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

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.

Geóloga / El terremoto de Aysén, ocurrido en abril del año 2007, cuyo epicentro se ubica dentro del Fiordo Aysén, de magnitud Mw 6.2, es un terremoto cortical de baja profundidad (aprox.10 km) que generó diversas remociones en masa en las cercanías del epicentro. Entre ellas se encuentra el deslizamiento de roca en la localidad de Punta Cola, que luego evoluciona a avalancha de roca. Además, el impacto con el mar que tuvieron los fragmentos de roca, detritos, entre otros, producto de las remociones en el fiordo, desencadena un tsunami tras el evento que provocó diversas consecuencias entre las que se destacan las muertes de diez locatarios y destrucción de criaderos de salmones, principal actividad de la zona. Por otro lado, los instrumentos de medición sísmica quedaron inhabilitados después del tsunami, por lo que no se cuenta con información adicional del evento. El avance de los estudios con modelamiento numérico y geotécnico ha facilitado la mejora y precisión en el análisis de estabilidad de taludes, permitiendo un mejor entendimiento de procesos desencadenados por sismos, como las remociones en masa -que será el tema de este estudio-, y el riesgo que éstos conllevan a sectores poblados. El siguiente trabajo tiene como objetivo realizar un modelamiento numérico en 3D con el software 3DEC de ITASCA para analizar la estabilidad de laderas rocosas en la zona de Punta Cola en el Fiordo Aysén, afectadas por el deslizamiento durante el terremoto de Aysén del año 2007. Los métodos utilizados para este estudio integran la representación de la geometría de la zona en tres dimensiones, mediante la programación en lenguaje FISH, la caracterización geológica y geotécnica, y la integración de discontinuidades. Posteriormente, se analizan los modelos bajo el escenario estático para validar el programa con los parámetros obtenidos de información bibliográfica. Luego se realizan los análisis dinámicos con sismos que cuenten con características similares al ocurrido en Aysén el 2007, como el terremoto de Parkfield (2004) y el terremoto de Morgan Hill (1984). Los resultados principales se resumen en desplazamientos de hasta 25 metros concentrados en los sectores más altos del talud con amplificaciones de PGA registrados en los distintos puntos de control. Se concluye que el software es competente para representar geometrías extensas (mayores a 1 km) tanto en el caso estático como en el dinámico. El comportamiento más cercano a lo ocurrido el 2007, en base a los desplazamientos generados, es el modelo con el terremoto Morgan Hill, estación Anderson Dam como input.