correspondiente
curva que relaciona porcentajes con diámetros medios de las partículas y granos.
Esta curva presta un valioso auxilio en múltiples cálculos y especulaciones referidas al
aprovechamiento de la corriente fluvial
Es imprescindible su conocimiento para el cálculo o pronóstico de llenado de una presa
por embalse, en el cálculo del dimensionamiento de desarenadores, para la
determinación del embanquinamiento de canales navegables o de riego, etc.
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Para determinar el proceso de compactación o consolidación a través del tiempo, del
depósito de sedimentos atrapados en un embalse de agua, se emplean habitualmente
fórmulas (Lane y Koelzer, Trask y Millar, etc) que exigen el conocimiento del peso
específico real (sistema partículas-poros) inicial, al cuál se lo calcula partiendo de los
valores de porcentajes de las fracciones, grano métricas de partículas de diámetros
inferiores a 5 micrones, entre 5 y 50, y superiores a 50.
Incluso partiendo de las tablas que aquí se incluyen, es posible calcular la velocidad de
caída de los componentes grano métricos transportados en suspensión; cuando el agua,
por acción, de una presa de embalse, un obstáculo o disminución significativa de la
velocidad de transporte y turbulencia.
Para esto es necesario conocer el peso específico absoluto del sedimento y para lo cual
se debe consultar también la correspondiente tabla que figura en este trabajo.
Empleando las conocidas fórmulas de Ossen o de Stokes, se calculan las velocidades de
caídas. Así por ejemplo, el río Juramento en Cabra Corral transporta en suspensión un
sedimento de un peso específico absoluto igual a 2,,62 (período 1962/64). La velocidad
de caída (V) de una partícula (P) de 2,62 de peso específico (d) en agua (A) a una
temperatura dada y por lo tanto de un peso específico (d’) y viscosidad. (v)
determinados es igual a;
Av
AdPdRV
'2782,217
siendo R el valor del radio medio de la misma. Si consideramos una determinada
temperatura.(15°C) para el agua donde se produce el proceso Ad’ y AV resultan
conocidos, y por lo tanto:
KAV
AdPd
'782,217
siendo K constante.
En nuestro caso K = 31,505, y luego:
V= 31.505R2
Para diversos valores de diámetros medios de las partículas y granos de sedimento en
suspensión; obtenemos los cuadrados de los radios (cm.) equivalentes y tal como se
indica a continuación:
Diámetros de las partículas (mm.) R2
0,002 1001010
0,005 6251010
0,010 25001010
0,020 100001010
0,050 625001010
0,100 250000 l010
0,200 1000000 l010
0,500 6250000 l010
1,000 1000000001010
Resulta muy sencillo entonces transformar todos los valores de composiciones grano
métricas mensuales expresados en las tablas, en curvas mensuales de velocidades de
caídas de partículas y granos transportados en suspensión.
El conocimiento de la composición grano métrica asume gran interés cuando se desea
especular sobre la distribución de los sedimentos que llegan a una zona de
sedimentación.
Los granos de diámetros medios superiores a 62,0 micrones (Pd) obedecen a ciertas
leyes tales como las de la fricción. La fracción constituida por granos de diámetros
medios comprendidos entre 62,0 y 2,7 micrones (Fe) siguen principalmente en su
depositación leyes tales como la que expresan las formulas de Ossen y de Stokes.
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Las partículas de diámetros medios inferiores a 2,7 micrones (Ft) siguen en general las
leyes físico-químicas que rigen a los coloides.
La erosión que los granos conducidos por el agua pueden producir en una turbina
hidráulica está en relación, entre otras causas, con el tamaño, peso específico absoluto,
dureza específica, grado de aristosidad, existencia o no de cibaje y grado de
meteorización de los mismos.
Para los proyectos de canales de navegación, se deben, tener en cuenta problemas de
embanquinamiento y limpiezas. El conocimiento de la composición grano métrica
resulta un auxiliar valioso para la búsqueda de soluciones en problemas tales como los
enunciados.
La composición grano métrica del sedimento del lecho de un río es de especial interés
ya que permite el uso de fórmulas para el estudio de su grado de estabilidad y fijeza.
Con la de Bogardi se determina la velocidad mínima de la corriente ácuea de fondo
para que se inicie el desplazamiento de los granos del mismo.
La velocidad crítica de fondo también puede ser calculada con la formula de Nagy –
Maradi - Katmar (Congreso de Hidráulica, Panamá,1949).
El uso de las fórmulas de Meyer Peter, Straub, Einstein, etc; exigen previamente el
análisis mecánico del sedimento que constituye el lecho del río estudiado.
Las múltiples implicancias de la composición grano métrica del sedimento de fondo ha
determinado que se comiencen a preparar las correspondientes curvas acumulativas.
En esta publicación se da a conocer una reseña de la composición petro-mineralógica
del sedimento transportado en suspensión por ríos de nuestro país.
En todos los casos, el estudio ha abarcado períodos de varios años, lo cual hace,
confiable a los resultados obtenidos.
Al conocerse la composición mineralógica queda en gran parte revelada la
composición química del sedimento transportado, además de otras características tales
como la dureza específica.
Cuando el agua es utilizada para riego, es conveniente conocer la composición petro-
mineralógica de los componentes finos que podrían llegar a los suelos de cultivo.
Minerales tales como la biotita, muscovita, plagioclasas, ortosa, microclino,
hipersteno, augita y apatita, resultan beneficiosos para los cultivos. Al alterarse
proveen a los vegetales de elementos tales como potasio (microclino, OK2=14%),
fósforo (apatita, P2O5 = 41%), calcio (augita, CaO =21%) y magnesio (hipersteno, MgO
= 35 %).
Otros minerales, al alterarse pueden suministrar sustancias nocivas a los vegetales, o
bien modificar inconvenientemente el potencial hidrógeno de los suelos sometidos a
riego. Los minerales o conjuntos de minerales y de materiales pétreos que transportan
en suspensión los ríos estudiados pueden clasificarse en: cuarzo, feldespatos, micas,
minerales pesados, minerales arcillosos, fragmentos de rocas y otros componentes.
El cuarzo es un mineral químicamente inerte y mecánicamente poco alterable.
Experimentalmente se ha demostrado que un grano de cuarzo después de un transporte
de 1 104 km, por abrasión pierde como promedio un 28% de su peso.
El grano de cuarzo, cuando presenta aristas vivas, constituye un agente con fuerte
poder abrasivo.
Teniendo en cuenta ciertos caracteres del grano, su forma, tipo de extinción óptica e
inclusiones que presenten; es posible indicar su origen petrológico y por lo tanto
especular sobre la zona de su procedencia
Los feldespatos, silicatos de aluminio, potasio, sodio y calcio; comprenden a varios
minerales comunes en nuestros ríos.
Los feldespatos se clasifican en ortoclasas y plagíoclasas.
Las primeras, tales como la ortosa y el microclino presentan elevado porcentaje de
potasio y poseen un peso específico bajo.
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Las plagioclasas comprenden a una serie de minerales que a continuación se enumeran
de acuerdo al porcentaje decreciente de sodio que presentan en su constitución: albita
(Na2O = 11%), oligocliclasa, andesina, labradorita, bitowinita (Na2O = 2,5%) y
anortita.
Conservando el mismo orden, el calcio (CaO) va en aumento desde un 0,5% en la
albita hasta un 19,5% en la anortita.
Interviniendo en un proceso de transportes, los feldespatos sufren mucho más
rápidamente los efectos del desgaste, que el cuarzo.
Cuando un río cursa una zona de acentuada pendiente y presenta elevada turbulencia
transportando por arrastre arena constituida por feldespatos y otros minerales tales
como el cuarzo y a medida que nos alejamos de la cabecera del mismo, el porcentaje de
feldespato va en disminución,
Las micas comprenden a minerales tales como la biotita y la muscovita. La primera
posee elevado porcentaje de hierro (Fe0=15%) y de magnesio (Mg0=9,5%).
La muscovita es rica en potasio (K2O = 10%) y se altera con menos facilidad que la
biotita.
Dentro de la denominación "minerales pesados" se incluyen a todos aquellos cuyos
pesos específicos absolutos superen al del brómoformo (2,90). Allí quedan incluídos la
magnetita, hematita, zircón, limonita, epidoto, hipersteno, hornblenda y augita,
diopsido, tremolita, apatita, turmalina y en algunos casos las micas.
Generalmente se encuentran presentes en muy bajo porcentajes.
Los comprendidos con la denominación de "minerales arcillosos" se deben a la
meteorización de los silicatos de las rocas cristalinas.
Por su estructura laminar son también llamados filosilicatos.
Dentro de este grupo de minerales quedan incluidos la caolinita, montmorillonita, illita
y cloríta,
En el sedimento que transportan en suspensión algunos ríos se comprueba la presencia
de fragmentos de rocas. Estos, a veces alcanzan un porcentaje alto. Los fragmentos
pueden, estar meteorizados en gran parte y por lo tanto han disminuido su peso
específico y dureza o bien como en el caso del río Reyes (en Termas de Reyes)
presentarse en granos y pequeñas partículas que han sufrido alteración mecánica pero
no descomposición química y que por lo tanto conservan los caracteres físicos de la
roca de la cual proceden.
De lo expresado podemos obtener como conclusiones que si se intenta aprovechar
racionalmente una corriente fluvial con fines energéticos y de riego, es necesario
determinar no solamente la cuantía del sedimento que transporta en suspensión y por
arrastre (sedimentometría), sino también su composición grano métrica, petro-
mineralógica y ciertas características físicas (sedimentología).
Empleando este criterio para el estudio del sedimento que se desplaza a igual velocidad
que la que posee la corriente fluvial (carga por suspensión), o a una velocidad menor
(carga por arrastre de fondo), se logran datos necesarios para la solución de múltiples
problemas que se presentan en Hidráulica Pluvial
Sedimentos transportados en suspensión en la cuenca del río Bermejo
PESOS Y VOLÚMENES ESPECIFICOS ABSOLUTOS
Período
Lugar
Peso
específico
Volumen
especifico
1963/70
Pescado (Colonia Colpana)
2,660
0,375
1964/70
Tarija (Algarrobito)
2,653
0,376
1969/70
Bermejo (El Colorado)
2,652
0,377
1965/70
Valle Grande (Peña Alta)
2,640
0,378
15
1965/70
Grande (San Juancito)
2,660
0,375
1965/68
Los Alisos (Alisos de Arriba)
2,650
0,377
1963/68
Los Sauce (La Junta)
2,634
0,379
b. Aportes del Pantanal de Rio Grande do Sul El presente capítulo es un extracto de un estudio realizado por el Gobierno Federativo del Brasil sobre el Pantanal de Río Grande
del sur
Erosão e conservação do solo no Brasil com referencia especial a região pertencente a
bacia do prata José el Dr Denardin y Werner Arnaldo Wunsche
Erosão do solo: características especiais do fenômeno, extensão afetada e
quantificação estimada.
O Brasil e banhado por três grandes rios da bacia do Prata, Paraguai,
Paraná e Uruguai totalizando una superfície de 1.422.170 km (BRASIL; mapa poli
visual – político – regional – rodoviário - turístico. Enquanto a bacia ao Paraguai
(353.99A km2), constituída quase que totalmente pelos pantanais mato-grossenses,
suporta basicamente urna exploração pecuária tradicional, as bacias do Paraná
(889.941 km2) e do Uruguai (178.235 km
2) sustentam a maior parcela da exploração
agrícola anual do país.
A evolução tecnológica a partir dos anos sessenta e as boas condições
do mercado para a soja no inicio da presente década, associadas a urna agricultura
subsidiada, levaram esta região do país a urna corrida em buscado aumento de
produção. A crise do petróleo em 1973 veio acelerar ainda mais esta busca de produtos
agrícolas, pois, e atualmente a melhor alternativa do país em conseguir divisas para
equilibrar o déficit econômico criado.
Nessa corrida predominou a substituição da pecuária tradicional e da floresta nativa
por urna monocultura de intensa mecanização. Esta região de urna agricultura
familiar diversificada passou a sofrer urna exploração agrícola intensiva envolvendo
basicamente duas culturas, trigo e soja.
O processo de cultivo intensivo do solo, associado a queima sistemática dos restos
culturais, a utilização de áreas impróprias para culturas anuais e a concentração de
chuvas intensas no período inicial de desenvolvimento das culturas, desencadeou um
desequilíbrio nas características físicas, químicas e biológicas dos solos, resultando em
sérios problemas de degradação e erosão.
A pesquisa tem demonstrado que o manejo impróprio alem de exigir maior consumo de
energia favorece a degradado e a erosão do solo, refletindo-se no transporte de
quantidades consideráveis de sedimentos aos rios e reservatórios, ao mesmo campo que
diminuí o potencial de produção agrícola,
Nas regiões do Planalto e das Missões no estado do Rio Grande do Sul, predominam os
Latossolos profundos de textura argilosa originários pire consumo de energia, favorece
a degradado e a erosão do solo, refletindo-se no transporte de quantidades
consideráveis de sedimentos aos rios e reservatórios, ao mesmo campo que diminuí o
potencial de produção agrícola
16
Nos estados do Rio Grande do Sul, Paraná e São Paulo, uma serie de trabalhos estão
sendo desenvolvidos objetivando quantificar as perdas de solo e de água por erosão.
Estes escudos são unânimes em afirmar que as perdas são consideravelmente reduzidas
a medida que o solo e menos revolvido e os restos culturais são incorporados ou
mantidos na superfície.
Nos estados do Rio Grande do Sul, Paraná e São Paulo, urna serie de trabalhos estão
sendo desenvolvidos objetivando quantificar as perdas de solo e de água por erosão.
Estes escudos são unânimes em afirmar que as perdas são consideravelmente reduzidas
medida que o solo e menos revolvido e os restos culturais são incorporados ou
mantidos na superfície.
Nas regiões do Planalto e das Missões no estado do Rio Grande do Sul,
predominam os Latossolos profundos de textura argilosa originários principalmente do
basalto. No preparo intensivo destes solos, para a sucessão de culturas trigo e soja, e
usual urna operação a profundidade máxima de 15 cm (arado de discos ou
escarificador), seguida de varias outras superficiais a te 7 cm (grades de discos). No
sistema de urna aração e duas gradagens, as perdas de solo por erosão atingem em
17
media 12,8 t / há / ano. Em contrapartida, no sistema de plantio sem nenhum preparo
do solo, estas perdas não ultrapassam a 1,1 t / há / ano
Considerando-se que no estado do Rio Grande do Sul a área cultivada com
soja na ultima safra, 78/79, alcançou 4.069.200 ha3, e fácil estimar as consideráveis
perdas de solo possivelmente ocorridas, urna vez que a área com plantio sem nenhum
preparo não ultrapassou os 12.000 ha4.
Nos municípios de Alegrete e São Francisco de Assis, localizados na região sudoeste do
estado do Rio Grande do Sul predominantemente formada por Latossolos e Regossolos
de texturas media e arenosa, respectivamente, a ocorrências de núcleos arenosos
desertificados, restritos a varias áreas isoladas, perfazendo um total de
aproximadamente 1000 ha. Observa-se, atualmente, nestes municípios e nos
circunvizinhos, urna exploração intensiva do solo com a cultura da soja, sem qualquer
cuidado conservacionista. Grande parte das lavouras é arrendada, sendo toda arca
disponível cultivada indiscriminadamente, quer soja ela própria ou não para a cultura.
Estas circunstanciam levam, aproximadamente, 800.000 há da região sudoeste do Rio
Grande do Sul a serem considerados como um deserto potencial. Embora o clima não
seja propicio ao surgimento de desertes legítimos, urna vez que as precipitações anuais
na região são de 1.360 a 1.650 mm, e indispensável manter o uso destes solos dentro de
sua aptidão agrícola a fim de evitar novos focos de erosão.
O estado do Paraná, integrante da bacia da Prata com uma superfície aproximada de
845.400 km2, 95 % de sô área total, e basicamente composto por quatro grandes grupos
de solos que apresentam consideráveis problemas de erosão: Latossolos Vermelho
Escuro, Latossolos Roxo, Terra Roxa estruturada, Podzolico Vermelho Amarelo.
Os Latossolos Vermelho Escuro, de textura argilosa. predominam na região sul do
Estado, quantificando perdas de solo e de água por erosão, no sistema de cultivo trigo
e soja, chegou a resultados semelhantes aqueles encontrados nas regiões do Planalto e
Missões do estado do Rio Grande do Sul
Ao noroeste, predominamos Latossolos Vermelho Escuro de textura media, originários
do arenito Caiua. Segundo trabalhos desenvolvidos por MOMDARDO estes solos
apresentam um menor índice de erodibilidade comparados aos Latossolos Roxos de
textura argilosa. Entretanto, este índice de erodibilidade refere-se apenas a erosão
laminar, urna vez que os solos do arenito Caiua são muito susceptíveis a formação de
sulcos e voçorocas. Os Podzolicos Vermelho Amarelo de textura media encontrados no
nordeste do Estado, sob o sistema de preparo convencional, perdem cerca de 3,2 t / há /
ano de solo por erosão enquanto que sob plantio sem nenhum preparo estas perdas não
ultrapassam as 0,2 t / há / ano, apresentando assim, esta pratica urna eficiência de 94
% no controle da erosão.
Sedimentado e seus efeitos sobre as hidrelétricas e vias navegáveis
É iminente o risco que correm os investimentos realizados pelo Brasil, para fortalecer o
seu potencial hidrelétrico. Somente nas bacias dos três rios integrantes da bacia da
Prata a um potencial total de aproximadamente 80 hidrelétricas que poderão ter sua
capacidade energética seriamente reduzida pelo carregamento de material oriundo das
lavouras.
Com a seca ocorrida em 1978 no estado do Rio Grande do Sul o nível de água do
reservatório da hidrelétrica Passo Real, pertencente a bacia do Rio Jacul, em
funcionamento desde 1970, baixou sensivelmente, permitindo que se fizesse urna
avaliação expedita do assoreamento ali existente. Foram definidos, nos estuários de
duas microbacías componentes do referido reservatório, dois perfis transversais nos
quais se mediram as alturas atingidas pelo material sedimentado, encontrando-se, em
certos pontos, valores superiores a 1,70 m.
Embora a bacia hidrográfica do hidrelétrico Passo Real não pertença à bacia da
Prata, mas por apresentar condições e solo, clima e uso da terra semelhante a esta,
18
pode-se considerar que o assoreamento medido neste reservatório representa o que
esteja ocorrendo nas demais hidrelétricas instaladas nos rios Uruguai, Paraná,
Paraguai e seus afluentes.
A navegação fluvial e também um fator muito importante para a economia de energia e
para o transporte, uma vez que o país possui 45.000 km de vias em rios e lagoas usadas
para navegação.
Um estudo, objetivando determinar o teor de sólidos em suspensão nas águas de alguns
rios contribuintes da bacia de acumulação da hidrelétrica Passo Real, acusou valores
na ordem de 1600 g/m de água. A concentração de material em suspensão, ale de por
em risco este grande potencial hidroviário, pela redução de profundidades através de
possíveis sedimentações, leva a turvação das águas, a qual diminuiu a penetração da
luze como conseqüência afeta o desenvolvimento da flora e fauna aquática.
Consideração sumaria sobre as causas fundamentais do processo erosivo e sua
importância.
Como causa fundamental do processo erosivo, pode ser indicada a falta de cobertura
do solo nos períodos de chuvas mais intensas.
Na região em pauta a uma coincidência das chuvas mais erosivas com os períodos de
semeadura das culturas de trigo e soja o que, associado com a queima sistemática dos
estes culturais, principalmente de cereais de inverno, e com o excessivo preparo do solo
leva a ocorrência de grandes danos por erosão.
Resultados de pesquisa obtidos com as culturas de trigo e soja nos anos de 1976 a
1978 permitem demonstrar a importância da cobertura do solo nos períodos iniciais de
desenvolvimento das culturas (Figura 2).
19
Desde o preparo do solo ate 30 dias apos a semeadura (estagio I), nos tratamentos com
palha incorporada e com esta mantida na superfície, em comparação com aquele de
restos culturais queimados, as perdas de solo foram, respectivamente 4 e 14 vezes
menores, demonstrando a importância dos restos culturais para o efetivo controle da
erosão. No estagio III, da floração colheita, observa-se um menor efeito do tratamento
sobre as perdas por erosão, pois, as plantas absorvem a energia erosiva da chuva antes
que esta atinja a superfície do solo.
A degradação das características físicas de Latossolos foi avaliada por MACHADO e
por SILVA.
Pode-se verificar que as ótimas condições que os solos apresentam sob vegetação
natural (pastagens ou florestas) são degradadas de forma relativamente rápida, quando
eles passam a ser agricultados.
20
O excesso de preparo e a não observância do teor de umidade adequada para
trabalhar o solo provocara o surgirnento de camadas adensadas ("solas de arado ou de
grade") na profundidade de trabalho dos implementos (Tabela 2).
Este adensamento reduz a velocidade de infiltração provocando, em chuvas intensas, a
saturação da camada superficial que, apos saturados, deslizam em blocos, sendo
removida totalmente. E comum à espessura da camada perdida atingir mais de 10 cm.
Como as camadas compactadas reduzem a velocidade de infiltração, a água das
chuvas, em lugar de penetrar no solo e alimentar os mananciais por via subsuperficíal,
escorre em maior volume na superfície, favorecendo erosão e a ocorrência de
enchentes. Esta redução drástica na capacidade de absorção da água pelo solo e,
possivelmente, a rnaior responsável pelo aumento dos danos por erosão, apesar da
amplia utilização das praticas mecânicas terraços no controle a mesmas.
E evidentes que um sistema de terra dos dimensionado e construído em função das
características originais do solo, com alta capacidade de infiltração de água, não ira
suportar todo o deflúvio que o correrá quando o solo tiver essa característica
drasticamente reduzida.
Os Latossolos Roxo quando manejados adequadamente, conservam suas características
originais ou as recuperam em um espaço de tempo relativamente curto. MACHADO &
BRÜM constataram que, estes solos apos quatro anos de cultivo sem nenhum preparam
sobre urna área originalmente de campo, o solo apresentava urna velocidade inicial de
infiltração na razão de 113 mm/hora em comparação com 96 mm/hora na área original
de campo.
Já, esta mesma área, quando submetida a preparo intensivo durante seis anos, a
velocidade de infiltração decresceu para 48 mm/hora.
Em experimento conduzido sobre Latossolos Vermelho Escuro, no Centro Nacional de
Pesquisa de Trigo em Passo Fundo-RS, com dois anos de diferentes manejos do solo, já
e possível observar alterações na agregação.
Dos agregados são maiores que 1 mm e na área com enterrio de palha 44 % do total de
agregados estão nesta faixa, em comparação com 35 % na área onde os restos
culturais foram sistematicamente queimados.
c. Cuenca del río Bermejo - Breve análisis sobre la conveniencia o no del
dragado del Bermejo COREBE – Sedimentos aportados por el Bermejo
En situación de crecida el Bermejo inferior se comporta como un río de arenas muy
finas (d50 entre 80 y 100 micrones), con una carga de limos y arcillas en suspensión
que se comporta como carga de lavado.
Los limos encontrados en abundancia en los muestreos superficiales durante aguas
bajas, son depositados en los meses posteriores al período de aguas altas, y son los que
dan la configuración definitiva a las secciones hasta el siguiente período de crecidas.
Incidencia sobre el Delta del Paraná y Río de la Plata.
En cuanto a la incidencia que cambios en los aportes sólidos del río Bermejo puedan
tener en la conformación del Delta del río Paraná, es conveniente analizar
separadamente el comportamiento de las arenas y el de los finos.
Puede afirmarse que el volumen anual de arenas que ingresan al Delta no será
afectado por eventuales variaciones de aporte de arenas del Bermejo al río Paraguay
por las siguientes razones:
El lecho de los cauces principales del río Paraná es de arena y, como ya se expresara,
el transporte de arena se produce a una tasa correspondiente a la capacidad de
saturación del transporte.
21
Por lo tanto, la capacidad de transporte del Paraná, en el supuesto caso de que se
produzca un déficit en un aporte del sistema superior, será completada siempre por
aportes sólidos tomados del lecho del río.
La longitud de recarga del transporte a partir de las existencias de arena en el lecho se
produce en longitudes reducidas (orden de magnitud 1km) frente a la longitud de
desarrollo del río Paraná desde Corrientes hasta el Río de la Plata (del orden de 1000
km).
Más allá de que el río Bermejo no se caracteriza por tener un importante aporte de
arenas al sistema, quedó demostrado en los puntos anteriores que las reducciones del
monto de dicho material analizadas en los escenarios descriptos, quedan recuperadas
dentro de la cuenca del Bermejo.
Como consecuencia, se concluye que la formación de bancos y depósitos de arena en el
Delta seguirá con su ritmo normal, no siendo afectadas por posibles políticas de
manejo en la Alta Cuenca del Bermejo que generen reducciones del aporte de arenas.
En cuanto a la deposición de limos y arcillas, se debe estudiar el comportamiento en
condición de aguas bajas y de aguas altas.
Resumiendo, en el caso de aguas bajas, las aguas se mantienen encauzadas, sin
desbordes, y los limos son transportados como carga de lavado, con una alta eficiencia
hasta la desembocadura de los cauces en el Río de la Plata.
En aguas altas, se verifican desbordes en planicies y zonas de islas, que generan
deposiciones de limos en las mismas, contribuyendo de este modo al crecimiento del
Delta.
Se concluye que una reducción de la concentración de sedimentos de la carga de
lavado del Paraná tendría el efecto de atenuar la velocidad de crecimiento del delta
por deposición de limos.
Desde el punto de vista de la infraestructura, dicha reducción implicaría menores tasas
de sedimentación en recintos portuarios laterales del sistema (fuera del cauce
principal) y una disminución del volumen de sedimento a procesar en plantas de
tratamiento de aguas.
Por otro lado, no son dables de esperar procesos erosivos en el Delta del Paraná por
esta causa.
La tasa de avance del frente del Delta, que en la situación actual es del orden de 100
metros/año, resultará evidentemente afectada, siendo su reducción aproximadamente
proporcional a la de la concentración de limos en las aguas del Paraná.
Puede decirse, simplificando el funcionamiento del sistema, que las arenas tienen más
peso en el crecimiento del Delta en longitud, y que los limos lo tienen en el crecimiento
en cota. En efecto, en el frente del Delta se forman depósitos de arena que determinan
zonas de baja velocidad, donde existen condiciones favorables para la deposición de
los finos. La complejidad del fenómeno descrito y la ausencia de datos específicos,
impiden tanto cuantificar cada uno de los procesos, como, y en consecuencia, la
incidencia que tendrían reducciones del aporte de limos.
Como se ha expresado, el Río de la Plata Superior constituye la zona de mayor
actividad fluvio morfológica, produciéndose el relleno del lecho por deposición de
limos en el estuario y la formación de bancos de materiales limosos en el frente del
Delta.
Como consecuencia de una reducción del aporte de limos del Río Paraná es esperable
también en este caso una reducción de la tasa de crecimiento del lecho del Río de la
Plata Superior. Dado que, en términos generales, tanto el crecimiento del Delta como
el relleno progresivo de esta zona del Río de la Plata causan inconvenientes en la
infraestructura y usos del sistema (en particular la navegación comercial y deportiva),
puede concluirse que una reducción de la tasa de estos procesos no presentará
inconvenientes prácticos.
22
Como ya se señalara, en el Río de la Plata Medio no existe gran actividad fluvio
morfológica, no siendo en consecuencia esperables efectos de eventuales acciones de
control de finos en el Bermejo.
Finalmente, también en el Río de la Plata Exterior reducciones del aporte de finos del
Paraná redundarán en disminuciones de las tasas de sedimentación.
Se concluyó que para el mantenimiento de los canales navegables del Río de la Plata
resulta necesario remover aproximadamente 23 millones de toneladas de sedimento
cada año, lo que representa, en términos globales, el 23 % del peso total de los
sedimentos aportados por el Bermejo.
En términos prácticos esto significa que sería necesario retener una proporción de 10
toneladas anuales de material fino en el sistema del Bermejo para lograr una reducción
de 2.3 toneladas de sedimento dragado en los canales navegables del Río de la Plata.
En la misma línea de análisis, y siempre considerando un aporte de finos del Bermejo
de 100 millones de toneladas anuales, debería retenerse todo ese aporte en la Alta
Cuenca, para lograr una potencial eliminación total de los dragados de mantenimiento
de los canales. Esta hipótesis, imposible de llevar a la práctica, permite descartar la
posibilidad de prescindir de los dragados a partir de obras de retención en la Alta
Cuenca.
d. Distribución de los distintos sedimentos Terraza rioplatense SEGEMAR
El análisis de las muestras de fondo y los registros de sonar de barrido lateral
permitió obtener información acerca de las características de los sedimentos que
comprenden sus áreas de distribución, estructuras sedimentarias resultantes de los
agentes modeladores del fondo y direcciones dominantes de transporte.
La región presenta una cobertura sedimentaria integrada esencialmente por
dos facies litológicas: una de carácter fangoso y otra de carácter arenoso, las que
tienen áreas de distribución particulares asociadas a los dos ámbitos mayores como
son e! Río de la Plata y la Plataforma Interior respectivamente.
23
La mayor parte de estos sedimentos se encuentran en equilibrio con el medio
hidrodinámico, aunque también existen sectores con litologías similares pero de
carácter relictito y palimpsestos.
Facies fangosa
Se distribuye en el Río de la Plata Medio y Exterior y se extiende en dos fajas
alargadas, una hacia el sur de Punta Rasa hasta aproximadamente Punta Médanos y la
otra hacia el este a lo largo de la costa sur uruguaya.
La presencia de sedimentos de esta naturaleza en esos sectores obedece al
ordenamiento de tamaños llevado a cabo por el río (Urien, 1967; Parker et a/.,
1987; Parker y Marcolini, 1989), que deposita en sus cabeceras sedimentos
gruesos (arenas y limos arenosos) y arrastra en suspensión los esencialmente
arcillosos hacia la Barra del Indio, donde precipitan por efecto de la mezcla de aguas
de distinta salinidad.
En el mapa de distribución de sedimentos, el límite sur del área de
distribución de fangos fue considerado en la isolínea 25 (25% de fango y 75% de
24
arena), que es coincidente con el rasgo morfológico del Alto Marítimo. De allí hacia la
Plataforma Continental el sedimento es predominantemente arenoso.
También se han graficado las líneas de 10% y 1% de fango que acompañan el diseño
de la de 25%, acentuando en la costa bonaerense la influencia de los aportes de
sedimentos actuales del Río de la Plata hacia la Bahía Samborombón y hacia el sur de
Punta Rasa llegando aún hasta Punta Médanos.
Hacia la costa norte, en cambio, el límite entre las áreas de distribución de
los fangos y arenas carece del carácter transicional que se advierte en el área sur.
Algunos rasgos observados en el Canal Oriental y en los Pozos de Fango, tales
como el truncamiento de estratos evidenciado en los registros ecoicos (Parker et
al.,1986) y la relativa compactación de los sedimentos hallados en testigos verticales
(Urien, 1967), además de las características señaladas en perfiles geológicos en las
proximidades de Montevideo (De Souza y López Laborde,1988; en CARP, 1989),
muestran que los fangos allí existentes corresponden a sedimentos antiguos aflorantes
que no están en equilibrio con la dinámica actual del río.
Estos afloramientos de fango corresponden a la Formación Atalaya (Parker, 1990),
integrada por sedimentos pertenecientes al tapón fangoso o depocentro generado
durante la trasgresión holocena dentro del paleocauce del Río (hoy representado por el
Canal Oriental y los Pozos de Fango).
Los fangos actuales, sobrepuestos a los anteriores, corresponden a la Formación Playa
Honda (Parker, 1990), depositada durante la fase regresiva de la trasgresión holocena.
En el Río de la Plata Exterior y ámbito de Plataforma hay concentraciones
aisladas de fango incluidas en el dominio de la facies arenosa, como las que se
relacionan con el extremo sur de los Bancos La Plata y Rouen (con contenido menor al
25%) o las que se vinculan a afloramientos de sedimentos antiguos del
Pleistoceno superior con concentraciones superiores al 60% .
25
Facies arenosa
Su área de distribución, tiene como límite norte la isolínea 25 (25% de fango y 75% de
arena) y se extiende dentro de la Terraza Rioplatense en una zona topográficamente
alta que comprende al Alto Marítimo, la Restinga de los Pescadores y el Sistema de
Bancos Alineados.
La granometría dominante corresponde a arenas finas a muy finas aunque se observan
concentraciones de arenas gruesas a muy gruesas con áreas intermedias de arenas
medianas.
Las arenas más abundantes, de tamaños finos (Divisiones Geología Marina
SIHN-SOHMA, 1985), tienen contenidos variables de conchillas que pertenecen a
faunas de aguas someras, las que incrementan su proporción hacia el sureste donde
constituyen cordones alargados de rumbo nordeste (NE) que representan antiguas
líneas de barreras (Urien, 1967).
En la Plataforma Interior esas arenas presentan diferentes colores:
Unas son amarillentas, con mayor contenido de conchilla en fragmentos y otras son
castaño grisáceas o verdosas, con escasa conchilla o conchilla en fragmentos finos y a
veces con cierto contenido de fango
Las áreas con concentración de arenas gruesas a muy gruesas se distribuyen
en depresiones que bordean al Alto Marítimo y al Banco La Plata por el este y que se
prolongan hacia el suroeste, así como al sur del Banco Rouen y al este de Punta
Médanos. Asociados con ellas hay elementos que están descriptos como "tosca" y
"pedregullo" según la terminología utilizada en las cartas náuticas 2.
Es necesario explicar el significado de los términos "tosca" y "pedregullo" que se utilizan en las cartas náuticas
argentinas. Como ya ha sido explicado por Parker (1990), la denominación "tosca" fue utilizada en las descripciones de perforaciones antiguas en nuestro país para describir los fondos duros que no fueran de carácter granítico o metamórfico en los
cuales se daban por terminados los pozos de estudio o explotación de aguas; el término se extendió a los fondos de naturaleza
semejante detectados por las muestras de fondo en afloramientos del lecho del Río de la Plata. Por lo tanto debe interpretarse que el mismo describe a sedimentos semejantes a lo que se conoce como "pampeano" y en ese sentido debe entenderse aquí el
significado del término, el cual no está incorporado a la terminología de la Organización Hidrográfica Internacional (OHI 1996)
en la cual se apoya la nomenclatura utilizada en nuestras cartas náuticas (SIHN 1995).
El límite oriental de estos sedimentos, que suelen contener cantidades importantes de
conchillas, corresponde aproximadamente con la isobata de 30 metros.
A profundidades mayores se desarrollan concentraciones puntuales de arenas gruesas,
asociadas a veces a pequeños bajos, pero su abundancia es poco significativa.
En el área comprendida entre Punta Médanos y Pinamar existen relevamientos de
detalle dentro del Sistema de Bancos Alineados (Parker et a/,1978 a) que muestran una
disposición de los sedimentos arenosos gruesos y finos en fajas alternantes y paralelas
a las crestas de los bancos, cuyo rumbo es norte-sur. Los flancos occidentales de los
mismos están formados por arenas gruesas, limpias, sin material arcilloso y con
abundante conchilla, mientras que los orientales están constituidos por arenas finas,
oscuras, sin conchilla y con material limo-arcilloso que puede llegar a ser abundante.
En el fondo de los canales la composición es variada, mientras que en las crestas hay
arenas medianas a finas con conchilla y escaso material limo-arcilloso.
Los sedimentos arenosos descriptos, que constituyen la Formación Banco
Punta Médanos Exterior (Parker y Violante, 1982), son de origen litoral de costas
abiertas y fueron re-trabajados durante la trasgresión holocena, lo que les imprime el
carácter de palimpsestos en el sentido de Swift et a/. (1 971).
26
e. Características mineralógicas de los sedimentos Terraza rioplatense SEGEMAR
Aparte de los aspectos texturales, la mineralogía es un elemento importante
a tener en consideración por su implicancia en la génesis, procedencia y
comportamiento de los sedimentos.
Desde ese punto de vista, las arenas de Plataforma fueron estudiadas por varios
autores. Etchichury y Remiro (1960) describieron una composición caracterizada por
elementos volcánicos y piroclásticos así como minerales que indican procedencia de
rocas ígneas básicas e intermedias, pertenecientes a la asociación o su/te pampeano-
patagónica. Los mismos autores, tomando a su vez conceptos de otros, destacaron la
semejanza de aquellos sedimentos con las arenas de la costa desde la provincia de
Buenos Aires hasta Río Negro, siendo evidente que por acción eólica, fluvial y marina
habrían sido dispersadas hacia el este y norte en dirección a la zona de influencia del
Río de la Plata.
Por otro lado señalaron un cambio en la composición mineralógica a los 350 de latitud
sur, a partir de donde los elementos básicos volcánicos disminuyen notablemente en
porcentaje hacia el norte comenzando a aumentar los metamórficos e ígneos, lo cual
señala la procedencia desde el basamento del escudo brasileño.
Urien (1967) reconoció la semejanza mineralógica entre las arenas del Río de
la Plata Exterior y las litorales de la provincia de Buenos Aires, con lo cual aportó un
elemento más para sustentar la hipótesis de procedencia de las mismas no a falta de
sensibilidad del instrumento, lo que trató de ser diferenciado mediante la comparación
con otras fuentes de información (muestreos y fotografías submarinas).
A veces se les superponen rasgos lineales impuestos por actividad humana,
como rastros de garreo de anclas.
Este tipo de rasgo sonar se distribuye principalmente en dos zonas.
Una de ellas se extiende dentro del Río de la Plata Medio y Exterior formando un
amplio arco que abarca los siguientes ambientes morfológicos integrantes de la
Terraza Rioplatense: hacia el sur y oeste, el Umbral de Samborombón, el Canal
Marítimo y el Pasaje del Rouen, y hacia el norte y este, el Canal Oriental.
27
Estos fondos se corresponden con los sedimentos dominantes en el área, que
son limos, limos arcillosos y arcillas, así como arenas finas a muy finas con
contenido variable de fango.
La otra zona de fondos no texturados está ubicada al este de la isobata de
30 m, donde predominan arenas finas en un fondo de morfología uniforme.
Por su parte, el término "pedregullo" es equivalente al término inglés "pebble"
(Servicio Hidrográfico 1922), el cual es definido por el Diccionario Hidrográfico de la
Organización Hidrográfica Internacional (OHI 1996) como "rodados pequeños pulidos
y redondeados por acción del agua, arena, hielo, etc., que alcanzan diámetros entpe 4 y
28
64 mm", si bien allí se lo hace equivalente a los vocablos "canto rodado" y "guijarro",
pero no a "pedregullo".
Fondos texturados
Se manifiestan en los registros como un conjunto de manchas de distinta
tonalidad, de geometrías diversas y arreglo regular o irregular, cuya existencia
obedece a la variación de los rasgos litológicos y/o de relieve del fondo.
Su área de distribución se ubica entre las dos zonas de fondo no texturado ya
descriptas, constituyendo parte de la Terraza Rioplatense y extendiéndose en una franja
con una orientación nordeste-suroeste.
29
Parte cuarta a. ¿Cuales son los problemas para poder determinar a llamada
“profundidad náutica”? W.F.Fontein - Project Manager – Stema Survey Services bv. – Holanda
Comencemos relatando brevemente los antecedentes que llevaron a crear dicho
término Pagina web PIANC
En áreas lodosas es apropiado introducir el concepto “profundidad náutica”
El mismo fue definido por el PIANC* en el año 1997 como:
“El nivel donde las características físicas de el lecho alcanzan un límite crítico, más
allá del cual el contacto del fondo del buque con el mismo puede producirle daños o
inaceptables efectos sobre su maniobrabilidad”
En caso de lechos cubiertos con capas de limos fluidos dicho límite está localizado en
un lugar entre la interfase agua – limo donde, desde el punto de vista reológico, una
transición entre el fluido y sólido pueda ser definida.
En puertos donde el concepto “profundidad náutica” es aplicado, la definición
operacional de dicho nivel está usualmente ligada a un valor crítico de la densidad,
variando entre 1150 y 1270 kg/m3
*PIANC es una organización técnica, científica, no política y sin fines de lucro que opera a nivel mundial con gobiernos nacionales, corporaciones e individuos privados.
El objetivo de PIANC es promover la navegación interior y marítima, fomentando el progreso en el planeamiento, diseño, y la
construcción, mejora, mantenimiento y operación de canales, puertos interiores y marítimos y de las áreas costeras para el uso general, tanto en países industrializados como no industrializados.
Las instalaciones industriales pesqueras, el deporte y la navegación recreativa también se incluyen en las actividades de PIANC.
PIANC fue fundado en 1885 y es la más vieja asociación internacional referida a estos aspectos técnicos de la navegación.
Un vital elemento para los servicios portuarios es garantizar el pasaje seguro de los
buques desde y hacia las facilidades portuarias.
Para los puertos en donde se generan grandes masas sedimentarias el mantenimiento
de las profundidades significa un alto porcentaje del costo total, y ese costo se
incrementará en forma no lineal con las profundidades que se deseen mantener
La cantidad de tráfico se incrementa día a día y los puertos son el gatillo, por lo que es
necesario mantener vías de agua seguras y eficientes.
En esta perspectiva es que se ha desarrollado el concepto de profundidad náutica en la
mayoría de los puertos.
Este concepto es válido porque la capa superior de la sedimentación tiene, en general,
una baja “consistencia” que no causa problemas para la navegación.
30
La profundidad de la carta, entonces puede ser garantizada sin la remoción de dicho
material.
Como ya se dijo, podemos definir brevemente la “profundidad náutica” como:
Aquella en la que el buque puede navegar sin que su casco sufra daños.
La maniobra del buque no se vea seriamente afectada.
Por lo tanto las sondas de alta frecuencia no aportan datos reales y el conocimiento de
propiedades mecánicas del limo debe ser obtenido, y ello se obtiene mediante sondas
especiales que nos indican los esfuerzos de corte que debe realizar parte de la carena
cuando navega en diferentes densidades de limo.
Las características de los sedimentos también varían, por lo que las densidades a tener
en cuenta no son iguales para todos los puertos.
El gráfico siguiente nos muestra dichas diferencias entre densidades y esfuerzos para
distintos puertos que toman en cuenta dicho criterio
31
La relación de la profundidad náutica con el nivel de densidad simplifica el problema.
La reología*, la respuesta a la deformación, provee parámetros directos que influyen
sobre la navegación de los buques, por ejemplo: esfuerzos de corte y viscosidad en la
que deben moverse * REOLOGÍA: Nombre que se ha dado al conjunto de conocimientos que estudian las condiciones de viscosidad, elasticidad y
fluidez de las materias líquidas o cristalinas
Observando a figura 2 podemos tener en claro que el criterio de densidad es para un
sitio específico.
Los limos de Guyana tienen un muy bajo valor de viscosidad a pesar de tener una gran
densidad (1,5 t/m3), en cambio puertos del norte de Europa poseen una gran viscosidad
con bajas densidades (1,15 y 1,25 t/m3) y hay significativas diferencias entre puertos
vecinos solo separados 50 km.
El llamado limo fluido son partículas de sedimentos en suspensión en agua. La
cantidad de partículas en suspensión influyen en la densidad y propiedades viscosas.
Su principal diferencia con los fluidos, como el agua, por ejemplo es el comportamiento
no-newtiano *.
Estas suspensiones pueden ser mejor descriptas como líquidos pseudos-plásticos o
líquidos plásticos.
Un líquido pseudo-plástico** es aquel que tiene un determinado punto de elasticidad, o
sea que no se comporta ni como líquido ni como sólido.
Para un bajo esfuerzo de corte no hay límite de fluidez, la misma puede ser alta o
infinita, pero cuando el esfuerzo de corte supera el punto de elasticidad la misma se
reduce a un nivel muy bajo, alto corte de viscosidad * Fluido no newtoniano es aquél cuya viscosidad varía con el gradiente de tensión que se le aplica.
Como resultado, un fluido no-newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante.
Aunque el concepto de viscosidad se usa habitualmente para caracterizar un material, puede resultar inadecuado para describir el comportamiento mecánico de algunas sustancias, en concreto, los fluidos no newtonianos. Estos fluidos se pueden caracterizar
mejor mediante otras propiedades reológicas, propiedades que tienen que ver con la relación entre el esfuerzo y los tensores de tensiones bajo diferentes condiciones de flujo, tales como condiciones de esfuerzo cortante oscilatorio.
Un ejemplo barato y no tóxico de fluido no newtoniano puede hacerse fácilmente añadiendo almidón de maíz en una taza de agua.
Se añade el almidón en pequeñas proporciones y se revuelve lentamente. Cuando la suspensión se acerca a la concentración crítica es cuando las propiedades de este fluido no newtoniano se hacen evidentes. La aplicación de una fuerza con la cucharilla hace que
el fluido se comporte de forma más parecida a un sólido que a un líquido. Si se deja en reposo recupera su comportamiento como
líquido. Se investiga con este tipo de fluidos para la fabricación de chalecos antibalas, debido a su capacidad para absorber la energía del
impacto de un proyectil a alta velocidad, pero permaneciendo flexibles si el impacto se produce a baja velocidad.
** COMPORTAMIENTO PSEUDOPLÁSTICO.
Este comportamiento se manifiesta en aleaciones con baja fracción de sólido En este estado el material muestra una disminución de la viscosidad cuando aumenta el esfuerzo cortante.
La viscosidad no es una constante del material, tiene un valor aparente para cada velocidad de corte.
REOLOGÍA DEL ESTADO SEMISÓLIDO Si se representa gráficamente la respuesta de un fluido newtoniano frente a esfuerzos cortantes variables, con respecto a la
velocidad de deformación, se obtiene una respuesta lineal
32
Los procesos típicos de deformación en cienos son:
- Filetes finos: decrece la resistencia laminar con incremento del esfuerzo de
corte.
- Tixotropía*: se incrementa el esfuerzo de corte y la viscosidad con el tiempo
* PROPIEDADES TIXOTRÓPICAS
La tixotropía es un fenómeno según el cual un fluido visco elástico disminuye su viscosidad aparente al ser agitado violentamente,
hasta alcanzar un estado estacionario después de un tiempo de agitación. Esto implica no solo la disminución de la viscosidad sino también el esfuerzo de corte con el tiempo, bajo condiciones isotérmicas y
velocidades de cizalla estacionarias. Los materiales que se comportan así se denominan tixotrópicos.
El principal parámetro para los propósitos de la navegación es la resistencia inicial del
limo cuando es deformado.
Está representado por una dureza inicial, (esfuerzo de corte).
Debido a la tixotropía el tiempo depende del esfuerzo de corte y no únicamente de la
densidad del limo.
Una relación directa puede derivar entre la densidad y los parámetros reológicos en un
área específica.
Esa relación esta correlacionada con los roto – visco – test. Ellos proveen una primera
aproximación en el lugar de los valores reológicos. Estos de todas formas, no es tenido
en cuenta el tiempo del que dependen los comportamientos tixotrópicos.
Por consiguiente se requiere una medición directa de las características reológicas
El sistema de sonda diapasón se recomienda que sea utilizado para obtener las
propiedades visco elásticas del limo al llegar a una densidad determinada.
El DensiTune® es un aparato que provee datos reológicos absolutos,
independientemente de la densidad.
Ver explicación del funcionamiento del equipo en pag. 45
33
Una prueba de ello ha sido obtenida en varios tests de campo.
Un punto muy significativo en la respuesta del diapasón (tunning fork) puede ser
observado entre la transición de líquido pseudo plástico y líquido plástico
A partir de ese punto el limo esta caracterizado por un significativo incremento en el
esfuerzo de corte.
Este fenómeno fue primeramente observado en muchos puertos de los EEUU y también
peden ser válidos para otros limos.
En la figura 3 observamos los resultados del DensiTune® y los esfuerzos de corte son
graficados contra la densidad del limo.
Esa transición es independiente y puede ser graficada sin la utilización de un roto-
visco en el instante de la observación.
En las investigaciones de los EEUU una altísima densidad tixotrópica está presente en
las características náuticas no solamente están descriptas por la densidad si no además
por una medición reológica in situ.
Recientes estudios sobre limos portuarios han revelado un significativo movimiento en
los resultados del diapasón en conocidos períodos de sedimentación.
Esa transición de densidad es independiente y puede ser graficada sin la utilización del
calibrador roto visco. En el instante que se realiza la investigación se usa un programa
cuyo nivel de exactitud puede ser graficado con perfiles de técnicas de alta resolución.
34
Una altísima densidad tixotrópica esta generalmente presente y las características
náuticas no solamente son descriptas por la densidad y una medición reológica in situ
podrá ser necesaria.
Un reciente estudio en limos portuarios ha revelado una significativa variación en los
resultados del tunning fork en limos durante conocidos períodos de sedimentación
desde mediciones tomadas anteriormente.
La variación de los resultados pueden ser catalogadas como el incremento de la dureza
del limo tomando el cuenta el tiempo transcurrido (comportamiento tixotrópico)
Graficado de la profundidad náutica basándose en características reológicas
El graficado de transiciones reológicas no puede obtenerse a través de técnicas de
perfilado acústico solamente.
La señal reflejada está principalmente referida a la densidad y a la velocidad de
propagación del sonido.
Para obtener propiedades no relacionadas con la densidad, también es necesaria una
transmisión horizontal de la onda.
Infortunadamente solo ondas de compresión pueden ser transmitidas a través del agua.
Actualmente las propiedades mecánicas son tomadas por mediciones in situ con sondas
Pero el número de investigaciones en el lugar puede reducirse notablemente si se divide
las capas de limo en varias sub capas (fig 5)
35
1. Niveles de densidad con propiedades que nunca excederán los límites críticos.
2. Niveles de densidad que desarrollaran esfuerzos (comportamientos
tixotrópicos).
3. Niveles de densidad con propiedades mecánicas que siempre excederán el nivel
crítico.
La transición de los tres niveles puede ser graficadas con métodos acústicos.
La relación de esos dos niveles de transición para el objetivo náutico se obtendrá
mediante procedimientos reológicos tomados únicamente en ubicaciones críticas,
verificando si las propiedades mecánicas del limo son aún aceptables.
La cantidad de pruebas de viscosidad puede ser entonces reducida drásticamente sin
incrementar el riego para los buques.
El graficado de la densidad será también una ventaja para el planeamiento del
dragado.
Basado entonces en los graficados de las densidades, un valor total de TDS (toneladas
de sedimentos sólidos) a ser removidos podrá ser calculado
Conclusiones
Los parámetros reológicos establecidos por el PIANC son un parámetro más
directo para asegurar el comportamiento náutico en zonas de los limos
portuarios.
La utilización de un diapasón como elemento de medición (DensiTune®)
permite la medida de esos parámetros en el lugar en forma simultánea con la
densidad.
La medición acústica en combinación con las mediciones de densidad facilita la
operación eficiente para la determinar la profundidad náutica y la optimización
de los recursos de dragado.
Este método de inspección permite el uso preciso de técnicas de dragado (limos
que no necesitan ser removidos debido a que sus características mecánicas
reológicas no lo requieren.
36
b. Problemas que surgen para determinar la llamada “profundidad
náutica” Hydro 2005 - Surveying in fluid mud – Larry Buchanan, Odom – Hydrographic Systems Inc - USA
Sondajes en limo floculado El efecto en la batimetría cuando hay sedimentos
suspendidos en el agua
Virtualmente todos los puertos del mundo son corrientemente monitoreados usando las
familiares eco sondas acústicas.
Sin embargo, los parámetros en los que dichos instrumentos están basados, a menudo
están distorsionados por los sedimentos que se encuentran en suspensión, resultando
entonces errados los valores de profundidad obtenidos.
Esto requiere que los encargados del control de las profundidades deban poner
especial atención en las prácticas y técnicas que deban emplearse en cada caso.
Los pulsos de alta frecuencia empleados en la mayoría de las eco sondas se reflejan en
la parte superior de limo en suspensión.
Los pulsos de baja frecuencia, a pesar de ser capaces de penetrar ese material de baja
densidad, están sujetos a sufrir alteraciones en el pulso reflejado.
En la “Hydro 2005”, auspiciada por “The Hydrographic Society of America” incluyó
una tarde de la conferencia para tratar las técnicas empleadas actualmente para
resolver esos problemas.
Modus operandi básico
Todas las modernas eco sondas utilizan similares modos básicos de operación.
En el área debajo del transductor, el haz es enviado en forma de un cono.
Dicho haz se refleja en el fondo y retorna al trasductor donde es procesado.
El tiempo trascurrido durante desde la emisión hasta la recepción es medido y a partir
de dicho valor una distancia (profundidad) es calculada, basada en el conocimiento de
la velocidad del sonido.
Pero las características físicas del fondo, donde el haz rebota, altera su pulso en
amplitud y frecuencia.
Las características del trasductor, como el ángulo de incidencia y propiedades
reflectivas del fondo (sobre todo), determinan la calidad de la señal de retorno.
La exactitud de una eco sonda está basada en que la velocidad de propagación del
sonido no sea alterada.
Durante la medición en agua que contenga sedimentos en suspensión, deben ser
considerados tres aspectos básicos:
1. Velocidad de propagación.
2. Pérdidas en la transmisión.
3. Características de la reflexión.
Dichos sedimentos tienen un efecto directo sobre cada uno de ellos.
Velocidad de propagación
Como es de suponer, la variación de la velocidad de propagación tiene un efecto
preponderante sobre la medición de la profundidad.
Y la velocidad depende de:
Temperatura.
Presión
Salinidad
Sedimentos en suspensión
37
En términos generales se puede decir que: a medida que aumenta la densidad, decrece
la velocidad del sonido.
Pero esto sólo es cierto hasta un punto de concentración cercano al 28%. A partir de la
misma, la velocidad comienza a incrementarse.
Si consideramos que la densidad hasta donde se considera que el agua es navegable sin
generar grandes inconvenientes es hasta 1,2 t/m3, podemos decir que la velocidad de
propagación del haz, decrecerá.
Pérdidas en la transmisión
La impedancia acústica es la resistencia a la conducción de la señal, y esta es igual a
la densidad del estrato por donde circula, multiplicada por la velocidad del sonido en
el mismo.
Como consecuencia, cuando la densidad crece a medida que se acerca al fondo, la
resistencia a la conductividad también se incrementa, mientras que la velocidad de
propagación decrece.
El resultado es una pérdida de fuerza en la señal.
Estos errores acumulativos provocan una señal débil en el receptor.
Características de la reflexión
La reflectividad es función directa de la textura del material, del ángulo de incidencia y
del gradiente de cambio de densidad entre dos medios.
En presencia de fangos blandos, las altas frecuencias serán refractadas por las capas
superiores y simulará ser el fondo marino..
Solo usando bajas frecuencias, las diferentes densidades de limo floculado serán
detectadas, permitiendo determinar la profundidad náutica del canal.
El tamaño de las partículas suspendidas también tiene un papel preponderante en la
reflectividad.
Por otro lado la longitud extendida de las bajas frecuencias provoca una pérdida de
resolución en las eco sondas.
Conclusión:
Trasductores de altas frecuencias (100 Khz. hasta 1.000 Khz.) son más precisos debido
a que su haz es más concentrado. Su mayor desventaja radica en la atenuación que les
produce el incremento de la densidad cercana al fondo y / o vegetación sobre el mismo.
No son recomendables para ser utilizadas en zonas donde haya sedimentos en
suspensión sobre el fondo.
En dichas áreas deberían utilizarse trasductores que trabajen con frecuencias entre 20
Khz. y 50 Khz., las que permitirán registros que muestran las diferentes densidades.
c. Distintas formas de sondar Revista del Instituto Argentino de Navegación – Agosto 1993
Dificultades con las ecosondas en áreas lodosas.
Definir la profundidad navegable en áreas lodosas es particularmente crítico en
presencia de una capa de lodo en el fondo el cual puede ser de varios centímetros como
de varios metros de ancho dependiendo del lugar, las condiciones climáticas, y de las
operaciones mayores de dragado.
Usando una ecosonda en estas condiciones nos lleva a dificultadas para interpretar los
ecos registrados y en tales casos debe ponerse gran atención en la elección de las
frecuencias a utilizar, la regla establece que cuanto menos es la frecuencia, más
profundidad se alcanza dentro del fango.
38
Instrumentos adecuados para la medición in situ.
La principal consecuencia del uso del concepto de profundidad náutica es que la
información de la profundidad relativa a los canales navegables suministradas a los
marinos y técnicos civiles no solo incluye los ecosondajes sino que también deben
incluir la posición de la capa de arcillosa con una densidad de 1,2 t/m3.
Las consideraciones prácticas que llevan a la utilización de la densidad para
definir la profundidad náutica, fueron la confiabilidad de los sondajes por los
cuales las densidades pueden ser medidas in situ.
Estos sondeos son descriptos abajo:
Sondeos de densidad.
Esta sección describe los distintos sondeos de densidad que son utilizados
en puertos actualmente; estos son descriptos en el orden en que fueron desarrollados.
Puntos de sondeos fijos.
Los sistemas de puntos fijos de densidad para mediciones in situ existen en varias
formas usando fuentes radiactivas u ondas ultrasónicas.
Medidor radioactivo.
Todos están basados sobre uno de los dos métodos básicos: el método de radiación
directa o transmisión o el método backscatter.
El medidor de transmisión es un instrumento en forma de "H" con la fuente radioactiva
en una pierna y el detector en la otra.
Este sistema hace uso de la radiación directa desde la fuente hacia el detector. La
forma en "H" del instrumento es una desventaja debido a que el instrumento debe
hundirse en la arcilla por su propio peso.
Estos sistemas fueron los primeros en utilizarse para mediciones de densidad, aún se
utilizan en Gran Bretaña y Alemania.
A diferencia del método de transmisión, el método de backscatter no utiliza radiación
directa.
Esta, es de hecho, eliminada por una pantalla "abanico" y el detector recibe solo una
parte de la radiación primaria de la fuente, irradiada en todas las direcciones a través
del medio. Esto permite que la fuente y el detector estén guardados juntos en un tubo en
forma de "lápiz" el cual penetra en el fango mucho más fácilmente que el medidor de
transmisión.
Ultrasónico
El principio de medición está caracterizado por la atenuación en intensidad de una
onda monocromática ultrasónica a lo largo de un camino dado a través de la capa de
fango, usando la atenuación del mismo tipo a través del agua, como la referencia
indica.
Los test de laboratorios probaron que era posible establecer una relación lineal entre
la atenuación y la concentración de distintos tipos de barro, según estudios realizados
en el estuario Gironde.
Sin embargo, los tests realizados sobre fangos con grandes proporciones
de materia orgánica y arena mostraron que la relación en esos casos no
era lineal.
El transductor y el medidor de presión están montados en un soporte en forma de "U"
de gran densidad. Los movimientos verticales de la sonda son controlados por una grúa
hidráulica similar a aquella usada en la industria pesquera.
Los movimientos verticales de la sonda permiten, con el procesamiento de los datos por
la computadora de a bordo, el trazado de los gradientes verticales de densidad.
39
Limitaciones de estos sistemas
Las sondas en puntos fijos tienen un número importante de desventajas:
- Mediciones puntuales similares a aquellos obtenidas manualmente.
-Limitaciones en el ángulo de penetración lo que dificulta las mediciones en lugares
donde las corrientes superan el nudo.
-Producción limitada de mediciones por día, entre 60 y 70, debido al tiempo que toma
cada medición y la imposibilidad de hacer mediciones en otras condiciones que no sean
durante períodos de corrientes lentas de marea, especialmente en estuarios.
Sondas remolcadas
Debido a las limitaciones ya expuestas, las diferentes sondas remolcadas no permiten
mediciones continuas.
Sonda ultrasónica remolcada.
La sonda dinámica es únicamente una sonda ultrasónica puntual fija introducida
(unida) a un vehículo submarino hidrodinámico y remolcado por una grúa hidráulica.
La sonda sigue un trayecto sinusoidal a una velocidad de 5 a 6 nudos.
El descenso y ascenso del vehículo a bordo es controlado por los hidrógrafos a través
de la palanca de la grúa ubicada en frente del emisor y del sistema electrónico de
mediciones en el puente.
De esta manera, el operador puede elevar o bajar la sonda de acuerdo a la posición
indicada en el gráfico registrado y a los valores de atenuación de la señal expuestos
por el sistema electrónico de medidas.
El sistema es capaz de penetrar en capas fangosas de hasta una densidad de 1,3 t/m3.
La resolución en la concentración es mejor que +/- 10% y la resolución espacial mejor
que +/- 5 cm. Cada 0,5 segundo un dato de densidad, promedio de 100 medidas
elementales, es tomado con su función espacial (x,y,z).
Fig.3. Modo operativo de una sonda de densidad puntual fija.
Sondas radioactivas remolcadas
Existen diferentes sondas radioactivas remolcadas en el mercado o están en pleno
desarrollo.
El densímetro desarrollado en Bélgica (llamado Navitracker) es un vehículo submarino
remolcado equipado con un instrumento de transmisión de rayos gamma de alta
velocidad.
40
El trayecto de la sonda remolcada es controlado por un sistema computarizado de
instrumentación que incluye una grúa para realizar mediciones de densidad en forma
continua in situ.
El sistema opera a una velocidad de remolque de 3 nudos y es capaz de penetrar en las
capas fangosas de densidades que superan los 1,3 t/m3
con un tiempo de respuesta de
0,5 segundos, y con, una resolución espacial de densidad mejor que +/- 5 cm.
Fig.4 El Navitracker, una sonda densimétrica-gamma desarrollada por Decleodt
Overseas para mediciones continuas.
Fig.5. La sonda ultrasónica de densidad desarrollada por el puerto Bordeaux ha sido
utilizada en el estuario Gironde desde 1984 para realizar mediciones continuas de
densidad.
La comisión de Energía Atómica Francesa ha desarrollado una sonda radioactiva
transmisora remolcada que puede ser desplazada a velocidades de 2 a 4 nudos.
Esta sonda, la JTT4, opera actualmente en el estuario Loire.
La sonda sigue un trayecto sinusoidal realizando mediciones continuas de densidad en
fangos con densidades superiores a los 1,25 t/m3.
Ecosondas para fango
En el puerto de Rótterdam se ha realizado estudios recientes utilizando energía
ultrasónica reflectica para definir el fondo navegable a través de las espesas capas
41
angosas, a partir de un prototipo de ecosonda para fango llamada ecosonda no lineal
(Non-Linear Echosounder), pero aún no es confiable
El instrumento está basado en una ecosonda, unida a una plataforma giro-
estabilizada, utilizando una frecuencia primaria de 200 kHz y frecuencias de trabajo
moduladas de 5, 10, 15 o 20 kHz. La señal de 200 kHz se utiliza para medir el límite
superior del sedimento, mientras las de frecuencia menores se usan para determinar las
estratificaciones del fondo.
La información del sub-fondo es preprocesada para obtener perfiles de impedancia
acústica, lo cual da una idea de la estructura relativa de las capas de sedimento. Una
calibración con una sonda densimétrica gamma puntual fija produce un factor de
corrección con el cual el procesador, usando una computadora en tierra, da la
profundidad absoluta de la capa específica de sedimentos.
De esta manera es posible graficar las cartas de densidad.
Sondas Reológicas.
Antecedentes.
El conocimiento de densidad no es suficiente para determinar el comportamiento del
sedimento.
De acuerdo al lugar (y a veces dependiendo de la posición y de la estación), para
valores iguales de densidad, el comportamiento mecánico del fango puede ser muy
distinto.
Por esta razón, las investigaciones realizadas en base a las propiedades reológicas del
sedimento fueron hechas con el fin de determinar las relaciones entre tensión y
esfuerzo. El fango (sedimento líquido) tiene un estado físico intermedio entre líquido y
sólido.
Las investigaciones para determinar las relaciones entre tensión-esfuerzo no son
posibles utilizando los métodos normales usados para otros líquidos (generalmente
viscosímetros) o sólidos (scissometers).
Para definir las propiedades de este medio, el concepto inicial de rigidez y la
forma de medir este parámetro han sido desarrolladas.
La rigidez inicial puede ser determinada midiendo el mínimo torque necesario para
mover un rotor sumergido en el sedimento.
Instrumentos.
Las mediciones reológicas en laboratorio son utilizadas para determinar el
comportamiento del sedimento pero son difíciles de aplicar para los depósitos
sedimentarios in situ. De hecho, la respuesta del fango a las influencias mecánicas
pueden variar de acuerdo a la perturbación que se le produzca.
La relación entre esfuerzo y deformación debe ser afinada in situ, especialmente para
determinar las condiciones de simulación durante estudios de navegabilidad usando
modelos a escala.
El laboratorio central de Hidráulica de Francia ha desarrollado una sonda reológica
(la SR 10) la cual puede medir "una rigidez inicial asociada" in situ. Esta sonda ha sido
operada por varios años.
La sonda SR 10 en una sonda reológica de puntos fijos basada sobre el principio de
medición del torque requerido para la rotación en el fango de un cuerpo geométrico
dado manejado por un motor eléctrico, cuya concepción es conocida. La intensidad es
proporcional a la resistencia del torque.
Han sido realizadas mediciones en el estuario de Gironde, después de acoplar la sonda
ultrasónica de punto fijo y la sonda reológica SR 10.
Estos arreglos permiten medir, exactamente a la misma profundidad, los valores de
densidad y los de "rigidez inicial asociada". Un ejemplo de estos resultados se puede
42
ver en la figura 6 . En ésta se muestra, como las mediciones realizadas en laboratorio
dan dos partes diferentes en la curva de variación de la rigidez.
Las variaciones de este parámetro están limitadas por concentraciones inferiores a 375
g/L; para valores más altos, el aumento de la rigidez es rápido.
Estas variaciones confirman que el comportamiento reológico del sedimento puede ser
muy distinto, según sea la concentración del mismo.
Debemos mencionar otros 2 instrumentos, basados en el mismo principio de rotación
de un viscosímetro:
El reómetro operacional en Bélgica.
El sumergible S3 testador de tensión-esfuerzo desarrollado en los Países Bajos.
Este instrumento parece ser aplicado más en dragados capitales que en dragados de
mantenimiento.
43
Fig. 7 y 8. Procesamiento de datos registrados por una sonda de medición continua
de densidad. (Documento de la Capitanía del Puerto de Bordeaux)
Procesamiento de datos
En el caso de sondas de punto fijo, las mediciones son realizadas en el área
a relevar, y los datos adquiridos son entonces interpolados para el trazado de las
cartas de densidad, estas son cartas donde aparecen las curvas de niveles de densidad
dada, el nivel 1,2 t/m3 generalmente aparece.
Las sondas a remolque se usan de la misma manera que las ecosondas o los sonares
laterales, siguiendo perfiles paralelos de manera de definir la profundidad náutica en
44
la capa de sedimento fluido a través de toda el área sedimentada de un canal usado
para la navegación, el posicionamiento del barco se realiza generalmente usando un
sistema de radio posicionamiento.
Una vez procesado, los datos registrados producen un gráfico similar a los de las Fig.7
y 8, por cada línea de sondeo realizada, mostrando:
El trayecto seguido por la sonda (indicado por las marcas que aparecen
en el gráfico)
Las curvas de igual concentración, corregidas por marea.
Fig.9: Gráfica de las cartas de densidad después de la compilación y el
procesamiento de la información usando una sonda densitométrica-gamma.
Después de varios años de operación de las sondas de densidad para diferentes
puertos, es posible concluir que los datos obtenidos por este método han aumentado
significativamente nuestros conocimientos sobre los sedimentos encontrados durante
relevamientos hidrográficos.
Podemos afirmar que los datos suministrados por estos nuevos instrumentos tendrán un
enorme impacto, el cual nos llevará a ganar varios centímetros en la profundidad de
canales sin aumentar el dragado de mantenimiento.
45
Sonda para medir la densidad de los limos fluidos Pagina web STEMA®
La DensiTune® es una sonda para limos que provee de forma precisa y un sistema fácil
de operar determinar la densidad interna de diferentes capas de limos fluidos.
El sistema de medición que utiliza el equipo está basado en los principios que rigen
para un diapasón (tuning fork).
Una de los brazos de la horquilla vibra con una frecuencia determinada, la otra
responde con otra frecuencia que dependerá de la densidad del medio en el cual la
DensiTune® esta inmerso
El sistema mide la densidad vertical de los distintos perfiles en que las distintas capas
de los limos fluidos se han depositado.
En consecuencia, este instrumento puede ser utilizado para:
Determinar la profundidad náutica en los canales de navegación.
Determinar la densidad de las distintas capas de limo en áreas de dragado y
refulado.
Un preciso monitoreo de la sedimentación de limos fluidos en puertos, áreas de
tráfico marítimo y áreas que son controladas y monitoreadas por autoridades
portuarias.
El instrumento puede ser operado desde un buque que lo transporta hasta el lugar
donde se deseen hacer las mediciones, o también puede ser instalado en instalaciones
fijas para el monitoreo del medio ambiente.
46
Los perfiles obtenidos del instrumento son procesados mediante un software SILAS r, el
cual calcula la exacta densidad de las distintas capas de limo en el área analizada.
DensCal® - Su calibración.
Previo al análisis de la zona a inspeccionar, el DensiTube debe de ser calibrado con
una muestra de limo obtenida de la misma.El sistema DensiCal convierte los valores
calibrados en un archivo de calibración, el cual es usado posteriormente por el
software durante las mediciones y posterior proceso de datos.
DensLog® - Adquisición de datos.
Este módulo es utilizado durante las mediciones con el instrumento. El módulo
convierte los datos crudos en parámetros representativos, los cuales son vertidos a
tablas o gráficos. Además este módulo toma a su cargo el archivo de los datos,
interfase con computadoras y varias opciones de impresión.
DensEdit® – Procesamiento de datos.
Los datos de las distintas densidades son procesadas con este módulo. Todas las
opciones necesarias están disponibles para la edición rápida de datos. Densidades vs.
perfiles de profundidades pueden ser generadas para propósitos de presentaciones.
DensExport® – Exportación de datos.
Exporta datos de DTM o CAD
Especificaciones:
Precisión <1% en la medición de la densidad.
Rango entre 1000 y 1800 gramos/litro
Estabilidad <+/- 0,0005 gramos/litro/año
Rango de temperatura 0 a 60 C
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Profundidad máxima 200 m.
Rango de viscosidad 0 a 10000 cP
Promedio de toma de datos 7 Hz / segundo
Alimentación eléctrica 24 a 27 v DC - 50 mA
Dimensiones máximas 650 Mm. de alto x 150 Mm. de diámetro.
Material Ac3ero inoxidable
Peso seco 25 kg.
Exactitud del sensor de presión < 0,15% de la profundidad medida
Es utilizada en
1. Complejo portuario de Mumbay (India)
2. Autoridades portuarias de Suriname
3. Empresa de dragado de Shangai
4. Instituto de Inspecciones y diseños de Tianjing – China
5. Cuerpo de ingenieros de la armada de los EEUU
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Parte quinta
La salinidad en el Río de la Plata Simulación numérica de la distribución estacional del frente salino – Protección ambiental del Río de la Plata y su frente Marítimo – Convenio IMFIA – Consorcio CARP-CTMFM - 2003
Las modelaciones realizadas de los períodos cálidos y fríos de los años 1999
y 2001 se utilizaron para determinar los efectos característicos que tienen
los vientos sobre el campo salino en el estuario del Río de la Plata.
De esta forma, en función de la dirección y módulo de los vientos frecuentes, se buscó
determinar comportamientos característicos de la salinidad en respuesta a dicho
forzante.
Aquí se presentan las principales conclusiones y se muestran algunos ejemplos.
Resultados
Luego de analizar los resultados de las modelaciones antes realizadas, se lograron
identificar ubicaciones características del campo salino en función de los vientos que
soplan sobre el estuario, conociendo así más a fondo el comportamiento dentro del
estuario y la mezcla con el agua oceánica.
En general los vientos suaves o que soplan durante un período pequeño, menor a dos
días aproximadamente, no tienen un efecto importante sobre el campo salino. Sobre la
costa Norte del estuario el campo salino presenta una mayor variación que en la parte
Sur, sobre la costa argentina.
Los grandes desplazamientos ocurren por un lado, por los vientos provenientes
del S y SW que producen un jet saliente por la costa uruguaya y por otro lado, por los
vientos fuertes del Este que generan un desplazamiento del campo salino por la costa
argentina y un aumento del gradiente de salinidad sobre la costa uruguaya.
Se identificaron cuatro situaciones bien diferenciadas:
1. Con vientos provenientes del cuadrante Sur Oeste (S, SW y W), el campo salino se desplaza rápidamente por la costa uruguaya hacia el NE, y los valores de salinidad disminuyen sobre la misma. Por otro lado a su vez, en general en la costa argentina los valores de salinidad aumentan pues sobre la misma el gradiente se desplaza hacia el Norte. Cabe aclarar que este fenómeno es muy rápido y además se invierte con bastante facilidad por vientos provenientes del cuadrante Norte-Este. La intensidad de los vientos que generan este fenómeno es en general mayor a los 8 m/s y el desplazamiento es mayor cuanto mayor sea el tiempo de permanencia de los mismos.
2. Cuando los vientos provienen del NW, N y NNE con intensidades pequeñas del orden de los 5 m/s, el campo salino se desplaza hacia el sur, principalmente en la zona central del Río. Por otro lado en la costa uruguaya aumentan los valores de salinidad pues el gradiente se desplaza lentamente hacia el oeste. Cuando se dan intensidades grandes, del orden de 10 m/s, el campo salino se desplaza también hacia el Sur por la costa argentina y los valores de salinidad disminuyen sobre la misma.
3. Los vientos que provienen desde el E, ENE y ESE generan el desplazamiento del campo salino hacia el oeste por la costa uruguaya y hacia el sur por la costa argentina. Los vientos de intensidades grandes, mayores a 10 m/s, generan una disminución del espesor del campo salino sobre la costa uruguaya lo que conduce a un alto gradiente de salinidad en esta zona.
4. Los vientos provenientes del SSE, SE generan un desplazamiento hacia
el N y hacia el NW del campo salino principalmente sobre la costa uruguaya,
aumentando la salinidad en dicha zona. Sobre la costa argentina, estos vientos
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pueden generar un desplazamiento del campo salino hacia el Norte, por lo que
aumentan los valores de salinidad.
En la Figura 5.1 se presentan dos secuencias que muestran el efecto del viento
proveniente del cuadrante Oeste-Sur. En estas imágenes se observa el desplazamiento
del frente salino hacia el NE por la costa uruguaya disminuyendo los valores de
salinidad. También se puede observar el aumento de salinidad sobre la costa argentina
al desplazarse en esa zona el frente salino hacia el Norte. El campo hidrodinámico
durante este fenómeno muestra una corriente saliente por la costa uruguaya con
velocidades mayores a los 10 cm/s. La parte a) muestra este efecto durante el mes de
agosto de 1999. La parte b) corresponde al campo salino calculado por el modelo entre
los días 16 y 18 de junio de 2001.
En la Figura 5.2 se muestran dos secuencias que representan el efecto sobre el campo salino de los vientos provenientes del sector norte, es decir del cuadrante NW, N y NE principalmente. Se pretende mostrar con esta Figura el desplazamiento hacia el sur y hacia el oeste del frente salino que provocan estos vientos. La parte a) corresponde a un período de noviembre de 1999 y la parte b) a varios días de agosto de 1999.
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En la Figura 5.3 se presentan dos secuencias que muestran el efecto de los vientos provenientes desde el cuadrante NE-SE. Se observa en la Figura el aumento a través de los días de la salinidad sobre la costa uruguaya y la disminución del mismo sobre la costa argentina. El campo hidrodinámico durante estos días se caracteriza por tener un flujo entrante por la costa uruguaya y saliente por la costa argentina hacia el sur. La parte a) muestra cuatro imágenes del campo salino con el viento, correspondientes a los días 21, 22, 23 y 24 de septiembre de 1999, es decir durante el período frío de 1999. La parte b) muestra el campo salino entre los días 27 y 30 de noviembre de 2001, es decir durante el período cálido.
En la Figura 5.4 se muestran dos secuencias en donde se observa el efecto de los vientos provenientes del SSE a SE. En las mismas se observa el desplazamiento del campo salino hacia el oeste y al norte, lo que provoca un aumento de la salinidad en la costa uruguaya y en algunos casos también en la costa argentina. La parte a) corresponde a algunos días del mes de junio de 1999 y la parte b) muestra la variación del campo salino durante los días 11, 12 y 13 de diciembre de 1999.
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Como se mencionó anteriormente, las características del campo de viento son
diferentes durante los períodos cálidos y fríos. De esta forma, determinados
comportamientos descriptos anteriormente ocurren con mayor frecuencia durante el
período cálido que durante el período frío y viceversa. Así la distribución media del
campo salino es diferente entre estos dos escenarios.
Al analizar los resultados de las modelaciones se puede concluir lo siguiente:
• Durante el período cálido los vientos provenientes del E, NE y N tienen una frecuencia de ocurrencia de entre 15 y 25 %, son intensos (intensidad media 8 m/s), y de mayor duración. Esto genera un desplazamiento hacia el este del campo y principalmente por la mayor duración, el campo se desplaza hacia el Sur por la costa argentina más frecuentemente que durante el período frío. Esta parece ser la mayor razón por la cual la salinidad durante el período cálido disminuye con relación a la salinidad durante el período frío sobre la costa argentina.
• Durante el período frío los vientos tienen una distribución de frecuencia direccional similar, como se mostró con la rosa de vientos medidos en Pontón Recalada en el capítulo 4. Esto genera que el campo salino se desplace por los vientos fuertes pero además ese movimiento es revertido fácilmente. En el período cálido en cambio, la frecuencia de ocurrencia según la dirección no es similar y de esta forma existen condiciones particulares que permanecen durante mayor tiempo que las mismas condiciones durante el otoño.
• El efecto de los vientos provenientes del SSE y SE observado en las simulaciones
realizadas es mucho menor al efecto que generan sobre el campo salino otras
direcciones de viento. La principal razón es que aunque tienen asociados una
frecuencia de 10% de ocurrencia en los dos escenarios, estos vientos soplan
durante períodos muy cortos, lo que lleva a que su efecto ocurra durante poco
tiempo y se invierta fácilmente.
Conclusión
A partir de la simulación con el modelo de dos períodos cálidos y dos períodos fríos se
han observado relaciones entre las características de los vientos y del campo salino en
el estuario del Río de la Plata, Por un lado se ha observado el efecto directo que tiene
el viento sobre el campo salino cuando los vientos son intensos, en general mayores a
los 8 o 10 m/s y la importancia de la duración del mismo.
Se identificaron cuatro situaciones observadas varias veces en las modelaciones. Una situación caracterizada por vientos provenientes del S, SW y W, bajo la cual el campo salino se desplaza rápidamente por la costa uruguaya hacia el NE, y en general sobre la costa argentina se desplaza hacia el Norte. Otra situación caracterizada por vientos provenientes del NW, N y NNE y un desplazamiento en general del campo salino hacia el Sur y hacia el oeste sobre la costa uruguaya. Una tercera situación caracterizada por vientos provenientes del sector E, ENE y ESE bajo los cuales se desplaza el campo salino hacia el oeste por la costa uruguaya y hacia el sur por la costa argentina. Y por último, otra situación caracterizada por vientos provenientes del SSE y SE, en donde se genera un desplazamiento hacia el N y hacia el NW del campo salino principalmente sobre la costa uruguaya, aumentando la salinidad en dicha zona.
Estos comportamientos diferenciados del campo salino con relación a los vientos no han sido verificados aún con mediciones reales. Debido a esto son considerados como ubicaciones "posibles" del campo salino en función de los vientos calculados a partir de un modelo calibrado y verificado para el área de aplicación.
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Parte sexta
Revisión del concepto de profundidad náutica en el puerto de Zeebrugge a
través de modelos matemáticos de buques y simulador de maniobras. Guillaume Delefortrie, Mare Vantorre
Division de Tecnologia Marítima
Universidad de Ghent, Belgica
En el puerto de Zeebrugge el valor crítico adoptado es de 1,150 t/m3.
Se ha llegado a este valor luego de un gran número de puntos simultáneos medidos en
ambos perfiles de densidad y reología
Como la transición del nivel reológico estaba siempre localizado por debajo del
horizonte 1,150 t/m3 es considerado actualmente como el fondo náutico y así es
indicado en las cartas en áreas donde altas y bajas frecuencias de las sondas ecoicas
entregan diferentes resultados.
La introducción en la década del 80’ del concepto profundidad náutica en los canales
de acceso al puerto de Zeebrugge ha dado como resultado una significativa reducción
en los costos de dragado de mantenimiento.
Más recientes mediciones reológicas in situ, de todas formas han revelado que las
características del limo, y en particular la profundidad – relación reológica – ha
cambiado significativamente.
Dos niveles de transiciones reológicas pueden ser definidos:
1. Una primera transición en la cual las características reológicas se incrementan
ligeramente, lo cual ocurre con una densidad entre 1,06 y 1,12 t/m3 y
2. Una más severa tiene lugar con un rango de densidades desde a 1,18 a 1,25 t/m3.
Basándose en estos resultados, se han hecho sugestiones para incrementar el nivel de
la densidad crítica de 1,15 a valores más altos.
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De esa forma una gran parte del limo fluido podría ser incorporado dentro de los
márgenes de seguridad adoptados.
Como en diversos lugares esto podría causar un contacto entre el fondo del buque y la
capa de limo, el efecto de dicha decisión sobre el comportamiento del buque y como
resultado, la seguridad del tráfico náutico, ha de ser investigado meticulosamente.
Por esa razón, es comprensible el desarrollo del programa de investigación que está
llevando a cabo el Flanders Hydraulics Research (Antwerp, Belgium) con el soporte
científico de Ghent University.
El presente trabajo provee una perspectiva de los resultados obtenidos, habiéndose
utilizado modelos de testeo en corridas rápidas de simulación en corridas en tiempo
real en un Full Mission Simulator como así también las conclusiones finales.
Programa experimental
Características de los tests.
Flanders Hydraulics es la estación de investigación hidráulica de la Administración de
asuntos marítimos y vías navegables del ministerio de Flanders. Ella se ocupa en
particular de todo lo concerniente con la investigación de la hidrodinámica de los
buques para problemas relacionados con el concepto de profundidad náutica,
adaptación y operatividad en áreas de navegación.
En consecuencia las aguas restringidas es un asunto que le incumbe a sus
investigaciones.
Para la investigación de los aspectos náuticos de estos problemas ha sido instalado un
simulador de maniobra.
En orden de proveer un modelo matemático a ese simulador para obtener datos reales,
la necesidad de contar con facilidades para experimentar fue considerada un
requerimiento necesario.
Actualmente esas facilidades consisten en un tanque de remolque en aguas someras de
88m. x 7,0m. x 0,60m., equipado con un puente grúa de movimiento longitudinal, un
generador de olas y otro puente grua auxiliar para el testeo de la interacción buque –
buque.
Gracias a un control computarizado y un sistema de obtención de datos, el sistema
puede ser operado en forma totalmente automática.
Modelos de buques
Dos modelos en escala 1/75 han sido seleccionados:
1. Modelo “D”, buque porta contenedores de EEP 289,9 m. Manga 40,25 m., Calado
13,50 m. y Cb 0,59.
2. Modelo Ë”, “Esso Osaka”, buque tanque, EEP 286,8 m., Manga 46,77 m.,Calado
15,50 m., y Cb 0,82
Ambos buques están equipados con hélice y timón.
La mayoría de las experiencias se han efectuado con el porta contenedores.
Condiciones del fondo
El lodo fue simulado por medio de una mezcla de parafina clorinatada y petróleo, de
forma tal que ambas densidades y viscosidades pudieran ser controladas dentro de
determinados parámetros.
Por razones de medio ambiente el tanque fue dividido en tres compartimentos:
a. sección de experiencias
b. reservorio de lodo
c. reservorio de agua
El fondo y las paredes están pintados con pintura con polietileno.
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La combinación viscosidad / densidad seleccionadas y las condiciones del fondo a
experimentar están representadas en la tabla siguiente
Esta selección estuvo basada en medidas de densidad y perfiles rheology in situ,
llevados a cabo en las afueras del puerto de Zeebrugge en 1997/98.
Las capas de la configuración del lodo están definidos por dos caracteres: letras
“b”….”h” que indican la característica del material y los números “1”,”2” y “3” que
representan el espesor de la capa.
Las experiencias se llevaron a cabo por encima de un fondo sólido referido como “S”
Para el modelo en escala “D”, el margen de seguridad bruto en relación con el fondo
del tanque varió entre 7 y 32% del calado, alcanzando un margen de seguridad con
relación a la interfase agua – lodo que varía entre –12 y + 21%.
Para el modelo “E” los mismos valores fueron entre 10 y 15% del calado con respecto
al fondo del tanque y – 10 y +10 con relación a la int3erfase agua – lodo.
Tipos de experiencias
Para cada combinación de densidad, espesor de las capas y márgenes de seguridad un
programa de experimentos cautivos fue llevado a cabo para determinar los modelos
matemáticos de maniobra que correspondían a los modelos respectivos para
velocidades desde 2 nudos atrás a 10 nudos avante.
El programa de experimentos consistía en:
1. Test de bollard pull.
2. Experiencias con distintos ángulos de metida de timón y RPM
3. Experiencias estacionarias con variación de velocidades avante, de ángulos de
timón, ángulos de deriva y RPM.
4. Experiencias de guiñadas y yaw armónicas
5. Experiencias multimodales con velocidades variables, distintos ángulos de metida
de timón y variación de RPM
Durante las experiencias se midieron los siguientes datos:
Fuerzas longitudinales (sus componentes en proa y popa)
Fuerzas laterales (sus componentes en proa y popa)
Arfadas en sus cuatro componentes(proa, popa, babor y estribor)
Fuerzas en el timón(normales y tangenciales)
Fuerza de torque en el timón
Torque en la hélice
Empuje a diferentes RPM
En casos particulares además fue registrada la arfada debido a interfase agua – lodo y
agua – aire
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Conclusiones
Como resultado del análisis de las corridas simuladas en tiempo real con un pequeño
margen de seguridad negativo, se pudo comprobar que si se debe navegar en contacto
con capas de lodo de una densidad de igual o mayor a 1,2 t/m3 se debe tener una
adecuada ayuda de remolcadores.
Tomando en cuenta la definición del PIANC, este valor debe ser considerado como el
nuevo criterio de seguridad náutica para la determinación de la profundidad a tener en
cuenta en áreas del puerto de Zeebrugge.
De cualquier modo, los prácticos deberían siempre conocer el nivel de la interfase
agua – lodo la cual debería además estar indicada en las cartas náuticas por varias
razones:
1. Si la carena del buque penetra por más del 10% de su volumen dentro de capas de
lodo fluido de baja densidad, donde pueden originarse situaciones inaceptables.
2. Pequeños márgenes de seguridad positivos relacionados con la interfase agua –
lodo pueden provocar cambios en el comportamiento y la maniobrabilidad del
buque.
Una conclusión importante en los estudios con simulador es la concerniente a la
importancia de disponer de asistencia de remolcadores.
Si un insuficiente poder de remolque es disponible, navegar en contacto con limo fluido
debe ser evitado, por lo que la profundidad náutica debe ser tomada desde la interfase
agua – lodo, pero si un mayor bollard pull de remolcadores puede asistir al buque, el
práctico puede decidir si puede alcanzar un mayor margen de seguridad negativo.
En un futuro cercano, las derrotas, control sobre la maniobrabilidad y remolcadores
que asistieron a porta contenedores de gran calado, llegando o partiendo desde
Zeebrugge con marea baja, deberían registrarse por los prácticos con el fin de proveer
datos para estudios simulados.
Luego de la fase de evaluación se podrá definir un nuevo criterio para la determinación
de la profundidad náutica que deba utilizarse en la práctica.
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Conclusión
Considero que este trabajo tendría que ser el comienzo de otros más extensos realizado
por profesionales de distintas áreas relacionadas al tema para, como se menciona en el
mismo, podamos obtener datos valederos para nuestra zona en cuestión.
Estudios, como el trascripto del puerto de Zeebrugge, deberían ser llevados a cabo, y
no entiendo el porqué aún no se han encarado, ya que disponemos de profesionales
altamente capacitados y un full mision simulator que permitiría realizar las pruebas
necesarias basadas en modelos matemáticos.
De esa forma, nuestros prácticos y capitanes tendrían una información cierta y
valedera que les permita predecir el comportamiento que pueden tener sus buques en
determinadas zonas en donde, la carena de los mismos, puede estar desplazándose
entre varias densidades de fluidos que pueden afectar la performance de maniobra que
ellos esperaban tener.
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Bibliografía
Para la confección del mismo se ha recurrido a la siguiente bibliografía:
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Härting – Jörg Reinking – FH Oldemburg/Ostfriesland/Wilhelmshaven Ofener
str. 16 – D-26121 – Oldenburg.
¿Cuál es el calado del Río de la Plata? Revista del Instituto Argentino de
Navegación Nro 4 – 1995 Pag 55 – CU Jorge Dubrowsky – Pco. Río de la
Plata.
Descripción Geológica de la Terraza Rioplatense – Subsecretaría de Minería de
la Nación – SEGEMAR – 1999.
El fenómeno squat en áreas de profundidad variable y limitada – Miguel Ángel
Herreros Sierra – Ricardo Zamora Rodríguez – Luís Pérez Rojas.
El lecho del Río de la Plata – CC Manuel Garrido – Boletín del Servicio de
Hidrografía Naval Vol. 3, Pags. 220 a 224 – 1968.
2nd
. Squat workshop 2004 – Elsfleth/Oldenburg, Germany.
Ship squat – A guide for masters – Dr. C. B. Barras M. Sc. C. Eng F.R.I.N.A. –
Technical Consultant – 1994.
Simulación numérica de la distribución estacional del frente salino – Protección
ambiental del Río de la Plata y su frente marítimo: Prevención y Control de la
Contaminación y preservación de habitats. – IMFIA – Universidad de la
República – República de Uruguay - Noviembre 2003.
Squat experiment on Rio de la Plata with container vessel “Cap Finisterre” on
26.Oct.2004 – Alexander Härting Reinking.
Surveying in fluid mud – The effects on bathymetry of suspended sediments in
the water column – Larry Buchanan, Odom – Hydrographic Systems Inc. – USA.
- Hidro 2005.
Revision of de nautical bottom concept in the harbor of Zeebrugge through ship
model testing and maneuvering simulation – Ghuillaume Delefortrie, Mare
Vantorre – Division of aritime Technology, Ghent University, Belgium.
Ship behavior in mud areas – International Journal of Maritime Engineering –
2004
Assessing Nautical depth including direct viscosity – W.F. Fontein, project
manager – Stema Survey Services bv. Netherlands.
Información remitida por Mr.S. C. Cornelissen - Infrastructuur & Beheer –
Projectleider - Havenbedrijf Rotterdam N.V.
Stema Viscosity measurements ®
Belgium nautical depth
China nautical depth survey
DensiTune®
Capitán de Ultramar Eduardo O. Gilardoni
Profesor de maniobra de buques de la
Escuela Nacional de Náutica”Manuel Belgrano” Buenos Aires – R. Argentina