Modelos matemáticos de predição de erosão e de produção de sedimentos apresentam um grande potencial para serem utilizados no planejamento dos recursos naturais, pois através destes é possível estimar impactos causados pelas atividades agrícolas. Com base nessa premissa, utilizou-se o modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool), em uma pequena bacia rural (1,19 km²) localizada no município de Arvorezinha-RS, para avaliar a sua aplicabilidade e simular a produção de sedimentos em três diferentes cenários de uso e manejo de solo (floresta, cultivo do fumo em sistema convencional e mínimo). A aplicabilidade do modelo foi avaliada através da comparação dos resultados hidrológicos e sedimentológicos simulados pelo modelo, sem utilização da calibração, com valores observados obtidos para uma série de dados de cinco anos de monitoramento hidrossedimentológico (2002-2006). Resultados referentes à aplicabilidade do modelo através da simulação do escoamento superficial para a escala de tempo diário não foram satisfatórios, enquanto que valores mensais e anuais foram mais adequados. Para a vazão líquida, da mesma forma que para o escoamento superficial, as melhores simulações foram verificadas também para vazões mensais e anuais. Já a produção de sedimentos os resultados não foram satisfatórios, tanto para simulações diárias como mensais e anuais. Possíveis razões que explicam os resultados da produção de sedimentos estão relacionados com limitações tanto da equação que simula o aporte de sedimentos (MUSLE), como do equacionamento da propagação dos sedimentos no canal. Os resultados das simulações hidrológicas para diferentes cenários mostraram não haver diferença para o escoamento superficial entre os sistemas convencional e o cultivo mínimo. Em relação à erosão, verificou-se que o cultivo mínimo foi capaz de reduzir em 30% a produção de sedimentos quando comparado com o sistema convencional. / Mathematical models to predict erosion and sediment yield have great potential for use in natural resource planning, as they enable the user to estimate impacts caused by agricultural activities. Based on this premise, the SWAT model (Soil and Water Assessment Tool) was applied in a small rural catchment (1,19 km²) in Arvorezinha - RS, in Southern Brazil, to evaluate its applicability and to estimate sediment yield under three different soil management scenarios: forest, conventional tillage with tobacco, and minimum tillage with tobacco. The applicability of the model was evaluated by comparing hydrologic and sediment results simulated by the uncalibrated model with observed values obtained over the course of five years (2002-2006) monitoring program. Applicability results for the model based on simulating surface runoff were unacceptable for the daily time scale, although results for monthly and annual time scales were better. This was also true for flow rate, with better simulations on the monthly and annual time scales. However for sediment yield simulations, the SWAT model did not present satisfactory results over any time frame. This may be related to limitations in the equation that simulates sediment load (MUSLE) or to the equivalency of sediment propagation in the canal. Hydrologic simulations for the different soil management scenarios did not show differences in surface runoff between conventional and minimum tillage, although the minimum tillage was shown to reduce sediment yield by 30% when compared with conventional tillage.

Ingeniera Civil / El intercambio de oxígeno disuelto (OD) en la capa de contacto entre el agua y los sedimentos en el fondo de sistemas lénticos responde principalmente al consumo de OD hecho por los sedimentos (SOD), debido a la acción microbiana y procesos químicos, y al mecanismo de transporte de oxígeno entre el agua y los sedimentos. Como parte del proyecto FONDECYT 11100306 Couplingwater- and sediment-sides perspectives for quantifying disolved oxygen exchanges across the water-sediment interface in an extremely shallow flow energized by the wind , se diseñó y construyó una cámara béntica que permite medir el consumo de OD por parte del sedimento del fondo de sistemas acuáticos, y su relación con la velocidad del fluido en contacto con éste. Además, se definió una metodología experimental y de análisis de datos, que primero estima el valor del flujo de oxígeno desde el agua a los sedimentos a partir de cambios temporales de OD (|Js|), y posteriormente calcula el valor del coeficiente de transferencia de masa (kt) y coeficiente de caracterización del sedimento (S). S agrupa los valores de la tasa de consumo bioquímico de OD en los sedimentos (r), el coeficiente de difusión molecular de oxígeno en sedimento (Ds) y la porosidad del sedimento (ϕ). La cámara diseñada es de tipo batch, con recirculación de agua, impulsada por una bomba sellada. La velocidad del flujo de agua es regulable mediante válvulas, y el caudal se mide directamente con un flujómetro. Para las muestras se utilizan testigos de sedimento tomados por medio de un contenedor especialmente diseñado para conectarse a la cámara béntica. Y se implementó un estanque de refrigeración que amortigua los cambios de temperatura del agua producto de variaciones de la temperatura ambiente. Se realizaron ensayos de medición del OD en dos tipos de sedimentos provenientes de la laguna Carén y laguna de Aculeo ubicadas en la Región Metropolitana, para revisar el funcionamiento de la cámara béntica. Se analizó el funcionamiento de la cámara para: i) distintas velocidades promedio del agua de la cámara béntica, ii) distintas tiempos de acondicionamiento de las muestras, iii) condición de luz y oscuridad del sistema, iv) disminución de la temperatura, y v) condición de entrada de oxígeno atmosférico a la cámara. Se identificó que para obtener resultados correctos se debe: evitar filtración de oxígeno y utilizar una velocidad del flujo que evite resuspensión de las muestras de sedimento. La metodología de cálculo de los parámetros kt y S permitió obtener valores de r dentro de lo esperado en relación con otros estudios (30 a 70 g/m3/día) y el error cuadrático medio entre las curvas |Js| obtenidas con los datos de OD medidos dentro de la cámara y las curvas obtenidas con el ajuste de los parámetros kt y S, fue del orden de 4 g/m2/día. No se obtuvo relación una entre el tiempo de acondicionamiento y |Js|, pero si se encontró una relación lineal entre kt y la velocidad de flujo del fluido.

Geóloga / El estudio de los mecanismos de generación de lahares secundarios por infiltración de lluvias busca favorecer el desarrollo de herramientas que delimiten zonas de alto riesgo asociadas a un evento eruptivo. Los eventos ocurridos luego de la erupción del Volcán Chaitén (2008) provocaron la removilización de hasta 8 × 106 m3 de sedimento en forma de lahar secundario hiperconcentrado, gatillado por las lluvias intensas que siguieron a la erupción. En contraste con este escenario, la erupción del Complejo Fisural Puyehue-Cordón Caulle (2011), luego de las lluvias acontecidas en el sector siguiendo a la erupción, no ocurrieron flujos de tipo lahar secundario, lo que abrió una interrogante respecto a cuales fueron los mecanismos gatilladores, o las características físicas de los depósitos que determinaron la generación o no de este fenómeno en cada sector; dadas características eruptivas y climáticas muy similares. Para evaluar la generación de los deslizamientos necesarios para gatillar el fenómeno, basándose en los trabajos de Volentik et al. (2009) y Amigo (2013), se propone el modelo de Iverson (2000) de fallamiento gravitacional para depósitos saturados, que se expresa una ecuación de Factor de Seguridad [FS] que contempla la saturación de los depósitos por infiltración de lluvia. Los parámetros necesarios para utilizar esta ecuación, en lugar de obtenerse a través de estimaciones, serán calculados directamente a partir de muestras obtenidas de los depósitos en cuestión. La metodología escogida para medir los parámetros de ángulo de fricción interna [β] y cohesión [c] fue mediante ensayos de corte directo, donde los resultados fueron de 51.19° y 1300 [kg/m2], y de 40.2° y 1517 [kg/m2], para los casos Cordón Caulle y Volcán Chaitén, respectivamente. También fueron medidas otras características físicas, tales como la densidad, contenido de humedad, peso específico, granulometría y composición de las muestras. De manera paralela, se cruzaron los mapas de isópacas y de las pendientes de los sectores, para de esta manera, haciendo uso de los parámetros medidos, evaluar la ecuación del FS dentro del área asociada a los depósitos. Los resultados obtenidos en cuanto a mapas de susceptibilidad de deslizamiento, predicen las zonas de peligro para casos documentados de ocurrencia de deslizamiento, y posteriores flujos emplazados en las cuencas de drenaje aledañas a los centros volcánicos. Sin embargo, también muestran zonas de susceptibilidad para las cuales no ocurrieron deslizamientos ni flujos asociados. La utilidad de la herramienta para el caso de un episodio volcánico incipiente se restringe a delimitar áreas de susceptibilidad de generación de lahares secundarios por infiltración de lluvia, en caso de generarse el factor gatillante, que sería una intensidad determinada de precipitaciones en el sector, suficientes para producir la saturación parcial o total del depósito. Es importante mantener presentes las limitaciones del método, referidas principalmente a la estimación de las isópacas, y la obtención de parámetros físicos β, c e γs representativos. La permeabilidad y capacidad de infiltración de los depósitos, así como la presencia de vegetación e intensidad de las lluvias en las zonas de estudio son factores que igualmente determinan la generación de lahares secundarios, y que no están contemplados dentro del método. A pesar de las limitaciones asociadas, el estudio de los parámetros físicos en el marco de este estudio permite acercarse a una caracterización más certera del comportamiento de depósitos piroclásticos saturados en cuanto a la generación de deslizamientos y flujos.

El presente trabajo tiene como objetivo evaluar ambiental y económicamente el sistema fluvial del río Lluta (Región de Arica y Parinacota), mediante el estudio de la composición química y mineralógica de la fracción <180 µm de 109 muestras de sedimentos activos y pre-industriales, recolectadas desde cauces de primer y segundo orden. Los datos químicos fueron proyectados sobre diagramas de variación geográfica y procesados estadísticamente utilizando redes neuronales artificiales, a fin de identificar los patrones químicos de primer orden. Los resultados permiten la caracterización geoquímica y mineralógica de los sedimentos de este sistema fluvial y la evaluación de la influencia de factores naturales y antropogénicos. Los factores naturales corresponden principalmente a: 1) la composición litológica del basamento rocoso; 2) a la presencia de bofedales, depósitos de azufre y zonas mineralizadas; 3) los efectos de dilución y cambios de pH generado en la confluencia con afluentes; 4) variaciones en el régimen hidrodinámico; 5) la alta tasa de evaporización de la zona. Los factores antropogénicos corresponden principalmente al efecto de la actividad minera y agroindustrial y al impacto de los centros poblados tales como Putre, Socoroma, Molinos, Taipimarca, Poconchile, Churiña, Guancarane y El Tambo. En particular, los sedimentos activos y pre-industriales presentan elevadas concentraciones de arsénico, probablemente nocivas para la biota, las cuales estarían asociadas a factores geológicos tales como zonas de alteración hidrotermal, depósitos de azufre, actividad geotérmica y depósitos de ceniza. La composición química y mineralógica de los sedimentos de la parte alta de la cuenca (ríos Caracarani, Qda. Huaylillas, Qda. Allane, Qda. Putre y Qda. Socoroma) refleja la presencia de zonas con alteración hidrotermal o mineralizadas. En este contexto, destaca el área de Alteración Hidrotermal Putre-Vilañuñumani, la cual estaría aportando detritos ricos en minerales de mena y de alteración. Esto se refleja en su conspicuo patrón químico con elementos tales como Ba, Cu, Hg, Au, Bi, Se, Sn, Sc, Sb, W, Mo, Stotal y As fuertemente correlacionados, lo que indica una marcada característica de esta zona de alteración y constituye una guía de exploración para acercarse a nuevos blancos prospectivos. La presencia de minerales de uranio en la parte alta y baja de la cuenca, unido a las altas concentraciones de elementos fuertemente correlacionados como U y Th, refleja la presencia de zonas mineralizadas con uranio y constituye una guía de exploración para zonas con uranio primario y/o secundario en las áreas asociadas al cauce principal del río Lluta y las Qdas. Putre y Socoroma.

Evalúa la actividad antagonista de una colección de 25 actinomicetos de origen marino. La actividad inhibitoria se determina mediante pruebas in vitro sobre cepas de Vibrio aislados de Litopenaeus vannamei (Langostino Blanco). / Tesis

Los microorganismos cumplen un rol importante en la remineralización de la materia orgánica que ocurre en los sedimentos marinos. Los nutrientes obtenidos de este proceso son llevados a la superficie mediante los afloramientos que ocurren en la costa central del Perú, contribuyendo así en la alta productividad de nuestro litoral. A pesar de su importancia, se han realizado escasos estudios sobre la ecología de los microorganismos presentes en los sedimentos de nuestras costas. Es así, que el objetivo de éste trabajo fue el de determinar la densidad y la biomasa microbiana bentónicas y establecer su relación con los factores oceanográficos y sedimentarios frente al Callao, durante el año 2007. Para ello se utilizó la técnica de recuento directo con microscopía de epifluorescencia, el análisis de imágenes digitales, y el análisis de correlación. Así, la densidad varió entre 4,35 x 10^9 a 3,06 x 10^10 cel./cm³. La biomasa encontrada fue de 79,73 a 2527,93 µgC/cm³. Los valores de biovolumen oscilaron de 0,06 a 0,51 µm³/cel. Se encontró una relación positiva significativa entre la clorofila y la biomasa, así como entre la clorofila y el biovolumen en la estación más cercana a la costa. Asimismo, se encontró una relación negativa significativa entre el carbono orgánico total y las variables densidad y biomasa. La temperatura del agua de fondo mostró una relación positiva significativa tanto con la densidad como con la biomasa. Por otro lado, no se observó una disminución significativa de la biomasa respecto a la profundidad del sedimento, por lo que la materia orgánica de origen fitoplanctónico no sería el principal factor en la distribución de los microorganismos. Otros factores como la disponibilidad de aceptores de electrones, que controlan la remineralización de nutrientes, deben ser estudiados. Palabras clave: sedimentos marinos, abundancia microbiana, biovolumen microbiano, biomasa microbiana, epifluorescencia, remineralización. / Microorganisms play an important role in the remineralization of organic matter in marine sediments. Nutrients obtained by this process are taken to the surface with the upwelling at the central coast of Peru, contributing to the high productivity of this region. Nevertheless, there are few studies about the microbial ecology of marine sediments in Peru. Therefore, the objective of this study was to determine the benthic microbial density and biomass, and to establish their relationship with oceanographic and sedimentary parameters in the coast of Callao during the year 2007. The technique of direct counting by epifluorescence microscopy was used, as well as analysis of digital pictures and statistical correlation. Microbial density varied between 4,35 x 10^9 and 3,06 x 10^10 cell/cm³. Biomass values ranged from 79,73 to 2527,93 µgC/cm³. The biovolume oscillated between 0.06 and 0.51 µm³/cell. A significant positive correlation between chlorophyll and biomass, as well as between chlorophyll and biovolume at the closest station to the coast was found. A significant negative correlation between total organic carbon and both microbial density and biomass was also found. Bottom water temperature showed a significant positive correlation with both microbial density and biomass. On other hand, we did not observe a significant decrease of microbial biomass with sediment depth, therefore, we conclude that the phytoplanktonic organic matter is not the only factor that affects the distribution of microbial abundance. Other factors such as the availability of electron acceptors, which controls the nutrient remineralization, should be explored. Keywords: marine sediments, microbial abundance, microbial biovolume, microbial biomass, epifluorescence, remineralization.

Se estudió la composición y distribución de la materia orgánica sedimentaria en términos de Carbohidratos, Lípidos y Proteínas, así como sus repercusiones sobre la estructura comunitaria de la meiofauna metazoaria (abundancia, biomasa y diversidad a nivel de grandes grupos), además, se estima su rol en el flujo de energía del sub-sistema bentónico mediante el cálculo de la producción secundaria y respiración frente a las costas de Perú Central, Callao (12ºS). Las muestras se recolectaron en el mes de Abril del año 2010, en u n gradiente batimétrico e n cinco estaciones: Estación E1 (48m) y E2 (93m) correspondiente a la plataforma interna, estación E3 (117m) correspondiente a la plataforma intermedia y la estación E4 (143m) y E5 (148m) correspondiente a la plataforma externa. En cada estación se determinaron parámetros fisicoquímicos como oxígeno disuelto, salinidad y temperatura. Asimismo se determinó el contenido de pigmentos otosintéticos (clorofila- a y feopigmentos) en la columna de sedimento. El meiobentos resultó poco diverso a nivel de grandes grupos, presentando biomasas y abundancias moderadamente altas, en el rango de valores típicos reportados para el sublitoral areno fangoso. Los nematodos dominaron la meiofauna metazoaria, constituyendo más del 90% de las densidade s totale s, seguido por el grupo Nemertea, Gastrotrichia y Polychaet a. Las abundancias y biomasas aumentaron hacia las localidades cercanas a la costa, correspondientes a estaciones menos profundas. La distribución vertical de organismos fue significativamente superior en los primeros centímetros de la columna de sedimento. Con respecto a los principales indicadores de calidad de Materia orgánica (Carbohidratos, Lípidos y Proteínas), presentaron mayores concentraciones lábiles hacia las estaciones más someras. Verticalmente, estas concentraciones disminuyeron hacia los centímetros subsuperficiales de la columna de sedimento. La estructura de la comunidad de meiobentos metazoario, estuvo influenciada por la cantidad de materia orgánica biodisponible en términos de sus principales componentes, mientras que la diversidad estuvo determinada por las concentraciones de oxígeno disuelto de fondo, asociadas a la señal remanente del evento El Niño 2009-2010.

Examina la evolución tectonotermal de un segmento clave del basamento metasedimentario de la Cordillera Oriental del Perú (el Complejo Huaytapallana) y se demuestra que ha experimentado un evento orogénico de alto grado no antes documentado, ocurrido hace 260 Ma (Pérmico medio), basado en dataciones de U-Pb y Th-Pb en monacitas provenientes de paragneises, y dataciones U-Pb en anillos de recrecimiento de zircones encontrados en el leucosoma, consistente con el crecimiento de rutilo metamórfico en los 255 Ma en las unidades de bajo grado. La información de U-Pb en apatitos (260 a 230 Ma) en todas las unidades es consistente con el enfriamiento a partir del pico de metamorfismo en los 260 Ma. La geocronología de U-Pb en zircones de los plutones pre-tectónicos dio edades que varían entre los 302 Ma a los 260 Ma. Esta información geocronológica es complementada con datos de edades U-Pb en zircones de otros segmentos a lo largo de la Cordillera Oriental del Perú.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Fluidodinámica / El estudio de flujos granulares resulta importante en distintas aplicaciones industriales, como también para lograr una mejor comprensión de fenómenos naturales. Los flujos granulares que ocurren en la naturaleza muchas veces presentan un gran poder destructivo. Por ello, la predicción de la ocurrencia y comportamiento de éstos a escalas geofísicas resulta de gran interés para el ordenamiento territorial y evaluación del riesgo en asentamientos humanos y numerosas faenas industriales. Ejemplos de flujos granulares a escalas geofísicas son: flujos detríticos (aluviones), flujos piroclásticos, avalanchas de nieve y avalanchas de roca. Esta tesis está estructurada en base a una serie de artículos de investigación originales autocontenidos en la que se aborda el estudio de la dinámica interna de flujos granulares densos. En el presente trabajo se presenta una serie de resultados experimentales sobre flujos granulares compuestos por mezclas aire-partículas, con diferentes grados de fluidización inicial, inducidos sobre un canal rectangular (experimentos tipo rompimiento de presa ). También se presentan resultados experimentales y numéricos respecto del proceso de defluidización de mezclas aire-partículas en columnas estáticas. Los resultados obtenidos aportan nuevos conocimientos respecto de la física de los flujos granulares densos. Diversos estudios coinciden en que el fluido intersticial, incluso cuando es aire, resulta de gran importancia en la dinámica de los flujos granulares. Las partículas utilizadas en el estudio experimental pertenecen al grupo A según la clasificación del Geldart. Ensayos experimentales han mostrado que mezclas de partículas obtenidas en depósitos de flujos piroclásticos ricos en cenizas presentan un comportamiento del tipo A cuando son sometidas a fluidización por gas. Por ello, los resultados obtenidos en este trabajo tienen especial relevancia para entender la mecánica de flujos piroclásticos densos ricos en cenizas. Además, comportamientos similares a los esperados en mezclas aire-partículas del tipo A han sido observados en mezclas detríticas (agua-partículas) durante procesos de defluidización producto de la autoconsolidación de las mezclas debido a su propio peso. Para llevar acabo esta tesis, en primer lugar se realizaron experimentos tipo rompimiento de presa de mezclas granulares fluidizadas en distintas proporciones. Los resultados obtenidos fueron comparados con flujos derivados de mezclas no fluidizadas y flujos de agua pura, todos ensayados en la misma instalación experimental. La evolución espaciotemporal de la presión de poros en el fondo de los flujos granulares generados y a lo largo del canal experimental fue estudiada mediante un segundo conjunto de experimentos. Técnicas de análisis de imágenes de video permitieron correlacionar la estructura observada del flujo con las señales de presión obtenidas. En particular, con imágenes de video obtenidas a lo largo del canal se estudió los patrones de depositación del flujo. Nuevos experimentos, consistentes en medir la evolución de la presión de poros en mezclas estáticas (columnas) previamente fluidizadas, permitieron estudiar los mecanismos que controlan la difusión de la presión de poros en éstas. Este estudio fue complementado con un modelo numérico capaz de representar de buena forma los resultados experimentales obtenidos. A pesar de que en flujos granulares la difusión de la presión de poros puede ser controlada por otros procesos más complejos que aquellos presentes en el caso estático, este simple experimento aporta nuevas ideas respecto al proceso de difusión de la presión de poros en mezclas inicialmente fluidizadas. Finalmente, se estudió experimentalmente el alcance de los flujos granulares, para todo el rango de fluidización (desde nula a completamente fluidizado) en canales con distintas pendientes. En resumen, nuestros resultados enfatizan la capacidad de la presión de poros en aumentar la movilidad de mezclas fluido-partículas. El incremento en las escalas de tiempo de difusión de la presión de poros debido a la consolidación de mezclas fluidizadas y expandidas causan un notable incremento en el alcance de los flujos, cuando se comparan con mezclas no fluidizadas y no expandidas.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / La sedimentación en los embalses se produce por la disminución de la velocidad del flujo y el aumento del ancho del cauce, debido a la presencia de la presa, con lo cual se generan sedimentos gruesos que se depositan primero y sedimentos finos que se depositan al final, más cerca del pie de la presa. El volumen que se define para almacenar la sedimentación de los embalses, determina las dimensiones de la presa y otras obras. Hay casos en que la tasa de producción de sedimentos de la cuenca aportante es alta y aumenta los costos del proyecto, por la gran magnitud del volumen muerto que se debe considerar durante la vida útil del embalse. Con el propósito de reducir el volumen muerto de un embalse de riego y disminuir los correspondientes costos de las obras asociadas, se presentan cinco alternativas, que se dividen en los tres grupos siguientes: (i) reducir el aporte de sedimentos; (ii) pasar los sedimentos hacia aguas abajo del embalse; y (iii) extraer los sedimentos ya depositados. Para reducir el aporte de sedimento al embalse, se consideró el controlar con vegetación en la cuenca aportante, ya sea con especies nativas o exóticas. La otra alternativa es la construcción de pequeños muros llamados Sabo Dam, aguas arriba de la presa del embalse. Para pasar los sedimentos hacia aguas abajo del embalse, existen varias técnicas. En este caso, se analizó el Flushing, que consiste en vaciar el embalse. Para extraer los sedimentos ya depositados, se considera la extracción mecánica con excavadoras y el dragado con una draga hidráulica, para luego transportar los sedimentos a un botadero. En Chile existe una gran cantidad de embalses de riego, de los cuales, para este informe se presenta un análisis de los cuatro embalses mayores de riego siguientes: Embalse Chironta, Embalse Chalinga, Embalse Chacrillas y Embalse Ancoa. Como resultado del análisis de la información existente de dichos embalses, se seleccionó al Embalse Chacrillas, ubicado en la Región de Valparaíso, como el caso en estudio, debido a la información disponible y la ubicación que posee una gran superficie sin cobertura vegetal. Los resultados de la aplicación de las alternativas al Embalse Chacrillas, realizando un cálculo del VAN en la vida útil de 50 años del embalse, demuestran que reforestar con vegetación nativa o exóticas reduce más los costos, llegando a un 2% menos que la inversión total y junto al Flushing que reduce un 2,5% los costos. La construcción de Sabo Dam de enrocado, también disminuyen los costos en menor cantidad. Finalmente, la alternativa de dragado aumenta considerablemente los costos del embalse.Los principales impactos ambientales son positivos al disminuir las dimensiones de la presa y vertedero y disminuir el área de inundación, además de reforestar con árboles nativos. El principal impacto ambiental negativo es el comportamiento de la descarga de sedimentos aguas abajo del embalse en el flushing