TTE254

ANÁLISIS DEL PELIGRO DE INUNDACIÓN POR LAHARES Y GRADO DE EXPOSICIÓN ESTRUCTURAL ASOCIADA AL VOLCÁN LONQUIMAY, EN LA LOCALIDAD DE MALALCAHUELLO. REGIÓN DE LA ARAUCANÍA, CHILE.

TESIS PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERA CIVIL GEÓLOGA

GRADO DE LICENCIATURA EN CIENCIAS DE LA INGENIERIA

JENIFER ALEJANDRA LEIVA ROMERO

CAMILA NICOLE CUEVAS VEGA

Temuco, 2024

Comisión Examinadora

Este Examen de Título ha sido realizado en el Departamento de Obras Civiles

y Geología de la Facultad de Ingeniería

Ministro de fe

_________________________________________ Dra. Elisa Ramírez Sánchez

Profesor Guía

_________________________________________ Dr. Cristian Farías Vega

Profesor Co-guía

_________________________________________ Dra. Inés Rodríguez Aranera

Profesor Informante

_________________________________________ M.Sc. Jesús Torres Hoyer

Profesor Informante

_________________________________________ Dr. Rodrigo Contreras Arratia

Agradecimientos

Quisiéramos agradecer y dedicar este trabajo a nuestras familias y amigos que

confiaron en nosotras y nos brindaron su incondicional apoyo.

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 5

1.1 Planteamiento del problema....................................................................................... 5

1.2. Hipótesis .................................................................................................................... 7

1.3. Objetivos .................................................................................................................... 8

1.4. Limitaciones y alcances de la investigación .............................................................. 9

1.5. Ubicación y accesos................................................................................................... 9

2. MARCO TEÓRICO ................................................................................................. 11

2.1. Tipos de erupciones volcánicas ............................................................................... 11

2.2. Índice de Explosividad Volcánica (IEV) ................................................................. 12

2.3. Lahares ..................................................................................................................... 14

2.4. Simulación de lahares mediante “LAHARZ”. ......................................................... 17

3. MARCO GEOLÓGICO ........................................................................................... 28

3.1. Contexto geotectónico ............................................................................................. 28

3.2. Geología del volcán Lonquimay.............................................................................. 29

3.3. Contexto volcanológico ........................................................................................... 36

3.4. Peligros volcánicos del volcán Lonquimay ............................................................. 40

3.5. Antecedentes de lahares producidos por el volcán Lonquimay............................... 42

4. ESCENARIOS ERUPTIVOS................................................................................... 43

4.1. Definición de escenarios eruptivos .......................................................................... 43

5. METODOLOGÍAS DE ANÁLISIS DEL PELIGRO .............................................. 46

5.1. Subdivisión de cuencas hidrográficas...................................................................... 47

5.2. Estimación del volumen glaciar............................................................................... 47

5.3. Estimación del volumen de nieve en las cuencas .................................................... 50

5.4. Estimación del volumen de lahar para cada escenario eruptivo propuesto ............. 54

5.5. Modelamiento de lahares originados por lavas y corrientes de densidad piroclástica ................................................................................................................................. 64

5.6. Zonificación y valoración del peligro ...................................................................... 66

5.7. Evaluación de la infraestructura expuesta en Malalcahuello y alrededores ante el peligro de inundación por lahares ............................................................................ 66

6. RESULTADOS Y ANÁLISIS ................................................................................. 69

6.1. Modelación en LAHARZ ........................................................................................ 69

6.2. Mapa de peligro de inundación por lahares ............................................................ 75

6.3. Mapa de exposición de infraestructura ante amenaza de inundación por lahares .. 77

7. DISCUSIÓN ............................................................................................................. 79

7.1. Elección del programa de simulación LAHARZ..................................................... 79

7.2. Constante en la ecuación del área transversal.......................................................... 80

7.3. Influencia de estación anual en los flujos laháricos................................................. 81

7.4. Comparación de los modelos simulados con LAHARZ y el mapa de peligros actual ................................................................................................................................. 82

7.5. Análisis del peligro para el estudio del riesgo ......................................................... 85

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................................... 88

9. BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 92

ÍNDICE DE FIGURAS

F IGURA 1. M APA DE UBICACIÓN Y ACCESOS AL ÁREA DE ESTUDIO . E LABORACIÓN PROPIA ... 10 F IGURA 2. T IPOS DE ERUPCIONES VOLCÁNICAS . E XTRAÍDA DE : C HILE : T ERRITORIO VOLCÁNICO , SERNAGEOMIN (2018) ................................................................................. 12 F IGURA 3. C RITERIOS PARA ESTIMACIÓN DE Í NDICE DE E XPLOSIVIDAD V OLCÁNICA . M ODIFICADA DE N EWHALL Y S ELF (1982). ........................................................................... 13 F IGURA 4. A LTURAS MÁXIMAS DE COLUMNA ERUPTIVA E ÍNDICE DE EXPLOSIVIDAD VOLCÁNICA (IEV) ESTIMADO ENTRE DICIEMBRE 25, 1988 Y MARZO 25, 1989. E XTRAÍDA DE N ARANJO , J.A., M ORENO , H., G ARDEWEG , M. (1991). ......................................................... 14 F IGURA 5. R ELACIÓN GEOMÉTRICA ENTRE H Y L QUE DEFINE LA ZONA PROXIMAL DE PELIGRO EN EL VOLCÁN , SE MUESTRA ADEMÁS LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE INUNDACIÓN (A) Y EL ÁREA PLANIMÉTRICA (B) DE UN FLUJO LAHAR PROTOTIPO . E XTRAÍDO DE I VERSON ET AL (1998). .................................................................................................................................. 26 F IGURA 6. D ATOS DE SALIDA QUE ENTREGA LA SIMULACIÓN EN LAHARZ, SE MUESTRA LA ZONA PROXIMAL DE PELIGRO ( REPRESENTADA POR LA LÍNEA ROJA ), LOS LAHARES Y LA RED HÍDRICA . E LABORACIÓN PROPIA ............................................................................................ 27 F IGURA 7. M APA ESQUEMÁTICO DE LA Z ONA V OLCÁNICA S UR DONDE SE UBICA EL VOLCÁN L ONQUIMAY Y LA ZFLO. E XTRAÍDO DE S TERN ET AL . (1990). ............................................. 29 F IGURA 8. M APA GEOLÓGICO DEL V OLCÁN L ONQUIMAY . M ODIFICADO DE M ORENO ET AL . (2012 EN B USTAMANTE , 2013).............................................................................................. 35 F IGURA 9. C OLUMNA ESTRATIGRÁFICA GENERALIZADA DE LA U NIDAD DE D EPÓSITOS P IROCLÁSTICOS DEL C OMPLEJO V OLCÁNICO L ONQUIMAY . M ODIFICADA DE P OLANCO (1998). E XTRAÍDO DE B USTAMANTE (2013). ..................................................................................... 37 F IGURA 10. M APA DE PELIGROS DEL VOLCÁN L ONQUIMAY . E XTRAÍDO DE MAPA DE PELIGROS DE LOS VOLCANES DEL A LTO B IOBÍO , S ERVICIO N ACIONAL DE G EOLOGÍA Y M INERÍA , 2000. .............................................................................................................................................. 40 F IGURA 11. L EYENDA DEL MAPA DE PELIGROS DEL VOLCÁN L ONQUIMAY . E XTRAÍDO DE MAPAS DE PELIGRO DE LOS VOLCANES DEL A LTO B IOBÍO , S ERVICIO N ACIONAL DE G EOLOGÍA Y M INERÍA , 2000. .................................................................................................................. 41 F IGURA 12. S UBDIVISIÓN DE CUENCAS HIDROGRÁFICAS Y GLACIAR DEL VOLCÁN L ONQUIMAY UTILIZANDO A RC M AP . E LABORACIÓN PROPIA CON BASE EN I NVENTARIO P ÚBLICO DE G LACIARES (2022) PARA EL ÁREA DEL GLACIAR . .................................................................. 49 F IGURA 13. M APA DE CAMBIOS DE VOLÚMENES DE NIEVE EN CUENCA C OLORADO Y C OLORADITO , VOLCÁN L ONQUIMAY , OBTENIDO CON A RC M AP . E LABORACIÓN PROPIA ....... 52 F IGURA 14. R ESULTADO MODELACIÓN DE LAHARES ESCENARIO 1 PARA CUENCAS C OLORADO Y C OLORADITO . E LABORACIÓN PROPIA ................................................................................. 70 F IGURA 15. R ESULTADO MODELACIÓN DE LAHARES ESCENARIO 2 PARA CUENCAS C OLORADO Y C OLORADITO . E LABORACIÓN PROPIA ................................................................................. 71

F IGURA 16. R ESULTADO MODELACIÓN DE LAHARES ESCENARIO 3 PARA CUENCAS C OLORADO Y C OLORADITO . E LABORACIÓN PROPIA ................................................................................. 72 F IGURA 17. R ESULTADO MODELACIÓN DE LAHARES CONSIDERANDO ESTACIÓN DE VERANO / OTOÑO ( SIN NIEVE ), SÓLO EL HIELO ES FUENTE DE DERRETIMIENTO , EN UN TIPO DE ESCENARIO 3 PARA CUENCAS C OLORADO Y C OLORADITO . E LABORACIÓN PROPIA ................ 74 F IGURA 18. M APA DE PELIGRO DE INUNDACIÓN POR LAHARES . E LABORACIÓN PROPIA ......... 75 F IGURA 19. M APA DE EXPOSICIÓN ANTE AMENAZA DE INUNDACIÓN POR LAHARES . E LABORACIÓN PROPIA ........................................................................................................... 77 F IGURA 20. C OMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS CON EL MAPA DE PELIGROS ACTUAL DEL VOLCÁN L ONQUIMAY . E LABORACIÓN PROPIA EN BASE AL MAPA DE PELIGROS DE N ARANJO ET . AL (2000)......................................................................................................... 83 F IGURA 21. L EYENDA DEL MAPA DE PELIGROS ACTUAL DEL VOLCÁN L ONQUIMAY . E XTRAÍDO DE MAPAS DE PELIGRO DE LOS VOLCANES DEL A LTO B IOBÍO , S ERVICIO N ACIONAL DE G EOLOGÍA Y M INERÍA , 2000. ................................................................................................ 84

ÍNDICE DE TABLAS

T ABLA 1. D ATOS BÁSICOS ORDENADOS SEGÚN EL ORDEN DE MAGNITUD DE LOS LAHARES . E XTRAÍDA Y MODIFICADA DE I VERSON ET AL ., (1998) .......................................................... 23 T ABLA 2. P ARÁMETROS ERUPTIVOS EN BASE A LOS DEPÓSITOS DE CAÍDA GENERADOS HACE K A POR EL C OMPLEJO V OLCÁNICO L ONQUIMAY . E XTRAÍDO Y MODIFICADO DE B USTAMANTE (2013). .................................................................................................................................. 36 T ABLA 3. R ESUMEN DE ACTIVIDAD HISTÓRICA DE C OMPLEJO V OLCÁNICO L ONQUIMAY (E XTRAÍDA Y MODIFICADA DE P OLANCO , 2010). D ONDE : Δ T : TIEMPO DE REPOSO EN AÑOS ; A: ALTURA DE COLUMNA ; IEV: ÍNDICE DE E XPLOSIVIDAD V OLCÁNICA . S E INDICA CON UNA “X” CUANDO SE DETECTARON FENÓMENOS DE S: SISMICIDAD , R: RUIDOS SUBTERRÁNEOS , C: COLADA DE LAVA Y P: PIROCLÁSTOS . .................................................................................... 39 T ABLA 4. R ESUMEN DE LOS PARÁMETROS DE LOS POSIBLES ESCENARIOS ERUPTIVOS . .......... 44 T ABLA 5. V OLUMEN DE CADA SUBCUERPO GLACIAR SEGÚN SUBDIVISIONES DE CUENCAS . E LABORACIÓN PROPIA EN BASE A DATOS ENTREGADOS POR I NVENTARIO P ÚBLICO DE G LACIARES (2022). ............................................................................................................... 48 T ABLA 6. V OLUMEN DE NIEVE PARA CUENCAS C OLORADO Y C OLORADITO , VOLCÁN L ONQUIMAY . S E CONSIDERA DENSIDAD DE NIEVE =0,5 G / CM 3 (T HOURET 1990). E LABORACIÓN PROPIA ........................................................................................................... 53 T ABLA 7. V OLÚMENES DE AGUA LIBERADA POR FUSIÓN DE NIEVE FORMADORA DE LAHAR . E LABORACIÓN PROPIA ........................................................................................................... 59 T ABLA 8. V OLÚMENES DE FLUJOS DE LAHAR QUE PUEDEN SER PRODUCIDOS POR FLUJOS DE LAVA , CONSIDERANDO DIFERENTES CONCENTRACIONES DE DETRITOS EN EL ESCENARIO ERUPTIVO 1. E LABORACIÓN PROPIA ....................................................................................... 60 T ABLA 9. V OLÚMENES DE FLUJOS DE LAHAR QUE PUEDEN SER PRODUCIDOS POR CORRIENTES DE DENSIDAD PIROCLÁSTICA , ASÍ COMO POR FLUJOS DE LAVA , CONSIDERANDO DIFERENTES CONCENTRACIONES DE DETRITOS EN EL ESCENARIO ERUPTIVO 2. E LABORACIÓN PROPIA ...... 61 T ABLA 10. V OLÚMENES DE FLUJOS DE LAHAR CONSIDERANDO DIFERENTES CONCENTRACIONES DE DETRITOS EN EL ESCENARIO ERUPTIVO 3. E LABORACIÓN PROPIA ...... 62 T ABLA 11. V OLÚMENES DE FLUJOS DE LAHAR EN UN ESCENARIO ERUPTIVO 3 CONSIDERANDO SÓLO HIELO ( TEMPORADA VERANO – OTOÑO ) CON DIFERENTES CONCENTRACIONES DE DETRITOS . E LABORACIÓN PROPIA .......................................................................................... 63 T ABLA 12. N IVEL DE EXPOSICIÓN DE LAS CONSTRUCCIONES RESIDENCIALES Y DE EQUIPAMIENTO EN BASE AL MAPA DE EXPOSICIÓN ELABORADO EN ESTE TRABAJO . E LABORACIÓN PROPIA CON BASE A DATOS DE MAPAS SATELITALES . ..................................... 78 T ABLA 13. N IVEL DE EXPOSICIÓN DE LAS CONSTRUCCIONES DE SERVICIOS TURÍSTICOS EN BASE AL MAPA DE EXPOSICIÓN ELABORADO EN ESTE TRABAJO . E LABORACIÓN PROPIA CON BASE A DATOS DE SERNATUR............................................................................................. 78

RESUMEN

El presente estudio se centró en realizar un análisis exhaustivo del peligro de los lahares

generados por el volcán Lonquimay que afectaría a la localidad de Malalcahuello y en evaluar

el grado de exposición de la infraestructura en este sector. Dado que los lahares representan

una de las amenazas volcánicas más destructivas y debido a la proximidad del centro poblado

al volcán, surge la necesidad de llevar a cabo este tipo de estudio, para contribuir a la

evaluación del riesgo, la planificación territorial y la gestión de escenarios de emergencia.

Para lograr este estudio, se llevó a cabo una revisión de la literatura científica existente

sobre los antecedentes geológicos y volcanológicos, así como la indagación sobre la actividad

histórica y las particularidades morfológicas de los valles por los cuales los lahares podrían

desplazarse, para poder establecer los diferentes escenarios eruptivos posibles y definir las

condiciones bajo las cuales se generarían los lahares. Posteriormente, se utilizó el modelo

numérico "LAHARZ" para obtener las áreas potenciales de inundación por lahares en

función del volumen inicial del flujo y un modelo de elevación digital.

Una vez evaluada la amenaza, se procedió al análisis de la exposición, que consistió en

identificar las áreas donde la infraestructura existente se encuentra expuesta al peligro

estudiado. Para ello, se integraron datos obtenidos de imágenes satelitales que

proporcionaban información sobre las construcciones presentes en el sector, junto con el

mapa de peligro de inundación por lahares.

Los resultados obtenidos han mostrado la significativa capacidad de las erupciones para

generar flujos laháricos, incluso en circunstancias eruptivas de baja explosividad,

especialmente durante la estación de invierno debido a la cobertura de nieve que cubre el

volcán. Además, se evidenció que existen zonas de alto, medio y bajo peligro en

Malalcahuello y sus alrededores, donde la localidad de Malalcahuello no se vería

directamente afectada por lahares, ya que se encuentra ubicada en una zona de bajo peligro

y baja exposición casi en su totalidad, sin embargo, podría quedar aislada por el corte de vías

de acceso y de evacuación tras el avance de flujos laháricos. Por otro lado, existen sectores

1

en los alrededores de la localidad principal que si están en zonas de alto peligro y exhiben un

alto nivel de exposición.

De manera conjunta, los resultados derivados del análisis del peligro por inundación

de lahares y la determinación de la exposición representan aportes significativos en la

formulación de estrategias para el ordenamiento territorial y la preparación ante situaciones

de emergencia volcánica en la zona de Malalcahuello y sus cercanías. Estos resultados

adquieren una relevancia particular en vista del rápido crecimiento turístico que está

experimentando este territorio.

Palabras claves: Peligro, Exposición, Lahar, Malalcahuello, Laharz.

2

ABSTRACT

The present study focused on conducting a comprehensive analysis of the hazard posed

by lahars generated by the Lonquimay volcano, wich would affect the locality of

Malalcahuello, and assessing the degree of exposure of the infrastructure in this sector. Given

that lahars represent one of the most destructive volcanic threats, and considering the

proximity of the populated center to the volcano, there arises the necessity to carry out this

type of study to contribute to risk assessment, territorial planning, and emergency scenario

management.

To achieve this study, a review of existing scientific literature on geological and

volcanological background was conducted, along with an investigation into the historical

activity and morphological peculiarities of the valleys through which lahars could travel. This

was done to establish different possible eruptive scenarios and define the conditions under

which lahars would be generated. Subsequently, the numerical model “LAHARZ” was

employed to obtain potential lahar inundation areas based on the initial flow volume and a

digital elevation model.

Once the hazard was assessed, the exposure analysis was carried out, which involved

identifying areas where existing infrastructure is exposed to the studied danger. To do this,

data obtained from satellite images providing information about constructions in the sector

were integrated with the lahars flood hazard map.

The results obtained have demonstrated the significant capacity of eruptions to generate

lahars, even under conditions of low eruptive explosivity, especially during the winter season

due to snow cover on the volcano. Additionally, it was evident that there are high, medium,

and low hazard zones in Malalcahuello and its surroundings. The town of Malalcahuello

would not be directly affected by lahars as it is located in a low hazard and low exposure

zone almost entirely. However, it could be isolated due to the cutting off of access and

evacuation routes after the advancement of lahars. On the other hand, there are sectors around

the main locality that are in high hazard zones and exhibit a high level of exposure.

3

Collectively, the results derived from the analysis of lahar flood hazard and exposure

determination make significant contributions to formulating strategies for territorial planning

and preparedness for volcanic emergency situations in the Malalcahuello area and its vicinity.

These results gain particular relevance in light of the rapid tourist growth that this territory is

experiencing.

Key words: Hazard, Exposure, Lahar, Malalcahuello, Laharz.

4

1. INTRODUCCIÓN

1.1

Planteamiento del problema

Chile se encuentra en una zona caracterizada por una intensa actividad sísmica y

volcánica debido al movimiento entre las placas de Nazca y Sudamericana. Después de los

terremotos se considera a las erupciones volcánicas como una de las principales amenazas

naturales que ha afectado a los asentamientos humanos que se encuentran en las cercanías de

los volcanes, por lo que es fundamental contar con métodos que permitan identificar las áreas

de peligro y riesgo volcánico para una adecuada planificación territorial, determinación de

zonas de seguridad y vías de evacuación, ante posibles procesos eruptivos.

El término "lahar" se refiere a una masa compuesta principalmente de agua y

sedimentos, que desciende por pendientes pronunciadas y va incorporando otros materiales

a medida que avanza (Vallance y Iverson, 2015). Se considera que los lahares representan

uno de los peligros volcánicos más destructivos. Moreno y Naranjo (2003) señalan en sus

investigaciones que en diversos episodios eruptivos del Volcán Llaima, los flujos laháricos

han alcanzado distancias a tan solo 4 km de la localidad de Curacautín, interrumpiendo tanto

las vías de acceso como las rutas de evacuación. Otra referencia al respecto proviene de los

flujos laháricos originados en el volcán Villarrica, en particular dos eventos registrados en

los años 1964 y 1971, que, según la documentación de Moreno y Clavero (2006), resultaron

en consecuencias fatales para aproximadamente treinta personas.

Aunque la información disponible sobre la formación de lahares en el volcán

Lonquimay es limitada, excepto en las áreas del flanco norte y noreste del volcán, donde se

han registrado depósitos de dimensiones reducidas relacionados con coladas de lava

(Polanco, 2000), existe una importante cobertura de nieve y/o hielo durante invierno la que

es propensa a la fusión en caso de una posible erupción, lo que podría dar lugar a la

generación de flujos laháricos.

El volcán Lonquimay es un estratovolcán activo situado en la localidad de

Malalcahuello perteneciente a la comuna de Curacautín y parte de la comuna de Lonquimay

5

en la Provincia de Malleco de la Región de la Araucanía, data del Pleistoceno Superior al

Holoceno, de acuerdo con los registros de Moreno y Gardeweg (1989). La actividad eruptiva

pasada ha mostrado comportamientos que van desde erupciones efusivas hasta explosivas,

variando desde erupciones de tipo estromboliano hasta pliniano con índices de explosividad

volcánica (IEV) probable en el rango de 2 a 4 (Moreno y Gardeweg, 1989). Se han registrado

cinco erupciones en los últimos dos siglos, destacándose especialmente la erupción más

reciente que tuvo lugar entre los años 1988 y 1990 la cual originó un nuevo cono de

piroclastos denominado “Navidad” ubicado en el flanco noreste del volcán Lonquimay, el

cual emitió una colada de lava que descendió por el valle del río Lolco que generó la

destrucción de 200 hectáreas de bosques nativos y pastizales (Naranjo et al., 1991). Aquella

erupción tuvo un impacto significativo en la población local, lo que ha llevado a clasificar al

volcán con un nivel de riesgo específico muy alto, ocupando el puesto número 11 en el

ranking elaborado por el Servicio Nacional de Geología y Minería (2023). Al igual que en

la mayoría de los volcanes de la Zona Volcánica Sur (ZVS), los principales peligros

volcánicos asociados al volcán Lonquimay son la caída de piroclastos, coladas de lava, flujos

piroclásticos, gases volcánicos y lahares (Polanco, 2010).

Los centros poblados o asentamientos más cercanos al volcán Lonquimay

corresponden a Malalcahuello, Manzanar, Lolco y Lonquimay. Malalcahuello es una villa de

montaña localizada en la precordillera andina en la comuna de Curacautín, región de La

Araucanía. Se encuentra a 9,5 km al sur del cráter principal del volcán Lonquimay, dentro

del valle del río Cautín. Y se caracteriza por experimentar una notable expansión debido a la

actividad turística.

Por todos los antecedentes expuestos sobre la importante cobertura de nieve y/o hielo

que posee el volcán en invierno, la falta de información sobre la generación de lahares en el

flanco sur del volcán, sumado a la cercanía del centro poblado de Malalcahuello al volcán y

la creciente demanda turística, es necesario llevar a cabo un análisis de peligro por inundación

de lahares en la zona mediante un estudio de antecedentes geológicos y volcanológicos del

volcán y una modelación numérica de posibles flujos laháricos provenientes del volcán

Lonquimay en diferentes condiciones eruptivas, utilizando el software "LaharZ", el cual

proporciona una estimación inicial de las áreas susceptibles de ser inundadas por los lahares

6

a un costo bajo para su implementación. Además, se caracteriza por su sencillez de uso y la

mínima cantidad de datos requerida para su operación. Esto permite obtener resultados en un

período breve y facilita trabajar en lugares de acceso complicado o que carecen de estudios

previos.

Asimismo, resulta fundamental realizar un análisis sobre el grado de exposición

estructural, es decir, determinar la infraestructura expuesta al peligro de inundación por

lahares con el fin de mejorar la gestión de las autoridades a la hora de un desastre de este

tipo, y para poder ser aplicado en una futura planificación territorial.

Este proyecto de título pretende analizar el peligro de inundación por lahares y el grado

de exposición de la infraestructura para el sector de Malalcahuello.

1.2. Hipótesis

El flanco sur del volcán Lonquimay presenta áreas susceptibles a la generación de

flujos laháricos, esto es posible de deducir de acuerdo a los registros eruptivos, los cuales

indican que las erupciones han sido efusivas a explosivas, de magnitudes moderadas a

grandes, de tipo estromboliano, con índices de explosividad volcánica entre 2 y 4 (Moreno y

Gardeweg, 1989) y a la información en el registro geológico. Además, según Naranjo et al

(2000) en dirección S, los lahares se extenderían aproximadamente 12 km por valles como

el Cajón Cuchillo y del río Colorado, afectando el centro turístico Corralco y cortando vías

de evacuación (Ruta – 89), dejando aislada la localidad de Malalcahuello. Realizando un

análisis del peligro es posible identificar las zonas que se verían mayormente afectadas por

flujos laháricos en la localidad de Malalcahuello y alrededores, involucrando así la

exposición de infraestructura, en caso de una inminente erupción.

7

1.3. Objetivos

1.3.1. Objetivo General:

Analizar el peligro de inundación por lahares provenientes del volcán Lonquimay y

el grado de exposición de infraestructura asociada en el sector de Malalcahuello y sus

alrededores.

1.3.2. Objetivos Específicos:

1) Establecer los posibles escenarios eruptivos que podrían manifestarse en una

futura erupción del volcán Lonquimay.

2) Identificar las cuencas hidrográficas ubicadas en las laderas del edificio

volcánico Lonquimay, considerando las próximas a Malalcahuello, por las

cuales podrían avanzar los flujos laháricos en caso de producirse una erupción

y la fracción glaciar que las alimenta.

3) Estimar cuantitativamente los volúmenes de agua generados a partir de la

fusión de nieve y/o hielo, por el avance de coladas de lava o corrientes de

densidad piroclástica que ingresan al lahar con base en el análisis de la

actividad eruptiva histórica del volcán y registros geológicos.

4) Obtener las potenciales zonas de inundación por lahares en las cuencas

hidrográficas del volcán Lonquimay, próximas a Malalcahuello, según

distintos escenarios eruptivos, utilizando el software LAHARZ.

5) Generar un mapa de peligro por inundación de lahares en Malalcahuello y

alrededores considerando diversos escenarios eruptivos.

8

6) Generar un mapa de exposición de estructura correspondiente al sector de

Malalcahuello. Con el propósito de entregar una referencia para futuras

investigaciones destinadas a comprender los riesgos potenciales asociados a

los escenarios eruptivos y flujos laháricos en la zona en cuestión.

1.4. Limitaciones y alcances de la investigación

1.4.1. Limitaciones

La resolución del Modelo de Elevación Digital (DEM) con el cual opera el software

no es considerada la más alta.

1.4.2. Alcances

En base al objetivo de este trabajo, se analizó sólo las cuencas Colorado y Coloradito,

ubicadas al sur del volcán Lonquimay.

1.5. Ubicación y accesos

El estudio se enmarca entre el flanco Sur del volcán Lonquimay y la localidad de

Malalcahuello. El cráter central del volcán Lonquimay se ubica a los 38°22’S y 71°35’W, y

Malalcahuello se ubica en el valle del Río Cautín, en las coordenadas 38°45’S y 71°58’W a

9,5 km al sur del cráter del volcán Lonquimay. Esta área pertenece administrativamente a la

provincia de Malleco, IX región de la Araucanía. El principal acceso a la zona desde la ruta

5 Sur, es la Ruta Internacional CH-181, que se inicia en Victoria y finaliza en el Paso

Fronterizo Pino Hachado. Otro posible acceso desde la ruta 5 Sur, es la carretera entre

Lautaro y Curacautín, para luego seguir hacia Malalcahuello por la CH-181.

9

Figura 1. Mapa de ubicación y accesos al área de estudio. Elaboración propia

10

2. MARCO TEÓRICO

2.1.Tipos de erupciones volcánicas

El daño causado por una erupción volcánica depende del tipo y magnitud de la

erupción. Estos eventos, en primera instancia pueden ser de carácter efusivo como explosivo.

Una erupción explosiva se caracteriza por la eyección energética y violenta de material

piroclástico y gases, mientras que una efusiva presenta emisión tranquila de lava

(Sernageomin, 2020).

Además, de acuerdo a la clasificación establecida por el investigador francés Alfred

Lacroix en 1908, según los nombres de volcanes específicos, las erupciones pueden ser:

 Hawaianas: Son erupciones efusivas con escasa o nula actividad explosiva con IEV

entre 0 y 2, se asocian casi exclusivamente a magmas fluidos de composición basáltica

o andesítico-basáltica (Sernageomin, 2018).

 Estrombolianas: Erupciones moderadamente explosivas, con IEV entre 1 y 3, en este

tipo de erupciones se produce ceniza, pómez/escoria y bombas que son eyectados en

forma balística desde los cráteres. Son comunes en la formación de conos

piroclásticos. Los magmas poseen una composición basáltica o andesítica. La

erupción del volcán Lonquimay acontecida entre 1988 y 1990, la cual generó el cono

piroclástico Navidad, es un ejemplo de este tipo de actividad (Sernageomin, 2018).

 Vulcanianas: Son erupciones de carácter explosivo y violenta expulsión de fragmentos

sólidos de rocas, bloques y ceniza, las que en conjunto forman columnas eruptivas

menores a 10 km de altura sobre el volcán, con IEV entre 2 y 4. Son de corta duración

(segundos a pocos minutos) y de magnitud baja. En este tipo de erupciones es común

la apertura de conductos volcánicos y destrucción parcial de domos de lava. Aunque

11

suelen ser generadas a partir de cualquier composición magmática, son comunes en

composiciones andesíticas y dacíticas (Sernageomin, 2018).

 Plinianas: Erupciones muy violentas, de alta explosividad y magnitud, caracterizadas

por presentar una importante emisión de piroclastos (pómez y ceniza) y generación de

columnas eruptivas que alcanzan alturas entre 15 y 35 km sobre el volcán, con IEV

entre 5 y 7, se extienden por periodos de horas a días. Las zonas cercanas al volcán

son dañadas por el emplazamiento de flujos piroclásticos y la caída de ceniza puede afectar miles km 2 de superficie. Se asocian a magmas de alta viscosidad y alto

contenido gaseoso (Sernageomin, 2018).

Figura 2. Tipos de erupciones volcánicas. Extraída de: Chile: Territorio volcánico, SERNAGEOMIN (2018)

2.2. Índice de Explosividad Volcánica (IEV)

Una herramienta que permite cuantificar la magnitud de una erupción volcánica es el

Índice de Explosividad Volcánica o IEV (en inglés original Volcanic Explosivity Index o

VEI), el cual se define como un indicador general del carácter explosivo de una erupción. Es

una estimación compuesta de la magnitud y/o intensidad y/o la destructividad y/o (con menos

frecuencia) el poder de dispersión, la violencia y la tasa de liberación de energía, según los

12

datos disponibles. A las erupciones se les puede asignar un IEV en una escala de 0 a 8 (el

número máximo de categorías que podríamos distinguir de manera realista) (Newhall, C. &

Self, S., 1982).

Figura 3. Criterios para estimación de Índice de Explosividad Volcánica. Modificada de Newhall y Self (1982).

De acuerdo a los registros eruptivos, los índices de explosividad volcánica (IEV) del

volcán Lonquimay varían entre 1 y 3. Según la erupción más relevante ocurrida en 1988

1990, y de la cual se tienen mayores antecedentes, los IEV fueron de 2 y 3 en un comienzo,

donde la actividad más intensa fue registrada el 27 de diciembre de 1988, con una columna

eruptiva de 9 km de altura, para luego disminuir a un IEV de 2 durante la segunda semana

del mes de enero de 1989 y a un IEV de 1 en la segunda quincena de ese mismo mes.

Posteriormente, los períodos de IEV=2 tuvieron menos duración que los IEV=1. En los

primeros cuatro meses el comportamiento eruptivo tuvo una fase explosiva superficial,

asociada a columnas de vapor de agua con forma de hongo y abundante proyección de

bombas, que alternaba de 15 a 20 minutos, y con una fase de explosividad y fragmentación

a mayor profundidad, caracterizada por la emisión de una densa columna de ceniza y gases.

13

Más adelante, los períodos alternantes eran de hasta 2 horas, siendo cada vez menos intensas

las fases explosivas superficiales (Naranjo, J.A., Moreno, H., Gardeweg, M. 1991).

Figura 4. Alturas máximas de columna eruptiva e índice de explosividad volcánica (IEV) estimado entre diciembre 25, 1988 y marzo 25, 1989. Extraída de Naranjo, J.A., Moreno, H., Gardeweg, M. (1991).

2.3. Lahares

2.3.1. Definición

Los lahares son mezclas de agua con una alta concentración de sedimentos y escombros

de rocas volcánicas los cuales se desplazan pendiente abajo en los volcanes, influenciados

por la gravedad (Vallance e Iverson, 2015).

Estos flujos se desplazan principalmente por los cauces que descienden de un edificio

volcánico a altas velocidades, arrasan con todo a su paso y cuando se detienen pueden

depositar materiales de hasta decenas de metros de espesor, enterrando poblaciones o

cambiando el curso de grandes ríos, además, provoca consecuencias derivadas de las

inundaciones, y daños en la infraestructura comunitaria y sanitaria, inclusive a kilómetros de

distancia del volcán (Sernageomin, 2018). Corresponden al único proceso volcánico que ha

ocasionado la pérdida de vidas humanas en Chile (Urrutia y Lanza, 1993). Ejemplo de esto

14

fue lo ocurrido en el volcán Villarrica, Chile, donde un flujo de lahar causó la muerte de 22

personas al llegar a la ciudad de Coñaripe durante la erupción de 1964.

2.3.2. Origen de los lahares

Para la generación de un lahar primario (simultáneo a la erupción) o un lahar secundario

(post erupción), se requieren condiciones específicas que incluyen una fuente adecuada de

agua (agua hidrotermal, derretimiento de nieve y hielo, agua subglacial atrapa, agua en

cráteres o lagos y agua de lluvia), una cantidad significativa de sedimentos volcánicos (como

detritos de flujos piroclásticos, caída, suelo, etc.), pendientes pronunciadas y un mecanismo

desencadenante (Vallance e Iverson, 2015). Para el caso de un lahar primario los mecanismos

generadores son el derretimiento de agua/nieve por el paso de flujos de lava o piroclásticos,

el desborde de un del lago de un cráter o una erupción subglacial (Vallance, 2000). Los

lahares secundarios tienen como mecanismos generadores las intensas lluvias, sismos o

inestabilidad del edificio volcánico post erupción (Vallance, 2000).

2.3.3. Tipos de flujo

El comportamiento de los lahares puede variar con el tiempo y distancia aguas abajo.

Dependiendo de la fracción de sólidos que incorporan pueden convertirse en flujos de detritos

o flujos hiperconcentrados (Vallance e Iverson, 2015).

 Flujos de detritos: Son una mezcla uniforme saturada de detritos, que contienen una

gran carga de sedimentos, poseen más de un 50-60% de sedimentos (Vallance, 2000).

El movimiento de este tipo de flujo es controlado por las fuerzas de inercia que

inducen la fricción, la colisión entre granos, y la viscosidad del fluido (Iverson, 1997).

Los flujos de detritos se clasifican en: cohesivos y no cohesivos. Los flujos de detritos

cohesivos poseen >5% de arcillas en la matriz y tienden a permanecer como flujo de

detritos a lo largo de todo el curso, se forman por el colapso de una parte del edificio

15

volcánico, provocado por alteración hidrotermal de una parte de este o un

deslizamiento. Por otra parte, los flujos de detritos no cohesivos, poseen <5% de

arcillas en la matriz, y se forman cuando una oleada de corriente de flujo erosiona y

agrega los sedimentos, este tipo de flujo se transforma corriente abajo, progresando

de una etapa de flujo hiperconcentrado a un flujo cargado de sedimentos conforme se

mezclan con el agua del cauce en su trayecto (Pierson y Scott, 1985; Scott et al.,

1995).

 Flujos hiperconcentrados: Corresponden a una mezcla no uniforme de detritos y agua,

conducidos por la gravedad. Poseen mayor contenido de agua que un flujo de detritos

y una carga de sedimentos que oscila entre un 20% a 50-60% (Vallance, 2000).

2.3.4. Transporte y emplazamiento

Los flujos laháricos mientras avanzan por la pendiente corriente abajo sufren

transformaciones debido a los procesos de erosión, incorporación, dilución, transformación

y emplazamiento, lo que define como es su transporte y depositación (Vallance, 2000).

Cuando el lahar sale de las pendientes del volcán, empieza a seguir los cauces de los

ríos que contienen volúmenes considerables de agua. Estos flujos, que por lo general se

desplazan a mayor velocidad que los ríos convencionales, empujan el agua y gradualmente

se mezclan con ella. En tanto el flujo se carga en agua, pierde su capacidad para transportar

partículas más grandes, las cuales se quedan atrás del frente del flujo (Vallance e Iverson,

2015).

A medida que los lahares se desplazan a lo largo de sus cauces, provocan erosión

debido al proceso de socavamiento que ocurre. La erosión es mucho menor en pendientes

pocos pronunciadas y en sustratos más duros, además la erosión es mayor en facies de flujos

hiperconcentrados que en flujos de detritos. Durante las etapas iniciales del lahar, se observa

una mayor erosión por la gran cantidad de material que existe, mientras que, en las fases

16

finales, la erosión disminuye debido al aumento en el contenido de agua del flujo (Vallance

e Iverson, 2015).

2.3.5. Depósitos

Los depósitos generados por flujos de detritos se caracterizan por ser masivos y con

una mala selección de granos. Presentan una gradación de granos normal o inversa y suelen

ser muy compactos. Las partículas en estos depósitos son redondeadas a angulosas. Y el

espesor de estos depósitos puede variar desde decenas de centímetros hasta varios metros

(Vallance e Iverson, 2015).

Por otro lado, los depósitos de flujos hiperconcentrados se caracterizan por poseer débil

estratificación definida por capas horizontales delgadas y capas de estratificación cruzada de

muy bajo ángulo. Son clastosoportados y su espesor oscila entre pocos centímetros a unos

cuantos metros (Vallance e Iverson, 2015).

2.4. Simulación de lahares mediante “LAHARZ” .

2.4.1. Ecuaciones de simulación

LAHARZ es un programa computacional, basado en un modelo numérico, semi

empírico, desarrollado en el Servicio Geológico de Estados Unidos (Schilling, 1998; Iverson

et al., 1998), el cual combina un análisis dimensional y estadístico para determinar las

posibles áreas de inundación por un flujo lahárico, es decir predice las secciones transversales

(A) y planimétricas de inundación (B) de un lahar. Este programa cuenta con licencia libre y

su implementación se realiza dentro de la interfaz de ArcGis. En la investigación de Iverson

et al. (1998) se detalla cómo se obtienen las ecuaciones de simulación del programa

LAHARZ, la parte física y la parte estadística, que se explican en detalle a continuación.

17

En la parte física se determinan las relaciones entre los volúmenes y las secciones

planimétricas y transversales en función de volumen ( = 2 ⁄3

2 ⁄3

y =

), y en la parte

estadística de este modelo se estiman los coeficientes que están involucrados en estas

ecuaciones (C y c), por medio de los datos de volumen, descarga, secciones transversales,

áreas de inundación y velocidad promedio de los lahares.

2.4.1.1.

Análisis físico



Sección transversal (A)

Para la determinación de la relación entre la sección transversal A y el volumen V, se

utiliza la ecuación (1), que es la conservación de masa de un lahar, lo que implica que hay

conservación de volumen.

= ∫ ( ) =

(1)

Donde V es el volumen total de un lahar, Q(t) es la descarga volumétrica en la sección

transversal, t es el tiempo, T es el tiempo total que se requiere para que el lahar pase por dicha

sección transversal, y por último K es un parámetro adimensional que determina la forma del

hidrógrafo del lahar (los hidrógrafos se obtienen de las mediciones de caudal y velocidad en

un determinado periodo de tiempo) (Iverson, 1997 en Iverson et al., 1998). Asumiendo que

la descarga máxima del lahar (Q max ) producirá la inundación máxima en la sección

transversal del valle (A max ), la relación de ambos parámetros se define en la siguiente

ecuación (2):

= (2)

Donde U es la velocidad promedio del lahar y ~√ , donde R es el radio hidráulico

del valle de inundación y se puede expresar como R=A/P; A es la sección transversal del

valle y P es el perímetro del valle mojado por el lahar. En base a lo anterior la ecuación se

define como ~ √ , obteniendo la ecuación (3):

18

√

∗

=

(3)

El resultado de la escala de tiempo característica resulta del cociente entre √ y

√ , por lo que la ecuación (4) define la duración del lahar en la sección transversal:

∗ =

(4)

√ /√

La relación entre y el volumen de lahar resulta de la unión de las ecuaciones (1),(3) y (4), con lo que se obtiene la ecuación (5).

3⁄2 = ∗

∗ =

∗ (5)

Considerando =( ∗

∗ ) −2⁄3 , la ecuación (5) se puede expresar como se

muestra en la ecuación (6).

= 2⁄3 (6)

Si se asume que C es constante, es similar a asumir que los hidrógrafos del lahar tienen formas constantes, entonces ~ 2⁄3 .



Sección Planimétrica (B)

Según Iverson et al. (1998) para delimitar las zonas de inundación se debe utilizar otra

ecuación además de la que relaciona la sección transversal (A) con el volumen, o sino el lahar

no se detendría jamás.

Para la obtención de una ecuación que relacione el volumen de un lahar con las áreas

de inundación de este, se asume que el volumen del lahar se mantiene constante, a pesar, de

que los lahares pierdan o ganen sedimentos o agua, en el transcurso corriente abajo. Estos

generalmente crecen en las partes más pronunciadas, y no dejan muchos depósitos hasta que

llegan a las llanuras de los valles, por lo que es una buena aproximación considerar el

volumen constante. Entonces si se asume que el volumen es constante, el volumen se puede

relacionar con la geometría del patrón de inundación, como se muestra en la ecuación (7).

19

= ∫ ℎ = ℎ̅

(7)

Donde β son los elementos infinitesimales del patrón de inundación planimétricos del

lahar, B es el área total de inundación planimétrica del lahar, y h es el espesor del lahar.

De esta ecuación se puede simplificar ℎ̅~ 1⁄2 , que se puede aplicar a cualquier tipo de

patrón de inundación del lahar, sin importar el tamaño o la forma. Usualmente, se tiene que

ℎ̅/√ ≪1 esto significa que el patrón de inundación y sus depósitos son principalmente

tabulares, por eso se puede adoptar que =ℎ̅/√ , y asumir que es una constante pequeña.

De este modo si se substituye ℎ̅= √ en la ecuación (7), esta ecuación se puede reescribir

como se muestra en la ecuación (8).

= 2⁄3 (8)

Donde = −2⁄3 es una constante hipotética, en la que se cumple que ≫1 .

Finalmente, se obtiene la ecuación esperada donde se relaciona el volumen de un lahar con

el área planimétrica de inundación de esta.

2.4.1.2.

Análisis estadístico

Para calibrar las ecuaciones (6) y (8) obtenidas anteriormente, Iverson et al. (1998)

analizan patrones en inundaciones producidas por 27 eventos laháricos ocurridos durante el

Holoceno en varios volcanes (Tabla 1), principalmente en Estados Unidos, así como de otros

volcanes ubicados en Canadá, México, Colombia y datos obtenidos de experimentos a escala

de flujos laháricos, para obtener los valores de c y C que mejor se adapten al comportamiento

de lahares.

Las ecuaciones se transforman a logarítmicas, para minimizar la desviación estándar y

el error, resultando la ecuación (6) en la ecuación (9):

= + 2 3

(9)

Donde 2/3 es la pendiente. De igual forma la ecuación (8) se transforma en la ecuación

(10).

20

= + 2 3

(10)

Finalmente, se obtiene de este trabajo que las mejores ecuaciones que predicen las

secciones transversales y de inundación por lahares son las (11) y (12).

=0.05 2⁄3 (11)

=200 2⁄3 (12)

Área de la sección

Área de inundación planimétrica, B (m 2 )

Volumen del flujo, V (m 3 )

Nombre del evento Locación y fecha

Fuente de dato

transversal de inundación, A (m 2 )

Mount Rainier, Estados Unidos, 5000 A.P

Vallance & Scott, 1997

4.0x10 9

1.5X10 5

5.5x10 5

Osceola

Carrasco-Nuñez et al., 1994

Citlaltepetl, México, 18000 A.P

1.8x10 9

1.4x10 8

Teteltzingo

N.D

Mount Rainier, Estados Unidos, 530-550 A.P Mount Rainier, Estados Unidos, 2700 A.P Mount Rainier, Estados Unidos, 1100 A.P Mount Rainier, Estados Unidos, 500-1800 A.P Mount Rainier, Estados Unidos, 4500-5000 A.P Mount Hood, Estados Unidos, 1700 A.P Mount Adams, Estados Unidos, 6000 A.P Mount Baker, Estados Unidos, 6000 A.P

2.5x10 8

3.7x10 4

6x10 7

Electron

Crandell, 1971

2x10 8

5x10 7

Round Pass

Crandell, 1971

N.D

Scott et al., 1995: Vallance, datos sin publicar.

1.8x10 8

1.4x10 4

9.0x10 7

Dead Man Flat

Scott et al., 1995: Vallance

1.5x10 8

1.0x10 4

7.8x10 7

National

1x10 8

3.4x10 7

Paradise

Crandell, 1971

N.D

Vallance, datos sin publicar.

7.3x10 7

1.2x10 4

5.5x10 7

Zigzag

6.6x10 7

2.7x10 7

Trout Lake

Vallance, 1998

N.D

Hyde & Crandell, 1978

Middle Fork Nooksack

5x10 7

2x10 7

N.D

21