3.01 Tesis doctorado

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Assessment and modelling of organic carbon dynamic in soils of Chile
(2019) Ramírez Cisterna, Paulina; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La comprensión y predicción de los cambios en el contenido del carbono orgánico del suelo (SOC) es fundamental para desarrollar estrategias que aseguren una mitigación efectiva del cambio climático y la productividad agrícola a largo plazo. Los cambios en el SOC pueden variar según las diferentes condiciones del suelo y del clima, sin embargo, esto sigue siendo un área activa de investigación, ya que el contenido de SOC no siempre responde de manera predecible, debido a su dependencia de las propiedades específicas de cada ecosistema. En esta tesis, evaluamos los cambios espaciales y temporales de SOC a lo largo de diferentes condiciones climáticas, tipos y usos de suelo. Además, estudiamos las propiedades químicas, físicas y microbiológicas asociadas con la dinámica de SOC en Chile. En este trabajo buscamos encontrar evidencia de los cambios de SOC en suelos cultivables en las últimas tres o cuatro décadas y comprender los principales factores involucrados para el futuro mejoramiento o desarrollo de herramientas de simulación de la dinámica de SOC. Las muestras de suelo se analizaron en relación al contenido total de C, N, estabilidad de agregados, textura, densidad aparente, pH, fracción lábil, atributos microbianos y propiedades espectrales. Nuestros hallazgos muestran que las mayores pérdidas de SOC se produjeron en áreas semiáridas y subhúmedas durante el marco de tiempo considerado, disminuyendo sus reservas iniciales de C en un 24,2% y un 26,7%, respectivamente, lo que es consistente con el mayor contenido de fracción lábil encontrados en estas áreas. Los resultados también indican que en las regiones más frías y más húmedas, los contenidos de SOC se mantuvieron estables o aumentaron con el tiempo. Entre los tipos de suelos, los Mollisoles mostraron las mayores pérdidas (29.9% de reducción entre las fechas de muestreo). Los resultados de espectroscopía indicaron que las bandas de minerales para arcillas y silicatos se asociaron con los sitios que muestran mayor almacenamiento de SOC, lo que sugiere que la protección mineral desempeñó un papel importante en la acumulación de SOC a largo plazo en áreas semiáridas. Los regímenes climáticos desempeñaron un papel importante en la estructura de la comunidad microbiana. La composición de la comunidad fue controlada en gran medida mediante las fracciones lábiles, en las que miembros de los phyla Bacteroidetes, Proteobacteria y Archaea se asociaron con una menor disponibilidad de agua y menores contenidos de SOC. El modelo RothC, el cual es ampliamente utilizado, fue una herramienta efectiva para reproducir la dinámica y las tendencias históricas de los contenidos de SOC en sitios con cultivo anuales (trigo y maíz), sin embargo, el modelo se desempeñó bien bajo ciertas condiciones climáticas y de tipo de suelo en Chile. Dadas las limitaciones del modelo, proponemos que los modelos matemáticos se pueden desarrollar teniendo en cuenta los atributos microbianos y el mecanismo de protección de SOC específico del sitio. Esta tesis analiza el papel de las propiedades de los ecosistemas como un factor limitante en las pérdidas de carbono, examina el impulsor más importante de la dinámica de SOC en Chile y evalúa el uso de un modelo del carbono orgánico para abordar la restauración y adaptación a las tendencias futuras en el contexto del cambio global.
Construction of a yeast platform for the synthesis of high value natural flavours
(2016) López Salinas, Javiera C.; Agosin T., Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La ingeniería metabólica ha abierto una oportunidad para la producción de una amplia variedad de compuestos de alto valor industrial, especialmente aquellos producidos en bajas concentraciones desde fuentes no-renovables, o cuya síntesis química es difícil y costosa. En el caso de los terpenos, existen numerosas oportunidades y estrategias para su síntesis bioquímica usando microorganismos naturales o “ingenierizados”. Saccharomyces cerevisiae es uno de los principales microorganismos usados para la expresión heteróloga de genes, debido principalmente a su rápido crecimiento en diferentes fuentes de carbono, el amplio conocimiento de su genoma y las herramientas para su manipulación, y su robustez en fermentaciones a gran escala. Además, en el caso de S. cerevisiae, la vía del mevalonato que lleva finalmente a la producción de ergosterol, es también capaz de producir precursores de compuestos de alto valor. Avances en el campo de la biología de sistemas, ingeniería evolutiva, y biología sintética han acelerado el progreso para el uso de esta levadura como la factoría celular microbiana de elección.En este trabajo se construyeron una serie de plataformas en levadura para la síntesis de dos tipos de terpenos: el monoterpeno carvona y el norisoprenoides β-ionona. Los monoterpenos son principalmente producidos por las plantas como mecanismo de defensa contra depredadores, y pueden ser usados por la industria de los alimentos como antisépticos, fragancias y aditivos. Los norisoprenoides son conocidos por su agradable aromas y también usados en la industria de alimentos como aditivos, pero además, altamente apreciados por la industria cosmética. En este estudio, se usaron diferentes promotores de expresión y plasmidios para controlar la transcripción y la dosis génica. Para la síntesis de norisoprenoides, se construyeron varias cepas de levadura, capaces de producir β-ionona. Primero, se integraron tres genes heterólogos en la cepa ingenierizada SCGI22a: los genes carotenogénicos crtYB y crtI de Xanthophyllomyces dendrorhous, para producir β-caroteno, y el gen dioxigenasa de escisión de carotenos, (gen PhCCD1), de Petunia hybrida, para producir β-ionona. En esta cepa se alcanzó una concentración final de 0,63 ± 0,02 mg/g biomasa en matraces. Una posterior expresión de estos tres genes en vectores de alta copia, mejoró la concentración final, alcanzando mas de 5 mg/L en cultivos batch (Capítulo 2).La acumulación de ß-caroteno en todas las cepas construidas, puede indicar una baja eficiencia en la actividad de la enzima CCD1, o una baja expresión de su gen. Debido a que en este estudio, la sobre-expresión de este gen resultó en cepas que crecían muy lento, se decidió cambiar el promotor original usado para este gen (PTEF1) por el promotor Gal1 inducible por luz. En este sistema, el factor de transcripción Gal1 fue dividido en sus dominios de unión a ADN (BD) y de activación (AC), y estos dos componentes fusionados a dos criptocromos de Neurospora crassa llamados White collar -1 (WC-1) y Vivid-1 (VVD1). Estas dos flavoproteínas responden a luz azul interaccionando una con otra, reconstituyendo el factor de transcripción Gal1. A pesar de que este sistema funcionó con un gen reportero, no se logró optimizar la producción de β-ionona, probablemente por la inducción prolongada con luz, lo que afectaría a los carotenos (Capítulo 3). Sin embargo, este sistema presenta varias ventajas y futuras optimizaciones son promisorias.Finalmente, utilizando el mismo diseño usado para la producción de norisoprenoides, se construyó una cepa de levadura para la producción de los monoterpenos limoneno y carvona (Chapter 4). Para ello, se expresaron cinco genes heterólogos: El gen GPPS de Abies grandis que codifica para la enzima geranil difosfato sintasa; los genes de Mentha piperita, LS, LH y CD para la producción de los monoterpenos limoneno, trans-carveol y carvona respectivamente; y una versión mutada del gen de levadura ERG20, que codifica para la enzima que produce geranil difosfato (GPP) y farnesil difosfato (FPP). Ningún monoterpeno fue detectado en cultivos de esta cepa, debido posiblemente a la volatilidad/toxicidad de los monoterpenos y la ausencia de su precursor directo GPP. Otras optimizaciones son necesarias. Aún hay mucho espacio para la optimización de las cepas creadas en este estudio. El conocimiento generado, junto con los extraordinarios avances en biología sintética, nos permitirán la posibilidad de producir compuestos industrialmente competitivos, a través de procesos sustentables y de bajo costo.
Coping with unertainty in climate change: merging general circulation models and local climate to simulate the future performance of a reservoir system
(2018) Chadwick, Cristián; Gironás León, Jorge Alfredo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La simulación de variables hidro-climáticas y su impacto futuro implica usar Modelos de Circulación General (GCM) bajo distintos escenarios de gases de efecto invernadero o RCP (Representative Concentration Pathways). Cuantificar y tratar formalmente la incertidumbre asociada a estos modelos y escenarios es clave en estudios de impacto y adaptación al cambio climático. Este trabajo propone metodologías para enfrentar esta incertidumbre, particularmente en el análisis del desempeño de embalses, por medio de la transferencia de los estadísticos de los GCM al clima local. Inicialmente se demuestra la contribución relevante de los GCM y sus realizaciones a la incertidumbre total. Luego se propone un tratamiento de los GCM mediante la fusión de ensambles de estos y el clima local para generar series de clima estadísticamente compatibles con las proyecciones globales. La metodología es aplicada en tres cuencas Chilenas (Limarí, Maipo y Maule) simplificando el correcto tratamiento de los GCM y la generación de climas futuros asociados a probabilidades de ocurrencia para la modelación hidrológica. Esta metodología se utiliza para identificar el tiempo de emergencia (ToE) en el que el cambio en precipitaciones y temperaturas en estas cuencas aparece significativamente. Finalmente se evalúa una meta cambiante de entrega de agua como estrategia de adaptación del sistema de embalses Paloma (Limarí). Junto con las metodologías de generación de clima e identificación del ToE, otros resultados relevantes son: (1) sólo 5 percentiles de tendencia del ensamble de GCM replican las estadísticas obtenidas a partir de series individuales de clima para cada GCM; (2) el ToE ocurre antes del 2030 para las tres cuencas bajo escenarios RCP 6.0 y 8.5, siendo el Maule donde las precipitaciones futuras cambian mayormente; y (3) la reducción progresiva del agua distribuida por el sistema Paloma mantiene constante el número de fallas, pero reduce fuertemente la disponibilidad de agua.
Crustal faults in the Chilean Andes : seismotectonic constraints from a combined geological and geophysical approach.
(2019) Santibáñez Boric, Isabel V.; Cembrano, José; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los Andes chilenos, entendidos como una región tectónica y geomorfológica característica, son un lugar perfecto para revelar la naturaleza geológica del peligro sísmico. El segmento chileno de la zona de subducción Nazca-Sudamericana ha experimentado mega-terremotos de Magnitud de Momento (Mw) >8,5 (e.g., Mw 9,5 Valdivia, 1960; Mw 8,8 Maule, 2010) y numerosos terremotos de Mw >7,5, ambos tipos con tasas de recurrencia de decenas a cientos de años. En contraste, las fallas corticales en la placa superior sudamericana comúnmente tienen tasas de recurrencia mayores (miles de años) y son conocidas por producir terremotos con magnitud Mw máximas 7,0 a 7,5. Los terremotos del tipo subducción han sido considerados como el principal peligro sísmico en Chile, con el potencial de causar daño importante a la población y economía, pero los terremotos corticales también tienen la capacidad de causar gran destrucción a escala local, debido a la menor profundidad de sus hipocentros. Sin embargo, la naturaleza, las tasas de recurrencia y el deslizamiento de las fallas corticales en Chile están pobremente delimitadas. Este trabajo tiene como objetivo investigar el potencial sismogénico de las fallas corticales en Chile, y contribuir en la estimación de los principales parámetros de las fallas para la evaluación del peligro sísmico. Se examinaron los parámetros principales involucrados en la magnitud de un terremoto, incluyendo largo, ancho y desplazamiento medio de las fallas corticales y su disposición morfotectónica, revelando las similitudes en los parámetros en cada dominio longitudinal (franjas N-S) y una mayor disparidad de W a E (dominios latitudinales). Las fallas en cada uno de los dominios paralelos al margen comparten algunas características geométricas, cinemáticas y de potencial sismogénico de primer orden. Las máximas profundidades de hipocentros corticales cambian en los dominios tectónicos paralelos al margen continental desde 25-30 km en el antearco externo a 8-12 km en el arco volcánico, lo que permite una primera aproximación a la evaluación del potencial sísmico. Aunque dispersos y limitados, los datos estructurales, paleosismológicos y geodésicos actuales sugieren tasas de deslizamiento de las fallas corticales en Chile entre 0,2 mm/a (dominio antearco) y 10,0 mm/a (dominio intraarco). Las fallas de la región del antearco externo tienen el potencial de generar terremotos Mw 7 cada pocos miles de años. Una característica clave de estas fallas es que pueden reactivarse como resultado de los terremotos de subducción de Mw >8,5, como el caso de la falla Pichilemu en 2010, que generó dos terremotos, solo unos días después del terremoto de Maule. Son factibles terremotos más grandes, porque la corteza gruesa y fría de la región del antearco externo permite la nucleación de terremotos con profundidades de hasta 30 km. Las fallas típicas del antearco interno, como la falla de San Ramón al este de Santiago, han demostrado generar terremotos de Mw ~7–7,5 con tiempos de recurrencia similares o ligeramente más largos que los del antearco externo. Por último, las fallas en el arco volcánico, como los segmentos de 40 km de longitud del sistema de fallas Liquiñe-Ofqui en el sur de Chile, son capaces de producir terremotos Mw 6-7 cada pocos cientos de años; sin embargo, su tamaño máximo está limitado por una corteza sismogénica relativamente delgada (8 a 12 km) que evita la propagación de los terremotos más profundo. Las diferentes condiciones tectónicas de reactivación de las fallas corticales junto al amplio rango de tasas de deslizamiento complican la estimación del peligro sísmico. La investigación rigurosa del peligro sísmico debe considerar los diferentes escenarios tectónicos, las tasas de recurrencia naturaleza de estas fallas nos ayudará no solo a entender mejor el peligro sísmico asociado, sino que también a precisar la conexión con el ciclo sísmico de subducción.
Crustal paleo-stress and permeability in a strike-slip setting : |b insights from the southern volcanic zone (38-39°), Chile
(2017) Pérez Flores, Pamela Viviana; Cembrano, José; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Esta tesis explora el control de los campos de deformación/esfuerzo en la migración de geofluidos en Zona Volcánica Sur (ZVS) de los Andes. La ZVS coexiste con los sistemas de falla Liquiñe-Ofqui (SFLO) y con las Fallas Transversales a los Andes (FTA). Para abordar el rol de los diferentes sistemas de fallas y fracturas en la distribución de la deformación y el transporte de geofluidos, se mapeó la geometría y cinemática de fallas, vetas, y diques a varias escalas. El análisis de datos de fallas permitió calcular el campo de esfuerzo y deformación a escala regional y local. A escala regional se registra una deformación con fallamiento heterogéneo, mientras que el campo de esfuerzo muestra un régimen de transpresional con σ1 orientado N64E y σ3 N30W. La deformación es particionada dentro del arco en fallas de orientación NNE dextral y dextral-inversas, NE dextral-normal, y NW sinistral-inversas con reactivaciones de cinemática normal. El campo de esfuerzo regional controla la geometría de diques y centros volcánicos. Las zonas de fallas NE registran un campo de esfuerzo local tensional (volcán Tolhuaca) rotado en dirección horaria con respecto a campo de esfuerzo regional. Fallas NNE y NE están favorablemente orientadas para la reactivación bajo el campo de esfuerzo regional y muestran zonas de daño poco desarrolladas. Por el contrario, fallas NW sinistral-inversas se encuentran mal orientadas para la reactivación bajo el campo de esfuerzo regional. Estas fallas presentan múltiples núcleos de fallas, amplias zonas de daño y densas redes de vetas, desarrolladas bajo tensión NS las que podrían haber sido activas bajo sobrepresión de fluido. Medidas experimentales de permeabilidad en muestras representativas de la ZVS registran que roca intrusiva (granodiorita) intacta tiene una permeabilidad dos órdenes de magnitud más alta (10-18 m2) que las rocas volcánicas (andesita y toba cristalina) (10-20 m2). Esto podría favorecer la existencia de reservorios fracturados de fluidos hidrotermales en rocas intrusivas, la litología principal del basamento al sur de los 38°S. La permeabilidad aumenta con el deslizamiento de fallas desde 4x10-20 m2 a 8x10-14 m2 en tobas cristalinas y desde 1x10-18 a 3x10-14 en granodiorita. La permeabilidad, en macro-fracturas, decrece con el aumento de la presión confinante (profundidad) mientras que el desplazamiento de las fracturas permite mantener una alta permeabilidad (10-14) a alta presión efectiva (60 MPa).
Effects of topography and basins on seismic wave amplification : the northern Chile coastal cliff and intra-mountainous basins
(2020) García Pérez, Tiaren; Yáñez Carrizo, Gonzalo Alejandro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Durante la ocurrencia de terremotos, el daño a las estructuras esta frecuentemente relacionado a las condiciones del suelo de fundación. Luego del terremoto de Iquique del 01 de abril con magnitud de momento Mw 8,1 ocurrido en el Norte de Chile, daños a las infraestructuras fueron reportados en las ciudades de Iquique y Alto Hospicio y claras evidencias de amplificación sísmica fueron observadas en los registros de estaciones sismológicas del área. En este estudio, se investigan las causas de los efectos de sitio en la región de Iquique mediante el análisis de los efectos de la topografía y cuencas en las formas de ondas sintéticas, para rangos de frecuencias entre 0,1 y 3.5 Hz, utilizando el método de elementos espectrales. Los resultados de esta investigación muestran que la topografía produce cambios en la amplitud de las ondas sísmicas registradas por estaciones ubicadas en áreas con altas pendientes, tales como el acantilado costero, un importante rasgo geomorfológico de aproximadamente 1 km de altura que corre de norte a sur paralelo a la costa del norte de Chile. Los resultados de la modelación también muestran que ondas secundarias—probablemente relacionadas a ondas reflejadas generadas por el acantilado costero—se propagan hacia ambos lados del acantilado costero, aumentando la duración del movimiento del suelo y la energía de las formas de ondas hasta tres veces. Adicionalmente, los resultados muestran que las cuencas sedimentarias tienen un efecto considerable en la amplificación del movimiento del suelo para las estaciones ubicadas en la superficie de estas y en áreas adyacentes. Este efecto de amplificación puede ser atribuido a la generación de múltiples ondas reflejas en los bordes de las cuencas, las cuales aumentan tanto la amplitud como la duración del movimiento del suelo, con factores de amplificación de hasta 3,9 veces para rangos de frecuencias entre 2 y 3,5 Hz. La comparación entre formas de ondas reales y sintéticas muestra buena concordancia para rangos de frecuencias entre 0,1 y 0,5 Hz. Sin embargo, para frecuencias por sobre 1 Hz, el ajuste entre las formas de ondas reales y sintéticas se deteriora progresivamente, especialmente para aquellas estaciones ubicadas en o cerca de topografías pronunciadas o cuencas. La pobre correspondencia entre los datos sintéticos y reales para altas frecuencias se debe, posiblemente, a heterogeneidades 3D en las velocidades de propagación de onda a pequeñas escalas, las cuales aún no son resueltas por estudios sísmicos en la región de estudios. Finalmente, en este trabajo se concluye que la interacción entre topografía y cuencas locales produce importante amplificación sísmica y que podría ser la causa de los efectos de sitios observados en las ciudades de Iquique y Alto Hospicio durante el terremoto de magnitud de momento Mw 8,1 ocurrido el 01 de Abril de 2014.
Evaluación experimental y numérica de la evaporación desde aguas subterráneas someras : aplicación a suelos salinos de la cuenca del Salar de Huasco
(2012) Hernández López, María Fernanda; Muñoz Pardo, José Francisco; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Evaluation of the influence of shear keys on the seismic behavior of chilean bridges
(2021) Wilches Están, José de Jesús; Santa María Oyanedel, Hernán; León, Roberto T.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
In recent decades, many regions of the world have been affected by earthquakes that have resulted in significant damage to transportation networks and to bridges in particular. Notable among these in the past three decades are the 1989 Loma Prieta [1] and 1994 Northridge [2] events in the USA, the 1995 Hyogo-ken Nanbu [3] and 2011 Tohoku [4] in Japan, the 1999 Chi-Chi [5] in Taiwan, and the 2011 Christchurch [6] in New Zealand. Chile has not been an exception as it is located next to a 5,000 km long fault with a subduction rate of more than 7 cm/year, making it the most active subduction zone in the world [7]. Throughout its history, the country has been hit by severe earthquakes that has shown that road bridges designed under modern design codes are structures vulnerable to failures or collapses. This has been attributed to conceptual problems in the design codes and the lack of attention during the development of design projects.
Modelación del estrés hídrico en un ecosistema semiárido integrando procesos hidrológicos y de dinámica vegetal a escala local
(2019) Sepúlveda Manzor, Juan Marcelo; Fernández Larrañaga, Bonifacio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
En ecosistemas semiáridos con sequías estacionales, la temporada húmeda no coincide con la estación de crecimiento vegetativo. Allí la frecuencia de la lluvia es relevante para las plantas estacionales y anuales, impactando en la disponibilidad anual de agua en el suelo. La relación hidrología-vegetación ha sido escasamente estudiada en sus aspectos locales o de sitio. Del mismo modo, aún no hay un consenso respecto a qué variables son las más adecuadas para modelar la respuesta vegetal en este tipo de ecosistemas y cómo responden ante condiciones de umbral hídrico. En la primera parte de esta tesis se entrega el marco general del estudio. Se seleccionó un sitio representativo de la zona semiárida Mediterránea de Chile central sujeto a sequías recurrentes, donde la formación vegetal dominante es un matorral leñoso de la especie leguminosa Acacia caven (Mol.) Mol. El primer análisis considera la hipótesis de que existe una directa conexión entre la frecuencia de los eventos de precipitación y la productividad vegetal sub-anual. Esta conexión ha sido pobremente cuantificada para A. caven, y para ello se analiza la frecuencia (λ) y la intensidad (α) de los eventos de lluvia sobre dos descriptores vegetales: la productividad potencial total (mEVI) y la máxima actividad fotosintética (iEVI). Para evaluar la sincronía de esta relación, se utilizó un enfoque de análisis de series de tiempo para el período 2000-2014 (15 años). Los resultados indican que tanto iEVI como mEVI muestran una dependencia temporal de corto plazo, correlacionadas significativamente con un desfase de hasta 4 meses respecto a λ. Asimismo, los descriptores de lluvia podrían explicar un alto porcentaje de la variación anual de la respuesta vegetal, y un cambio marginal en λ podría generar un cambio sustancial en mEVI. Por el contrario, el efecto de α sobre la respuesta vegetal fue biológica y estadísticamente poco significativo, especialmente cuando los eventos de lluvia ocurrieron fuera de la estación húmeda. En la segunda parte se estudió la respuesta vegetal a la variabilidad hidrológica a escala de sitio. Para ello, se consideró como variable respuesta a la conductancia estomática de la hoja (gs). La hipótesis planteada fue que la disponibilidad estacional del agua en el suelo impacta la productividad vegetal, y la planta respondería haciendo un uso verticalmente diferenciado del agua disponible en la zona de raíces. Se registraron entonces las condiciones atmosféricas a nivel de copas y el contenido volumétrico de agua en el suelo (VWC) a diferentes profundidades a escala horaria durante tres años (jun 2011-jun 2014). Los resultados muestran que variables atmosféricas tales como radiación PAR, déficit de presión de vapor (VPD) y temperatura de la hoja (Tleaf), logran representar entre un 5% y un 20% de la variabilidad de la respuesta de A. caven. Al incorporar VWC a diferentes profundidades, la representación de la variabilidad llega hasta un 47%, siendo relevante bajo un esquema de ajuste estacional. Una vez caracterizadas las principales variables de sitio, en la tercera parte de esta tesis se procedió a ajustar un modelo de balance hídrico local multicapa de suelo para identificar los procesos hidrológicos dominantes a escala de sitio que influyen sobre el contenido umbral de agua en el suelo que determinan el incipiente cierre estomático. Se identificó temporalmente su ocurrencia a 10 y 50 cm de profundidad en la zona de raíces y luego se integró este umbral en el proceso de simulación de gs usando el modelo hidropasivo de Jarvis-Stewart, ajustado a las condiciones del sitio. Los resultados mostraron que incorporando el umbral de VWC identificado a 10 cm, la respuesta modelada se ajusta a la observada. A 50 cm, el umbral no tiene incidencia significativa porque la fracción de agua disponible para la planta sería suficiente para sostener su actividad biológica durante períodos de estrés hídrico. Los umbrales que inciden en el cierre estomático fueron diferentes según la profundidad del suelo: 14,5 mm a 10 cm, y 36,9 mm a 50 cm, que representan el 62% y el 44% de la fracción de agua total disponible para la planta a dichas profundidades, y que tienen directa relación con la actividad vegetal estacionalmente diferenciad, pero no del sistema radicular, el cual actuaría como un todo hasta los 100 cm de profundidad. Fuera de la condición umbral, la serie gs modelada fue significativamente diferente a los valores observados, lo que indicaría que la vegetación estaría adaptada a funcionar regularmente bajo tal condición, haciendo un uso eficiente del agua en el suelo. Las conclusiones de esta investigación indican que la vegetación responde directa y significativamente a un amplio rango de λ, aun cuando los totales anuales varíen significativamente. Asimismo, la vegetación estaría haciendo un uso directo de los eventos de lluvia anuales, no habiendo evidencia del uso de agua almacenada más allá de los 100 cm. Con ello la vegetación bajo estudio es capaz de mantener sus niveles de gs incluso a bajos contenidos de agua en las primeras capas de suelo, que son las que reciben los eventos anuales de lluvia y en conjunto, usar aquella almacenada a profundidades cercanas a 50 cm, que no están sujetas a forzantes atmosféricas. Los resultados aquí presentados pueden ser usados en el contexto del análisis de ecosistemas vegetales sometidos a cambios estacionales e inter-anuales de la lluvia y de sus flujos hidrológicos. Asimismo, la respuesta vegetal modelada en función de la escasez de agua puede aproximarse como un indicador de eficiencia hídrica en este tipo de ecosistemas.
Rutilo en polvo y en adición a pasta de cemento : procesos fotocatáliticos para la descontaminación de agua
(2021) Retamoso Llamas, Claudia Patricia; González Hormazabal, Marcelo Andrés; Escalona, Néstor; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La contaminación del agua es un fenómeno asociado a los residuos descargados al ambiente.Actualmente se están investigando alternativas económicamente viables como los Procesosde Oxidación Avanzada (AOP inglés), en donde un material actúa como fotocatalizador yoxida los contaminantes en presencia de luz, en medio acuoso y gaseoso. Dentro de losmateriales fotocatalíticos se destaca el dióxido de titanio (TiO2) en tres fases cristalinasanatasa, rutilo y brookita. Las cuales tienen un máximo de absorción en la región UV, paraalcanzar la zona visible se ha investigado la modificación química con precursores metálicosy no metálicos, principalmente en la anatasa, que han llegado a la zona visible. Es importanteestudiar las características del rutilo y como mejorar su fotoactividad respecto a la eficienciaencontrada con anatasa. Otro desafío del TiO2 es el medio de soporte que lo exponga en unaamplia superficie; por esto el uso de materiales en base a cemento ofrecen una alternativacon una amplia superficie de exposición en la industria de la construcción. En estainvestigación se propone analizar la actividad fotocatalítica en una solución modelo de azulde metileno, de los materiales derivados de la arena de rutilo chilena y soportados en pastade cemento, buscando correlacionarlos con las propiedades fisicoquímicas, explicando los procesos de fotocatálisis heterogénea. Se emplearon diferentes técnicas de caracterizacióntales como difracción de rayos X (XRD inglés, espectroscopia de reflectancia difusa (DRSinglés), espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS inglés), entre otras. La fotocatálisisse realizó en reactores de cuarzo expuestos a luz artificial filtrada. Se caracterizaron ycorrelacionaron las propiedades superficiales del TiO2 rutilo con la actividad fotocatalíticadel material en polvo y soportado en pasta de cemento. Se obtuvo un 64% de efectividad enla descontaminación con rutilo nanométrico en polvo y 49% cuando está soportado en pastade cemento, aunque los resultados sugieren que al existir menor cantidad de rutilo en lasuperficie de la pasta de cemento es posible que la efectividad sea más alta cuando está enpasta de cemento que cuando se encuentra en polvo. Se recomienda posteriormente analizarla sustentabilidad del ciclo de vida para establecer la conveniencia del uso en la industria dela construcción.
Structural controls on crustal fluid flow : a multi-scale hydromechanical and thermochronologic approach from the Southern Andes (39ºS)
(2022) Roquer, Tomás E.; Arancibia Hernández, Gloria Cecilia; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Las fallas geológicas y redes de fracturas gobiernan el flujo de fluidos en la corteza terrestre.A la escala de una fractura dada y bajo esfuerzo diferencial, la presión máxima de fluidossostenible λ depende de la orientación de los ejes principales de esfuerzo (σ1≥σ2≥σ3), y desu magnitud relativa representada en la forma del tensor de esfuerzo φ=(σ2-σ3)/(σ1-σ3). Sinembargo, las fallas geológicas ocurren como una red de fracturas en un rango de diferentestamaños (e.g. largo, apertura) y orientaciones, y son mecánicamente muy sensibles a estresesexternos (e.g. σV). Por estas razones, la hidromecánica multi-escala de las zonas de falla esaún un tema abierto al debate. En este trabajo, se presenta un esquema cuantitativo para elanálisis multi-escala de zonas de falla y redes de fracturas. Las fallas que controlan latectónica de la Zona Volcánica Sur se eligieron como caso de estudio (ZVS, 39°S), esto esel Sistema de Falla Liquiñe-Ofqui (SFLO) y las Fallas Transversales a los Andes (FTA). ElSFLO es un sistema NNE dextral, orientado favorablemente para la circulación de fluidosen el régimen de estrés de largo plazo. Por otro lado, fallas sinistrales NW-WNW de las FTAson aparentemente más antiguas que el SFLO, y están orientadas favorablemente para elalmacenamiento de fluidos corticales. Las preguntas de investigación son: ¿Cómo afecta elrégimen de esfuerzo a la permeabilidad secundaria en la ZVS?; ¿Cuáles son las condicionesclave que controlan el flujo multi-escala en la ZVS?; ¿Cómo afecta la exhumación a latendencia a generar volúmenes favorables a la circulación de fluidos en la ZVS? A la primerapregunta, se propone que la generación de volúmenes idóneos para la circulación de fluidosse ven favorecidos por regímenes de esfuerzo que generan presiones de fluido queevolucionan en el tiempo: mientras las fallas NE del SFLO aumentan su capacidad detransmitir fluidos a niveles estructurales someros, las fallas WNW de las FTA aumentan sucapacidad de almacenamiento. A la segunda, debido a que tanto las redes de fracturas delSFLO y las FTA como las manifestaciones geotermales superficiales son autosimilares ensu largo, la capacidad de circulación y/o almacenamiento de fluidos dependería de latransmisividad de las redes de fracturas (apertura y/o conectividad). A la tercera, laexhumación produce el alzamiento diferencial de bloques tectónicos alrededor de fallas NSdextrales del SFLO (> 1 mm/a), que facilitarían la circulación de fluidos en dominiosestructurales en un arreglo tipo pop-up y/o dominó una componente inversa significativa.Los resultados globales presentados acá indican que los recursos geotermales superficialesse concentran en fallas subverticales pertenecientes al SFLO y a las FTA. A la escalaregional, estas son fallas de rumbo NS del SFLO, y de rumbo WNW de las FTA. A la escalameso- y microscópica, fracturas de rumbo NS y NE del SFLO promueven la circulaciónvertical de fluidos hidrotermales, mientras que fracturas de rumbo WNW promueven sualmacenamiento. Las conclusiones de este trabajo proveen de un entendimiento másprofundo de los procesos hidromecánicos fundamentales de transporte de fluidoshidrotermales, lo que se podrá aplicar en el mejoramiento de estrategias eficientes para laexploración de recursos geotérmicos en los Andes del Sur.

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