TTE286

ANALISIS DE DEFORMACION (2015-2017) EN UNA ZONA

DEL CORDON MONTAÑOSO YELCHO OCCIDENTAL,

PROVINCIA DE PALENA, CHILE.

Proyecto de título para Optar al Título de Geólogo

BASTIAN ALEJANDRO OSSES LAGOS

Temuco, 2023.

Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

C OMISIÓN E XAMINADORA

Este examen de Título ha sido realizado en el Departamento de Obras Civiles y Geología

de la Facultad de Ingeniería

MINISTRO DE FE

_______________________________________________

Pendiente

Grado académico

Cargo

Dependencia (Depto de la UCTemuco)

PROFESOR GUÍA

_______________________________________________

Marcelo Arturo Somos Valenzuela

Ingeniero Civil Agrícola de la Universidad de Concepción y Doctor en Ingeniería en la University of Texas at Austin Universidad de la Frontera, Facultad de Ciencias Agropecuarias y Forestales

PROFESOR CO-GUÍA

_______________________________________________

Elisa Leonor Ramírez Sánchez

Geóloga y Doctora en Ciencias Geológicas.

Departamento de Obras Civiles y Geología.

Universidad Católica de Temuco.

PROFESOR INFORMANTE _______________________________________________

Ramiro Alejandro Muñoz Ramírez

Geólogo de la Universidad de Concepción

Geocientista Ambiental en GEMTEC

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

Temuco, ………………………………………………

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

Dedicatoria

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Agradecimientos

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ÍNDICE 1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 14

1.1 P LANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................................................... 14

1.2 H IPÓTESIS .......................................................................................................................... 16

1.3 O BJETIVOS ......................................................................................................................... 16

1.4 Á REA DE ESTUDIO ............................................................................................................. 16

1.4.1 G EOLOGÍA L OCAL ............................................................................................................ 17

1.4.2 C ARACTERIZACIÓN GEOMORFOLÓGICA ........................................................................... 18

2 MARCO TEÓRICO .................................................................................................................. 22

2.1 E FECTOS DEL R ETROCESO G LACIAR ....................................................................................... 22

2.2 F ACTORES CONDICIONANTES EN LA GENERACIÓN DE REMOCIONES EN MASA ....................... 23

2.2.1 G EOLOGÍA Y G EOMECÁNICA ............................................................................................ 23

2.2.2 G EOMORFOLOGÍA ............................................................................................................. 23

2.3 T ELEDETECCIÓN ...................................................................................................................... 24

2.4 S ISTEMA RADAR ..................................................................................................................... 24

2.5 S ISTEMA SAR ........................................................................................................................... 26

2.6 D ISTORSIONES GEOMÉTRICAS ................................................................................................. 28

2.6.1 A CORTAMIENTO DE LADERAS ( F ORESHORTENING ) .......................................................... 28

2.6.2 I NVERSIÓN POR RELIEVE ( L AYOVER )................................................................................. 28

2.6.3 S OMBREADO ( S HADOW ) .................................................................................................... 29

2.7 S ISTEMA S ENTINEL -1 .............................................................................................................. 29

2.8 T ÉCNICA DE D ISPERSORES P ERSISTENTES (DP) ...................................................................... 31

3 METODOLOGÍA ..................................................................................................................... 36

3.1 C ÁLCULO DE VELOCIDAD DE DESPLAZAMIENTO ..................................................................... 37

3.1.1 A DQUISICIÓN DE IMÁGENES S ENTINEL -1 ......................................................................... 37

3.1.2 S ELECCIÓN DEL ÁREA DE INTERÉS ................................................................................... 38

3.1.3 ENVI/SAR SCAPE ............................................................................................................. 38

3.1.4 P ROCESAMIENTO EN ENVI/SAR SCAPE .............................................................................. 39

3.2 P OS - PROCESAMIENTO EN SOFTWARE A RC M AP ........................................................................ 42

4 RESULTADOS ......................................................................................................................... 44

4.1 D EFORMACIÓN ........................................................................................................................ 44

4.1.1 M APA DE V ELOCIDAD DE DESPLAZAMIENTO ( MM / AÑO ) APLICANDO UN REFINAMIENTO DE 0,7......................................................................................................................................... 44 4.1.2 M APA DE V ELOCIDAD DE DESPLAZAMIENTO ( MM / AÑO ) APLICANDO UN REFINAMIENTO DE 0,65....................................................................................................................................... 47

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

4.1.3 M APA DE V ELOCIDAD DE DESPLAZAMIENTO ( MM / AÑO ) CON REFINAMIENTO 0,60......... 51

5 DISCUSIÓN ............................................................................................................................. 56

5.1 A NÁLISIS DE M APAS DE VELOCIDAD DE DESPLAZAMIENTO ............................................. 56

5.2 A NÁLISIS DE SERIES TEMPORALES .................................................................................... 57

5.3 A NÁLISIS DEL MÉTODO ..................................................................................................... 61

5.3.1

R ESPECTO A LA MEDICIÓN DE LA DEFORMACIÓN ......................................................... 61

5.3.2

R ESPECTO A LA PRECISIÓN DEL MÉTODO ...................................................................... 62

6 CONCLUSIONES .................................................................................................................... 64

7 BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................................... 66

8 ANEXOS................................................................................................................................... 72

8.1 V ALORES PEAK APLICANDO UN R EFINAMIENTO DE VALOR 0,65 ............................................ 72

8.2 V ALORES PEAK APLICANDO UN R EFINAMIENTO DE VALOR 0,6 .............................................. 75

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1 Bandas en sistemas RADAR. Extraído de NASA............................................... 25 Tabla 3.1 Características utilizadas para el procesamiento en SAR Persistent Scatterer. ... 36 Tabla 3.2 Características de las imágenes para realizar procesamiento PS......................... 37 Tabla 3.3 Se detallan día, mes y año de las adquisiciones seleccionadas para procesamiento Persistent Scatterer. .............................................................................................................. 38 Tabla 4.1 Deformaciones en estado de alejamiento respecto a la dirección de LDV: ........ 47

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Ubicación geográfica de la zona de estudio y del área de interés (recuadro verde) seleccionada para el análisis en SAR Persistent Scatterer . La imagen corresponde a una captura del sensor Sentinel-2 del 25/02/2017. ..................................................................................................... 17 Figura 1.2 Mapa geológico del área de interés. Modificado de Lizama, 2020; SERNAGEOMIN, 2003; SERNAGEOMIN-BRGM, 1995; y Moreno, 1995. ................................................................ 18 Figura 1.3 Vista general de la zona de estudio. En color amarillo se puede observar el lugar desde donde se generó el aluvión que afectó a Villa Santa Lucía el año 2017, el cual corresponde a un depósito volcano-sedimentario, además delimitado en color rojo se expone el afloramiento ígneo. 19 Figura 1.4 Fotografía del cerro desde el cual se originó el aluvión que afectó a VSL. Las zonas que se encuentran delimitadas con color rojo corresponden al glaciar que se encuentra cubierto por el material volcano-sedimentario. La porción delimitada por color amarillo, corresponde a una morrena depositada producto del retroceso glaciar. .......................................................................... 20 Figura 1.5 Vista frontal hacia el glaciar Yelcho. La zona delimitada por color rojo corresponde a un escarpe de tipo circo glaciar. Por otro lado, con el color amarillo se delimitaron depósitos morrénicos......................................................................................................................................... 20 Figura 1.6 Se observan el fracturamiento, estrías, superficies pulidas y el arranque de rocas generado por la erosión glaciar. ........................................................................................................ 21 Figura 1.7 Se puede observar la laguna glaciar formada por el deshielo del glaciar Yelcho............ 21 Figura 2.1 Rangos del espectro electromagnético. Extraído de Callacondo (2020).......................... 25 Figura 2.2 Geometría de adquisición SAR. Volltrath (2016)............................................................ 27 Figura 2.3 Distorsión geométrica de acortamiento de laderas (ESA, s.f.). ....................................... 28 Figura 2.4 Distorsión geométrica de inversión por relieve (ESA, s.f.). ............................................ 28 Figura 2.5 Distorsión geométrica por sombreado (ESA, s.f.). .......................................................... 29 Figura 2.6 Modos de adquisición de Sentinel-1 (ESA, s.f.) .............................................................. 30 Figura 2.7 Órbitas del sensor Sentinel-1 (TRE ALTAMIRA, s.f.) ................................................... 30 Figura 2.8 Ejemplos de estabilidad de fase. Simulación de estabilidad de fase para dispersores distribuidos (distributed scatterer, imagen A) y simulación de estabilidad de fase para dispersores persistentes (persistent scatterer, imagen B). En los dispersores distribuidos, la fase cambia aleatoriamente, en cambio, la fase de los dispersores persistentes se ve estabilizada por el dispersor que domina en el píxel (Hooper et al., 2007). ................................................................................... 31 Figura 3.1 Corresponde al flujo de trabajo elaborado para el cálculo de deformaciones superficiales en el software ENVI/SARscape . ........................................................................................................ 36 Figura 3.2 Área de interés seleccionada para el procesamiento en ENVI/SARscape . Obtenida de Google Earth. .................................................................................................................................... 38 Figura 3.3 Detalle del proceso de configuración de preferencias. .................................................... 39 Figura 3.4 Panel de importación de ENVI/SARscape. .................................................................... 40 Figura 3.5 Pasos a seguir durante el proceso de importación de las imágenes a formato SARscape. ........................................................................................................................................................... 41 Figura 3.6 Panel de procesamiento SAR Persistent Scatterer. Es importante mencionar que, el hecho de mantener algunos parámetros por defecto, fue recomendado en el curso de “ENVI, Minería y Sentinel” dictado por el Geólogo José Manuel Lattu s de la Universidad de Chile........................... 42 Figura 3.7 Resumen del pos-procesamiento realizado en el software ArcMap. ............................... 43 Figura 4.1 Mapa de velocidad de desplazamiento obtenido aplicando un refinamiento de valor = 0,7. Los valores del azul al rojo (negativos) indican que los DPs se alejan en dirección NW de la LDV del satélite, mientras que los verdes (positivos) indican que los DPs se acercan en dirección

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

SE a la LDV del satélite. Mapa elaborado en ArcMap utilizando una imagen de Google Earth Pro adquirida el año 2010. ....................................................................................................................... 45 Figura 4.2 Acercamiento de la zona de deslizamiento. Se señalan los DPs para un mejor contraste respecto a las series temporales calculadas para cada punto. Imagen extraída de Google Earth Pro tomada el año 2010. .......................................................................................................................... 46 Figura 4.3 Serie temporal correspondiente al DP-3 en estado de acercamiento respecto a la LDV en dirección SE. En ella se puede observar la variación de los valores de deformación registrados durante el período 2015-2017. La velocidad de desplazamiento estimada para este DP corresponde a: 1 mm/año. ...................................................................................................................................... 46 Figura 4.4 Series temporales correspondiente a los DPs 1 y 2 en estado de alejamiento respecto a la LDV en dirección NW. En ella se puede observar la variación de los valores de deformación registrados durante el período 2015-2017. Las velocidades de desplazamiento estimadas corresponden a -13 y -12 mm/año, respectivamente. ........................................................................ 47 Figura 4.5 Mapa de velocidad de desplazamiento aplicando un refinamiento de valor = 0,65. Los valores del azul al rojo indican movimiento de alejamiento en dirección NW respecto a la línea de vista del satélite (LDV), mientras que los verdes indican movimiento de acercamiento en dirección SW respecto a la LDV. Mapa elaborado en ArcMap utilizando una imagen de Google Earth Pro adquirida el año 2010. ....................................................................................................................... 48 Figura 4.6 Acercamiento de la zona de deslizamiento, en conjunto se seleccionaron algunos DPs para su posterior contraste respecto a las series de tiempo. Imagen extraída de Google Earth Pro tomada en 2010. ................................................................................................................................ 49 Figura 4.7 Series temporales correspondiente a los DPs 5, 6, 12, 13 y 21 en estado de acercamiento respecto a la LDV en dirección SE. En ellas se puede observar la variación de los valores de deformación ocurridos durante el período 2015-2017. Las velocidades de desplazamiento estimadas corresponden a: 8, 6, 4, 3 y 4 mm/año, respectivamente. ................................................................. 49 Figura 4.8 Series temporales correspondientes a los DPs 4, 7, 11, 20, 23 y 24 en estado de acercamiento respecto a la LDV en dirección SE. En ellas se puede observar la variación de los valores de deformación registrados durante el período 2015-2017. Las velocidades de desplazamiento estimadas corresponden a: 1, 6, 11, 2, 6 y 4 mm/año, respectivamente. ................. 50 Figura 4.9 Series temporales correspondientes a los DPs 8, 9, 14, 15, 22 y 25 en estado de alejamiento respecto a la LDV en dirección NW. En ellas se puede observar la variación de los valores de deformación registrados en el período 2015-2017. Las velocidades de desplazamiento estimadas corresponden a: -1, -4, -1, -1, -1 y -1 mm/año, respectivamente...................................... 50 Figura 4.10 Series temporales correspondientes a los DPs 10, 16, 17, 18 y 19 en estado de alejamiento respecto a LDV en dirección NW. En ellas se puede observar la variación de los valores de deformación registrados en el período 2015-2017. Las velocidades de desplazamiento estimadas corresponden a: -13, -3, -5, -12 y -17 mm/año, respectivamente. ..................................................... 51 Figura 4.11 Mapa de velocidad de desplazamiento aplicando un refinamiento de valor = 0,6. Los valores del azul al rojo indican movimiento de alejamiento respecto a la línea de vista del satélite (LDV), mientras que los verdes indican movimiento de acercamiento respecto a la LDV. Elaborado en ArcMap utilizando una imagen de Google Earth Pro adquirida el año 2010. .............................. 52 Figura 4.12 Acercamiento de la zona de deslizamiento, en conjunto se seleccionaron algunos DPs para su posterior contraste respecto a sus series de tiempo correspondientes. Imagen extraída desde Google Earth Pro tomada el año 2010............................................................................................... 53 Figura 4.13 Series temporales correspondientes a los DPs 33, 34, 36, 37 y 43 en estado de acercamiento respecto a la LDV en dirección SE. En ellas se puede observar la variación de los

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

valores de deformación registrados en el período 2015-2017. Las velocidades de desplazamiento estimadas corresponden a: 5, 8, 2, 3 y 24 mm/año, respectivamente................................................ 53 Figura 4.14 Series temporales correspondientes a los DPs 35, 38, 39, 40 y 44 en estado de acercamiento respecto a la LDV en dirección SE. En ellas se puede observar la variación de los valores de deformación registrados en el período 2015-2017. Las velocidades de desplazamiento estimadas corresponden a: 2, 1, 4, 4 y 12 mm/año, respectivamente................................................ 54 Figura 4.15 Series temporales correspondientes a los DPs 25, 26, 27, 28 y 29 en estado de alejamiento respecto a la LDV en dirección NW. En ellas se puede observar la variación de los valores de deformación registrados en el período 2015-2017. Las velocidades de desplazamiento estimadas corresponden a: -9, -24, -22, -16 y -5 mm/año, respectivamente. .................................... 54 Figura 4.16 Series temporales correspondientes a los DPs 30, 31, 32, 41 y 42 en estado de alejamiento respecto a la LDV en dirección NW. En ellas se puede observar la variación de los valores de deformación registrados en el período 2015-2017. Las velocidades de desplazamiento estimadas corresponden a: -10, -9, -16, -4 y -2 mm/año, respectivamente ....................................... 55 Figura 5.1 Combinación del mapa de velocidad de desplazamiento y de la geología del área de estudio (extraído y modificado de Lizama, 2020). En éste se puede observar la posición de los DPs respecto a la ubicación del Hielo cubierto, a los Núcleos de hielo y el glaciar Yelcho. ................... 57 Figura 5.2 Series temporales correspondientes a los DPs identificados. En las gráficas A y B se aplicó un refinamiento de 0,7, en la C, D, E y F se aplicó un refinamiento de 0,65 y en la G, H, I y J se aplicó un refinamiento de 0,6........................................................................................................ 60 Figura 5.3 Geometría de adquisición del satélite. Componente de desplazamiento medido por el sensor en función de las direcciones del desplazamiento real. El vector velocidad de desplazamiento real se representa en amarillo, mientras que los componentes medidos por el sistema SAR se representan en azul y rojo (Gagliardi et al., 2020). ........................................................................... 61

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

RESUMEN

En la actualidad, los procesos de remoción en masa (REM) han ido en aumento y un claro

ejemplo de esto es lo que ocurre en zonas como la Patagonia chilena. Dado aquello, es que

se han llevado a cabo estudios relacionados a las REM, lo que ha permitido adquirir un mejor

conocimiento de estos procesos. En este caso, se consideró como zona de análisis una ladera

del cordón Yelcho occidental, ubicado al NW del poblado de Villa Santa Lucía (VSL), el que

en el año 2017 se vio afectado por una REM. Producto de este acontecimiento, surge el interés

de investigar si previo al flujo de detritos se registraron precursores de deformación. Para

poder lograr el objetivo, se aplicó la técnica SAR Persistent Scatterer , proporcionada por el

software ENVI/SARscape , donde utilizando imágenes satelitales en banda C de la misión

Sentinel-1 se pueden detectar deformaciones en la superficie terrestre. Posteriormente se

realizó un pos procesamiento de los datos, obteniendo tres mapas de velocidad de

desplazamiento y sus respectivas series temporales. Por otra parte, los resultados de las

deformaciones se establecieron en los siguientes rangos: 1) -24 a -1 mm/año para las

deformaciones negativas y, 2) 1 a 24 mm/año en el caso de las deformaciones positivas.

Respecto a la distribución de los DPs, no se observó un patrón de ocurrencia, pero se

comprobó que la técnica es efectiva para determinar precursores de deformación. Otro de los

hallazgos que resultó ser importante, es que mientras más cercana a la fecha de ocurrido la

REM, los DPs con valores de deformación negativa fueron aumentando su actividad de

desplazamiento. En última instancia y considerando las limitantes del método, se establece

que la técnica disminuye su precisión en topografías accidentadas, por lo tanto, es ideal

aplicarla a terrenos más planos y regulares.

Palabras claves: Dispersores Persistentes (DPs), refinamiento, deformación, series

temporales, velocidad de desplazamiento (mm/año).

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

ABSTRACT

Presently, mass removal processes (MRP) have been increasing and a clear example of this

is what is happening in areas such as the Chilean Patagonia. Given this, studies related to

REM have been carried out, which has allowed acquiring a better knowledge of these

processes. Under this circumstances, a hillside of the western Yelcho range, located to the

NW of the town of Villa Santa Lucía (VSL), which in 2017 was affected by an MRP, was

considered as the area of analysis. As a result of this event, the interest arises to investigate

if prior to the debris flow, deformation precursors were recorded. In order to achieve the

objective, the SAR Persistent Scatterer technique was applied, provided by the

ENVI/SARscape software, where using C-band satellite images from the Sentinel-1 mission,

deformations on the Earth's surface can be detected. Subsequently, the data was post

processed, obtaining three displacement velocity maps and their respective time series.

Moreover, the deformation results were established in the following ranges: 1) -24 to -1

mm/year for negative deformations and, 2) 1 to 24 mm/year in the case of positive

deformations. Regarding the distribution of the DPs, no pattern of occurrence was observed,

but it was proved that the technique is effective in determining deformation precursors.

Another important finding was that the closer to the date of MRP occurrence, the closer the

DPs with negative strain values increased their displacement activity. Ultimately, and

considering the limitations of the method, it is established that the technique decreases its

accuracy in rugged topography, therefore, it is ideal to apply it to flatter and more regular

terrain.

Keywords: Persistent Scatterers (PSs), refinement, deformation, time series, displacement

velocity.

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

1

INTRODUCCIÓN

1.1

P LANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la actualidad, los procesos de remoción en masa representan uno de los principales

peligros geológicos en las áreas montañosas del mundo, provocando importantes pérdidas en

vidas humanas y daños a las propiedades (Sepúlveda et al ., 2006, Mergili et al ., 2015, Basu

& Pal, 2017). Con el paso del tiempo, se han vuelto más recurrentes y esto se debe

principalmente a que las porciones de tierra se han ido debilitando producto de la pérdida de

soporte (Popescu et al , 2002., Albornoz, 2017). Dentro de las causas de estos desastres

naturales, se encuentra el retroceso de los glaciares, que conlleva a que las paredes de roca o

suelo, pierdan sustento, se debiliten y, en consecuencia, se originen este tipo de fenómenos

(Kos et al , 2016).

La zona seleccionada para este estudio, se encuentra en un área acotada del Cordón

Yelcho Occidental, ubicado en la provincia de Palena. En éste, se hospeda un glaciar que

recibe el mismo nombre del cordón montañoso (Yelcho). Durante el transcurso del tiempo,

el glaciar ha mostrado claras evidencias de retroceso, lo cual se ha estimado en una reducción

de área de un 35% (de su parte descubierta), entre los años 1986 y 2017 (CECS, 2018).

Adicionalmente, Zemp et al ., (2009) menciona que esta reducción es mayor a la

experimentada por gran parte de los glaciares de la región, lo cual se debe al hecho de que

los glaciares pequeños y ubicados a menores alturas (como el Glaciar Yelcho) son más

susceptibles a los efectos del cambio climático. Por su parte, Paul & Mӧ lg, (2014) mencionan

que el retroceso de los glaciares ha ocurrido principalmente en las elevaciones por debajo de

los 1000 m de altitud, formando así, paredes de alta pendiente y susceptibles a sufrir colapsos.

Reynolds (2003), menciona que el proceso de desglaciación global en curso está

aumentando el número y magnitud de los peligros asociados a los glaciares, lo que se traduce

en avalanchas de hielo, la desestabilización de paredes rocosas recientemente abandonadas

por el glaciar, la degradación del permafrost, el derrumbe de depósitos morrénicos, y los

vaciamientos repentinos de lagos pro glaciares o Glacial Lake Outbourst Flood (GLOF,),

entre otros fenómenos (Kääb et al ., 2005; Harrison et al ., 2017).

14

Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

Asimismo, se ha detectado que el retroceso de los glaciares en otros lugares

montañosos del mundo tiene una importante incidencia en el desarrollo de deslizamientos

profundos. Por ejemplo, Kos et al., 2016 basándose en observaciones de campo y utilizando

sensores remotos, realizó una investigación en Suiza en donde se identificó un deslizamiento

de tierra profundo ubicado en las cercanías del gran glaciar Aletsch. Dentro de sus resultados,

evidenció que la respuesta espacio-temporal del deslizamiento de tierra al retroceso de los

glaciares es rápida y ocurre a escala temporal de una década.

En el contexto nacional, se tiene como antecedente principal el deslizamiento o

avalancha de roca que se desencadenó en una zona al norte del glaciar Yelcho (CECS, 2018),

en el cordón Yelcho Occidental, ésta área se compone de rocas volcano-sedimentarias que

se encuentran sobre yacentes a algunos núcleos de hielo correspondientes al glaciar antes

mencionado. Considerando lo anterior, se cree que producto de la retirada del glaciar gran

parte de la ladera se desestabilizó, lo cual terminaría por afectar al poblado de Villa Santa

Lucía (VSL) el 16 de diciembre del año 2017 (Somos-Valenzuela et al ., 2020).

Por lo tanto, teniendo ésta problemática presente, surge el interés por investigar si

durante el retroceso que se ha evidenciado en esta área del cordón (al norte del glaciar

Yelcho) existen precursores de deformación previos a la ocurrencia del evento.

Para lograr lo propuesto, se seleccionó la herramienta SAR (Synthetic Aperture

Radar) Persistent Scatterer , la cual permite y abre la opción de poder estimar y estudiar

deformaciones a escala de mm/año en terrenos de accidentada topografía, como las áreas

montañosas (Ferretti et al , 2000, Crosetto et al ., 2016, Bouali, 2013).

El procesamiento se llevará a cabo utilizando el software ENVI y su extensión

SARscape , el cual permitirá obtener estimaciones de la velocidad de desplazamiento o

deformaciones que hayan podido ser registradas previo al deslizamiento de la ladera.

Teniendo en consideración lo anterior, se plantean las siguientes preguntas de investigación:

¿Ocurrió deformación previa en la ladera desde la cual se originó el flujo de detritos que

afectó a VSL? de existir ¿cuáles son los valores de dicha deformación?

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

1.2

H IPÓTESIS La ladera desde la cual se originó el flujo de detritos que afectó al poblado de VSL,

previamente se ha visto alterada por el retroceso glaciar y la presencia de núcleos de hielo

bajo el sustrato. En consecuencia, se originaron cambios en la morfología del lugar.

1.3 O BJETIVOS O BJETIVO GENERAL

Determinar la velocidad de desplazamiento (mm/año) en la zona de deslizamiento

que se encuentra al norte del glaciar Yelcho (CL111023182) para corroborar si previo al

evento de remoción en masa existieron indicadores de deformación.

O BJETIVOS ESPECÍFICOS

- Describir la zona de interés mediante la observación geomorfológica en terreno para

la discriminación de los aspectos morfológicos en imágenes satelitales.

- Generar un flujo de trabajo en ENVI/SARscape para la medición de deformaciones

superficiales.

- Analizar los resultados de deformación mediante la observación de mapas de

velocidad de desplazamiento y de las series temporales.

1.4 Á REA DE ESTUDIO La zona de estudio (Figura 1.1) se enmarca entre los 42º42’S 72º18’W hasta los 43º30’S

72º18’W en la Provincia de Palena, X Región de Los Lagos. Dirigiéndose hacia el sur, por

la ruta 7 se encuentra la zona de interés, la cual corresponde al sector en donde se originó el

aluvión que afectó a Villa Santa Lucía el 16 de diciembre del año 2017. El acceso a este

lugar, se encuentra a un costado del camino principal, en donde, el terreno es más bien

irregular y se deben atravesar un par de cauces del río Burritos, para así poder comenzar el

ascenso.

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

Figura 1.1 Ubicación geográfica de la zona de estudio y del área de interés (recuadro verde) seleccionada para el análisis en SAR Persistent Scatterer . La imagen corresponde a una captura del sensor Sentinel-2 del 25/02/2017.

1.4.1 G EOLOGÍA L OCAL En base a la información de los mapas geológicos (SERNAGEOMIN, 2003;

SERNAGEOMIN – BRGM, 1995; Moreno, 1995), el área de estudio se compone

principalmente por seis unidades geológicas (Figura 1.2). La unidad más antigua corresponde

al basamento metamórfico, denominado Complejo Metamórfico de la Cordillera Principal

compuesto por esquistos micáceos, anfibolitas, rocas máficas y ultramáficas.

Las rocas intrusivas pertenecientes al Batolito Norpatagónico (BNP) corresponden a

las unidades de mayor extensión en el área de estudio, éstas se agrupan en dos franjas

principales. La primera corresponde a la franja de edad Cretácica presente en el cordón

oriental y se compone por tonalitas, granitos, granodioritas y dioritas. La segunda pertenece

a la franja de rocas intrusivas de edad Miocena que se extiende por la parte suroccidental y

se encuentra compuesta por granitos, granodioritas, monzonitas, tonalitas, dioritas y gabros

con edades comprendidas entre 20 y 5 Ma (Mioceno - Plioceno).

En el valle del Río Yelcho Chico, en la zona norte del área de estudio, se extiende

una secuencia sedimentaria de edad Miocena compuesta por areniscas, lutitas y

17

Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

conglomerados, cubriendo basamento metamórfico. Por su parte las rocas volcánicas y

piroclásticas (volcanoclásticas) del Pleistoceno, presentes en el área de estudio, forman parte

del denominado Complejo Volcánico del Cordón Yelcho definido por Moreno (1995). Gran

parte de estas rocas afloran al norte de la localidad de Villa Santa Lucía coronando los cerros

en un cordón de orientación NW. En última instancia, se tiene a los depósitos sedimentarios

Pleistoceno-Holoceno que se asocian a depósitos fluviales, aluviales, coluviales, morrénicos,

glaciolacustres y de remociones en masa que cubren y se extienden a lo largo de los valles.

Figura 1.2 Mapa geológico del área de interés. Modificado de Lizama, 2020; SERNAGEOMIN, 2003; SERNAGEOMIN-BRGM, 1995; y Moreno, 1995.

1.4.2 C ARACTERIZACIÓN GEOMORFOLÓGICA Durante el terreno de reconocimiento realizado el 24 de enero de 2021 en la zona de

estudio, se lograron identificar las siguientes geo formas:

En la Figura 1.3 se puede observar un valle de tipo U, el cual expone laderas

pronunciadas y de alta pendiente. Además, se logró distinguir un afloramiento ígneo

(delimitado en color rojo) que se encuentra parcialmente cubierto por un depósito volcano

sedimentario (delimitado en color amarillo).

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

Figura 1.3 Vista general de la zona de estudio. En color amarillo se puede observar el lugar desde donde se generó el aluvión que afectó a Villa Santa Lucía el año 2017, el cual corresponde a un depósito volcano sedimentario, además delimitado en color rojo se expone el afloramiento ígneo.

Es importante señalar que el material volcano-sedimentario se encuentra cubriendo

una porción considerable del glaciar como también del afloramiento ígneo (Figura 1.3).

Dentro de los productos generados por el retroceso del glaciar, se identificaron los siguientes:

depósitos morrénicos de gran volumen (figuras 1.4 y 1.5 delimitados por la línea amarilla),

fracturamiento de rocas, estrías, superficies pulidas y arranque de rocas (ver figura 1.6) y,

una laguna glaciar (ver figura 1.7) formada por el derretimiento del mismo. Además, dadas

las características del lugar se establece que el glaciar es de tipo montaña, donde cabe

mencionar el desarrollo de un circo en la zona en que el glaciar Yelcho se encuentra en

contacto con el cordón montañoso (figura 1.5 delimitado por la línea roja).

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

Figura 1.4 Fotografía del cerro desde el cual se originó el aluvión que afectó a VSL. Las zonas que se encuentran delimitadas con color rojo corresponden al glaciar que se encuentra cubierto por el material volcano sedimentario. La porción delimitada por color amarillo, corresponde a una morrena depositada producto del retroceso glaciar.

Figura 1.5 Vista frontal hacia el glaciar Yelcho. La zona delimitada por color rojo corresponde a un escarpe de tipo circo glaciar. Por otro lado, con el color amarillo se delimitaron depósitos morrénicos.

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

Figura 1.6 Se observan el fracturamiento, estrías, superficies pulidas y el arranque de rocas generado por la erosión glaciar.

Figura 1.7 Se puede observar la laguna glaciar formada por el deshielo del glaciar Yelcho.

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

2

MARCO TEÓRICO

2.1 E FECTOS DEL R ETROCESO G LACIAR

Kos et al., 2016 menciona que las tasas a las que se deforma una pendiente rocosa,

en respuesta a la pérdida de hielo de los glaciares, está determinada en parte por la morfología

del valle preexistente. Además, añade en que la respuesta de la pendiente al retroceso glaciar

es rápida (ocurre dentro de una década) una vez que la reducción de la altura del hielo del

glaciar alcanza un umbral crítico.

Bovis (1982) sugiere que la inestabilidad del valle causada por la erosión glacial

puede conducir a un abultamiento elástico de la ladera, debido a la diferencia de densidad

entre el hielo y roca. Por su parte, McColl & Davies (2012) mencionan que un glaciar puede

evitar el rápido colapso de la pared del valle, lo cual se debe a la fuerza elástica que realiza

el hielo a altas velocidades de deformación. Sin embargo, no puede evitar la deformación

gradual y permanente.

A medida que los glaciares continúan adelgazando, es probable que las laderas se

muevan más rápido y más lejos; eventualmente pueden colapsar catastróficamente,

especialmente si la superficie de falla queda expuesta por encima de la superficie del hielo.

Cabe mencionar, que esto podría suceder antes de que el final del glaciar haya retrocedido

más allá de la pendiente (McColl & Davies, 2012). Sumado a lo anterior, se debe considerar

que el glaciar desempeña un papel fundamental en la desestabilización de las laderas, esto se

debe a la socavación y el empinamiento de las laderas que produce la erosión glacial, esto

contribuye al inicio de los movimientos en las laderas de los valles (McColl & Davies, 2012).

Por consiguiente, se asume que el destensado y la liberación de tensiones glaciales causan

desestabilización de las laderas y aumentan la actividad del movimiento durante el proceso

de desglaciación, se debe tener en cuenta que el adelgazamiento y el retroceso de los glaciares

reducirán las presiones del hielo criostático que actúa sobre las pendientes, lo que en

consecuencia reducirá el soporte de las pendientes y, por lo tanto, aumentará la tasa de

movimiento de las fallas existentes o permitirá que se desarrollen nuevas (McColl & Davies,

2012).

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

2.2 F ACTORES CONDICIONANTES EN LA GENERACIÓN DE REMOCIONES EN MASA

2.2.1 G EOLOGÍA Y G EOMECÁNICA La geología se presenta como un factor que condiciona la susceptibilidad de un área

determinada a sufrir remociones en masa, esto ocurre dependiendo de las litologías y de las

características que cada una presente en el lugar.

1. Rocas: según Lara y Sepúlveda (2008), la litología influirá en la resistencia a la

meteorización y alteración de la roca.

2. Alteraciones hidrotermales: la presencia de minerales como zeolitas, arcillas, y otros,

podría acelerar procesos como la meteorización (la cual influye en la pérdida de

resistencia), infiltración de agua, expansividad e incremento en la porosidad (Jacoby,

2001).

3. Presencia de depósitos: en las rocas se la relaciona con la generación y aporte de

material detrítico o bloques que constituyen zonas potencialmente inestables (Lara y

Sepúlveda, 2008), además puede incidir en la capacidad de movilización que

experimente la ladera, esto según las litologías involucradas, las cuales pueden ser;

depósitos volcanoclásticos, glaciales, escombros de faldas, y en general material

suelto. Esto ocurre debido a su permeabilidad, donde el agua se filtra y satura el

estrato, lo que facilita el rápido escurrimiento (Lara y Sepúlveda, 2008). En materiales

con menor permeabilidad, como los de grano fino, densos, arcillosos y rocosos con

escasas fracturas, el escurrimiento de agua superficial ocurrirá más rápido (Jacoby,

2001). Es importante mencionar que estas características serán determinantes en la

resistencia del estrato y su estabilidad en laderas. En última instancia, se destaca que

un suelo denso, presenta mayor resistencia al cizalle (Lambe y Whitman, 1972) por

lo tanto, una mayor estabilidad.

2.2.2 G EOMORFOLOGÍA Las características geomorfológicas de una zona pueden ser determinantes en la

incidencia de procesos de remoción en masa. Se destacan la topografía, pendientes elevadas

en las laderas y cambios bruscos en estas, dirección de las pendientes, extensión y altura de

las laderas (Lara y Sepúlveda, 2008). La pendiente también incide directamente en los

deslizamientos, esto va a depender del ángulo que posea el talud y el de fricción interna del

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

suelo. Si el ángulo de fricción interna es menor al ángulo del talud, entonces dicho talud será

inestable y creará el ambiente propicio para un deslizamiento (Lambe y Whitman, 1972). En

lo que respecta a la geometría de las laderas, representa un factor esencial, debido a que

determinará las orientaciones de las fuerzas resistentes y solicitantes. Además, la orientación

de la ladera puede incidir en procesos de deshielo con presencia glaciar, lo cual se relaciona

a la exposición que pudiera presentar la ladera respecto a la incidencia del sol (Lara y

Sepúlveda, 2008).

2.3 T ELEDETECCIÓN El campo de estudio de la teledetección se constituye como una técnica que se enfoca

en la observación remota de la superficie. Una de las particularidades que hace a esta técnica

tan relevante y útil para diversos estudios en la geociencias, es la forma en la que obtienen

información de las propiedades físicas de un objeto o superficie sin la necesidad de tener

contacto directo.

Los sistemas de teledetección satelital se dividen en sistemas pasivos (fuente de

energía externa al sensor) y sistemas activos (fuente de energía emitida por el sensor). De

manera más amplia, la teledetección no solo se centra en la obtención de información por

medio de imágenes, sino que, también del posterior procesamiento e interpretación que pueda

generarse por parte del usuario final (Chuvieco, 1995).

Por otra parte, se tiene a la teledetección espacial la cual dispone de una serie de

ventajas. Entre las principales, se enumeran las siguientes: 1) visión global, 2) observación

de información en regiones no visibles del espectro, 3) observación a distintas escalas, 4)

frecuencia y 5) homogeneidad en la adquisición. Gracias a estas aptitudes, se convierte en

una herramienta de información espacial de gran interés para la producción y actualización

cartográfica, como fuente de entrada en Sistemas de Información Geográfica (SIG), para los

estudios ambientales y para las Ciencias de la Tierra (Callacondo, 2020).

2.4 S ISTEMA RADAR El término RADAR ( Radio Detection and Ranging ), consiste en un sensor activo

capaza de generar su propia energía (ondas electromagnéticas), la cual corresponde a pulsos

emitidos en el rango de las microondas y de radio, detectando reflexiones de dichos pulsos

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

sobre objetos. La técnica utiliza el tiempo que ha empleado el pulso en ir y volver, para así

poder calcular la distancia respecto al objeto que reflejó y la intensidad para determinar el

tamaño y rugosidad de la superficie. Las bandas y frecuencias que se utilizan, se pueden

observar en la Figura 2.1 y la Tabla 1.

Dentro de las principales ventajas del sistema RADAR , se encuentran:

● Capacidad de operar de manera diurno y nocturno.

● Operatividad en cualquier condición meteorológica con mínimos efectos

atmosféricos.

● Señales que penetran la vegetación (en función de la longitud de onda).

● Señales con sensibilidad a las propiedades dieléctricas (presencia de humedad/agua)

y forma estructural de los componentes de la superficie.

Y como desventaja:

● Los productos, contienen ruido, conocido como speckle (efecto sal y pimienta), y

distorsiones por relieve.

Figura 2.1 Rangos del espectro electromagnético. Extraído de Callacondo (2020).

Tabla 2.1 Bandas en sistemas RADAR. Extraído de NASA.

Frecuencia GHz (10 9

Designación de Banda Longitud de onda (λ) cm

ciclos/s)

Ka

0.8 a 1.1

40 a 26.5

K

1.1 a 1.7 1.7 a 2.4 2.4 a 3.8 3.8 a 7.5

26.5 a 18 18 a 12.5 12.5 a 8.0

Ku

X

C

8.0 a 4.0

S

7.5 a 15

4.0 a 2.0 2.0 a 1.0 1.0 a 0.3

L

15 a 30

P

30 a 100

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

Adicionalmente, los instrumentos de RADAR están configurados en tres posibles

combinaciones polarimétricas:

1. Polarización simple ( single-pol ): consiste de instrumentos que transmiten señal en

horizontal o en vertical (H o V) y reciben señal en horizontal o vertical

respectivamente (H o V).

2. Polarización doble ( dual-pol ): consiste de instrumentos que transmiten señal en

horizontal o en vertical (H o V) y reciben señal en horizontal y vertical

simultáneamente (H y V).

3. Polarización cuádruple ( quad-pol ): consiste de instrumentos que transmiten señal

en horizontal y vertical (H y V) y reciben señal en horizontal y vertical

simultáneamente (H y V).

2.5 S ISTEMA SAR Un sistema SAR, consiste de una antena montada en una plataforma (aeronave o

satélite) que transmite pulsos electromagnéticos en el rango de las microondas, donde la señal

es reflejada en la superficie terrestre y los ecos regresan a la antena para ser registrados en

forma de números digitales. La transmisión de los pulsos, se sincroniza con la velocidad de

la plataforma para asegurar una cobertura continua en la dirección de vuelo (Chan y Koo,

2008).

La apertura sintética es creada a partir de la combinación de los ecos recibidos por la

antena, conforme la plataforma se mueve en su trayectoria de vuelo. De esta forma, con una

antena de dimensión razonable, es posible sintetizar una de mayor dimensión. Actualmente,

existe una gran variedad de plataformas satelitales que cuentan con este tipo de sistema,

donde cada uno de ellas trabaja en una banda (longitud de onda) distintiva, siendo las más

utilizadas en aplicaciones científicas las bandas X, C y L (SafeLand, 2011).

Una imagen de radar es un mosaico formado por una matriz de filas y columnas de

píxeles, en este caso, cada píxel se asocia a una pequeña parte de la superficie terrestre

llamada resolución de celda, donde cada uno contiene un número complejo que lleva

información de amplitud y fase de la señal de retorno de todos los elementos que se

encuentran dentro de la escena, junto con la resolución de celda proyectada en el suelo. Otro

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Análisis de deformación (2015- 2017), ligado a la ocurrencia de remociones…

parámetro a tener en cuenta, es el de la amplitud, la cual depende más de la rugosidad del

suelo que de la composición química de los elementos dispersores en el terreno, por lo que

típicamente las rocas expuestas y áreas urbanas, muestran alto valor de amplitud, mientras

que las superficies planas y suaves muestran baja amplitud dado que la radiación se refleja

lejos del radar (Torres, 2013).

Respecto a la geometría, los sistemas SAR tienen una adquisición particular ya que

la plataforma viaja sobre una trayectoria de vuelo fija, conocida como la dirección en acimut,

la dirección hacia la que mira la antena es perpendicular al acimut y se denomina dirección

en rango (Vollrath, 2016) ver Figura 2.2. La señal electromagnética es transmitida de forma

oblicua en dirección del rango, que es el ángulo de visión formado entre el nadir y la

orientación de la antena. Por su parte, el ángulo de visión se refiere al valor en el centro de

la huella. Sin embargo, debido a la propagación circular de la onda, este puede variar entre

el rango cercano al lejano. Por otro lado, el ángulo de incidencia es igual al ángulo de visión

en una superficie horizontal. No obstante, en plataformas satelitales no solo la curvatura de

la Tierra induce a diferencias entre los ángulos, sino que, también a la interacción con el

terreno. En última instancia, la huella satelital es el área iluminada por los pulsos y su tamaño

depende del ancho de la señal emitida (inversamente proporcional a la altura de la antena).

Figura 2.2 Geometría de adquisición SAR. Volltrath (2016).

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