Proyectos

The phenomenon of a soft liquid drop eroding a hard stone surface over time, immortalized in the ancient proverb «dripping water wears away the stone,» presents a profound mechanical puzzle. While craters are common imprints of high-energy events, those formed by persistent, low-energy water dripping are exceptional. The impact energy of a single drop is far below the threshold required to plastically deform or fracture the material, yet erosion occurs. This project seeks to answer the fundamental question: How can water erode stone through dripping and create distinctive craters? While recent advancements in drop-impact dynamics have revealed that an impacting drop generates propagating fronts of intense, singular pressure and shear, these theories were developed for ideal, non-porous surfaces and are insufficient to explain the erosion. Our preliminary experimental work—which has successfully reproduced water-dripping craters on gypsum targets while failing to erode non-porous materials—points to a crucial, previously overlooked element: the porous nature of the target material. We discovered that erosion and the formation of a distinct surface microstructure of pores commence only after the substrate becomes fully saturated with water. This key finding suggests that the complex interaction between the impact-induced flow and the internal, liquid-filled pore structure is the primary driver of the erosion mechanism. This project will establish the first comprehensive experimental and theoretical framework for slow erosion in porous ma- terials by water dripping. We will investigate three potential and non-exclusive micro-mechanisms. The first is low-Reynolds accumulative erosion, where the impact pressure pumps liquid into the matrix, generating high shear stress along pore walls that slowly abrades material, a process whose rate is expected to be proportional to the wall shear stress. The second is the inter-pore propagation of pressure shocks; because the surface pressure front arrives at adjacent pore openings at slightly different times, large pressure gradients are generated within the saturated matrix, inducing mechanical fatigue and failure of inter-pore walls. The third is cavitation bursts, where the negative-pressure front trailing the initial impact shock— akin to an explosion’s blast wave—causes the formation and violent collapse of vapor bubbles. These collapses generate localized but highly destructive shock waves, a process potentially detectable via acoustic emissions. Our methodology integrates a novel, multi-scale experimental approach with robust theoretical modeling. An automated, custom-built setup, featuring a syringe pump for precise drop control and a photo-gate for impact counting and synchroniza- tion, tracks crater evolution over tens of thousands of reproducible impacts. An automated translation stage will move the sample between the impact zone and a characterization chamber for on-the-run 3D shape reconstruction via high-resolution laser profilometry and for mass measurement via an integrated load cell. This will be complemented by a suite of characteriza- tion techniques, including high-speed imaging to capture rare ejecta events, microscopic surface imaging, and advanced bulk imaging (X-ray Micro-Tomography, Scanning Electron Microscopy or Nuclear Magnetic Resonance) to visualize the internal 3D pore network and wear propagation. Experiments will mainly utilize natural materials like gypsum and selenite, as well as custom-fabricated synthetic porous samples (e.g., PDMS). These transparent, engineered samples will allow for direct flow visualization via Particle Image Velocimetry (PIV) to isolate and study specific mechanisms in a controlled environment. The theoretical work will couple established models for drop-impact pressure distributions with frameworks for flow in porous media, wall-shear erosion, and wave propagation. The goal is to develop predictive formulae for crater growth rates and their scaling with fluid and material properties, which can be validated against our extensive experimental data. By leveraging the research team’s expertise in drop-impact forces and tackling this 2,500-year-old question, this project will provide novel insights into fluid-solid interactions, wear on porous materials, and landscape evolution. It moves beyond prior studies, which used simplified substrates, to address the central role of porosity in this long-unsolved problem in continuum physics.

We investigate how rain-mediated mechanical processes influence the spread of pathogens under field conditions. While it is well established that water is a primary vector for bacterial movement between plants, few studies have examined the detailed hydrodynamic mechanisms involved, particularly in the context of leaf morphology, surface roughness, and microbial adhesion. This gap restricts our ability to develop predictive models and preventive strategies for managing rain-borne plant diseases. The project's general objective is to elucidate the coupling between raindrop impact dynamics and bacterial dispersal patterns on cherry leaves under realistic rainfall conditions. Specifically, it aims to (i) characterize the mechanical interaction between raindrops and cherry leaves using high-speed imaging and physical analysis to observe the dispersal patterns of Pseudomonas syringae pv. syringae (Pss). (ii) evaluate the spatial dispersal of Pss inoculated artificially onto cherry leaves at different concentrations under controlled temperature and rainfall conditions, and (iii) develop an integrative predictive model based on physical variables of rain-leaf interaction and experimentally measured environmental conditions to estimate the dispersal and severity of Pss attack. Methodologically, our study combines high-speed photography, controlled laboratory rain simulations, and microbiological assays. We will perform experiments in a custom-designed rainfall simulator allowing precise control of droplet size, velocity, and impact angle. Bacterial suspensions of Pseudomonas syringae—a pathogen commonly associated with cherry canker—will be applied to leaves under standardized conditions. The dynamics of droplet impact, splash formation, and secondary droplet ejection will be recorded at high temporal resolution to quantify mechanical energy transfer and spatial distribution of splashed particles. Parallel microbiological analyses will determine bacterial survival rates, concentration profiles, and the extent of leaf-to-leaf contamination. We will integrate these results into a predictive model linking rainfall characteristics to potential bacterial dispersal distances and infection probabilities. We aim to enhance our understanding of the biophysical coupling between rainfall and pathogen mobility, establish a set of empirical relationships for disease spread modeling, and provide practical recommendations for orchard management under varying climatic scenarios. By bridging the gap between plant pathology and fluid mechanics, this project will provide a mechanistic foundation for reducing rain-mediated bacterial diseases in high-value fruit crops, contributing to the sustainability and resilience of O'Higgins agriculture.

Water vapor is a key component of the hydrological cycle since it is directly involved in the production of precipitation (rain, snow, hail). The transport of water vapor from the tropics (20ºN-20ºS) is fundamental to produce precipitation in midlatitudes (30ºS-50ºS) were local amounts atmospheric moisture are lower than the water column precipitated during a typical storm. This is especially evident during extreme precipitation events, where precipitation accumulation can surpass 2 or 3 times the local atmospheric water vapor available. Extreme precipitation events (EPEs) are expected to increase due to the anthropogenic climate change, and therefore studies addressing the dynamics and forcing factors of these events are increasingly important. Current research examining the relationship between water vapor transport and precipitation in central-southern Chile have advanced in this direction. However, there is a lack of research aiming to understand water-vapor-precipitation process at the mesoscale, where changes in the order of hours associated to convection are important. Even more, despite many storms in central-southern Chile show convective characteristics (e.g. precipitation rates of 10 mm/h or larger), studies looking at the mesoscale processes has not been addressed so far, partially due to the lack of ground-based weather radars. As a result, this research proposal takes the challenge of studying the transport of water vapor and link it with precipitation processes (stratiform and convective) at the mesoscale level in central and southern Chile by using a suit of observations and numerical modeling. To determine the water vapor mechanisms involved in the precipitation processes, the study will employ an atmospheric moisture budget, which involves the balance between a storage term (precipitation in this case) and the linear interaction between local changes, advection, and convergence of water vapor following an air parcel. The budget will be computed using gridded data from a state-of-the-art atmospheric reanalysis (ERA5), numerical simulations with the Weather Research and Forecasting (WRF) model, and mathematical techniques such as finite differences and the trapezoidal integration rule. In addition, a relatively dense network of GPS deployed in central-southern Chile will provide direct estimates of local changes of the column water vapor, allowing us to perform a thorough validation of both ERA5 and WRF. Precipitation processes will be examined using several sources. The polar orbiting Global Precipitation Measurement (GPM) satellite mission provides global swaths of radar reflectivity using a dual-frequency radar (Ku and Ka bands) in a swath-width of 245 km with 5 km resolution at nadir, and vertical beams spaced at 250 m. Along with radar reflectivity, GPM provides estimates of precipitation rates and a classification of the precipitation type, facilitating the identification of precipitation processes. A vertically pointing precipitation radar (Micro Rain Radar, MRR) is currently installed at Universidad de Concepción and will provide time-height sections of radar reflectivity that will complement GPM observations. In addition, a second MRR is planned to be installed in central Chile to provide further meridional context of precipitation processes. Finally, a couple of optical disdrometers and meteorological stations will deliver surface estimates of precipitation at hourly (and higher) rates. In parallel, ERA5 will provide precipitation estimations and classification (stratiform, convective), while WRF will allow to examine precipitation in detail for selected case studies. At the end of this project, it will be clear what component(s) of the moisture budget are dominating precipitation during EPE storms, clarify the relative importance of stratiform and convective precipitation during EPEs, and elucidate if EPEs with strong convective precipitation are forced by atmospheric instabilities, advection of moisture being lifted by the complex terrain, or moisture convergence occurring over the ocean and moving inland. These results will provide the basis for future efforts looking to improve precipitation forecasting tools.

Chile se ha visto cada vez más afectado por múltiples eventos extremos climáticos que ocurren simultáneamente, como eventos compuestos, o consecutivamente, como eventos en cascada. Los eventos climáticos se consideran compuestos cuando ocurren al mismo tiempo. Por ejemplo, el centro de Chile (la región más poblada del país) se ha visto afectada por sequías frecuentes y severas, agravadas por el aumento de las olas de calor (HWs) que a su vez han favorecido persistentes incendios forestales. Estos eventos extremos han afectado la economía al dañar cultivos y provocar escasez de alimentos para el ganado. Los eventos en cascada actúan como una serie de fichas de dominó que se derrumban. Por ejemplo, en el sur de Chile, las fuertes lluvias orográficas asociadas con potentes ríos atmosféricos (ARs) han provocado graves inundaciones que, al arrastrar sedimentos ricos en nutrientes a lagos y fiordos, a menudo han favorecido floraciones de algas nocivas (HABs). En la misma región, el rápido derretimiento de los campos de hielo patagónicos no solo está canalizando hierro hacia lagos y fiordos (favoreciendo más floraciones de algas), sino que también ha formado cientos de nuevos lagos. El vaciamiento repentino de lagos glaciales (GLOFs) han provocado deslizamientos de tierra e inundaciones que han borrado del mapa pequeños poblados en la Patagonia.

Sistema Articulado de Investigación en Cambio Climático y Sustentabilidad de Zonas Costeras de Chile CUECH/RISUE RED21992

“Volando en El Tiempo” es un cuento para niños y niñas (de 3 a 9 años) que se presenta en un novedoso formato: calendario con cuento de pared. La historia narra el viaje de una lora Tricahue desde la Región de O’Higgins a 12 lugares del país, donde conoce e interactúa con diferentes fenómenos meteorológicos y climatológicos. El producto unirá relatos cortos junto a ilustraciones y tendrá una página para cada mes, la identificación de las cuatro estaciones del año y actividades/preguntas para fomentar la observación de las niñas y niños del tiempo meteorológico. La creación de este producto contempla un equipo multidisciplinario con experiencia en divulgación de la ciencia, ciencias atmosféricas y en divulgación con niños y niñas. Se repartirán 1.500 unidades de los calendarios y además se propone crear un formato digital descargable del calendario y otro del cuento (junto con un audio-cuento) para poder difundir en otros públicos. Esperamos despertar la curiosidad de las niñas y niños que viven en Chile sobre las Ciencias Atmosféricas y Cambio Climático una manera simple: mirando un calendario y pudiendo observar por la ventana o saliendo a ver el cielo y así conocer sobre el tiempo a través del vuelo que hace la lora.

El presente proyecto propone estudiar las intrusiones de agua marina (SWI, por sus siglas en inglés) en la localidad costera de Bucalemu, comuna de Paredones, Región de O’Higgins, con el objetivo de entender cómo las variaciones del nivel del mar y la llegada de Ríos Atmosféricos afectan la salinidad de suelos y cuerpos de agua costeros. Las SWIs constituyen un fenómeno en aumento debido al cambio climático y al alza sostenida del nivel medio del mar, lo que impacta negativamente los recursos hídricos, la calidad del suelo y la productividad agrícola. El proyecto surge como una extensión del trabajo previo realizado en Pichilemu por la Universidad de O’Higgins (proyecto URO RED21992), donde se evidenció un incremento en la conductividad eléctrica del suelo y la salinidad del estero San Antonio, asociados a eventos de lluvias intensas y marejadas vinculadas a Ríos Atmosféricos. Bucalemu, además de su importancia turística y pesquera, enfrenta presiones sobre su acuífero, declarado en restricción por el Ministerio de Obras Públicas, lo que refuerza la necesidad de un monitoreo científico del fenómeno. Desde una perspectiva interdisciplinaria, la investigación combina la geofísica, la edafología y la hidrogeología. La geofísica permitirá registrar las variaciones del nivel del mar y del estero mediante la técnica de reflectometría interferométrica GNSS (GNSS-IR), una metodología innovadora y costo-efectiva que usa señales satelitales para medir cambios de altura en cuerpos de agua. La edafología abordará los impactos de la salinidad en el suelo mediante muestreos sistemáticos a diferentes profundidades, mientras que la hidrogeología contribuirá a interpretar los procesos de mezcla entre agua dulce y salada. Las hipótesis de trabajo plantean que las variaciones de marea y los Ríos Atmosféricos generan incrementos de la conductividad eléctrica del suelo cerca de la desembocadura del estero, y que el impacto de las SWIs disminuye tierra adentro. Los objetivos específicos incluyen medir simultáneamente niveles de mar y agua, identificar y caracterizar Ríos Atmosféricos, analizar su relación con la salinidad del suelo, y realizar seminarios de difusión científica en la comunidad. La metodología contempla la instalación de dos estaciones GNSS y un sensor de conductividad eléctrica Teros- 12, junto a campañas de muestreo de suelo en invierno y verano. Los datos se complementarán con análisis de series temporales y catálogos de Ríos Atmosféricos derivados del reanálisis ERA5. Asimismo, se realizarán vuelos con dron para obtener modelos de elevación de alta precisión y determinar áreas vulnerables a inundación marina. El equipo de trabajo está liderado por el Dr. Raúl Valenzuela, experto en Ríos Atmosféricos y mediciones GNSS, junto a la Dra. Claudia Rojas, especialista en edafología, y el Dr. Etienne Bresciani, con experiencia en hidrogeología costera. La colaboración internacional incluye al Dr. Pierre Bosser (ENSTA Bretagne, Francia), experto en GNSS-IR. El proyecto contribuirá al manejo hídrico sostenible y la adaptación al cambio climático en la Región de O’Higgins, fortaleciendo el conocimiento científico y la resiliencia costera mediante una aproximación interdisciplinaria. Se espera que sus resultados sirvan como base para políticas públicas orientadas a la gestión del borde costero y la protección de ecosistemas como el Humedal de Bucalemu.

Consiste en diversos módulos de baja potencia que pueden configurarse e interconectarse para implementar variadas topologías emergentes de sistemas eléctricos y topologías de conversión como: microrredes, enlaces de alto voltaje en corriente continua (HVDC), convertidores modulares multinivel (MMC), sistemas de baterías (BESS), cargadores rápidos, entre otros. Cada módulo de potencia posee una unidad de control propia coordinada por una unidad central, lo que permite implementar esquemas de control distribuido. Además, la plataforma contempla una etapa de amplificación de potencia trifásica, que permite generar físicamente los voltajes y corrientes de un punto común de acoplamiento con una red eléctrica emulada en tiempo-real. Esto permite estudiar la interacción de la red emulada con los sistemas eléctricos y las topologías de conversión emergentes descritas anteriormente. Por consiguiente, esta plataforma agiliza el prototipado, tanto en hardware de potencia como de control, permitiendo la validación experimental de estrategias de control distribuido que, a diferencia del control centralizado (tradicionalmente utilizado en la academia e industria), presenta ventajas que son de utilidad para mejorar la resiliencia de los sistemas eléctricos, como son: mejor confiabilidad, flexibilidad, escalabilidad, operación plug-and-play y tolerancia a fallas de un solo punto.