Importancia de la floculación en
la
sedimentación de la
carga de lavado en ambientes del
río
Paraná, Argentina
Silvina P. Mangini Hector H. Prendes
Universidad Nacional del Litoral, Argentina
Mario L. Amsler
Universidad Nacional del Litoral y
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Argentina
José Huespe
Universidad Nacional del Litoral, Argentina
Si bien las concentraciones de la carga de lavado del río Paraná (limos y arcillas) no son elevadas, el volumen de este material transportado por la corriente es considerable debido al gran caudal del río. En ciertos lugares del sistema del Paraná, como su valle aluvial, algunos cauces secunda- rios, canales de acceso a puertos, extremo inferior de islas, lagunas, etcetera, donde las velocida- des disminuyen marcadamente, se produce la sedimentación de estas partículas. El conocimien- to acerca de las características de ese depósito contribuiría a resolver importantes problemas, tales como sedimentación en reservorios naturales y artificiales [represas), diseño de balnearios, obras de toma y canales de acceso a puertos, dársenas y zonas de maniobras, entre otros. En este trabajo se presentan resultados de una investigación acerca de este tema, empleando una metodología basada en la ejecución de una serie de mediciones de campo específicas (velocida- des, profundidades, extracción de muestras del material del lecho y de la mezcla agua-sedimento transportada en suspensión, entre otros), en una laguna del valle aluvial del Paraná, donde se produce la sedimentación de su material más fino en suspensión. Uno de los objetivos fue deter- minar la existencia e importancia de la floculación, a pesar de los tenores prácticamente inexistentes de sales en las aguas de este río. Sobre este particular, fue posible demostrarla ocurrencia de una importante sedimentación por floculación de las fracciones de partículas de tamaños más finos que pertenecientes a la carga de lavado del Paraná.
Palabras clave: sedimentación, floculación, carga de lavado, ambientes fluviales del río Paraná.
Introducción
La floculación es un fenómeno mediante el cual es posi- ble la sedimentación del material más fino transportado en suspensión (limos y arcillas) por corrientes fluviales, en tanto se produzcan las condiciones propicias para ello. Éstas se presentan normalmente en las desembocadu-
ras de los ríos en el mar (estuarios), donde las sales pre- sentes introducen un factor clave para facilitar los proce- sos electroquímicos que conducen a la floculación.
No
En condiciones netamente fluviales, como sucede en Lugar de mediciones muchos sectores de los ríos Paraguay y Paraná, si bien
se sabe que parte de su sedimento fino en suspensión De acuerdo con los requerimientos señalados, se se- (carga de lavado) puede depositarse, no se conoce con leccionó como lugar de muestreo la laguna Mendieta, precisión el papel de la floculación en
ello;
esto es, si se situada sobre el valle aluvial del río Paraná en su tra- produce, en qué condiciones lo hace y cuál es la magni- mo medio (ilustración a la altura del kilómetro tud; es decir, la importancia de este proceso sobre el to- de la ruta de navegación. La laguna se comunica di- tal del sedimento fino que se deposita. El tema cobra re- rectamente con el cauce principal a través de un riacho lieve teniendo en cuenta que el Paraná, en sus tramos sinuoso de un kilómetro de longitud y un ancho de medio e inferior, transporta como carga de lavado aproxi- cincuenta metros.madamente millones de toneladas por año (Amsler y Durante el periodo de mediciones, el caudal de ingre- Drago, 1999; Amsler y Prendes, 2000). Una cierta canti- so fue de m3/s, aproximadamente. La laguna elegida dad de esa cifra interviene en la conformación de su Ila- tiene una superficie de cien hectáreas, una longitud de nura aluvial y también origina serios problemas de man- km y un ancho máximo de ochocientos metros, con tenimiento de calados en dársenas, canales de acceso y profundidades relativamente homogéneas próximas a los zonas de maniobras de los puertos fluviales de la hidrovía dos metros. Desde la entrada hasta la salida se produce Paraná-Paraguay. En las ilustraciones y se presen- una divergencia gradual de las líneas de corriente, debi- tan algunos ejemplos donde las zonas de tonalidades do a lo cual las velocidades decaen de m/s a menos más claras del cauce representan aquellas con sedimen- de m/s. Estas características hidráulicas y tación de finos que afectan el calado para la navegación. morfológicas la convierten en un verdadero laboratorio a
En este trabajo se ofrecen
los
resultados de estudios escala natural para los propósitos perseguidos. iniciados recientemente en la Facultad de Ingeniería yCiencias Hídricas de la Universidad Nacional del Litoral Periodo de realización de las campañas (FICH), Argentina, destinados a reconocer la importancia
de la floculación en el depósito de los sedimentos finos En la ilustración se muestra una imagen de satélite del transportados en suspensión por el Paraná, en ambien- río Paraná medio e inferior.
tes fluviales típicos de sus tramos medio e inferior. La mayor parte (80%) del sedimento limo-arcilloso que constituye la carga de lavado que transporta el río Paraná
Aspectos metodológicos es aportada por el río Bermejo (Amsler y Drago, 1999) (ilustración 6). La ilustración muestra cómo este sedi- La mayoría de las investigaciones realizados hasta el mento a traves del río Paraná llega al río de La Plata. Su momento sobre sedimentación de partículas finas para concentración en el tramo medio es variable desde estudiar el proceso de floculación se llevaron a cabo en mg/l durante la época de estiaje del río Bermejo, Ilegan- laboratorio (Boundurant, Krone, 1962; Metha, 1984; do a valores picos de mg/l, en el periodo de mayores Partheniades, 1973). Destaca la necesidad de efectuar suministros de esa corriente (diciembre-mayo) (Amsler y mediciones in situ para evaluar y analizar el fenómeno en Drago, 1999). En la ilustración se presentan las con- condiciones naturales (Winterwerp et al., Metha, centraciones totales medias de sedimento transportado 1984). Esto fue una de las motivaciones para medir la en suspensión por los ríos Bermejo, Paraguay y Paraná, sedimentación de la carga de lavado del río Paraná a la altura de la confluencia de estos dos Últimos, en la en el medio agua-sedimento de uno de los ambientes época de máxima descarga de sedimento.
de este río. Este comportamiento se consideró para planificar ade-
zona cercana a la laguna Mendieta. Con esta informa- ción se decidió iniciar las mediciones a principios del mes de marzo de
Mediciones realizadas
Las tareas de campo consistieron en toma de muestras de agua y sedimento en suspensión cerca de la superfi- cie y cerca del lecho; extracción de muestras del material del lecho; registros de velocidades de corriente y profun- didades, y ubicación planimétrica de los lugares de me- dición. El equipo de campo estuvo compuesto por una lancha hidrográfica, muestreador integrador de sedimen- tos en suspensión (permite obtener muestras de cinco litros de capacidad), muestreador de sedimento de fon- do; flotadores tipo barras lastradas; molinete hidrométrico; equipo de posición de satélite (DGPS), y sonda para ecografía.
Para cada campaña, los datos se obtuvieron en verti- cales distanciadas entre l y metros sobre una mis- ma línea de corriente materializada mediante corrida de flotadores. De esta manera se ubicaron de seis a ocho verticales, cubriendo la longitud total de la laguna desde su boca de entrada hasta su salida. Se llevaron a cabo ocho campañas en el periodo comprendido entre el
de marzo de al de mayo de En la ilustra-
ción se presentan las trayectorias de las líneas de co- rriente muestreadas en cada una de esas campañas.
Análisis de laboratorio
del material del lecho; mineralogía de arcillas en suspen- sión y presentes en el fondo, y características químicas del agua.
La determinación de concentraciones se efectuó em- pleando el método de evaporación y separando la mues-
traen dos fracciones: arenas y sedimentos
finos
La granulometría del sedimento fino transportado en suspensión se obtuvo mediante el método del tubo de extracción de fondo (Guy, 1969; Interagency Committee, usando dispersante y agitación mecánica. Las muestras analizadas correspondieron a las campa- ñas dos a ocho. En todos los casos se analizaron mues- tras correspondientes a las verticales de entrada a la la- guna, de salida, y aquellas intermedias que se conside- raban claves, en donde se verificaba un decaimiento marcado de la velocidad, acompañado de una disminu- ción importante de concentraciones, o se observaba un
gradiente de concentraciones entre el sedimento trans- portado en suspensión cerca de superficie y cerca del fondo, que sumaron un total de determinaciones.
Para establecer la granulometría del material de fon- do se utilizó el método hidrométrico. Sólo se hicieron de- terminaciones para las campañas dos y siete.
La mineralogía de arcillas se determinó mediante la técnica de difractometría de rayos X (Buerger, 1970) y se realizó en el Laboratorio de Suelos del INTA Castelar de Buenos Aires, Argentina.
Resultados
Concentraciones
cuerda con algunas mediciones puntuales expeditivas (40 a 50%) realizadas en otras lagunas del tramo medio del río Paraná (Prendes, 1981). También son comparables con mediciones de sedimentación de la carga de lavado del río Paraná, en el puerto de Barranqueras (31 aguas abajo de la desembocadura del Paraguay (ilustración 2) (Prendes et a/., 1996).
Para todas las campañas, las concentraciones de are- na fueron muy pequeñas en comparación con la concen- tración de finos. Sobre el total de la concentración de sedimento en suspensión que ingresó a la laguna, sólo un en promedio, correspondió a las arenas. Se com- probó la ausencia de las mismas en suspensión en las muestras superficiales y también en las cercanas al fon- do en aquellas verticales donde se registraron velocida- des inferiores a aproximadamente m/s. Las concen- traciones de sedimento fino transportadas en suspensión cerca de la superficie y cerca del fondo fueron muy simi- lares, en donde se registraron velocidades superiores a los m/s, observándose una distribución uniforme de este sedimento en la columna de agua.
totales de carga de lavado con la tensión de corte de fondo
Granulometría
En el cuadro se muestra la granulometría del sedimen-
salida a la laguna, destacando
los
promedios delos
por- centajes más finos que las fracciones menores dey arcillas, respectivamente).
Mineralogía
En el cuadro se pueden observar los resultados de los ensayos de mineralogía de arcillas en muestras de sedi- mento en suspensión y del lecho.
Análisis de
resultados
En el cuadro se presentan las concentraciones de car-
lieron (Cs) de la laguna, junto con sus respectivas veloci-
rrespondientes, durante el periodo de mediciones. De estos resultados surge que ingresó a la lagu- na un en promedio de l i m o s y un en pro- medio de arcillas, mientras que salió un y un respectivamente.
Sedimentación total observada
La cantidad de limo y arcilla depositada en el interior de la laguna se resume en el cuadro
El porcentaje promedio de sedimentación total de la carga de lavado resultó ser de Este valor con-
to fino en suspensión para las verticales de entrada y Correlación de /a disminución de concentraciones
y (limos medios, limos finos, limos muy finos
A
fin de explorar el efecto de las condiciones cambiantes de la corriente hacia el interior de la laguna sobre la sedi- mentación observada, se relacionó la disminución de concentraciones con las características hidráulicas en cada vertical de medición.La reducción de concentraciones (C/Ce) se definió como la concentración en cada vertical de medición (C)
con respecto a la de entrada a la laguna (Ce) sobre la misma línea de corriente.
Este primer tratamiento de los datos tiene implícita la suposición que el depósito de la carga de lavado se pro- duce en forma simple (sedimentación individual de partí-
de concentraciones se correlacionaron con la perdida de
de mantener el sedimento en suspensión en cada verti- cal de medición está dada por la turbulencia del flujo, la cual se estimó mediante un parámetro representativo de la tensión de corte de fondo local. Esta Última resulta pro- porcional al cuadrado de la velocidad, dividido el tirante elevado a la potencia (V2/H1/3), si se supone que la resistencia de fondo (debido a la rugosidad por forma y grano) se mantiene sin cambios significativos a lo largo de la línea de corriente, es decir:
ga de lavado (limos y arcillas) que ingresaron (Ce) y sa-
dades (Ve y Vs), y (Ve y Vs), y los porcentajes de limos y arcillas co-
culas sin floculación), ya que las disminuciones totales
La correlación entre (C/Ce) y v2/ H1/3 presentó una dis- persión elevada, reflejada en el bajo coeficiente de deter- minación resultante (r2 = 0.68) (ilustración 8). Cabe acla- rar que se practicó este ajuste utilizando las verticales para las que se determinó granulometría, descartando las verticales de entrada (C/Ce = 1).
Correlaciones fraccionando la carga de lavado
Admitiendo la posibilidad, sobre la base de la bibliografía consultada (Boundurant, 1975; Mantz, 1983; Raudkivi, de que un porcentaje significativo del sedimento muy fino precipite formando agregados (las propiedades cohesivas influyen significativamente para partículas me- nores a aproximadamente diez micrones), se decidió in- tentar la correlación anterior, separando la carga de lava- do en dos fracciones, tomando distintos límites de sepa- ración, estableciendo una fracción I (compuesta por ta- maños grandes), que supuestamente debería precipitar como partículas individuales (Boundurant, 1975; Mantz, y una fracción II (compuesta por tamaños peque-
ños), que sería la más afectada por floculación y, en con- secuencia, la responsable de producir una mayor disper- sión en la correlación mencionada.
Los
límites de separación entre ambas fracciones fue- ron los diámetros de l l y micrones. Para cada una de las dos fracciones (I y II) así definidas, se determinó el ajuste entre la disminución de concentra- ciones (C/Ce) y el parámetro v2/H1/3 ya descrito, calculan- do el coeficiente de determinación correspondiente.A modo de resumen, el cuadro presenta los valores de r2 para las correlaciones hechas con cada una de las fracciones adoptadas.
El mayor coeficiente r2 de la fracción I (limos gruesos y medios) se obtuvo cuando la separación se realizó con diámetros entre y El máximo correspondió a la separación en (r2 = 0.85). Cuando se separa con
tamaños menores a estos diámetros, el coeficiente para la fracción I baja considerablemente. Se estima que ello se debe a que se estaría incluyendo en la correlación una cantidad importante de sedimento involucrado en la for- mación de agregados, que no depositan en forma inde-
pendiente y afectan la correlación, disminuyendo el valor de r2.
Evidencia de floculación partiendo de estimaciones de sedimentación de partículas individuales
Empleando la información obtenida en campo, se llevó a cabo un cálculo teórico de sedimentación simple por frac- ciones de tamaño para el total de sedimento que ingresó en cada campaña y se le comparó con la sedimentación observada de cada fracción.
Para el cálculo de sedimentación simple, se supuso que todas las partículas ingresan a la laguna uniforme- mente distribuidas en lavertical (lo cual se verifica con un buen grado de exactitud, ya que, como se mencionó an- teriormente, las concentraciones de sedimento en super- ficie y cerca del fondo arrojaron valores similares), y a medida que transcurre el tiempo se desplazan dentro de la misma hacia la salida, depositándose en el fondo de manera independiente, según su velocidad terminal de caída en aguas quietas. A cada fracción (definida según la escala de Wentworth) se le asignó un diámetro medio, con el cual se estimó la velocidad terminal de caída de acuerdo con la ley de Stokes:
ción independiente). Esto es razonable, por cuanto en la estimación con la ley de Stokes, tal y como ya se explica- ra, no se tiene en cuenta la turbulencia del flujo, que se opone a la sedimentación del material en suspensión. Para el resto de las campañas, este hecho se verificó para ta- maños de a (campañas dos, cuatro y siete), y
a (campaña seis).
Es clave, para los fines de este estudio, lo que se ob- serva para las fracciones de diámetros medios menores a los tamaños límites referidos. La sedimentación espe- rada, si las partículas cayeran individualmente y en aguas quietas, resulta muy inferior a la medida, al punto tal que -para las fracciones de tamaños a partir de los
mientras la sedimentación promedio de partículas en forma individual (esperada) resulta inferior a la ob- servada llega a alcanzar valores promedio entre y y logrando, en algunas de estas fracciones, valores indi- viduales de hasta
ción que depositaría en cada trayectoria si todas las par-
tículas lo hicieran en forma individual Es-
tos porcentajes se compararon con los de depósito ob- servados dentro de la laguna para cada fracción de ta- maño (obtenidos a partir de las distribuciones granulométricas en las verticales de entrada y salida). Cabe destacar que el tiempo de sedimentación teórico
(Tt) esta subestimado, debido a que no se contempla la influencia de la turbulencia existente en el fluido en movi- miento. Sin embargo, esta simplificación pone al calculo del lado más conservador, respecto a la interpretación que a continuación se realiza.
Utilizando diagramas de barras, se superpuso el por- centaje de sedimento depositado observado en la lagu- na, con el que debería esperarse en el caso de sedimen- tación simple. En las ilustraciones y se muestran dichas comparaciones para tres campanas.
En las ilustraciones O y se observa que para fracciones cuyos diámetros medios son mayores a ta-
maños de aproximadamente entre a (campaña
saltado en gris oscuro) encontrado en las muestras de sedimento en suspensión de las verticales de salida res- pecto del registrado en las verticales de entrada (resalta- do en gris claro). En concordancia, se
observa
un au- mento del porcentaje de illita en las muestras a la salida en las mismas verticales.Importancia de la floculación de la carga de lavado del río Paraná
Los resultados presentados muestran la relevancia de la sedimentación por floculación en el ambiente estudiado y conducen a establecer al entorno de a como el más indicado, a partir del cual las partículas con diá- metros medios menores sedimentan a partir de este pro- ceso. Ello se produce a pesar de que
los
resultados de los análisis químicos del agua, realizados en el laborato- rio de Hidroquímica de la Facultad de Ingeniería y Cien- cias Hídricas, caracterizan al agua de este lugar como "alcalina, con muy bajos tenores de sales".Para estimar la importancia de este fenómeno en la sedimentación total, se efectuó el cálculo del depósito por floculación para cada fracción de tamaños. Utilizan- do la granulometría de las verticales de entrada y salida, sus respectivas concentraciones de sedimento fino en suspensión, y la concentración depositada teórica (la que habría depositado en forma simple con fluido en reposo) para cada fracción de diámetros, se determinó, sobre el total depositado, qué cantidad sedimentó por floculación y qué cantidad lo hizo en forma independiente.
Luego, en virtud de los resultados obtenidos en los análisis anteriores (evidencia de floculación), se eligió el diámetro tentativo medio de para todas las cam- pañas y para cada una de ellas se calcularon las concen- traciones depositadas por floculación para la fracción I
(mayores a y para la fracción II (menores a Lo mismo se realizó con las concentraciones depo- sitadas en forma simple (como partículas individuales) (cuadro 8).
En el cuadro se presentan los resultados del cuadro expresados en porcentajes.
En el cuadro se puede apreciar que del total de la carga de lavado que se deposita dentro de la laguna, el
lo hace por floculación; del cual, el corres-
ponde a partículas menores a y sólo un a
partículas mayores a Ello revela la importancia que puede adquirir este mecanismo en la sedimentación de la carga de lavado del Paraná, de presentarse las con- diciones propicias para que se produzca. En el cuadro se tienen valores de porcentajes de depósito por floculación e independiente, en relación con el total de- positado para la fracción menor a
Estos resultados son comparables con los obtenidos en las correlaciones presentadas anteriormente en cuan- to al entorno de tamaños de a como límite inferior para la sedimentación simple. Si bien en la mayo- ría de las campañas el diámetro para el cual el depósito individual de partículas se vuelve inferior a la observada es el correspondiente a esta fracción, esa diferencia, en general, adquiere mayor relevancia a partir de la fracción
a
Se considera que lo expuesto constituye una de las evidencias indirectas más concretas de que la sedimen- tación de limos finos y arcillas en el ambiente de medi- ciones es consecuencia de la formación de agregados en suspensión.
Evidencia de floculación a partir del análisis de la mineralogía de las arcillas
Sedimentación selectiva de la montmorillonita
De los análisis mineralógicos de las arcillas encontradas en el lecho, se aprecia un aumento del en la canti- dad de montmorillonita con respecto a la que contiene el sedimento en suspensión (cuadro 7).
Esto Último evidencia una sedimentación selectiva de las arcillas (montmorillonitas),
lo
cual sería una confirma- ción de la tendencia que tiene este tipo de mineral arcillo- so a flocular. En efecto, se reconoce a las montmorillonitas como las más activas para la agregación, aun en aguas dulces (Boundurant, 1975).Análisis comparativo del contenido de montmorillonita e illita del sedimento suspendido
Se advierte que, en promedio, el del material to- tal sedimentado de la carga de lavado dentro de la lagu- na corresponde a la fracción mas fina (II), de la cual el
precipita formando agregados.
AI interpretar estos resultados se debe tener en cuenta que las cantidades de carga de lavado depo- sitadas por floculación están subestimadas, ya que el
Para aplicar la ecuación se empleó una profundidad promedio (H) de dos metros y el valor crítico de veloci- dad (V) de m/s. Los valores del coeficiente de rugo- sidad (n), de acuerdo con el tipo de material que confor- ma el fondo (limos y arcillas) y su uniformidad, podrían encuadrarse dentro de un rango de valores entre y (Chow, 1990; French, 1988). De este modo resul- tan tensiones de corte variables entre y N/m2, respectivamente. AI final de la sedimentación, estos va- lores son críticos, indicando que por debajo de ellos el sedimento fino comienza a precipitar por floculación. En experimentos de laboratorio destinados a determinar la tensión de corte del lecho para el inicio de este proceso Velocidad y tensión de corte críticas
Dada la importancia del fenómeno de floculación en el algunos valores encontrados fueron N/m2
ambiente estudiado, se estimaron las velocidades y ten- siones de corte mínimas críticas partir de las cuales se
y N/m2 (Metha, winterwerp et al.,
los que se corresponden con el rango obtenido en desencadena este proceso. Para ello, se vinculó la dis-
minución de concentraciones de las fracciones I y II (ma- yor y menor que l en las verticales muestreadas
ción 12).
la laguna Mendieta.
Es importante destacar que dicha precipitación se desarrolla en forma masiva e intensa a partir de los valo-
m2) también se podría comparar con valores de (ten- sión de corte del lecho para la cual todo el sedimento ha
llevó a cabo en un canal anular de laboratorio con caolinita
dinas/cm2 (aproximadamente N/m2). AI com- parar estos valores, cabe mencionar que a diferencia de las condiciones de laboratorio, en el ambiente estudiado no se pudo determinar si se había alcanzado la condi- ción de equilibrio en cada caso.
para todas las campañas con la velocidad media (ilustra- res críticos, por lo que el rango obtenido N/
Se observa que para la fracción I se produce una pre- cipitación gradual de este sedimento en suspensión
Para la fracción las concentraciones en suspensión
depositado). Partheniades en experimentos que
comercial y agua destilada, encontró que el es de medida que disminuyen las velocidades.
se mantienen Prácticamente constantes, a pesar de la importante reducción de velocidades: desde hasta m/s. Cuando se alcanza este Último valor, se produ- ce una disminución abrupta e intensa de las concentra- ciones. Se interpreta que el valor crítico de m/s indi- caría un nivel de turbulencia mínimo para mantener las partículas más finas en suspensión. Esta velocidad míni- ma es aproximada, en el sentido que sería más apropia- do considerar un “rango” de velocidades entre y m/s, a partir del cual en la laguna Mendieta se produce un depósito masivo de partículas de tamaños menores a un entorno de De este modo quedaría estableci- do un umbral crítico, por encima del cual se evita la floculación de las partículas más finas. Este límite de ve- locidad concuerda con valores hallados por Krone 962)
en ensayos realizados en laboratorio para concentracio- nes de sedimento similares a las de entrada a la laguna Mendieta (300 mg/l), a pesar de utilizar un fluido con salinidad superior a la registrada en la laguna.
En los ensayos de Winterwerp et a/. los valo- res de se determinaron en un canal circular de labo- ratorio, utilizando sedimento y fluido nativo de diferentes lagos y del río Maas de Holanda. Se obtuvo un rango de tensiones entre y N/m2, también comparable con el estimado en la laguna Mendieta.
Los parámetros críticos obtenidos representan un dato de campo valioso para el diseño de puertos en las condi- ciones fluviales del Paraná, por cuanto, si se logran man- tener velocidades y controlar la tensión de corte cerca del lecho con valores superiores a los críticos, se dismi- nuirían considerablemente los costos de obras de dragado para el mantenimiento de calados.
Conclusiones
Las conclusiones surgidas de esta investigación en rela- ción con la presencia del fenómeno de floculación en el depósito de la carga de lavado en ambientes del río Paraná son las siguientes:
La sedimentación total promedio de la carga de lava- do medida en la laguna Mendieta fue de
Para las fracciones de tamaños mayores (limos grue- sos y medios), se ha encontrado en la laguna una buena correlación de la concentración remanente en suspen- sión (C/Ce), con un parámetro representativo de las ten- siones de corte medias del flujo (V2/H/1/3). Ese ajuste arro-
jó un buen coeficiente de determinación r2 = Este
resultado sugiere que la sedimentación de esos tama- ños mayores se puede calcular con la relación propues- ta, u otras, en donde se contemple precipitación de par- tículas individuales; es decir, en forma independiente sin formación de agregados o floculación. Para las fraccio- nes de menores tamaños (limos finos y arcillas), la corre- lación obtenida entre los parámetros mencionados no resultó buena (r2 0.65). De este primer análisis surge la posibilidad de que esta Última fracción no sedimente sólo por la causa anterior, sino que además esté afectada por floculación, con intervención de procesos fisicoquímicos. De la comparación entre el cálculo mediante sedimen- tación simple de partículas individuales y el depósito medido, surgió una segunda evidencia sobre la existen- cia de floculación. Según los resultados obtenidos, este efecto se vuelve significativo para partículas cuyos diá- metros aparentes medios son menores a un entorno de En la comparación se determinó que la sedimen- tación medida resulta considerablemente mayor que la esperada si actúa sólo la sedimentación simple. Ello ex- plicaría las pobres correlaciones obtenidas para los ta- maños menores al entorno referido
Estos resultados aconsejan la conveniencia de sepa- rar la carga de lavado del río Paraná en al menos dos
fracciones para el estudio de su depósito. Una de tama- ños mayores (fracción I), cuyas partículas sedimentan mayoritariamente de manera independiente sin interacción entre ellas, y otra de tamaños menores (fracción ll), so- bre la cual los efectos de floculación y formación de agre- gados constituyen el principal motivo de su precipitación. El diámetro aparente medio más adecuado para efec- tuar la separación de estas dos fracciones estaría entre
los a Tamaños mayores prácticamente no par-
ticipan en la floculación.
AI menos el de la sedimentación total de la car- ga de lavado lo hizo mediante el proceso de floculación. La fracción menor a representó del total sedi- mentado en la laguna, en donde el sedimentó por floculación y el lo hizo en forma independiente. La fracción mayor a representó del total sedi- mentado en la laguna, en donde el sedimentó por floculación y el Io hizo en forma independiente.
La fracción menor a (limos finos y arcillas) re- presentó en promedio un de la carga de lavado total que sedimentó dentro de la laguna, en donde más del de esta cantidad depositó por floculación. De estos resultados surge que del total depositado de esta Última fracción, más del lo hizo mediante floculación.
Estos valores revelan la importancia del mecanismo de floculación en la sedimentación de las partículas más finas en ambientes del río Paraná, a pesar de la ausencia de sales en el agua. Ello justifica estudios adicionales detallados, a fin de adquirir un conocimiento mayor de los aspectos intrínsecos de este fenómeno y una precisa cuantificación del mismo en otros ambientes y condicio- nes del sistema fluvial estudiado.
Los análisis mineralógicos evidencian que el conteni- do de montmorillonita encontrado en el sedimento del lecho es aproximadamente un mayor que el del se- dimento transportado en suspensión. Esto concuerda con las cualidades de este tipo de arcillas, muy propensas a formar agregados, aun en aguas con bajo contenido sa- lino. Este hecho constituye una evidencia más de la ocu- rrencia del proceso de floculación en la sedimentación de las partículas más finas.
po, concuerdan con resultados de experimentos realiza- dos por varios investigadores con sedimento cohesivo en laboratorio. Se puede plantear, como hipótesis, que estos valores de velocidad y de tensión de corte crítica expresan un nivel de turbulencia del flujo a partir del cual se desencadena marcadamente el agregado de partícu- las y su posterior sedimentación.
La importancia practica de los resultados obtenidos resulta evidente para el diseño de puertos fluviales en la hidrovía Paraná-Paraguay.
Es
fundamental evitar veloci- dades de corriente que generen tensiones de corte del flujo inferiores al rango mencionado, ya que por debajo del mismo se desencadena el proceso de floculación y la sedimentación masiva de gran parte de la carga de lava- do. Si no fuera posible, cabe esperar elevados costos de tareas de dragado de material muy fino depositado por este mecanismo. La complejidad de los procesos me- diante los cuales se produce este fenómeno exige la eje- cución de estudios específicos de las variables fisicoquímicas involucradas. La magnitud estimada de la sedimentación por floculación de la carga de lavado en el sistema fluvial del río Paraná es un fuerte argumento en pro de la continuidad de esta línea de investigación.Reconocimientos
AI ente administrador Túnel Subfluvial Hernandarias (beca de maestría res núm. y a la Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas de la Universidad Nacional del Litoral, Argentina, que, a traves del proyecto Aspectos metodológicos para la construcción y mantenimiento de las vías navegables fluviales (subsidio CAID+D-núm. 96-98) brindó los re- cursos necesarios para llevar a cabo esta investigación.
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Recibido: 07/01/2002 Aprobado:
Abstract
MANGlNl, S P, PRENDES, H.H., HUESPE, J. & AMSLER, M.L The importance of flocculation for suspended load sedimentation in the Paraná river, Argentina. Hydraulic Engineering in Mexico (in Spanish). July-September;
vol. no. p p
Though suspended load concentrations in the Paraná river (silts and clays) are not high, considerable volumes of these materials are transported due to a large river flow. The sedimentation of this type of particles occurs where velocities decrease below certain limits, as in the alluvial valley, certain secondary streams, access channels to ports, the downstream end of islands, lagoons, etc. How, when, how much, or where this sus- pended load deposits is not completely known to date. Thus, data on these aspects would be a valuable contribution to solve problems such as sedimentation in natural and man-made reservoirs, design of spas and water intakes, and maintenance of navigation channels entering to ports, of roadsteads, etc. In this paper, the sedimentation of fine silts and clays in a typical lagoon of the Paraná river alluvial valley is studied using a methodology based on specific field measurements One of the principal objectives has been to determine the existence and importance of flocculation, in spite of the very low content of dissolved solids in the water. It is
shown that flocculation plays an important role in the sedimentation of fractions smaller than of the Paraná river suspension load
Keywords: sedimentation, flocculation, suspended load, fluvial environments of the Paraná river.
Dirección institucional de los autores:
Silvina P Mangini Héctor H Prendes Mario L. Amsler José Huespe
Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas (FICH), Universidad Nacional del Litoral (UNL),
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