Ingeniero Civil / El sostenido aumento de la población y de las áreas residenciales e industriales está creando una reducción en la recarga y un aumento en las extracciones de aguas subterráneas en la Región Metropolitana. Esto ha motivado un creciente interés en la recarga artificial de acuíferos como una forma de paliar los descensos de niveles observados en los acuíferos de la zona. El propósito de este trabajo de título es estudiar el potencial de efectuar recarga artificial de acuíferos con aguas provenientes del río Maipo, que son transportadas por la red de canales de la Sociedad del Canal del Maipo dentro de la Región Metropolitana. Como primera parte de este estudio se recopilan antecedentes bibliográficos para conocer los distintos criterios de diseño de los métodos de infiltración existentes y los resultados que se esperarían con su aplicación. Luego, se selecciona un sitio que cumpla con dichos criterios y se recolecta toda la información necesaria para la construcción de un modelo hidrogeológico. Finalmente, se desarrolla un modelo numérico mediante una modelación telescópica desde el modelo hidrogeológico Maipo-Mapocho del año 2000. Con ese modelo se calculan las tasas de recarga tentativas para el sector mediante un sistema de pozos de infiltración gravitacional. Los resultados del modelo son tasas de infiltración gravitacional de aproximadamente 20 l/s cuando los pozos se llenan de aproximadamente de 10 metros de agua. Estas tasas son muy sensibles a la conductividad hidráulica aledaña a los pozos por lo cual es importante poder determinar el valor real de dicho parámetro efectuando pruebas de bombeo adecuadas para la zona. Por último, se hace hincapié en la importancia de la calidad del agua usada para la recarga, debido a que puede ser una limitante para el éxito de cualquier tipo de proyecto que recargue directamente a la zona saturada, por lo que se recomienda en el futuro ahondar más en este tema y en la legislación vigente para este tipo de proyectos.

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Ingeniero Civil / El presente trabajo muestra el estudio conceptual realizado sobre cambios en el nivel freático, el impacto que esto tiene sobre la zona no saturada y la vegetación en la superficie. Además, se modeló numéricamente casos de estudio para los cuales se cuenta con la información necesaria y se concluyó a partir de los resultados obtenidos de este proceso. En primer lugar, se hace una revisión conceptual de todos los aspectos involucrados en el desarrollo de la memoria, partiendo por la zona no saturada, pasando por la ecuación de Richards y el software HYDRUS entre otros temas, terminando con una exhaustiva revisión bibliográfica de los impactos sobre la vegetación de las variaciones del nivel freático. Luego, se hace la formulación teórica del modelo numérico, su validación con casos de artículos académicos y una aplicación de éste a un caso real, para el cual se cuenta con la información. Después, se modeló una situación con variaciones del nivel freático para ver cuál es la consecuencia en la zona no saturada y, con la información con la que se cuenta de las plantas del lugar modelado, ver el impacto de estas variaciones sobre las formaciones vegetales de la superficie. Finalmente, se concluye a partir del trabajo realizado y los resultados generados con el modelo para los diferentes casos.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico / Ingeniero Civil / Debido a su naturaleza geológica, los acuíferos presentan gran variabilidad de los parámetros hidrogeológicos en cortas distancias. Sin embargo, debido a restricciones computacionacionales y a la imposibilidad de medir parámetros a pequeña escala, la modelación de estos sistemas usualmente se realiza utilizando grillas numéricas con celdas de tamaño mucho mayor que la escala de la heterogeneidad del acuífero, lo que afecta la representación de los campos de velocidades simulados, los cuales no contienen toda la información de pequeña escala o alta frecuencia. El impacto en la simulación del transporte de solutos se traduce en menores tasas de mezcla y dilución, lo cual puede generar menores tasas de reacción en el caso de transporte reactivo. Actualmente, se afronta este problema a través de métodos basados en el enfoque estocástico, en donde se utilizan conceptos probabilísticos para describir el flujo y el transporte en acuíferos. La teoría de la macrodispersión se basa en la descripción del movimiento de los solutos a través de las propiedades estadísticas del medio y busca cuantificar los efectos no modelados numéricamente. El coeficiente de macrodispersión de bloque efectivo ($D_b(t)$) está basado en esta teoría, y está definido de manera de capturar solo las fluctuaciones de velocidad de la escala inferior a la grilla numérica, modelando el efecto de éstas sobre la tasa temporal de deformación de plumas de soluto. Mientras se ha comprobado que la utilización del $D_b(t)$ reproduce la deformación de plumas bajo ciertos supuestos, su uso para representar la mezcla de solutos no se ha intentado hasta ahora. El objetivo de esta tesis es estudiar la posibilidad de extender la teoría del coeficiente de macrodispersión de bloque efectivo a procesos de mezcla para diversas condiciones de transporte. Para ello, se proponen dos metodologías para obtener un coeficiente de macrodispersión efectivo basado en el concepto del $D_b(t)$ para caracterizar correctamente la tasa global de mezcla. La primera metodología propone un coeficiente de macrodispersión efectivo que es constante, mientras que la segunda metodología propone un coeficiente que evoluciona temporalmente con la simulación. Los resultados obtenidos señalan que ambas metodologías son aplicables y presentan mejoras a la estimación de los procesos relacionados a la mezcla ocurridos en el medio permeable cuando se utiliza campos de velocidad que han perdido parte de su variabilidad numérica, obteniendo resultados satisfactorios para una amplia cantidad de parámetros y condiciones de transporte. Este trabajo permitió extender el concepto del $D_b(t)$ a procesos de mezcla, donde la metodología de cálculo podría utilizarse con aplicaciones futuras en remediación o estudios de ingeniería. A futuro, el método propuesto podría ser verificado y mejorado con datos reales de sitios contaminados.

El presente trabajo de tesis tiene como finalidad el estudio de la adsorción de los aniones nitrato y nitrito en soluciones acuosas empleando arcillas organofílicas como adsorbentes. Las arcillas organofílicas se obtuvieron mediante la sustitución de los cationes de cambio presentes en las arcillas precursoras por cationes amonio cuaternario, para ello se emplearon dos arcillas precursoras, una arcilla cálcica natural (FS) y la misma arcilla intercambiada con Na+ (CP) y dos cationes amonio hexadeciltrimetilamonio (HDTMA) y benciltrietilamonio (BTEA) con cantidades equivalentes a 1.5, 2.5 y 4.0 de capacidad de intercambio catiónico (C.E.C.) de la arcilla precursora. Para determinar las características estructurales, morfológicas y texturales de las arcillas precursoras y organofílicas se emplearon técnicas analíticas e instrumentales. Los difractogramas de rayos X (DRX) obtenidos mostraron una variación significativa en el espaciado basal d001 entre las arcillas precursoras y las arcillas organofílicas. Además, la presencia de los grupos –CH2 y C-N en los espectros FTIR confirmaron la presencia de los cationes amónicos en las arcillas organofílica. Este intercambio también fue evidenciado mediante la titulación Boehm y el análisis del punto de carga cero. Del análisis de sorción de N2 se observó una reducción del área superficial en las arcillas organofílicas. Considerando la capacidad de adsorción de las arcillas organofílicas para ambos aniones (nitrato y nitrito) se encontró el siguiente orden: CP-HDTMA-4.0 > CP-HDTMA-2.5 > FS-HDTMA- 4.0 > FS-HDTMA-2.5 > CP-HDTMA-1.5 > > FS-HDTMA-1.5 > CP-BTEA-4.0 > CP-BTEA-2.5 > FS-BTEA- 4.0 > FS-BTEA-2.5 > CP-BTEA-1.5 > FS-BTEA-1.5. La adsorción de nitrato y nitrito fue rápida en los primeros minutos logrando alcanzar el equilibrio entre los 8 - 15 min. El modelo cinético que presentó un mejor ajuste con los resultados experimentales de la adsorción de ambos aniones fue el de pseudo-segundo orden. Con respecto a las isotermas de adsorción de nitrato se encontró un mejor ajuste con los modelos de Redlich-Peterson y Langmuir, mientras que para la adsorción de nitrito, las isotermas se correlacionaron mejor con el modelo de Langmuir. Al evaluar los factores que influyen en la capacidad de adsorción de nitrato y nitrito se logró alcanzar la máxima adsorción a pH = 4 y con una cantidad de sal amónica equivalente a 4.0 C.E.C de la arcilla precursora, mientras que a pH = 10 y con una cantidad de sal amónica de 1.5 C.E.C se obtuvo una mínima adsorción. / The present thesis aimed to study the adsorption of nitrate and nitrite anions in aqueous solutions using organophilic clays as adsorbents. The organophilic clays were obtained by replacing the exchange cations present in the precursor clays with quaternary ammonium cations. For this purpose, two precursor clays were used, was the one natural calcium clay (FS) and the other was the same clay exchanged with Na+ (CP) and two ammonium cations, hexadecyltrimethylammonium (HDTMA) and benzyltriethylammonium (BTEA) with amounts equivalent to 1.5, 2.5 and 4.0 cation exchange capacity (C.E.C) of the precursor clay. In order to determine the structural, morphological and textural characteristics of the precursor clays and the organophilic clays, instrumental and analytical techniques were used. The obtained X-ray diffractograms (XRD) showed a significant variation in the basal spacing d001 between the precursor clays and the organophilic clays. In addition, the presence of the -CH2 and C-N groups in the FTIR spectra confirmed the presence of the ammonium cations in the organophilic clays. This exchange was also evidenced by the Boehm titration and the zero charge point analysis. From the N2 sorption analysis, a reduction of the surface area was observed. Considering the adsorption capacity of the organophilic clays for both anions, the following order was found: CP-HDTMA-4.0 > CP-HDTMA-2.5 > FS-HDTMA-4.0, FS-HDTMA-2.5 > CPHDTMA- 1.5 > FS-HDTMA-1.5 > CP-BTEA-4.0 > CP-BTEA-2.5 > FS-BTEA-4.0 > FS-BTEA-2.5 > CPBTEA- 1.5 > FS-BTEA-1.5. The adsorption of nitrate and nitrite was fast in the first few minutes, reaching equilibrium at 8 - 15 min. The kinetic model that presented a better fit with the experimental results of the adsorption of both anions was pseudo-second order. With respect to the nitrate adsorption isotherms, a better fit was found with the Redlich-Peterson and Langmuir models, while for the nitrite adsorption, the isotherms were better correlated with the Langmuir model. When evaluating the factors that influence the adsorption capacity of nitrate and nitrite, it was possible to reach the maximum adsorption at pH = 4 and with an amount of ammonium salt equivalent to 4.0 C.E.C of the precursor clay, while at pH = 10 and with an amount of ammonium salt of 1.5 C.E.C a minimum adsorption was obtained. / Tesis

Doctora en Ciencias, Mención Geología / El Desierto de Atacama, ubicado en el norte de Chile corresponde al desierto más árido del planeta. En esta región se encuentran las mayores reservas de yodo a nivel mundial y a su vez corresponde a la principal provincia productora de este elemento. El origen de este enriquecimiento ha sido motivo de controversia y diferentes procesos han sido propuestos para explicar la presencia de yodo en Atacama, involucrando principalmente fuentes marinas y eólicas. Sin embargo, debido a la escasez de datos geoquímicos e isotópicos de yodo en la región, su origen aún no ha sido dilucidado. De acuerdo a lo anterior, el objetivo de esta tesis consiste en determinar las fuentes naturales y antropogénicas de yodo en reservorios superficiales de la región de Atacama. Los resultados obtenidos en esta investigación comprueban que existe un fuerte enriquecimiento de yodo en la zona, el cual se extiende desde la Depresión Central hasta la Cordillera Occidental. Las razones isotópicas 129I/I obtenidas en rocas y suelos indican que el yodo deriva de un proceso de mezcla de diferentes fuentes, incluyendo fluidos profundos enriquecidos en contenido orgánico con variables aportes de fluidos volcánicos y meteóricos pre-antropogénicos. De manera consistente, la señal isotópica medida en aguas superficiales y subterráneas, en conjunto con las concentraciones de halógenos, sugieren la presencia de un fluido inicial enriquecido en yodo, el cual habría sido diluido por agua meteórica. Sin embargo, a diferencia de lo que indica la señal isotópica en rocas y suelos, la mayoría de las razones isotópicas observadas en aguas indican que existe una componente antropogénica. Se propone que la principal fuente orgánica de yodo en rocas, suelos, aguas superficiales y subterráneas de Atacama, corresponde a las secuencias sedimentarias marinas del Jurásico, donde el yodo proviene del agua de poros o desde las facies carbonatadas, y es extraído a través del flujo subterráneo. Por otro lado, la componente antropogénica proviene de dos fuentes distintas: (1) 129I liberado por ensayos nucleares en el Océano Pacífico Central (129I/I = 12000 x 10-15); y (2) 129I liberado por plantas de reprocesamiento nuclear ubicadas en el hemisferio norte (129I/I = 97000 x 10-15). Por lo tanto, se concluye la existencia de múltiples fuentes de yodo en el Desierto de Atacama, descartando que provenga exclusivamente de una fuente atmosférica, resaltando la importancia del drenaje subterráneo en los procesos de transporte y depositación en márgenes continentales.

Describe los procesos, técnicas y equipos utilizados en las excavaciones en presencia de agua.

El cultivo de arroz es una de las actividades económicas más importantes en el distrito de San Pedro de Lloc, en la región de La Libertad Perú. En consecuencia, el uso intensivo de fertilizantes nitrogenados y el riego por inundación ocasiona contaminación de aguas subterráneas impactando negativamente en las reservas naturales y en la salud humana. Los nitratos presentes en estas aguas se reducen a nitritos al formar metahemoglobina y disminuye así la capacidad de oxigenación en la sangre, lo que se manifiesta por la coloración azulada de la piel y llegando al coma o la muerte de los niños expuestos. En este proyecto se diseñó y ejecutó un protocolo de monitoreo de agua subterráneas para esta zona. En los pozos seleccionados se tomó muestras para análisis de parámetros físicoquímicos y, en particular, contenido de nitratos, bajo metodologías estándar EPA o SM-AWWA. Las estaciones de muestreo fueron elegidas en zonas agrícolas, ganaderas y urbanas. El primer muestreo, abril 2007, se desarrolló durante la campaña principal de cultivo y el segundo muestreo, junio 2007, a mediados de las campañas complementaria y chica en el año 2007. Los análisis revelaron una concentración de nitratos inferior a los límites de calidad válidos en el país a la fecha de estudio, lo cual es una respuesta tranquilizadora pero puntual. El pH se encuentra en el rango establecido para su categoría. En cuanto a la conductividad, sólo un pozo da un valor de conductividad mayor al límite. En ningún caso, los cloruros sobrepasan los límites legales y, observándose concentraciones más altas en los pozos abandonados o cercanos al mar. Más del 90% de las estaciones de muestreo se encuentran en categoría de aguas muy duras, es decir, concentraciones superiores a 300 mg CaCO3/L. Un pozo en un área de actividad agrícola intensa presenta niveles de ortofosfato mayores durante el segundo muestreo, lo que muestra la relación directa actividad agrícola-calidad de agua. En cambio, en los pozos abandonados el contenido de este analito baja lo que podría ser por desuso de fertilizante o actividades agrícolas cercanas. En el caso de los metales, las concentraciones obtenidas de plomo, cadmio, hierro y cobre están por debajo de los límites establecidos. / Tesis

En el presente Trabajo de Título se ha revisado la información bibliográfica existente y se ha estudiado la existencia del flujo no lineal en el Sistema Tuyajto, ubicado en la II Región de Antofagasta, aproximadamente 70 km. al sureste del poblado de Socaire. Esta cuenca presenta en algunas zonas valores de gradientes hidráulicos muy superiores a lo acostumbrado en flujos subterráneos, razón por la cual se pone en discusión la existencia del flujo laminar lineal. De esta manera, se pretende establecer las consideraciones especiales sobre el tratamiento habitual de evaluación de disponibilidad de recursos subterráneos. El estudio del comportamiento de los flujos en medios porosos ha sido estudiado por un gran número de investigadores, entre ellos Darcy, quien estableció empíricamente una relación lineal entre la velocidad del fluido y el gradiente de energía. En medios en los que en que se presentan altos gradientes hidráulicos, la ley de resistencia es proporcional a una combinación de la velocidad del flujo y el cuadrado de ésta, ya que se suman las fuerzas de inercia a los trabajos realizados por las fuerzas viscosas. Este fenómeno, ha sido motivo de muchos experimentos e investigaciones teóricas, centrándose en dos aspectos principales: establecer un límite superior a la ley de Darcy y proveer adecuadas relaciones para la ley de flujo. En este aspecto, los estudios realizados por Forchheimer, Ward, y Pérez Franco han sentado las bases conceptuales para poder definir de manera correcta el comportamiento del flujo y los parámetros propios que lo caracterizan. De esta forma, basándose en las investigaciones mencionadas y mediante el análisis de pruebas de bombeo, se determinó los parámetros intrínsecos del acuífero, asociados a los trabajos viscosos por medio de la metodología clásica, y los asociados a los trabajos inerciales mediante una viable metodología no convencional. De esta manera, fue posible establecer los límites de flujo de Darcy, y así identificar las zonas con flujo no lineal en el sistema. Luego, se concluye que el flujo no lineal puede aparecer en acuíferos de alta como baja conductividad, siempre qu la relación entre la conductividad hidráulica turbulenta y de Darcy sea pequeña. Finalmente, la evaluación de la recarga aportante en el traspaso de cuencas, resultó menor al utilizar la metodología no lineal, en comparación con el enfoque clásico de Darcy. De esta manera, cuando no se conocen las propiedades del acuífero, se recomienda partir de la suposición de que el flujo es no lineal.