Geóloga / Las precipitaciones anómalas ocurridas a fines de marzo del 2015 en las regiones de Coquimbo, Atacama y Antofagasta desencadenaron eventos aluvionales con consecuencias catastróficas para la población residente en áreas urbanas. En Tierra Amarilla, la quebrada Carrizalillo aportó la mayor cantidad de material en la zona, llegando el flujo hasta el área urbana ubicada a más de 6km de la desembocadura de ésta. De menor longitud es la quebrada De Meléndez, que desemboca directamente al área urbana de la comuna. En este trabajo se estudian los factores condicionantes de generación de flujos de detritos y la caracterización geomorfológica de las cuencas hidrográficas mencionadas, y se aplica una metodología para evaular la susceptibilidad de generación de flujos de detritos en las hoyas correspondientes a la quebrada Carrizalillo y De Meléndez. La metodología aplicada se basa en una ponderación de factores condicionantes, tomando como base la de Lara (2007). Los factores condicionantes que se consideran son la geomorfología, la geología y geotecnia, el clima y la vegetación, la intervención antrópica y los antecedentes históricos de eventos aluvionales. El detalle y desglose de cada factor es modificado para adaptarlo al tipo de terreno que se está analizando, descartando algunos subfactores y agregando el de densidad de redes de drenaje. Adicional a la aplicación de la metodología se realiza una caracterización geomorfológica y geológica de ambas cuencas. Los resultados indican medias a altas susceptibilidades de movilidad de material para la hoya de la quebrada Carrizalillo, con 53,35 km2 de aporte de material de un total de 1.110,88 km2. La quebrada De Meléndez posee una hoya con poca área aportante, y susceptibilidad media de generar flujos de detritos. Es importante considerar el alcance de cada hoya a zonas altas donde ocurre más precipitación.

Ingeniera Civil / La faena minera El Teniente, CODELCO, es propensa, como cualquier otra actividad desarrollada en una zona montañosa, a sufrir los embates producidos por un aluvión. Bajo esta condición de riesgo, la actividad es paralizada en caso de presentarse una alerta, la cual se basa en un pronóstico meteorológico, considerando los posibles daños personales y materiales que puedan presentarse. Sin embargo, la generación de falsas alarmas provoca pérdidas importantes, debido a la nula producción durante dichos periodos. Con el objetivo de mejorar el pronóstico de aluviones en la zona, el presente trabajo de título busca desarrollar un sistema de soporte de decisiones que permita conocer el valor de la información asociado a un nuevo modelo de pronóstico hidrometeorológico. Por medio de un árbol de decisiones, cuyos nodos de decisión, ligados a la paralización de la faena, reflejan la alternativa de tomar la respuesta entregada por el modelo o la de decidir directamente dado el pronóstico meteorológico, y cuyos nodos de incertidumbre están asociados a las respuestas del modelo y a los estados de la naturaleza, referidos a la ocurrencia del aluvión, se busca determinar y comparar los costos de cada una de las decisiones. El modelo de pronóstico de aluviones integra un pronóstico meteorológico, un modelo hidrológico y un modelo de estabilidad de taludes de la cuenca, disponible en el Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile. Este modelo es utilizado bajo un enfoque de Monte Carlo, lo cual permite considerar la incertidumbre asociada su funcionamiento al incorporar, para ciertas variables, su distribución y no sólo valores promedio. El modelo utiliza información disponible de la cuenca del río Rapel, en cuanto a topografía, cobertura vegetal y uso de suelo, y registro de datos meteorológicos. Además se cuenta con un registro de eventos entre los años 2007 y 2010. Como resultado, el modelo entrega un factor de seguridad, variable que indica el grado de estabilidad del terreno. Valores menores a uno indican alerta de aluvión. Los resultados muestran que utilizar un árbol de decisiones permite conocer el valor asociado a la utilización del modelo de pronóstico de aluviones. El valor de la información entregada por el modelo de pronóstico de aluviones depende del costo de los daños provocados por el aluvión y de la probabilidad de ocurrencia del mismo; alcanza valores cercanos a un millón de dólares, cuando los costos asociados a los daños son cercanos a los beneficios de la producción y la probabilidad de ocurrencia del evento es media, pero llega a ser nulo cuando estos costos son más bajos o bien la probabilidad de ocurrencia del aluvión lo es.

Ingeniero Civil / Un flujo piroclástico es una mezcla densa de partículas y gas que se genera en erupciones volcánicas y cuyo colapso se destaca por tener alcances de decenas de kilómetros a velocidades de decenas de metros por segundo. Un ejemplo de esto fue lo ocurrido el 18 de mayo de 1980 en el monte St. Helen, en donde la actividad volcánica generó un flujo piroclástico que alcanzó velocidades de ~9-13 m/s, cubriendo una distancia de ~6-7 km en un terreno cuya pendiente es < 4°-6°. Estudios experimentales de rompimiento de presa representan estos flujos piroclásticos, en donde una columna de partículas finas, en representación del material piroclástico, colapsa generando un flujo granular que fluye a lo largo de un canal rectangular (Chedeville, 2014). En el fondo del canal, inicialmente liso, se agregó un lecho de esferas de distintos diámetros y se observó que la distancia de asentamiento de las partículas aumentó casi al doble que en el caso con fondo liso. A lo largo de la base del canal con lecho, sensores de presión registraron mayores aumentos de presión de poros al pasar el flujo granular, que es una causante de fluidización. Este aumento de presión se acredita en parte a partículas finas que van percolando en el lecho a medida que ocurre el flujo. Se entiende por fluidización al sostenimiento del peso de una partícula, o de un conjunto de estas, mediante un flujo de aire ascendente. A raíz de esto, el objetivo general se centra en estudiar de forma aislada la percolación de partículas finas sobre un lecho de partículas gruesas, para medir las presiones de poro alcanzadas en el lecho y observar el asentamiento de las partículas finas en función del tiempo. En este caso no se tiene un canal, sino que se inician los ensayos desde una situación estática en donde una columna de partículas finas ya se encuentra sostenida por un lecho, para luego ser inducidas a percolar de forma controlada. En los presentes ensayos, el flujo de aire es generado por la diferencia de presión de aire entre la superficie y la base de la columna de partículas, en donde la presión de aire en la base corresponde a la presión de poros del lecho, producida por la percolación, y la presión en la superficie corresponde a la presión ambiente inicial. Las presiones ambiente iniciales corresponden al 100%, 50% y 5% de la presión atmosférica. Como resultado de los ensayos se logra medir fluidizaciones entre el 6% y 28% de la presión litostática de las partículas finas a presión atmosférica. Se observa que la fluidización parcial no se logra únicamente por percolación, sino también por compactación de la columna de partículas finas. Ambos efectos actúan simultáneamente. Dentro de los tamaños de lechos y de partículas finas utilizadas, columnas de partículas de diámetro medio 75 µm logran mayores fluidizaciones que partículas diámetro medio 150 µm. En los lechos más gruesos, de 2 y 3 mm de diámetro medio, se observó mayor percolación, junto a un mayor grado de fluidización en comparación a ensayos con lecho de esferas de 1 mm. Al colapsar la columna, a presión ambiente se observan una serie de pequeña compactaciones y expansiones antes de quedar estáticas, mientras que a 5% de la presión atmosférica ocurre solo compactación. / Financiado por Proyecto Fondecyt 11130254

Geóloga / Este trabajo se enfocó en estudiar los factores geológicos, geomorfológicos y antrópicos que fueron relevantes en la génesis e impacto del flujo aluvial ocurrido el 25 de marzo de 2015 en el río Salado, durante la fase de inicio de un episodio El Niño en el Océano Pacífico, con el fin de comprender sus parámetros físicos y modelar su comportamiento en Chañaral. En la ciudad de Chañaral, la inundación del aluvión abarcó un área total de 2,75 km2 alcanzando un máximo de 4,2 m en altura, mientras que sus depósitos alcanzaron un máximo de 3,2 m. El estudio tanto en terreno como en laboratorio a partir de muestras de estos depósitos, permitió definir distintas facies según su granulometría, composición junto a otras características sedimentológicas, y su ubicación, encontrándose facies de canal, facies de desborde norte, facies de desborde proximal sur, facies de desborde distal sur, facies de desborde lateral sursur. A partir de lo anterior, se interpretó que el flujo aluvial que impactó la ciudad constituyó un flujo de barro en el cual el aporte de agua fue principalmente dado por la lluvia en la pre-cordillera y la alta cordillera de Los Andes en la cuenca hídrica del río Salado, y que el aporte de material habría provenido principalmente de la erosión de los depósitos no consolidados. El patrón de drenaje y la morfología de esta cuenca fueron factores que intensificaron los flujos puesto que todas las quebradas afluentes desembocan finalmente en un solo cauce principal, el río Salado en Chañaral, a lo cual se sumaron las altas pendientes en la pre-cordillera que imprimieron mayor energía a estos mismos flujos desde sus inicios afectando fuertemente también a las localidades ribereñas a lo largo de todo el cauce de este mismo río. Las superficies aterrazadas sobre las cuales se sitúa la ciudad de Chañaral actuaron como límites naturales de la inundación en la zona sur, en particular el límite entre la terraza baja y aquella inmediatamente superior, mientras que factores antrópicos como la carretera 5 norte y desagues subdimensionados para el paso de aluviones de gran magnitud, pudieron haber actuado como un factor que favoreció la inundación hacia el casco histórico de la ciudad y en el sector norte de la playa de Chañaral. Además, se constató un retroceso de la línea de costa, a raíz de la erosión provocada por el flujo aluvial, generando extensos socavones que en parte alcanzaron la posición de la línea de costa antes del vertimiento de sendos depósitos de relave, principalmente entre 1938 y 1975, favoreciendo el trasporte de material eólico hacia la ciudad. El flujo alcanzó un máximo de 2700 km3/s y un volumen estimado según el caudal en el tiempo de 0,1 km3 (ajustado por un margen de error a 0,07 km3), el cual sería clasificado como un evento extremadamente grande según la literatura. Este volumen, en conjunto con un Modelo de Elevación Digital (DEM) de 30 m de resolución, se usaron para generar una modelación con LAHARZ, concluyéndose laeste relevancia de disponer de tanto las dimensiones y como la geometría de la inundación del aluvión para generar modelos 2D cercanos a la observación real, especialmente cuando existe pérdida de volumen en el mar. El conocimiento generado aquí busca ser un aporte para la planificación urbana, tomando en cuenta el contexto geomorfológico así como para el diseño de obras de mitigación adecuadas a la magnitud geológica de los eventos aluviales como éste.

Geóloga / El objetivo general del presente trabajo es determinar las concentraciones químicas presentes en aguas y sedimentos posteriores al aluvión de marzo de 2015 en la cuenca del río Salado, y en niveles de una columna estratigráfica prestando particular atención a la existencia de componentes potencialmente nocivos para la salud humana. La conexión existente entre la cuenca del salar de Pedernales y la del río Salado permitió que salmuera fuera vertida al caudal del río, por lo que la mayor parte de la concentración de los elementos que se hallaron en las muestras de agua provendrían del salar, explicando los altos valores encontrados: Cl , SO4 2, Na+, K+, Ca+2, HCO3 , B, Li y As, además de otros elementos traza. Otra fuente importante para algunos elementos en las aguas es el desarrollo de la actividad minera (El Salvador-Potrerillos) que históricamente depositó desechos de relave en la cuenca del río Salado: Mn, Cu, Mo, Se, Fe, Mn y parte del As que, además, se encuentran enriquecidos por la mineralización metálica en la zona de estudio. La distribución de concentración de los elementos en los sedimentos bastante errática por lo que fue difícil determinar un origen. Sin embargo, el alto contenido de Fe, Cu, Mn y S en la muestra de relave induce a creer que sería una fuente importante de esos elementos para las otras muestras. El resto de los elementos provendría de la meteorización, interacción de agua con rocas y sedimentos, y del arrastre de material del salar de Pedernales (principalmente Cl, Ca, K y Mg). Una matriz de correlación entre los elementos encontrados en las muestras de agua y sedimento apoyó la relación existente entre los elementos provenientes del salar de pedernales y los de depósitos de relave, en el caso de aguas, y que no hay relación clara en el caso de sedimentos. El potencial iónico de los aniones y cationes permitió justificar que, en general, las concentraciones encontradas estaban ligadas a su solubilidad. La comparación de los resultados obtenidos de las muestras de agua con los de un trabajo previo al aluvión permitió notar que aumentó la concentración de Li y As por el aporte del salar de Pedernales, y de Cu por la interacción de depósitos de relave. Los resultados de las aguas fueron comparados con los estándares de calidad de aguas de la normativa chilena (NCh409 y NCh1333), y los sedimentos (incluyendo los de la columna estratigráfica) con los valores de referencia de calidad de suelo de Canadá y Brasil. Se concluye que ninguna muestra de agua analizada estaría apta para su consumo ni para su uso como agua de riego, mientras que las muestras de sedimento no estarían aptas para el desarrollo de actividades agrícolas, residenciales, comerciales ni industriales. Por lo tanto, la peculiaridad geológica más las actividades antrópicas hacen del medio ambiente de la cuenca del río Salado un área con concentraciones elevadas de elementos químicos potencialmente nocivos para la salud. / Este trabajo ha sido financiado por el Diplomado de Hidrogeología del Departamento de Geología de la Universidad de Chile y por el Centro de Excelencia en Geotermia de Los Andes (CEGA)

Geóloga / La creciente expansión urbana ha llevado a utilizar los faldeos precordilleranos con fines habitables. Las características montañosas que presentan estas zonas las hacen muy susceptibles a fenómenos de remociones en masa, lo cual se transforma en un riesgo latente para la población. En este estudio se realiza una evaluación de la susceptibilidad de remociones en masa de tipo caídas de roca, deslizamientos de suelo y flujos de detritos, mediante la aplicación de las metodologías propuestas por Lara (2007) y Muñoz (2013), en un área precordillerana del sector de La Dehesa, en que coexisten sectores con características urbanas y otros no intervenidos. Las metodologías aplicadas para el cálculo de índice de susceptibilidad se basan en la sumatoria de valores de ponderación para cada factor condicionante de remoción en masa, entre los que se cuentan la pendiente de laderas, características geológicas y geotécnicas de los materiales, clima y vegetación, entre otros. Para esto se ha subdivido el área de estudio en unidades de características geomorfológicas y geológicas semejantes. La metodología de Lara (2007) se aplica a una escala a nivel de hoya hidrográfica y, la de Muñoz (2013), a nivel de áreas urbanas. La zona de estudio se encuentra en La Dehesa, comuna de lo Barnechea, en la Región Metropolitana de Santiago. Específicamente corresponde a la hoya hidrográfica de la quebrada de Los Chanchos y sus alrededores, donde se han reconocido rocas estratificadas pertenecientes a la Formación Abanico y rocas intrusivas. Además en el área se observan unidades de suelo de tipo aluvial y coluvial, y depósitos de remociones en masa antiguas y recientes. Existen registros de eventos locales de remociones en masa importantes, afectando a casas habitadas en el sector. Los resultados obtenidos, reflejan que la zona de estudio a escala de hoya hidrográfica es susceptible a fenómenos de remociones en masa superficiales de tipo deslizamiento de suelo y caída de rocas, y en menor grado a mecanismos de tipo flujo. Por otro lado, a nivel más local muestra mayor susceptibilidad a caídas de roca que a deslizamientos de suelo. En este contexto, el peligro potencial de remociones en masa en el área se asocia a mecanismos de carácter superficial y local.

Geóloga / El Cajón del Maipo, ubicado en la zona Cordillerana de Chile Central, es una zona donde ha ocurrido importante deformación tectónica a lo largo de su historia geológica y donde actualmente ocurre sismicidad de tipo cortical. En este lugar, las remociones en masa representan uno de los principales peligros geológicos. En este trabajo se analizaron dos laderas de roca del Cajón del Maipo donde han ocurrido deslizamientos de roca: La primera ladera analizada se ubica en el Río Colorado, donde se realizó un levantamiento topográfico y estructural a partir de datos tomados con LiDAR (escáner láser) en terreno. A partir del levantamiento estructural se realizó un análisis cinemático, sin embargo, no se logró identificar estructuras que podrían haber generado el deslizamiento. Tampoco fue posible determinar todos los sets estructurales que caracterizan el talud a partir de LiDAR, por lo que se recomienda que un levantamiento estructural, a través de esta metodología, sea acompañado de observaciones geológicas y geotécnicas de terreno. La segunda ladera de estudio corresponde a la ubicada en Cerro Catedral, en el valle del Río Volcán, donde deslizó un volumen de roca de aproximadamente 2×10^5 m3. Este talud fue modelado estática y dinámicamente a través de elementos discretos utilizando el software 3DEC, incorporando los 3 sets estructurales que caracterizan el talud. Los resultados estáticos indican que se requiere de puentes de roca en al menos un set estructuras, ya que de lo contrario hay fallamiento en cuña. En los análisis dinámicos se utilizaron registros sísmicos de los terremotos de Chi-Chi (1999), Northridge (1994) y Kobe (1995), simulando un sismo de tipo cortical. No ocurre un colapso del sistema en ninguno de los casos, sin embargo, los registros de las estaciones TCU 102 y CHY028 del terremoto de Chi-Chi generaron importantes desplazamientos de hasta 10 metros, los cuales se consideraron como críticos. También se determinó que el rango de frecuencias del input sísmico es determinante dentro del modelo, ya que aquellos registros donde dominaban las frecuencias cercanas a 1 Hz generaban importante amplificación de PGA.

El alto riesgo aluvional existente en el país debido a la presencia de grandes montañas sujetas a las inclemencias del tiempo, sumado a la creciente presión urbana por utilizar sectores cada vez más expuestos a este tipo de eventos, justifican estudios sobre el comportamiento de flujos detríticos y la posibilidad de mitigar sus efectos mediante la construcción de obras de protección y control. En esta tesis se desarrolló un estudio experimental sobre la dinámica de flujos detríticos y su interacción con distintos obstáculos interpuestos al paso del flujo que simulan obras de protección. La instalación experimental consiste en una canal de alta pendiente de 20 cm de ancho por 6,5 m de largo disponible en el laboratorio de Hidráulica de la Universidad de Chile. Una cámara de carga, la que se conecta con el canal a través de una compuerta, es alimentada con una mezcla de agua y sedimentos constituidos por fracciones de arena, grava y bentonita. El flujo se genera tras la apertura repentina de la compuerta. La altura de la apertura varia entre 1 ó 2 cm. Las obras fueron materializadas como barreras de geometría simple, ubicadas lo suficientemente aguas abajo de la entrada al canal como para permitir el desarrollo completo del flujo. Tanto las características del flujo como la interacción de éste con las barreras fueron obtenidas a través del procesamiento de imágenes capturadas mediante el uso de tres cámaras de video. En el estudio de la dinámica de los flujos detríticos generados, se buscó cuantificar los principales procesos físicos que controlan el movimiento: colisiones entre partículas, fricción entre partículas (esfuerzos de Coulomb) y la interacción entre las partículas y el fluido ambiente. La cuantificación de estos procesos se realizó a través de los parámetros adimensionales: número de Bagnold (Ba), número de Savage (Sa) y número de fricción (Nf). Los resultados muestran que los flujos detríticos se sitúan en el régimen de transición macroviscoso-inercial o en el inercial, según la clasificación de Bagnold, mostrando un predominio de las colisiones por sobre la fricción. La viscosidad del fluido intersticial se vuelve importante a medida que se aumenta la concentración de sedimento fino en la mezcla. En cuanto al efecto de las barreras en el flujo detrítico, se concluye que dependiendo de la estrategia de control aluvional, además de las condiciones de flujo y del terreno, este tipo de obras pueden resultar efectivas para la mitigación del riesgo aluvional. Barreras impermeables pueden actuar como importantes trampas de sedimento en pendientes no muy pronunciadas, mientras que barreras permeables son capaces de retener, temporalmente, considerables volúmenes de sedimento, retardando así el caudal máximo de descarga de sedimentos. El espaciamiento entre barreras constituye un elemento importante en el diseño, ya que en gran medida controla el comportamiento y efectividad de ellas. Nuevos estudios tendrán que definir el espaciamiento óptimo en función de la estrategia de control deseada, como también profundizar en la caracterización mecánica de flujos de agua-sedimentos de granulometrías extendidas.

Ingeniera Civil / Los flujos de detritos, también conocidos como aluviones, son una constante preocupación, principalmente, para las mineras de la zona central de Chile. La predicción de estos eventos es fundamental para mejorar los sistemas de prevención y/o protección. Con el objetivo de avanzar en esta tarea, se ha desarrollado un estudio experimental que consiste en generar deslizamientos, bajo condiciones controladas. Para esto, se trabaja en una instalación compuesta por un canal prismático de 0.6mx2.0mx0.6m (ancho/largo/alto), que se rellena con material extraído de la cuenca alta del río Coya. El canal puede inclinarse desde 1° hasta 45°. A continuación del canal hay una rampa, con la misma inclinación del canal, que permite el tránsito del material removido. Los experimentos consisten en la generación de un aluvión inducido por un flujo subsuperficial que se inyecta a la muestra de suelo. Este flujo subsuperficial se controla mediante un sistema de válvulas, ubicadas en la zona de ingreso del flujo a la muestra y en la zona por donde sale el caudal efluente. Se realizan nueve experiencias donde se combinan tres condiciones de pendiente, 33°, 38°y 43°; y tres condiciones de densidad inicial del suelo,1600 kg/m3 (suelo suelto), 1700 kg/m3 (suelo medio) y 1800 kg/m3 (suelo compacto). El rango de densidades estudiado queda determinado por las densidades admisibles en la instalación experimental. El sistema de medición consta de cinco sensores de presión de agua, instalados en la base del canal, que controlan la dinámica del nivel freático. También se cuenta con cámaras con vista lateral y en planta del canal, que mediante procesamiento de imágenes (PIV) permiten obtener el campo de velocidad de la suelo detectando el inicio y la zona de falla. La ladera, inicialmente estable, alcanza la condición de inestable debido a la presencia de la presión de agua, que disminuye el roce entre las partículas. Se encuentra una relación entre la densidad inicial del suelo y la altura del nivel freático, concluyendo que, mientras mayor es la densidad inicial del suelo, se requiere mayor presión de agua para alcanzar la inestabilidad y generar la falla. Se han identificado dos mecanismos de falla dependiendo de la densidad inicial del suelo. En suelo suelto el movimiento se inicia apenas entra el flujo subsuperficial, generando un reacomodo de las partículas que inhibe el alza de la zona saturada. La base de la falla coincide con el nivel freático por lo que la mayor parte de la zona en movimiento se encuentra no saturada. La falla no desencadena un aluvión. En suelo medio y denso, el movimiento inicia cuando el flujo subsuperficial ha alcanzado el nivel superficial, y se origina en la zona saturada generando un posterior aluvión. Cuando mayor es la densidad inicial del suelo, en este segundo mecanismo, la falla abarca un área mayor incorporando también zonas no saturadas al movimiento.

Geólogo / La ciudad de Iquique se encuentra ubicada en la Planicie Litoral de la Región de Tarapacá, Chile. Se presenta limitada al Este por el Gran Escarpe Costero donde se emplaza la ruta A-16, vía de conexión con la ciudad de Alto Hospicio. La geología del Gran Escarpe Costero está compuesta por la Formación Punta Barranco, las Gravas de Alto Hospicio y depósitos eólicos, coluviales y aluviales. Lo afectan varias fallas como la Falla Cavancha y fallas del sector de Alto Hospicio, todas inversas, activas y de orientación Este-Oeste. El contexto sísmico que afecta a la zona en cuanto a la alta probabilidad de producirse un terremoto de grandes proporciones y cómo afectaría éste a una de las principales vías de suministros y comunicación de la ciudad de Iquique, hacen necesario determinar el peligro asociado a remociones en masa, específicamente a las desencadenadas por sismos. Esto es básico para posteriormente determinar el riesgo asociado y las posibles medidas de mitigación que minimicen los daños. Para esto se profundiza en el análisis de las características geológicas y geomorfológicas de la zona de estudio y mediante distintas herramientas numéricas y computacionales se definen los sectores potencialmente afectados por remociones en masa. Además se incorpora el contexto sísmico, a través de distintos registros tanto históricos como recientes de aceleraciones verticales y horizontales. El análisis culmina con la elaboración de mapas de susceptibilidad, los cuales representan la potencialidad de que la zona genere o sea afectada por remociones en masa, también se elaboran mapas de peligro, que representan el comportamiento de zonas susceptibles en un contexto sísmico. Junto con esto se estima la dimensión de las potenciales remociones en cuanto a su volumen, alcance y energía.