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Concepto “Profundidad Náutica”
Lic. Eduardo O. Gilardoni
Capitán de Ultramar
Extraído de elDial.com 10/12/15
La mayoría de los contratos de charteo de buques poseen una clausula
denominada “always afloat” o “safely aground” la cual condiciona a los
capitanes que deben siempre tomar los recaudos necesarios para que su
buque no toque fondo bajo ninguna circunstancia.
Debido a que muchos canales de navegación del Río de la Plata, zonas
portuarias y puertos tienen fondos que están cubiertos por un lodo muy fluido
en suspensión que está caracterizado por su baja densidad (1,050 a 1,300
t/m3) asociado con un débil esfuerzo de corte, el concepto “fondo” no queda
claramente definido, y las tradicionales técnicas de sondaje (1) resultan
inadecuadas dando lugar lecturas o interpretaciones falaces.
(1) Nota del autor: Se entiende por tradicionales técnicas de sondaje aquellas que se realizan con las
sondas ecoicas que poseen la gran mayoría de los buques mercantes
Un vital elemento para los servicios portuarios es garantizar el pasaje seguro
de los buques desde y hacia las facilidades portuarias.
En esas áreas lodosas es donde resulta apropiado utilizar el concepto
“Profundidad Náutica”
Ello motivó que el PIANC (2) en el año 1997 la definiera como:
“Es aquel nivel respecto al de reducción de la carta de navegación donde
las características físicas del fondo alcanzan baja consistencia para la
navegación de buques convencionales con desplazamiento positivo, más
allá del cual, en contacto con el fondo del buque, se producen daños o
efectos inaceptables sobre su control y maniobrabilidad”
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.
La profundidad de la carta, entonces puede ser garantizada sin la remoción de
dicho material.
Nota del autor:
(2)PIANC (Permanent International Asociation Nautical Council) 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.
1
PIANC fue fundado en 1885 y es la más vieja asociación internacional referida a estos aspectos técnicos
de la navegación.
En el caso de fondos cubiertos con capas de lodos fluidos, esa “profundidad
náutica” está localizada en alguna profundidad, bajo la interfase agua – lodo
donde, desde un punto de vista reológico(3) se puede definir una transición
entre limo fluido y limo sólido.
En puertos en donde el concepto de profundidad náutica es aplicado, la
definición operacional de ese nivel está ligada a un valor de densidad que varía
entre 1,150 y 1,270 t/m3.
La elección de la densidad crítica está basada tomando en consideración las
propiedades reológicas del limo fluido.
Nota del autor
(3)REOLOGÍA: Es aquella rama de la física que estudia las condiciones de viscosidad, elasticidad y
fluidez de las materias líquidas o cristalinas y sus vínculos existentes con una fuerza.
En nuestro entorno geográfico se podemos decir que los buques en el Río de la
Plata sufren variaciones en el plano vertical en sentido de la profundidad.
Este fenómeno no es nuevo ni se registra únicamente aquí. Internacionalmente
recibe el nombre de “quick clay” (arcillas escurridizas).
En el puerto de Zeebrugge, por ejemplo, el valor crítico adoptado es de 1,150
t/m3.
Allí la introducción en la década del 80’ del concepto profundidad náutica en los
canales de acceso ha dado como resultado una significativa reducción en los
costos de dragado de mantenimiento.
Más recientes mediciones in situ, de todas formas han revelado que las
características del limo, y en particular la profundidad relacionada densidad /
esfuerzo de corte ha cambiado significativamente.
En dicho puerto han definido dos niveles de transición:
Una primera en la cual las características se incrementan ligeramente, lo cual
ocurre con una densidad entre 1,06 y 1,12 t/m3 y una más intensa tiene lugar
con un rango de densidades desde a 1,18 a 1,25 t/m3.
Volviendo al lecho de nuestro río, tenemos por lo tanto tres capas de limos:
1. La superior, en suspensión, que la sonda ecoica de una sonda normal
que utiliza todo buque mercante detecta como “fondo”
2. Una segunda capa de limo más denso donde el escandallo de plomo de
una sonda de mano se “entierra” hasta (por lo cual da más profundidad
que la sonda ecoica anteriormente mencionada) y en la que los buques
pueden deslizarse sin varar ni sufrir daños.
3. Por último, uno capa de fango más duro donde el escandallo se detiene,
y donde los buques si tocan, varan.
Cómo se puede detectar las diferentes densidades y esfuerzos
de corte de un limo floculado – La “Densi Tune”
Este tipo de sonda especial cumple las dos funciones:
Determina la densidad del fluido.
Calcula cual es el esfuerza de corte que se produce en el mismo.
2
Esto último lo logra por medio de un diapasón al que se le hace vibrar una de
sus patas con una determinada frecuencia y se mide con qué diferencia le llega
a la otra.
De esa forma se puede determinar, a las distintas densidades, cuales son los
esfuerzos de corte que tienen las sucesivas capas de limo floculado
Importancia de la frecuencia con que transmite la sonda ecoica
Los transductores de altas frecuencias (100 Khz. Hasta 1.000 Khz.) son los
utilizados en buques mercantes, estos son más precisos debido a que su haz
es concentrado. Su mayor desventaja radica en la atenuación que les produce
el incremento de la densidad cercana al fondo debido a limos en suspensión y /
o vegetación que se encuentra sobre el mismo.
No son recomendables para ser utilizadas en zonas donde los mismos se
encuentren sobre el fondo.
En dichas áreas deberían utilizarse transductores que trabajen con frecuencias
entre 20 Khz. Y 50 Khz., las que permitirán registros que muestran diferentes
densidades.
La siguiente figura nos muestra como aumenta la penetración de la emisión del
transductor de la sonda cuando disminuimos su frecuencia.
Tengamos presente que las sondas de los buques mercantes, al operar con
frecuencias más altas, “detectan” un fondo de limo floculado de densidad
próxima a 1,1 t/m3
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¿Por qué se producen los limos floculados?
Este fenómeno ocurre cuando las aguas de un río que lleva gran cantidad de
arcillas en suspensión llegan al mar generalmente en forma de delta y
perdiendo significativamente su velocidad comienzan a depositarse
mezclándose con las aguas salobres.
Dado que 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 aún más el
problema, la precipitación citada no tiene que ser necesariamente total, es decir
no siempre llega al fondo.
O sea, los diferentes tipos de arcillas floculan en forma diferente, y mientras
unas lo hacen asentándose en el fondo, otras quedarán en suspensión sobre el
mismo 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 una de esas capas de diferentes
calidades de arcillas en suspensión, y en una de ellas el rebote de la sonda nos
dará una profundidad que será menor que la que le corresponde a un limo
sólido.
El fenómeno en nuestro Río de la Plata
La cuenca del Plata abarca 4.000.000 de km 2 donde nacen y fluyen los
grandes ríos y sus afluentes. Juntamente con los ríos Paraguay y Uruguay
integran el llamado sistema del Plata que da nombre a la cuenca por ellos
recorrida.
El Paraná es el principal de todos ellos, nace al norte de Río de Janeiro, bordea
el Paraguay, cruza nuestro país recorriendo 4.000 km. Sobre él el Río Bermejo
es el que mayor cantidad de arcillas en suspensión aporta a toda la cuenca.
El régimen de lluvias de esta inmensa extensión es conocido solo en líneas
generales dado que muchas de las zonas que atraviesa son poco habitadas
con selvas vírgenes, donde los datos pluviométricos son mínimos.
Depende en definitiva, en que zona ha llovido más para saber qué afluente
aportará más agua al Río de la Plata. Según la misma será el tipo de arcilla que
se arrastra, porque no todos los ríos aportantes la tienen del mismo tipo.
Vale decir que la proporción de arcillas que llegan al Río de la Plata depende
de la cantidad de lluvias caídas a miles de kilómetros de distancia y así bajan
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las aguas pardas hacia el mar, donde el agua dulce comienza a mezclarse con
la salada.
La zona de mezcla de agua dulce y salada del ocupa una gran extensión y no
existe una “línea” divisoria fija. Las condiciones de marea influirá en la cantidad
de agua dulce que traigan los ríos y, por sobre todo, las perturbaciones
meteorológicas desplazarán esa zona de mezcla hacia adentro o hacia afuera
del estuario.
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 y vientos reinantes.
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.
Pero estas aguas salobres comparadas con el agua dulce que transportaban
hasta ahora las arcillas, tienen un pH y cargas electrolíticas diferentes que
originan que la precipitación de las mismas se acomode a diferentes niveles
sobre el fondo. Y esta precipitación se denomina “floculación”.
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(4) que las mismas poseen.
Estas suspensiones pueden ser mejor descriptas como líquidos pseudosplásticos o líquidos plásticos.
5
Un líquido pseudo-plástico(5) 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
Nota del autor
(4) 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.
(5)
COMPORTAMIENTO PSEUDO-PLÁSTICO.
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.
¿Qué efectos produce la floculación sobre la maniobra del
buque?
1. Aumenta la resistencia al avance.
2. Disminuye el espacio y tiempo de detención natural, al bajar o parar la
máquina.
3. Disminuye el squat, si lo hubiera, o varía el asiento.
4. Las grandes caídas de rumbo son más lentas, aunque los pequeños
cambios de rumbo pueden no sufrir variaciones.
5. A bajas velocidades, es necesario un mayor ángulo de metida de timón del
que el que usualmente se aplicaría en aguas sin limo floculado.
6. La curva evolutiva aumenta significativamente
Conclusiones:
Las características de los canales navegables del Río de la Plata son muy particulares
y los controles batimétricos que en él se realizan no alcanzan los niveles de
información que otorgan otros puertos que adolecen de problemáticas similares.
Inadecuados sistemas de medición relacionados a densidad y esfuerzo de corte no
brindan la información recomendable con las nuevas tecnologías.
Muchos buques navegan con la parte inferior de su carena inmersa en limos fluidos de
los que se desconoce cuál es su densidad y menos aún sus cualidades reológicas, o
sea cual es el valor de la resistencia que ofrecen al movimiento del buque.
Controles permanentes como los que se realizan a diario en otros puertos con las
mismas condiciones deberían ser implementados en nuestra cuenca.
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Bibliografía
PIANC
Revista del Instituto Argentino de Navegación
Articulo “El lecho del Rio de la Plata” C.C.(ARA) Manuel Garrido
Noviembre 10 de 2015
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