Catastro e inspección preliminar de embalses mayores ...coronamiento de la presa, los siguientes...

REPÚBLICA DE CHILEMINISTERIO DE OBRAS PÚBLICASDIRECCiÓN GENERAL DE AGUAS

CATASTRO E INSPECCiÓN PRELIMINARDE EMBALSES MAYORES.

TERCERA ETAPA.SEXTA Y SÉPTIMA REGIONES

VOLUMEN 111

EVALUACiÓN PRELIMINAR DE LA SEGURIDADDE LOS EMBALSES DE LA sa REGiÓN

Preparado por:FIGUEIREDO FERRAZ

Consultoría e Ingeniería de Proyecto Ltda.

Departamento de Estudios y Planificación

S.I.T. N° 34

Santiago, Marzo 1996

'II:\ISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS

'Iinistro de Obras PúblicasSr. Ricardo Lagos E.

Director General de Aguas:Ing. Humberto Peña T.

Jefe Departamento de Estudios y Planificaciónlng. Carlos Salazar M.

Inspector Fiscal:lng. María Angélica Alegría C

C.C. Horacio Aguirre Z.

FIGUEIREDO FERRAZ, Cons. e Jng. de Proyecto Ltda.

Gerente General:Ing. Luiz Carlos Cordeiro da Costa.

Gerente de Contratos:lng. Francisco A. Orbeta C.

Jefe de Terreno:Ing. José M. Fuentes G.

ISEGURIDAD DE EMBALSES - 6a REGION I

ESTUDIO "CATASTRO E INSPECCIÓN PRELIMINAR DE EMBALSES

MAYORES. TERCERA ETAPA. SEXTA Y SÉPTIMA REGIONES".

TOMO 1

TOMO 2

TOMO 3

TOMO 4

CATASTRO DE EMBALSES MAYORES DE LA SEXTA REGiÓN.

CATASTRO DE EMBALSES MAYORES DE LA SÉPTIMA REGiÓN.

EVALUACiÓN PRELIMINAR DE LA SEGURIDAD DE LOS EMBALSESMAYORES DE LA SEXTA REGiÓN.

EVALUACiÓN PRELIMINAR DE LA SEGURIDAD DE LOS EMBALSESMAYORES DE LA SÉPTIMA REGiÓN.

SEGURIDAD DE EMBALSES - 6a REGION

EVALUACIÓN PRELIMINAR DE LA SEGURIDAD

DE LOS EMBALSES MAYORES DE LA 6& REGIÓN

INDICE DE MATERIAS

CAP 1 INTRODUCCIÓN

l. 1 Consideraciones Iniciales1.2 Objetivo de la Inspección Preliminar1.3 Alcance del estudio1.4 Localización de embalses1.5 Determinación de las causales de deterioro de un embalse

CAP 2 GEOMETRÍA DE LOS EMBALSES Y SUS OBRAS

2.1 Verificación de ancho de coronamiento de muros2.2 Verificación de revancha de muros

CAP 3 EVENTOS DESENCADENANTES DE FALLO

3.1 Efecto de la Erosión Retrógrada Interna (piping)3.2 Crecidas que producen rebasamiento de las presas

3.2.1 Metodología Aplicada3.2.2 Cálculo de la tormenta con probabilidad de excedencia de 250 años3.2.3 Tiempo de Concentración3.2.4 Determinación de la intensidad de la tonnenta de verificación3.2.5 Crecida de verificación3.2.6 Capacidad de las obras de seguridad

CAP 4 RIESGO SíSMICO

4.1 Consideraciones Iniciales4.2 Análisis espacio temporal4.3 Aceleración sísmica Séptima Región4.4 Análisis de riesgo sísmico4.5 Método "seud

ISEGURIDAD DE EMBALSES - 68 REGlaN I

CAP. 1 -INTRODUCCiÓN

1.1 Consideraciones Iniciales

El presente estudio, encomendado a esta Consultora - FIGUEIREDO FERRAZConsultoría e Ingeniería de Proyecto Ltda. - por la Dirección General de Aguas delMinisterio de Obras Públicas, comprende el "Catastro" y el "Informe Preliminar deSeguridad de los Embalses Mayores" de las Sexta y Séptima Regiones.

Según los Términos de Referencia, el estudio debe presentarse desdoblado en lossiguientes 4 libros:

1 Catastro de Embalses Mayores de la Sexta Región.

2 Catastro de Embalses Mayores de la Séptima Región.

3 Evaluación Preliminar de la Seguridad de los Embalses Mayores de la SextaRegión.

4 Evaluación Preliminar de la Seguridad de los Embalses Mayores de la SéptimaRegión.

El presente libro, corresponde a la Evaluación Preliminar de la Seguridad de losEmbalses de la Sexta Región y entrega una opinión técnicamente fundamentada de losposibles eventos desencadenantes de fallo de las obras y en relación con los riesgos aque estarían expuestos' personas, cultivos, infraestructura y otros bienes, situadosaguas abajo del muro de contención, de los embalses analizados en la Región.

El equipo de profesionales de la Consultora ha visitado 51 embalses, y los informa eneste texto. Se han seleccionado tanto de una lista de embalses de las Bases, como apartir de definiciones de terreno (datos de habitantes del lugar y otros informes), conequipos de topografía y la presencia explícita de un Ingeniero Civil senior en todosellos.

En las visitas inspectivas a los embalses, se llenaron fichas que incluyen informaciónque caracteriza completamente cada embalse y permiten apreciar, tal como lo planteaeste estudio preliminar, definido ese carácter preliminar en los Términos de Referencia,el grado de riesgo que se cerniría sobre las instalaciones situadas más abajo del lugar,motivado por eventual colapso del muro o de las obras de evacuación o entrega.Además, se tomaron fotografías de cada embalse que pasaron a formar parte delCatastro.

La clasificación de los suelos constituyentes del muro, fue determinada directamente enterreno conforme a los Términos de Referencia mediante una clasificación visual y,principalmente, corresponde a combinaciones de arcilla, arena y limos, lo que permitiódefinir parámetros establecidos en tablas de aceptación internacional.

I SEGURIDAD DE EMBALSES - 6a REGION I

1.2 Objetivo de la Inspección Preliminar

En concordancia con lo dispuesto en el Artículo 307 del Código de Aguas, la DirecciónGeneral de Aguas tiene la facultad de inspeccionar las obras mayores con el propósitode prevenir el deterioro o eventual destrucción de estas obras que pueda afectar laseguridad de terceros.

El estudio tiene por finalidad efectuar una apreciación preliminar de la seguridad de losembalses, de las Regiones Sexta y Séptima y recomendar acciones a seguir, si bien elpresente libro abarca sólo aquella Región.

1.3 Alcance del estudio

El Estudio contratado con FIGUEIREDO FERRAZ Consultoría e Ingeniería de ProyectoLtda., comprende:

A) Catastro o inventario, y

B) Informe Preliminar de Seguridad para embalses de la 6a y 7a Regiones, de loscuales 51 son de la 63 Región.

El Catastro formará parte del Catastro Público de Aguas, éste definido en el Código deAguas, Art. 122.

El Informe Preliminar de Seguridad está orientado a recomendar medidas tendientes a.cautelar la seguridad de terceros, conforme Art. 307 del Código de Aguas. Se obtendráasí una Evaluación Preliminar de Embalses Mayores en las Regiones indicadas.

En términos de mayor detalle, los estudios consideran:

Emisión de una Monografía que contenga: Ficha de ingreso de datos;descripción de los embalses y otros antecedentes para cada uno de ellos.

Redacción de un Informe General que incluya: Introducción (objetivos,metodología y criterios aplicados); síntesis global del trabajo realizado (tablascon características principales de los Embalses; planos y nóminas de suubicación); conclusiones y recomendaciones básicas; información de terreno, ocomprobación en éste de datos obtenidos. Estos últimos constituyen los puntoscruciales para todo el proyecto.


En terreno la Organización, conforme a los Términos de Referencia implica,para cada embalse:

Visitar cada uno, con óptica técnica.Completar las planillas de datos característicos.Elaborar planos o croquis del muro, del propio embalse y de las obras deevacuación.Tomar y presentar fotografías.Determinar las características del material de relleno del muro y las delvertedero.

Determinar cuales sismos y aceleraciones, en la áreas de localización de losembalses deben servir para la comprobación de la estabilidad antesolicitaciones sísmicas.

Analizar la estabilidad del muro.

Indicar los caudales de la crecida de verificación y sus períodos de retorno.

Estimar la capacidad de evacuación del vertedero.

Comparar las crecidas afluentes.

Analizar probables daños aguas abajo del muro por la crecida.

Establecer el riesgo total en el muro y en el área ubicada aguas abajo deltranque.

Todo lo anterior fue ejecutado por la Consultora, que, en la faena de terreno, tomóespecial precaución para usar topografía -hubieron hasta 3 equipos de topografía- quepermitiera mayor exactitud en los detalles, así como la visita de ingenieros de largaexperiencia en el tema.

La "Evaluación Preliminar de la Seguridad de los Embalses", abarca el análisis y lasrecomendaciones considerando, entonces, básicamente lo siguiente:

i) Datos de terreno: dimensionamiento de la obra, en especial la presa y suvertedero, tipo de materiales del muro, del vertedero, del suelo y del entorno.

ii) Datos de Gabinete: Compendiados de archivos de la DGA, DR, CNR, etc.

iii) Análisis de Mapas. En especial de planchetas 1:50.000 del IGM.

iv) Estudio de la literatura ad-hoc. Vgr: el "Small dams", sismología, otros estudiosde la DGA y DR, recomendaciones para el piping, las escorrentías, suelos, etc.

v) Consulta: con expertos en diversas áreas, como por ejemplo para la sismología,hidrología y mecánica de suelos.

I SEGURIDAD DE EMBALSES - 63 REGlaN I

vi) Otros: Definición de puntos de vista como para el período de retorno, para laaceleración sísmica, para el piping. Adopción de programas computacionales ysu uso en el procesamiento de datos.

1.4 Localización de Embalses

La ubicación de cada embalse de esta 63 Región se muestra en el plano generaladjunto.

1.5 Determinación de las causales de deterioro de un embalse

Según los Términos de Referencia del estudio, las causas de vaciamiento de losembalses que deben analizarse, pueden deberse a los siguientes fenómenosnaturales, extraordinarios o excepcionales:

1 Crecidas afluentes que sobrepasan el coronamiento del muro yconsecuentemente lo destruyan.

2 Destrucción del muro o de las fundaciones, por erosión retrógada interna oprogresiva (Piping).

3 Sismos que destruyen o afectan el muro.

Sin embargo, también existen otros fenómenos de carácter ordinario que, por su acciónreiterada y sostenida, pueden colaborar en el colapso de la obra, tales como:

1 El efecto de ola, sobre el talud interno de los muros, que disminuye el ancho decoronamiento.

2 Los sentamientos diferenciales del muro que disminuyen su revancha original.

3 La erosión retrógrada abierta de las obras de rebase y/o de entrega, que afectaa las fundaciones del muro o de las obras anexas.

4 El tránsito de ganado, que suelta y desliza material del coronamiento y de lostaludes.

5 La erosión de taludes producido por lluvias.

6 El desarrollo de madrigueras de roedores

7 El corte de árboles existentes en muros del EM.

I SEGURIDAD DE EMBALSES - 63 REGION I

2.2 Verificación de la revancha de los muros

La revancha medida en los embalses inspeccionados es precaria en numerosos casos,lo que obliga a analizar este parámetro.

Se han hecho dos verificaciones:

Primera:

Segunda:

mediante la nivelación de los coronamientos de las presas se conoce ladiferencia de cota OH, entre sus puntos más alto y más bajo, y ladiferencia que ellas producen en las revanchas disponibles. Ver cuadro2.2 adjunto.

En este cuadro se incluye además la revancha actual, obtenida como ladiferencia de cota entre cota mínima del coronamiento y el umbral delvertedero y el aumento de revancha, que sería aquella obtenida alrellenar el coronamiento hasta la cota máxima medida.

comparándolas con aquellas que recomiendan los textos especializados.

Justin recomienda como desnivel entre el umbral del vertedero de seguridad y elcoronamiento de la presa, los siguientes valores:

Altura

Presas

BajasMedianasAltas

(m)30

revancha

(m)0,9 - 1,51,8 - 3,03,3 - 9,0

La revancha sobre la cota normal de un embalse es la altura que debe tener el muropara no ser rebasado por encima de su coronamiento al producirse simultáneamente:

i) Su llenado total.ii) La crecida de diseño.iii) La ola que produce el viento.iv) El repeche o ascenso que la ola tiene, al topar al talud interno de la

presa.

Es decir, la revancha debe ser igualo superior a la suma de:

a = altura de la olab = altura del repeche de la olah = altura del agua (carga sobre el umbral del evacuador de crecidas)

SEGURIDAD DE EMBALSES 6" REGIÓN _1

CUADRO 2.2 VERIFICACION COTAS DE CORONAMIENTO EMBALSES Y SU REVANCHA'

Cota Cota Dit. Cota (OH) Revancha Aumento deN° Embalse Máxima Mlnima Coronamiento Ac1ual - Revancha _.

(m) (m) (m) (m) %6001 PILAICITO 49,84 49,18 0,69 1,08 63,896004 ROMERAL M1 51,28 50,46 0,82 0,46 178,26

ROMERAL M2 51,28 50,59 0,69 0,32 215,626010 PICARQUfN 100,29 99,21 1,08 1,99 54,276012 LOS NOVIOS 100,04 99,10 0,94 0,06 1566,676024 PAILlMO I 99,60 97,06 2,54 4,02 63,186025 PAILlMO 11 M1 100,47 99,48 0,99 1,78 55,62

PAILlMO 11 M2 100,43 99,42 1,01 1,78 56,746026 LA ROSA 100,00 99,26 0,74 1,11 66,676027 ALCONES 100,30 99,50 0,80 5,03 15,906028 ALro COLORADO 102,89 102,19 0,70 0,86 81,406029 MALLERMO 103,10 102,00 1,10 1,47 74,836031 AGUADILLA 102,37 101,13 1,24 0,15 826,676032 LOS MAITENES 106,72 105,86 0,86 0,20 430,006033 SAN GUILLERMO 100,90 100,21 0,69 0,80 86,256034 POROTAL 101,65 100,30 1,35 0,30 450,006035 YERBAS BUENAS 101,75 101,01 0,74 0,81 91,366038 CARRIZAL 100,19 99,70 0,49 1,70 28,826039 PIHUCHEN 100,20 99,97 0,23 0,23 100,006040 LA ESPERANZA 100,37 99,77 0,60 1,08 55,566044 IDAHUE 50,37 49,13 1,24 0,36 344,446050 ESMERALDA 51,40 50,79 0,61 0,79 77,226056 SAN ISIDRO 50,75 50,00 0,75 0,12 625,006062 NILAHUE 100,99 99,80 1,19 2,20 54,096063 LOLOL 103,93 103,53 0,40 2,53 15,816065 SALTO DE AGUA 98,59 97,05 1,54 0,57 270,186066 CALLlHUE 101,87 100,00 1,87 3,50 53,436068 PATAGUA CO. G. 100,15 99,75 0,40 0,75 53,336069 MILLAHUE 100,39 100,18 0,40 1,88 21,286070 SAN JOSÉ P. 99,75 99,47 0,28 1,57 17,83

Páaina 1 de 2


CAP. 3 - EVENTOS DESENCADENANTES DE FALLO

3.1 Efecto de la Erosión Retrógrada Interna (Piping)

El piping se presenta en las presas recién construidas, con fundaciones permeables, enque las líneas de percolación tienen bajas pérdidas de carga y la subpresión queaquellas ejercen sobre los suelos del pie de la presa o de las fundaciones es similar alpeso de dichos suelos.

Suelen presentarse problemas de plplng después de transcurrido algún tiempo deconstrucción, si existen estratos o vías de filtraciones preferentes, que concentran elflujo de agua a pequeñas secciones, produciendo velocidades que pueden arrastrarpartículas del suelo percolado.

Una causa de falla del tipo de obra que se analiza, puede provenir del acarreo de finosproducido por las filtracíones a través del muro o de las fundaciones. Este fenómeno sepresenta cuando la subpresión en el talud externo del muro o en la superficie de lasfundaciones fuera de las trazas de él, es mayor que el peso propio de los materiales yrellenos que atraviesa.

Importa primeramente, conocer los puntos de emergencia de las filtraciones y, enseguida, determinar si existe la condición de arrastre de finos. Incide en lo anterior, laforma de operación de cada embalse.

La línea fréatica a través del muro de una presa homogénea de tierra, puededeterminarse asimilándola a una parábola de eje horizontal con su foco en el pie deltalud externo de la presa (método de Kozeny). Esta línea emerge en el tercio .inferiordel talud externo, como se indica en el gráfico siguiente.

V"¡'~/l ¡:-,¿iu;r¡cfiI

H


El presente estudio adopta un criterio simplificatorio, determinando el tiempo quetranscurre desde que el agua inicia su percolación en el talud interno del muro hastaque emerge aguas abajo de la presa, comparándola con el tiempo que el embalse estácon agua, alimentando las líneas de flujo a través de las fundaciones.

En efecto, numerosos embalses inspeccionados operan como reguladores de noche yde fin de semana, por lo que las líneas de flujo no se estabilizan, ni tienen unacontinuidad o permanencia con niveles altos de agua, que amenacen la estabilidad delas obras o sus fundaciones.

El resto de ellos corresponde a embalses de temporada que se llenan con las lluvias deinvierno para ser utilizados en el riego de la temporada comprendida entre los mesesde septiembre a marzo, por lo que tampoco logran desarrollarse las líneas de flujo através de sus fundaciones.

Según la clasificación de la permeabilidad de los suelos hecha por Casagrande yFadum, indicada más abajo, y teniendo en consideración que los suelos de losembalses inspeccionados, en su mayoría son mezcla de ~r5nas, limos y arcillas, supermeabilidad está en un valor promedio 5 mIaño (1,6 x 10 cm/s), por lo que no esposible que las líneas de flujo alcancen la cara externa del muro o de las fundaciones alpie de la presa, según se concluye al revisar el recorrido que deben tener para cadaEM. En el caso que lo logren, no tienen la energía necesaria para desplazar partículasy producir la erosión tubular (piping).

Tipo Rango Coeficiente Grado dede Permeabilidad Permeabilidad

Suelo k cm/s del suelo

Grava > 10-1

Arena 10-1 a 10-3 Permeable

Arena y Limos 10-3 a 10-4

Mezcla Arenas

Limos y Arcilla 10-4 a 10-7 Impermeable

Arcilla < 10-7 Impermeable

Por otra parte el problema de plplng se hace más improbable a medida que seconsolidan los rellenos del muro o de las fundaciones, por el paso de los años,obteniendo un 80% de su valor máximo en los primeros 10 años.

En el Cuadro 3.0 se ha calculado la longitud de la línea de flujo por la fundación decada muro, agregando una columna con la antigüedad de la presa.

Según lo indicado en el cuadro 3.0, para el caso de los embalses catastrados, laerosión retrógrada interna a través de los rellenos del muro o de sus fundaciones, noconstituye un evento desencadenante de fallo.

SEGURIDAD DE EMBALSES - 63 REGION

Sin embargo, la visita inspectiva hecha a dichos embalses ha demostrado la presenciade humedad y/o saturación y/o filtraciones por el talud externo o de vegas fuera de lastrazas del muro, lo que está señalando que, por razones de diseño o constructivas,existen algunas vías preferentes de agua que constituyen evento desencadenante defallo.

3.2 Crecidas que producen rebasamiento de las presas

Se verifica si hay rebasamiento de las presas comparando la crecida de diseño de lacuenca aportante de cada embalse con la capacidad de evacuación de sus respectivosvertederos de seguridad.

Este método simplificado no considera el efecto regulador que produce el embalsesobre la crecida que debe evacuarse, dado el pequeño impacto atenuador de lascapacidades de los EM catastrados.

3.2.1 Metodología Aplicada

1.- La crecida de verificación adoptada en el presente estudio es aquella con unperíodo de recurrencia de 250 años.

La Comisión Nacional de Riego, en las Bases de sus concursos públicos deproyectos de riego, para optar al subsidio de la ley 18.450, exige dicho período derecurrencia.

2.- Al no disponerse de estadísticas de escurrimiento en los puntos de nuestrointerés, existen varios procedimientos para estimar los caudales máximos deescurrimiento de cada cuenca aportante, en función de las precipitaciones,fórmula tales como la fórmula Racional, de McMath, de Verni-King, etc.

Se usa por su simplicidad, la Fórmula Racional, cuya expresión válida paracuencas aportantes de hasta 5 km2, es:

Q= C x 1x A (m3 /s).3,6

C = coeficiente de escorrentía;I = intensidad de lluvia en mm;A = área de la cuenca aportante en km2.


En concordancia con lo anterior, se debe calcular el coeficiente de escorrentía,cuadro 3.1, la intensidad máxima de la tormenta de diseño, cuadro 3.2, y lasuperficie de las cuencas aportantes, cuadro 3.3, de cada EM.

Según la ubicación que tienen los Embalses respecto de su fuente dealimentación, se han excluido aquellos embalses isla y/o laterales, debido a quepor ser alimentados por canales, los caudales aportantes, no sobrepasan lacapacidad de las obras de entrega desde dichos cauces artificiales.

Se ha aplicado a las cuencas de superficie mayor de 5 km2, la fórmula de Verni-King, dado que con la fórmula Racional se obtienen para la crecida de diseño,valores mayores que los reales. Cuadro 3.3.

La Fórmula de Verni - King ha sido presentada en el estudio de estos autoresdenominado "Estimación de crecidas en cuencas no controladas".

Se basa en un análisis dimensional, empleando información de caudales obtenidaen diferentes embalses y secciones de ríos. Comprendidos entre el Río Quilimaríy el Río Imperial, cuyas características son similares a los embalses materia delpresente estudio (cuencas medianas, régimen pluvial, etc).

Q = 0,00615 x P 1,24 X A 0,88

P = Precipitación máxima en 24 horas en mm.A = Área de la cuenca en km2

3.- Se calcula la capacidad de evacuación de los vertederos de cada EM. Ver cuadro3.4.

4.- En cuadro 3.5 se anota, para su comparación, la capacidad de los vertederos delos EM del presente estudio y la crecida afluente.

3.2.2 Cálculo de la tormenta con probabilidad de excedencia de 250 años

Para calcular los caudales que deben evacuar los vertederos de seguridad de los EMdel presente estudio, se utiliza una metodología desarrollada por la D.G.A.,denominada "Metodología para estimar precipitaciones de cualquier duración y períodode retorno a partir de coeficientes de duración y frecuencia", publicada con el título"Precipitaciones máximas en 1, 2 Y3 días".


Esta metodología permite estimar las precipitaciones de cualquier duración y períodode retorno a partir de coeficientes de duración y de frecuencia con un adecuado nivelde elaboración con períodos de retorno de hasta 100 años.

Determinados los coeficientes de duración CDt y de frecuencia CFtT es posible

determinar en forma genérica la precipitación de duración "t" y período de retorno "T",mediante la expresión siguiente:

T T 10

PI = CE X COI X P2-1

Basado en la expresión anterior, nos interesa calcular la precipitación máxima que seespera ocurra con un período de recurrencia de 250 años, y con una duración (t) igualo mayor que el tiempo de concentración (tc) de la cuenca aportante de cada Embalse(EM).

De la carta de isolíneas de precipitación máxima diaria con período de retorno de 10

años para la zona de Estero Nilahue, se obtiene p~: = 100 mm y un coeficiente de

duración CD24 = 1.

El coeficiente de frecuencia ('F;~o se extrapola gráficamente a partir de los valores de

la tabla de anexos, obteniéndose un valor de 1,62 que se multiplica por la precipitacióndiaria máxima para una recurrencia de 10 años, según la expresión siguiente:

1(1 2511

P24 x CF 24 X C024

3.2.3 Tiempo de Concentración:

100 mm x 1,62 x 1

162 mm

Definido el tiempo de concentración (tc), como el tiempo que emplea la partícula deagua caída desde el punto más alejado de la cuenca aportante de un EM para llegar alvertedero de seguridad, éste se calcula mediante la expresión de Giandotti:

te = 4..fA + 1,5L (hrs)o,8~DIr

A : superficie de la cuenca en km2

L : longitud del cauce en kmOh : diferencias de cotas entre cota media y cota salida cuenca en m


En cuadro 3.2, se indican las características físicas de las cuencas aportantes de cadaEM, y el cálculo de sus respectivos tiempos de concentración. (tc)

3.2.4 Determinación de la intensidad de la tormenta de verificación

Sobre la base de esta precipitación diaria, y del tiempo de concentración, mediante lafórmula de Grunsky,

125U

le P25U X .J24/2~ te24

[mm / hr]

se determina la intensidad de las precipitaciones para los tiempos de concentración decada embalse, cuadro 3.2.

3.2.5 Crecida de verificación

En cuadros 3.1 y 3.3 se incluyen, respectivamente, el cálculo del coeficiente deescorrentía y el cálculo de la crecida de diseño, según las fórmulas "Racional" y de"Verni-King".

3.2.6 Capacidad de las obras de seguridad

En cuadro 3.4 se incluye la verificación de las capacidades de las obras de seguridadde cada embalse para lo cual se ha utilizado la expresión genérica Q = mLh --J2gh.

mLh

===

coeficiente de gastolargo del vertedero, en metroscarga de agua sobre el vertedero, en metros.

En el cuadro 3.5, se comparan la crecida de diseño con la capacidad de evacuación decada vertedero (cuadro 3.3 y 3.4) para conocer en cuales se producirá rebasamientopor sobre el muro.

CUADRO 3.0 LINEAS DE FLUJO DE MUROS Y ANTIGÜEDAD DE EMBALSE

Altura Ancho Largo largo longitud EdadN° Embalse Muro Coronam ¡ento Talud.lnt. Talud Ext. lino Flujo Embalse(m) (m) (m) (mI (m) (años)6001 PILAICITO 17,60 2,00 26,40 19,36 47,76 486004 ROMERAL 9,64 5,50 23,14 18,32 46,95 48

ROMERAL 5,30 2,00 14,84 10,60 27,44 486010 PICARQUIN 18,06 2,50 32,51 25,28 60,29 516012 LOS NOVIOS 5,17 8,50 8,27 13,44 30,21 666024 PAILlMO I 14,95 4,40 29,90 25,42 59,72 626025 PAILlMO 11 4,47 5,00 8,94 8,94 22,88 76

PAILlMO II 5,05 5,50 10,10 8,59 24,19 766026 LA ROSA 10,56 4,00 31,68 31,68 67,36 666027 ALCONES 29,80 6,00 65,56 50,66 122,22 616028 ALTO COLORADO 10,33 5,50 30,99 18,59 55,08 636029 MALLERMO 6,04 5,50 24,16 15,70 45,36 666031 AGUADILLA 5,00 2,00 10,00 8,00 20,00 366032 LOS MAITENES 5,73 4,70 11,46 11,46 27,62 466033 SAN GUILLERMO 5,10 2,00 10,20 10,20 22,40 466034 POROTAL DE ALCONES 3,25 4,20 4,88 9,7.5 18,83 666035 YERBAS BUENAS 2,50 0,50 8,25 8,25 17,00 566038 CARRIZAL 15,93 4,00 20,71 25,49 50,20 716039 PIHUCHEN 2,80 1,50 5,04 5,04 11,58 566040 LA ESPERANZA 12,96 5,00 20,74 20,74 46,47 1086044 IDAHUE 6,89 2,50 11,71 13,09 27,30 666050 ESMERALDA 3,29 1,50 9,21 4,61 15,32 346056 SAN ISIDRO 4,32 1,50 6,48 8,64 16,62 386062 NILAHUE 12,68 6,50 31,70 19,02 57,22 706063 LOLOL 29,00 6,00 87,00 72,50 165,50 586065 SALTO DE A. 3,04 1,00 6,08 6,08 13,16 416066 CALLlHUE 15,31 2,50 33,68 24,50 60,68 566068 PATAGUAC. 3,00 3,50 6,00 6,00 15,50 466069 MILLAHUE 11,88 7,00 23,76 23,76 54,52 426070 SAN JOSE PATAGUAS 10,45 5,00 20,90 20,90 46,80 35

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CUADRO 3.0 LINEAS DE FLUJO DE MUROS Y ANTIGÜEDAD DE EMBALSE

Altura Ancho Largo Largo Longitud EdadN° Embalse Muro Coronamiento Talud. Int. Talud Ext. Lin. Flujo Embalse

(m) (m) (m) (m) (m) (años)6075 RINCONADA 3,59 2,00 3,59 7,18 12,77 466080 SANTA ISABEL 3,32 3,00 6,64 9,96 19,60 616081 CULENCO 2,70 2,70 8,64 8,64 19,98 316082 PATAGUILLA 12,67 3,60 27,87 27,87 59,35 566101 CHANCÓN 4,87 2,50 14,61 9,74 26,85 116102 LOS MAQUIS O LA VERDAD 6,96 3,00 17,40 13,92 34,32 516103 EL GUAICO 6,82 4,00 20,46 13,64 38,10 126104 EL HUIQUE 9,13 3,00 27,39 18,26 48,65 86105 CONVENTO VIEJO 16,00 5,00 44,80 32,00 81,80 36106 TIERRUCA 7,54 5,00 22,62 18,85 46,47 36107 SAN VICENTE 8,80 3,00 26,40 17,60 47,00 26108 EL CARDONAL 9,90 3,50 24,75 19,80 48,05 36109 LAGUNILLAS 7,48 4,00 22,44 14,96 41,40 86112 SAPOS 14,00 6,00 42,00 35,00 83,00 566113 GUIDO SOTO 7,81 4,00 11,72 11,72 27,43 136114 SANTA LUcíA 7,97 4,00 15,94 15,94 35,88 166115 JRAMIREZ 10,00 4,00 20,00 20,00 44,00 16116 LA TROYA 3,50 2,00 7,00 7,00 16,00 566117 LA GLORIA 5,73 2,00 8,60 8,60 19,19 146118 LOS NEGROS 7,20 2,00 15,12 14,40 31,52 466119 QUESERIA 4,80 8,00 7,20 7,20 22,40 666120 PANILONCO 15,90 8,00 39,75 27,03 74,78 666121 EL RINCON 2,50 2,00 6,75 4,50 13,25 2

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SEGURIDAD DE EMBALSES 6" REGiÓN

CUADRO 3.1 DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE ESCORRENTIA

N° Embalse Pendiente Cobertura Textura Valor% Vegetal Suelo C

6001 PILAICITO 10 - 30 pastizales arcilloso 0,606004 ROMERAL M1 10 - 30 bosques arcilloso 0,60

ROMERAL M2 10 - 30 bosques arcilloso 0,606010 PICARQUíN 5 - 10 bosques arcilloso 0,50

6012 LOS NOVIOS O - 5 bosques arcilloso 0,406024 PAILlMO I 5 - 10 bosques arcilloso 0,506025 PAILlMO 11 M1 O - 5 pastizales arcilloso 0,50

PAILlMO 11 M2 O - 5 pastizales arcilloso 0,506026 LA ROSA 10 - 30 bosques arcilloso 0,60

6027 ALCONES 5 - 10 bosques arcilloso 0,50

6028 ALTO COLORADO 5 - 10 bosques arcilloso 0,50

6029 MALLERMO 5 - 10 bosques arcilloso 0,55

6031 AGUADILLA 5 - 10 pastizales arcilloso 0,556032 LOS MAITENES O - 5 pastizales arcilloso 0,50

6033 SAN GUILLERMO O - 5 pastizales arcilloso 0,40

6034 POROTAL O - 5 pastizales arcilloso 0,40

6035 YERBAS BUENAS O - 5 pastizales arcilloso 0,40

6038 CARRIZAL 10 - 30 bosques arcilloso 0,606039 PIHUCHEN O - 5 pastos arcilloso 0,406040 LA ESPERANZA 5 - 10 pastos arcilloso 0,556044 IDAHUE 5 - 10 pastos arcilloso 0,35

6050 ESMERALDA - - - *6056 SAN ISIDRO - - - ·6062 NILAHUE 10 - 30 bosques arcilloso 0,60

6063 LOLOL 10 - 30 bosques arcilloso 0,606065 SALTO DE AGUA - - - ·6066 CALLlHUE 5 - 10 pastizales arcilloso 0,556068 PATAGUA C. - - - ·6069 MILLAHUE 5 - 10 bosques arcilloso 0,506070 SAN JOSÉ P. 10 - 30 bosques arcilloso 0,55

6075 RINCONADA - - - ·6080· SANTA ISABEL - - - ·6081 CULENCO 5 - 10 pastos arcilloso 0,556082 PATAGUILLA 5 - 10 pastos arcilloso 0,55

6101 CHANCÓN - - - *6102 LOS MAQUIS 10 - 30 bosques arcilloso 0,406103 EL GUAICO 5 - 10 bosques arcilloso 0,50

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,------------------_. -SEGURIDAD DE EMBALSES 68 REGiÓN

CUADRO 3.1 DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE ESCORRENTIA

N° Embalse Pendiente Cobertura Textura Valor% Vegetal Suelo C

6104 EL HUIQUE 10 - 30 bosques arcilloso 0,50

6105 CONVENTO V. - ..6106 TIERRUCA 5 - 10 pastizales arcilloso 0,556107 SAN VICENTE 5 - 10 bosques arcilloso 0,50

6108 EL CARDONAL O - 5 pastizales arcilloso 0,506109 LAGUNILLAS 5 - 10 pastizales arcilloso 0,556112 SAPOS O - 5 suelo desnudo limoso 0,506113 GUIDO SOTO O - 5 pastizales arcilloso 0,506114 SANTA LucíA 5 - 10 pastizales arcilloso 0,506115 J. RAMíREZ 10 - 30 bosques limoso 0,50

6116 LA TROYA - - - .6117 LA GLORIA 5 - 10 pastizales limo arcilloso 0,506118 LOS NEGROS 5 - 10 bosques arcilloso 0,506119 QUESERíA 5 - 10 bosques arcilloso 0,50

6120 PANILONCO 5 - 10 bosques arcilloso 0,50

6121 EL RINCÓN - - - .Embalse sin cuenca aportante

Se adopta caudal de diseño de la Dirección de Riego

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SEGURIDAD DE EMBALSES 6 3 REGiÓN

CUADRO 3.4 VERIFICACION DE CAPACIDAD DE EVACUACION DEL VERTEDERO DE LOS EM.

L H Q h r BN° Embalses Largo Muros Capacidad Cargo sobre Revancha Borde

Vertedero laterales Vertedero Vertedero Actual Libre(m) (m) (m3/s) (m) (m) (m)

6001 PILAICITO 1,00 1,40 1,37 0,80 1,08 0,286004 ROMERAL M1 3,50 1,33 6,70 1,00 0,46 -0,54

ROMERAL M2 0,32 0,326010 PICARQUIN 12,85 2,65 45,36 1,50 1,99 0,496012 LOS NOVIOS 10,00 0,40 2,44 0,23 0,06 -0,176024 PAILlMO I 10,00 1,50 26,00 · 1,00 4,02 3,026025 PAILlMO If M1 10,00 1,50 13,50 1,00 1,78 0,78

PAILlMO I1 M2 1,78 1,786026 LA ROSA 7,85 1,85 32,00 · 1,65 1,11 -0,546027 ALCONES 12,6 (4) 4,04 68,48 .2,00 5,03 3,036028 ALTO COLORADO 1,80 1,54 1,85 0,60 0,86 0,266029 MALLERMO 14,35 39,60 ,1,30 1,47 0,176031 AGUADILLA 1,00 1,30 1,13 ':0,70 0,15 -0,556032 LOS MAITENES 3,00 1,50 5,76 '.1,00 0,20 -0,806033 SAN GUILLERMO 2,50 0,80 0,43 .0,30 0,80 0,506034 POROTAL 5,00 4,50 0,60 0,30 -0,306035 YERBAS B. 0,50 1,00 0,50 · 0,60 0,81 0,216038 CARRIZAL 11,30 61,40 2,00 1,70 -0,306039 PIHUCHEN 0,23 0,236040 LA ESPERANZA 11,00 1,50 21,13 1,00 1,08 0,086044 IDAHUE 20,00 1,60 38,43 1,00 0,36 -0,646050 ESMERALDA 10,70 2,29 0,20 0,79 0,596056 SAN ISIDRO 1,60 0,20 0,12 0,126062 NILAHUE 15,20 40,80 1,25 2,20 0,956063 LOLOL 34,50 120,00 1,50 2,53 1,036065 SALTO DEA. 0,57 0,576066 CALLlHUE 10,00 76,00 2,50 3,50 1,006068 PATAGUA C. 0,50 0,75 0,75

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SEGURIDAD DE EMBALSES 6a REGiÓN ~

CUADRO 3.4 VERIFICACION DE CAPACIDAD DE EVACUACION DEL VERTEDERO DE LOS EM.

L H Q h r BN° Embalses Largo Muros Capacidad Cargo sobre Revancha Borde

Vertedero laterales Vertedero Vertedero Actual Libre(m) (m) (m3/s) (m) (m) (m)

6069 MILLAHUE 106,00 44,40 1,00 1,88 0,886070 SAN JOSE 58,60 66,44 1,70 1,57 -0,136075 RINCONADA 1,37 0,20 0,07 -0,136080 SANTA ISABEL 0,40 0,70 0,706081 CULENCO 5,80 11,10 1,00 0,26 -0,746082 PATAGUILLA 12,20 13,70 0,70 1,34 0,646101 CHANCÓN 9,40 4,66 0,62 0,626102 LOS MAQUIS 3,20 0,45 3,00 0,20 1,00 0,806103 EL GUAICO 7,50 1,50 10,00 1,00 1,50 0,506104 EL HUIQUE 10,00 1,50 17,50 1,00 1,35 0,356105 CONVENTO V. * 1100,00 2,20 2,206106 TIERRUCA 12,00 3,00 42,80 1,15 1,13 -0,026107 SAN VICENTE 10,00 1,50 11,10 1,00 1,40 0,406108 EL CARDONAL 5,00 1,50 4,15 1,00 1,40 0,406109 LAGUNILLAS 1,50 1,35 2,75 0,80 1,24 0,446112 SAPOS 20,00 2,40 2,406113 GUIDO SOTO n/t6114 SANTA LucíA 2,50 8,00 1,40 1,02 -0,386115 J.RAMIREZ n/t6116 LA TROYA n/t6117 LA GLORIA 0,60 1,20 1,00 1,006118 LOS NEGROS 20,00 38,40 1,00 0,49 -0,516119 QUESERIA 7,85 5,30 0,50 0,506120 PANILONCO 11,60 3,30 3,306121 EL RINCON 0,50 0,50 0,50

n/t No tiene vertedero

86CDR3-4.XLS

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CUADRO 3.5 CRECIDA DE VERIFICACiÓN Y CAPACIDAD DE EVACUACiÓNDEL VERTEDERO DE SEGURIDAD

Q Crecida Capacidad de Déficit

N° Embalse de Diseño Vertedero Capacidad(m3/s) (m3/s) Evacuación

6001 PILAICITO 5,65 1,37 *

6004 ROMERAL M1 6,23 6,70

ROMERAL M2

6010 PICARQUIN 44,39 45,36

6012 LOS NOVIOS 2,40 2,44

6024 PAILlMO I 44,39 19,20 *

6025 PAILlMO 11 M1 13,50 19,20

PAILlMO 11 M2

6026 LA ROSA 20,90 32,00

6027 ALCONES 59,80 68,50

6028 ALTO COLORADO 1,50 1,85

6029 MALLERMO 22,20 39,60

6031 AGUADILLA 4,60 1,10 *

6032 LOS MAITENES 3,00 5,80

6033 SAN GUILLERMO 5,40 0,43 *

6034 POROTAL 9,70 4,50 **.6035 YERBAS BUENAS - 0,506038 CARRIZAL 69,30 122,80

6039 PIHUCHEN 7,00 s/v *

6040 LA ESPERANZA 20,00 21,13

6044 IDAHUE 41,60 38,43

6050 ESMERALDA - 2,296056 SAN ISIDRO - -6062 NILAHUE 27,40 40,80

6063 LOLOL 49,60 121,90

6065 SALTO DE AGUA - -6066 CALLlHUE 26,50 76,00

6068 PATAGUA C. - -6069 . MILLAHUE 44,40 203,60

6070 SAN JOSÉ P. 66,40 249,70

6075 RINCONADA - -6080 SANTA ISABEL - .6081 CULENCO 16,60 11,10 *

6082 PATAGUILLA 27,80 13,70 *

6101 CHANCÓN - -6102 LOS MAQUIS 12,20 0,55 *

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CUADRO 3.5 CRECIDA DE VERIFICACiÓN Y CAPACIDAD DE EVACUACiÓNDEL VERTEDERO DE SEGURIDAD

Q Crecida Capacidad de Déficit

N° Embalse de Diseño Vertedero Capacidad(m3/s) (m3/s) Evacuación

6103 EL GUAICO 10,00 r 14,40

6104 EL HU\QUE 31,50 . 19,20 *

6105 CONVENTO V. - (1.100)6106 TIERRUCA 12,60 (42,80)

6107 SAN VICENTE 13,80 19,20

6108 ELCARDONAL - 9,606109 LAGUNILLA 12,20 1,80 *

6112 SAPOS 10,20 -6113 GUIDO SOTO 15,00 s/v *

6114 SANTA LUCíA 16,10 8,00 *6115 J. RAMíREZ - -6116 LA TROYA - s/v6117 LA GLORIA - 1.206118 LOS NEGROS 3,20 38,40

6119 QUESERíA - 5,306120 PANILONCO 11,00 11,60

6121 EL RINCÓN 0,30 0,50

s/v*

**

Sin VertederoFalta Capacidad de vertederoDebe habilitarse vertedero auxiliar existente con capacidad = 4,5 m3/s

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ISEGURIDAD DE EMBALSES - 63 REGION I

CAP. 4 - RIESGO SíSMICO

4.1 Consideraciones iniciales

El análisis de riesgo sísmico se lleva a cabo para la determinación de parámetros dediseño usados en la evaluación del sitio de emplazamiento y de la estructuraconsiderada. Básicamente, existen dos procedimientos para determinar talesparámetros: métodos determínisticos o métodos probalísticos.

En los métodos determinísticos se efectúan los siguientes pasos:

Evaluación sismológica y geológica de la zona sísmica asociada.Determinación del o los sismos históricos más importantes en dicha zona y suscaracterísticas ( ubicación, magnitud, etc. ).Cálculo de los parámetros sísmicos de interés (por ejemplo, aceleración,velocidad, duración, etc.) para dichos eventos por medio de relaciones deatenuación preexistentes o derivadas de la información recopilada para la zonasísmica.Elección de los sismos de diseño usando algún criterio adecuado de selección.Determinación de la probabilidad de ocurrencia de dichos eventos usando lainformación de la ocurrencia de sismos en dicha región para estimar su períodode recurrencia.

El procedimiento así descrito se basa en que los maxlmos eventos registradoshistóricamente son representativos de la actividad sísmica de la zona y que dichoseventos tienden a repetirse, manteniendo básicamente sus características. Paradeterminar los parámetros sísmicos de diseño, se eligen estos mismos eventos consus características algo magnificadas.

En los métodos probabilísticos la estimación del riesgo sísmico consiste en obtener laprobabilidad de excedencia de un cierto nivel de la intensidad sísmica en un lugar dadoy durante un período de tiempo especificado. Este procedimiento involucra lossiguientes elementos:

Modelación probabilística de las fuentes que originan los sismos y de su actividad.Descripción de la relación frecuencia-magnitud de los eventos sísmicos asociadaa cada fuente sísmica o a una región en particular.Representación de la atenuación de la intensidad del movimiento sísmico con ladistancia, magnitud y otras variables que influyen en el fenómeno.Modelación de las ocurrencias de sismos en el tiempo en las distintas fuentessísmicas.


Debe notarse que cada uno de los elementos referidos incorpora incertidumbres quedeben ser modeladas y analizadas usando métodos probabilísticos.

La probabilidad de excedencia de un nivel ' y I de un parámetro ' Y , , que se definecomo medida de la intensidad sísmica, para una ocurrencia dada, se calcula usando elteorema de la probabilidad total:

P (Y y) = P (Y y / x) fx (x) dx

en que P indica probabilidad, x es un vector de variables aleatorias que influyen en elvalor de Y, y la integral se realiza sobre todos los posibles valores de x. La complejidadde la formulación y evaluación de esta integral está directamente relacionada con elgrado de sofisticación en la modelación probabilística del problema sísmico.

En razón de la mayor simplicidad, y sobre todo a que existen mediciones reales deaceleraciones en temblores importantes, dentro de las regiones en estudio, el Consultorpropone usar en método determinístico como el que se presenta más adelante.

Se ha analizado el comportamiento de las presas del estudio ante eventos sísmicos,cuyo epicentro se localiza en la zona en estudio. El desarrollo teórico descansa sobreuna base conceptual que incluye un análisis retrospectivo de sismos mayores ocurridosdesde los primeros asentamientos hispanos hasta la fecha actual y sobre unainterpretación de los patrones locales de comportamiento geofísico y sus singularidadesasociadas.

La aplicación se estructura en módulos que estiman la aceleración y el coeficientesísmico en la presa propiamente tal, el potencial destructivo en las localidades aguasabajo de la obra de acumulación y la estabilidad de los taludes para máximas alturas deagua, correspondiendo esta conformación a la situación, en general, más desfavorable.

La literatura chilena es abundante respecto a sismología histórica, cuyo principalobjetivo es prolongar hacia el pasado los catálogos sísmicos, asegurando que lasestadísticas de riesgo tectónico se consoliden sobre datos prolongados de variosperíodos. Sin embargo, en la actualidad es evidente que los sismos que causan dañosde alguna consideración al cuerpo de las presas de tierra, se repiten dentro de rangosprudentes de frecuencia temporal, casi siempre en los mismos lugares.

Resulta imprescindible, entonces, determinar la localización temporal y. espacial desismos mayores, estimando la magnitud y frecuencia de ellos. Para lograr tal propósito,deben considerarse en la Zona Central, dos elementos que se conjugan en formaintegrada:

La velocidad relativa de convergencia de la placa de Nazca, respecto a la placaSudamericana.La existencia de asperezas y barreras en las placas.

ISEGURIDAD DE EMBALSES - 6a REGION I

La velocidad casi constante de 10 cm/año, acota el desplazamiento máximo esperadoen un segmento dado de la zona de subducción durante la ruptura del plano de falla acausa de un sismo fuerte. Las asperezas y barreras dan la heterogeneidad a laresistencia a la ruptura, determinando la ocasión de ocurrencia de terremotos y laprolongación de la línea de ruptura.

En general, deberán considerarse una serie de factores de entre los cuales podemosmencionar:

1 Colapso de la presa por movimiento mayor en las fundaciones.

2 Pérdida de revancha debido a movimientos tectónicos del suelo.

3 Fallas en taludes inducidas por movimiento del suelo.

4 Pérdida de revancha debido a fallas de talud o de compactación desuelos.

5 Deslizamiento de la presa por materiales de fundación débiles.

6 Falla de piping a través de brechas inducidas por movimiento deterreno.

7 Rebase en la presa debido a deslizamiento de rocas en el embalse.

8 Falla del vertedero en obras de salida.

En cuadro anexo se observa la distribución general de epicentros.

4.2 Análisis espacio temporal

Considerando el diagrama espacio-temporal del Comité de Terremotos en la ZonaCentral, y otros estudios de modelos sísmicos, se deduce que todos los grandes sismoscon epicentro en la zona en estudio (6a y 7a regiones), ocurridos desde la llegada de losespañoles hasta el presente año, es decir, los terremotos de los años: 1575, 1647,1730,1822,1906,1928 Y 1985, muestran en común las siguientes características:

tienen epicentro costa afuerapresentan una zona de ruptura superior a 150 kmposeen maremotos asociados relativamente pequeños, salvo en 1 casoprovocaron desplazamientos positivos verticales costerosregistraron aproximadamente la magnitud Ms =7,5 a 8,5están distanciados temporalmente de 65 a 85 años


4.3 Aceleración sísmica Sexta Región

La población y sus bienes localizados aguas abajo de las presas de tierra, no sóloestán expuestos a la onda de crecida generada por una falla en la obra deacumulación, sino además por los efectos del terremoto mismo. Por lo tanto, el dañototal estará representado por el daño causado directamente por el sismo, más el dañocausado indirectamente por el eventual colapso de la presa,.

Aunque tal comentario parece evidente, con frecuencia la literatura chilena noindependiza ambos tipos de daños en el pronóstico sísmico, sobredimensionando losefectos causados por la onda de crecida respecto a los perjuicios producidos minutosantes por el movimiento telúrico en la localidad estudiada.

Consideremos, entonces, representativo de la posibilidad sísmica en la 68 región, elterremoto de San Antonio del 3 de Marzo de 1985, de grado 7,8 Richter. Conformeanexo relativo a las mediciones en la zona se tiene:

Lugar del acelerógrafo Valores de k a aceleración en el lugar

(k :: --- :: --------------------------------------)g aceleración de gravedad

N-S E-O

San Fernando 0,227 0,343Litueche 0,300 0,3001I0ca 0,217 0,292Pichilemu 0,266 0,180

Se toma como representativa la aceleración =0,25 g, como promedio de lo anteriorpara ser aplicada a todos los embalses de esta 68 Región este valor equivale a unhipotético lugar que podemos asumir como el centro de gravedad representativo, parael caso, del conjunto de embalses que se presentan.

La adopción del valor de "a" precedente, nos lleva al cuadro C.101, ver Anexos, quepresenta el Factor de Seguridad. Para esto, se ha simplificado la determinación de losparámetros envueltos, esto es, el ángulo de fricción interna, la dovela y su ángulo conla horizontal. La cohesión del material y otros datos se han basado en observacionesdirectas en terreno.

I SEGURIDAD DE EMBALSES - 6 8 REGION I

debería ser analizada en forma específica, con mayor detalle, atendido el "factor deseguridad" que se ha obtenido.

En el cuadro C102, ver Anexos, se muestra las mediciones por acelerógrafos conocasión del sismo de San Antonio.

En el cuadro C103, ver Anexos, se muestra la ubicación aproximada de los embalsesde la 68 Región.

Para efectos de los materiales del muro se usó la tabla (1989) "Parámetroscaracterísticos del suelo" que se anexa como C104 (del "curso aplicado de cimientos"del C. Arq.- Madrid). Se incluye la tabla C10S que da más explícitamente los valores deaceleraciones medidas por el sismo de la Zona Central del 3-3-8S. (Para ambos, verAnexos)

Se presentan, también, los cuadros C 106/107, ver Anexos, para cada embalse, quemuestran el procesamiento que efectúa el programa automatizado usado para elcálculo del Factor de Seguridad.

En los cuadros C 106 Y e 107, se tomaron valores en el terreno para el ángulo defricción, que varía entre 0

2350 y 0,600 radianes, y para la resistencia al corte, que varía

entre 0,18 Y 0,55 kg/cm (intervalo éste que aparece como posible según la tablausada, esto es, en ella se indica, por ejemplo, un tramo de 0,1S a 0,60 kg/cm 2 para"arcilla de baja plasticidad" y de 0,20 a 0,80 kg/cm2 para "arcilla de plasticidad media",siendo que para "arena con finos que alteran la estructura granular" esos valores sesitúan entre 0,10 Y0,55 kg/cm2 ).

Ver, también en Anexos, la estadística de sismos mayores que S,S en Ms, en elcuadro C-108.

4.4 Análisis de riesgo sísmico

Cabe indicar, también, la opinión del Depto. de Geofísica de la Facultad de CienciasFísicas y Matemáticas en el sentido siguiente: "Esta región ha sufrido terremotosgrandes en 1730 (Mt = 8,7),1751,1906 (Mt =8,S), yen 1928 (Mt =8,2) afectando esteúltimo sólo al sur de los 35° de latitud. Esta actividad es levemente menor a laobservada en la zona ubicada inmediatamente al norte, es decir San Antonio-Valparaíso. En la zona de San Antonio-Valparaíso el período de recurrencia de sismosde magnitud mayor o igual a 8 ha sido bastante regular y de aproximadamente 82años. En la zona de interés, el período de recurrencia (descontando el sismo de 1928)


es de 88 años. Debido a que el último evento en esta zona fue en 1906 (hace 89 años).es razonable pensar que un evento de magnitud 8 pueda afectar esta región en laspróximas décadas".

"Un evento de tal magnitud ocurrió en San Antonio el 3 de Marzo de 1985, del cual secuenta con aceleraciones medidas en la zona central del país. Guiados por estasobservaciones, uno puede estimar las aceleraciones que producirá un evento demagnitud 8 o mayor frente a la costa en la región de interés. "(este sismo fueconsiderado en forma parcial).

"Fuera de la magnitud del sismo, los aspectos pre~ominantes que determinan laaceleración del suelo en un lugar determinado, son las distancias epicentral y el tipo desuelo."A mayor abundamiento. puede indicarse extractos del estudio de "Ingeniería eInspecciones (JTG)" de 1993 realizado para la Dirección de Riego (que son aplicables ala zona en estudio), donde se menciona:

"Del mapa de riesgo para la aceleración, se obtuvo lo indicado en el cuadro siguiente:

T (años)

50100200

a (cm/seg2)

343490686

(*)

(0,35 g)(0,50 g)(0,70 g)

(*) : aceleración máxima en suelo duro.

Del mapa de riesgo para la velocidad, se obtuvo un valor de 17 cm/spara un período de retorno de 100 años.Del mapa de riesgo para desplazamiento, se obtuvo un valor de 7,5cm para un período de retorno de 100 años.

Es de interés notar que el rango de aceleraciones máximas para períodos de retornoentre 50 y 100 años corresponde aproximadamente a los valores registrados en sismosrecientes, en particular al del 3 de marzo de 1985."

Además cabe anotar que las investigaciones efectuadas en el estudio "SISMOLOGíAde LABBÉ, GOLDSACK y SARAGONI" tienden a mostrar que los sismos seconcentran a lo largo de zonas transversales que podrían corresponder adiscontinuidades de la placa de NAZCA (los sismos mayores que se producen en Chileson debido a la sumersión de la placa bajo el continente Sudamericano). Los sismosmás importantes que ocurrieron en la zona (66 en total) abarcan desde los años 1575 a1973 cuyas magnitudes máximas van de 8,75 a 5,0. La más alta ocurrida en el siglo

ISEGURIDAD DE EMBALSES - 68 REGION I

presente fue en 1928 con magnitud 8,2 (la máxima se registró en 1730 con magnitud8.75).

En dicho estudio se establece la distribución en función de su probabilidad deocurrencia calculada. Se compara la distribución de G.W. Housner de los sismosregistrados en el mundo, con la distribución de los sismos chilenos. Aunque esta últimase aparte de la distribución mundial, se nota una congruencia idéntica al valor máximo9 que se considera el valor límite.

LABBÉ, GOLDSACK y SARAGONI se han preocupado del problema de la atenuaciónde la energía de un sismo en función de la distancia.

Adoptaron a los sismos que suelen ocurrir en Chile la relación de ESTEVAoriginalmente para la costa oeste de U.S.A.. En esta hipótesis, la relación toma lasiguiente forma (1975):

O,8M4.920x e

a = -(R-+-2-8-)~~---

en que: a =aceleración máxima (cm/seg2)R =distancia en km del punto de observaciónM =Magnitud igualo superior según RICHTER (Hipocentro ó foco)e = base lag. natural.

4.5 Método "Seudo-estático" de análisis sísmico

En los pasados 40 años, o posiblemente más, el método standard de evaluar laseguridad de presas de tierra que pueden colapsar durante terremotos (así llamado"seudo estático"), está representado por el balance entre una fuerza horizontal estáticadeterminada como el producto de un coeficiente sísmico y el peso de la masapotencialmente deslizante, como se muestra en la figura F - 01. Se ha aceptado que elmétodo fue creado por Terzaghi. La descripción del método sería: "Un terremoto conuna aceleración equivalente ng produce una fuerza actuante en dirección horizontal deintensidad ng por unidad de peso (W) de la masa de tierra. La resultante, ng W, pasa,como el peso W, a través del centro de gravedad 01 de la calota a b c. Actúa con unbrazo de palanca de longitud F e incrementa el momento que tiende a producir larotación de la calota a b c alrededor del eje 01 en ng FW. De aquí que el terremotoreduce el factor de seguridad del talud con respecto al deslizamiento, llegándose a laecuación:

Fs = S 1 REW+ ng FW

en que: S1R

EW

ISEGURIDAD DE EMBALSES - 68 REGlaN I

Expresión de la sumatoria de la cohesión en el círculo dedeslizamiento, multiplicada por el respectivo brazo de palanca.Brazo relativo al peso WPeso del cuerpo encerrado en la calota a b c

Un valor de Fs = 1 implicaría deslizamiento, pero en realidad, el muro puede fallar avalores algo mayores dependiendo de la consistencia y otros factores del componentede la estructura. Por esta consideración en la tabla C-101 la recomendación de"revisar" se ha adoptado para factores algo mayores de 1 (hasta 1,18).

Fig. F-01

o

w

El valor numérico de ng depende de la intensidad del sismo. Se aceptan como válidoslos siguientes valores:

Sismos severos,Sismos violentos, destructivos,Sismos catastróficos,

ng =0,10ng =0,25ng =0,50

Por ejemplo, el terremoto de San Francisco en 1906 fue violento y destructivo,correspondiendo a ng = 0,25.

En los EEUU de América, los coeficientes sísmicos típicamente s'": han situado entre0,05 y 0,15, aún en áreas como California. En Japón esos valores han sidocaracterísticamente menores que 0,2. Al respecto podemos mostrar la tabla siguienteque indica valores para el parámetro analizado:

I.SEGURIDAD DE EMBALSES - e· REGiÓN I

Criterio de Diseño para algunas presas seleccionadas (ICOLO).

Presa Para Coeficiente sr.m leo Factor de seguridadHorizontal Mrnlmo

Aviemore Nueva Zelanda 0,10 1,50Bersemisnoi Canadá 0,10 1,25Digua Chile 0,10 1,15Globocica Yugoslavia 0,10 1,00Karamauri Turqula 0,10 1,20Kisenyama Japón 0,12 1,15Mica Canadá p,10 1,25Misakubo Japón 0,12 -Netzahualcoyote México 0,15 1,36Oroville USA 0,10 1,20Paloma Chile 0,1280,20 1,258 1,10Ramgana India 0,12 1,20Tercan Turqula 0,15 1,20Yeso Chile 0,12 1 50

e - 101

EMBALSES. FACTOR DE SEGURIDAD SISMICA

Altura Altura Angulo Factor deN° Embalse Cortina Agua Talud Seguridad Comentarios

m m rad6001 PILAICITO 17,60 15,1 0,466 1,356004 ROMERAL 9,64 7,7 0,466 1,216010 PICARQUIN 18,06 16,0 0,466 1,496012 LOS NOVIOS 5,17 4,0 0,381 1,13 Revisar6024 PAILlMO I 14,95 13,5 0,466 1,366025 PAILlMO" 4,47 3,0 0,366 1,306026 LA ROSA 10,56 9,5 0,322 1,656027 ALCONES 29,80 28,0 0,466 1,506028 ALTO COLORADO 10,33 8,5 0,322 1,256029 MALLERMO 6,04 5,0 0,245 1,506031 AGUADILLA 5,00 4,0 0,366 1,416032 LOS MAITENES 5,73 4,0 0,366 1,326033 SAN GUILLERMO 5,10 3,5 0,366 1,246034 POROTAL 3,25 2,75 0,588 1,04 Revisar6035 YERBAS B. 2,50 2,0 0,294 1,876038 CARRIZAL 15,93 14,0 0,588 1,956039 PIHUCHEN 2,80 2,5 0,507 1,00 Revisar6040 LA ESPERANZA 12,96 11,5 0,466 1,396044 IDAHUE 6,89 4,2 0,300 1,796050 ESMERALDA 3,29 2,2 0,343 1,11 Revisar6056 SAN ISIDRO 4,32 3,0 0,460 1,216062 NILAHUE 12,68 11,0 0,421 1,296063 LOLOL 29,00 27,S 0,588 1,776065 SALTO DE A. 3,04 2,5 0,464 1,10 Revisar6066 CALLlHUE 15,31 13,5 0,427 1,776068 PATAGUA C. 3,00 2,5 0,464 1,256069 MILLAHUE 11,88 10,0 0,427 1,84

Página 1 de 2

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e -101

EMBALSES. FACTOR DE SEGURIDAD SISMICA

Altura Altura Angulo Factor deN° Embalse Cortina Agua Talud Seguridad Comentarios

m m rad6070 SAN JOSE 10,45 9,0 0,322 1,556075 RINCONADA 3,59 2,3 0,366 1,256080 SANTA ISABEL 3,32 2,0 0,464 1,226081 CULENCO 2,70 2,0 0,294 1,10 Revisar6082 PATAGUILLA 12,67 11,0 0,427 1,756101 CHANCÓN 4,87 3,0 0,366 1,18 Revisar6102 LOS MAQUIS 6,96 5,4 0,466 1,276103 EL GUAICO 6,82 5,8 0,366 1,366104 EL HUIQUE 9,13 7,5 0,466· - 1,786105 CONVENTO V. 16,00 13,5 0,366 1,936106 TIERRUCA 7,54 5,9 0,306 1,486107 SAN VICENTE 8,80 7,0 0,306 1,486108 EL CARDONAL 9,90 8,5 0,466 1,476109 LAGUNILLAS 7,48 5,5 0,306 1,426112 SAPOS 14,00 13,0 0,588 1,856113 GUIDO SOTO 7,81 7,0 0,588 1,406114 SANTA LucíA 7,97 7,5 0,464 1,406115 J.RAMIREZ 10,00 9,0 0,464 1,536116 LA TROYA 3,50 3,0 0,464 1,206117 LA GLORIA 5,73 5,0 0,588 1,10 Revisar6118 LOS NEGROS 7,20 6,5 0,464 1,616119 QUESERIA 4,80 4,0 0,588 1,236120 PANILONCO 15,90 15,1 0,427 1,556121 EL RINCON 2,50 1,8 0,322 1,25

Nota: El Término "Reyisar" significa someter al embalse a un peritaje detallado ante la probabilidad de falla. es decir a otroestudio de mayor profuudidad que el presente. éste definido como "preliminar"- lo que implica usar hipótesis simplificatorias.

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J SEGURIDAD DE EMBALSES - 68 REGlaN I

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, Area afectada por el sismo, en la que hubo algún grado de dat\os.

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ISEGURIDAD DE EMBALSES - 6a REGlaN I

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1SEGURIDAD DE EMBALSES - 68 REGleN I

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l' - 105 _ Sisll\o dl'1 3.:u::_1 SEGURIDAD DE EMBALSES - 6 8 REGION

. Aceleración náxima, velocidad máxim~ y despln:uniento máximo del suelo.

ESTACJON COMP. UBRO ACEL ACEL.. VEL. OESP.MAX. MAX MAX. MAX.

NOC H·D AVO AVO AVO( g) (g) (g) (g) (cm/seg) (cm)

Vi,'\.) del Mar N70W 0.228 0.226 0.219 0.216 25.57 ~.16S20W 0.356 0.337 0.353 0.354 30.69 5.56Vertical 0.171 0.181 0.168 0.164 8.39 2.05

Villpariliso NSOE 0.293 0.288 0.290 0.291 28.59 5.37(Almcndrill) >WE 0.163 0.178 0.163 0.162 16.S9 2.81

Vertical

Villpilrniso 520E 0.164 0.164 0.162 0.162 6.40 1.33(UTFSM' N70E 0.17'} 0.173 O.ln O.ln 14.70 3.26

Vertical 0.125 0.119 0.125 0.121 5.85 1.37

Las Tórtolas "'26W 0.145 0.144 0.145 13.68 4.49N64E O.ln O.ln 0.1 n 18.64 6.25VertiCOll O.lOS 0.106 0.104 9.31 4.01

QtLinlay N5 0.203 0.236 0.235 0.237 13.64 3.98EW 0.182 0.242 0.243 0.240 19.34 5.55VertiCilI 0.131 0.165 0.165 0.161 6.90 2.49

Uoll~o SSOE 0.426 0.426 0.426 0.406 23.25 4.19N10E 0.669 0.669 0.669 0.654 40.55 10.51VertiCOlI 0.852 0.852 0.852 0.815 19.94 7.18

Melipilla EW 0.599 0.638 0.648 0.630 33.12 7.49N5 0.671 0.667 0.680 0.654 30.00 4.80Vertical 0.593 0.305 0.337 0.312 10.n 2.70

RnJX'1 N5 0.310 0.4SO 0.479 0.476 21.68 6.32EW 0.144 0.176 0.174 lUn 12.45 3.42Vertical 0.110 0.136 0.135 0.133 9.S4 3.58

l'ichilemu N5 0.266 0.270 0.2(>5 0.261 11.69 3.74EW O.lSO 0.17\} 0.187 0.185 12.73 4.20Vertic,,) 0.132 0.123 0.122 0.122 6.37 2.11

5"n Fen",ndo N5 0.227 0.281 0.27\} 0.2n 24.47 4.95EW 0.34..'1 0.336 0.335 0.335 24.09 5.75Vo!rtiUlJ 0.121 0.124 0.123 0.122 9.45 2.29

lleca N5 0.216 0.218 0.212 0.213 9.55 1.82EW 0.282 0.283 0.281 0.283 14.81 2.58Vertkal 0.087 0.094 0.091 0.087 5.90 1.22

Hunl"M 1\:5 0.169 0.174 0.175 0.174 11.42 1.S7EW 0.1.(1 0.140 0.139 0.136 11.23 2.48Verti':ill 0.100 0.096 0.090 0.089 6.15 1.46

COl\stitución 1\:5 0.144 0.136 0.137 0.140 18.05 2.60EW o.on 0.081 0.083 0.082 8.34 2.43Vo!ttiCill 0.039 0.048 0.042 0.043 4.09 1.00

Talea N80W 0.161 0.165 0.165 0.166 11.79 3.36

NI0W 0.168 0.169 0.169 0.168 9.01 1.50

Vertical o.on 0.067 0.067 0.068 7.14 1.05

Cauquenes N5 0.086 0.094 0.085 0.085 5.28 1.76

EW 0.117 0.117 0.117 0.115 9.80 1.55

Vertical 0.046 0.052 0.044 0.044 3.58 0.96

Chillán NaOE 0.057 0.059 0.060 0.059 9.24 3.95

Viejo NI0W 0.065 0.056 0.055 0.054 8.59 2.96

VettiUll 0.041 0.035 0.035 0.035 6.15 2.15

-- -- - ___ 04 __ .----- -

SEGURIDAD DE EMBALSES - 6a REGION I

CAP. 5 - COMPORTAMIENTO DEL VALLE ANTE INUNDACiÓN POR COLAPSO DEEMBALSES

Para conocer el efecto que produce sobre el valle el colapso de un embalse debendeterminarse las características que tiene el cauce y el suelo y la infraestructuraexistentes, con estos antecedentes es posible conocer el comportamiento del vallefrente a este colapso.

5.1 Características del cauce, del suelo y de las obras del valle bajo cada EM

Se recogió en terreno y/o se obtuvo de las planchetas IGM 1:50.000, los valoresaproximados de distancias, pendientes de los cauces y del valle involucrados en cadaembalse.

En el cuadro 5.1 se ordena la información para identificar los cauces por dondeescurriría la onda de vaciamiento.

Se incluye además en este cuadro, el área de riego y su distancia desde el embalse; ladistancia del embalse al centro poblado más cercano por el cauce y la densidad de lapoblación; y finalmente la distancia y nombre desde el embalse al camino más cercanopor el cauce.

5.2 Magnitud del vaciamiento

Conforme a la información disponible en la literatura y al conocimiento de falla enpresas, se ha asumido que el muro se destruye formando un canalón cuyo ancho es1,5 veces la altura de escurrimiento (Curso Internacional de Presas y .Embalses,CEDEX, MOPU. España - 1978). En este canalón se calcula la crecida suponiendoaltura crítica. El ancho de inundación promedio se asume para este mismo caudal,suponiendo que el valle próximo tiene una forma similar al sector en que estáconstruido el tranque y que la altura de escurrimiento es normal.

La capacidad natural máxima de conducción del cauce aguas abajo se ha supuestoigual a la crecida centenaria, de acuerdo a la experiencia.

Los posibles efectos hacia aguas abajo dependen de la distancia en relación al cauce aque se encuentra el punto de análisis, la relación entre el caudal de vaciamiento y lacapacidad del cauce y de la rama del cauce en que se encuentra dicho punto.

I SEGURIDAD DE EMBALSES - 68 REGleN I

A continuación se resumen las hipótesis adoptadas.

i La falla alcanza un ancho de 1,5 veces la altura del agua.ii En la garganta se produce altura crítica (2/3 altura de embalse).iii La diferencia entre la altura crítica y la altura por aguas abajo es de 1,5.iv El tiempo de vaciamiento es 2V/Q máx.

Donde:

H = Altura del muro, en m;V = Volumen embalsado, en m3;Q máx. =Caudal máximo de crecida, en m3/s).

Para caracterizar la onda de vaciamiento sobre la base de las hipótesis anteriores susparámetros principales son los siguientes:

Altura inicial = H =Volumen de agua en vaciamiento =V =Caudal estimado de crecida =Ancho medio de inundación =

Lc =Largo del coronamiento, en m;hind = Altura de inundación, en m.

{ ]

3/1~/3 n H

hind (2) ~ LeDonde:

Altura del Muro, en mVolumen embalsado, en m32,56 H5/2, en m3/sLc hind

H

Qni

===

Caudal estimado de crecida, en m3Coeficiente de rugosidad del cauce ("Manning")Pendiente longitudinal media del cauce, en tanto por uno.

En el cuadro 5.2, se determinan las dimensiones de la onda de vaciamiento delembalse en el valle aguas abajo.

[ SEGURIDAD DE EMBALSES 6" REGiÓN

CUADRO 5.1 CARACTERISTICAS DEL CAUCE, DEL SUELO Y DE LAS OBRAS AGUAS ABAJO DE CADA EMBALSE

CAUCE USO DEL SUELO E INFRAESTRUCTURAN' Embalse Naturaleza Tipo Lecho Pendiente Ancho Ois!. a Oist. Zona Area Riego Ois!. a centro Densidad Oist. a Nombre

Cauce Princ. Agrícola Embalse Poblado Poblac. Camino del camino% (') m(') km (') km (') há km. (') p/há (') km. (') próximo

6001 PILAICITO Hondonada tierra 5,0 10 1,0 4,0 100 4,0 0,0 0,5 A Romeral6004 ROMERAL Hondonada roca y suelo agricola 2,5 20 1,5 0,2 146 - 0,0 7,0 A Ruta 5 Sur6010 PICARQUIN Quebrada aluvial 2,5 30 12,0 0,1 348 7,0 60,0 2,0 ACta Chada6012 LOS NOVIOS Quebrada tierra/arbustiva 5,0 10 0,0 0,2 - - - 0,0 Muro embalse6024 PAILlMO I Quebrada/hondonada maicillo/roca 1,0 5 2,0 0,2 170 0,5 10,0 2,0 A Navidad6025 PAILlMO 11 Quebrada tierra 1,0 3 - 0,2 168 - - - -6026 LA ROSA Quebrada roca descompuesta 1,0 5 1,0 0,2 30 - - 1,0 A Pichilemu6027 ALCONES Estero roca descompuesta 1,3 6 0,0 1,5 485 2,0 20,0 1,5 A Aleones Pichilemu6028 ALTO COLORADO Quebrada tierra 5,0 10 1,5 0,5 30 - - - -6029 MALLERMO Estero roca / maicillo 0,6 5 5,0 0,1 60 14,0 0,5 15,0 A Marchihue6031 AGUADILLA Quebrada arcilla / tierra 0,4 20 0,8 0,0 7 - - - -6032 LOS MAITENES Quebrada tierra 1,3 10 3,5 0,0 8 - - 3,0 Crucero a Trinidad6033 SAN GUILLERMO Quebrada/hondonada tierra 1,0 10 0,8 0,1 15 - - - -6034 POROTAL DE ALCONE Quebrada tosca / maicillo 0,5 10 4,0 0,2 50 - - 8,5 A Marchihue6035 YERBAS BUENAS Hondonada tierra 0,5 20 0,5 0,1 5 - - 1,0 . A Marchant6038 CARRIZAL Estero roca/maicillo 0,6 5 1,5 2,0 80 18,0 0,2 3,0 Aleones a Marchant6039 PIHUCHEN Hondonada maicilloltierra 1,7 5 1,2 0,1 5 - - 0,5 Poblac. a Marchant6040 LA ESPERANZA Quebrada roca/maicillo 1,0 10 3,0 0,2 80 - - 0,2 A Marchihue6044 IDAHUE Quebrada tierra 1,0 5 7,0 0,1 160 - - 2,0 San Vete. a Millahue6050 ESMERALDA Canal tierra 0,5 1 2,0 0,0 328 0,0 30,0 0,0 A Callejón Esmeralda6056 SAN ISIDRO Canal/ hondonada tierra 1,0 10 1,5 0,2 25 - 1,0 0,5 Totihue a Pimpinela6062 NILAHUE Estero tierra /maicillo 1,0 5 0,0 0,1 200 - 0,1 0,0 A Nilahue6063 LOLOL Estero Roca/aluvial 10,0 10 10,0 5,0 600 5,0 2,0 10,0 Sta. Cruz a LoIol6065 SALTO DE AGUA Hondonada tierra /maicillo 0,6 2 2,0 0,1 - - - - -6066 CALLlHUE Quebrada roca y roca descompuesta 20,0 5 2,5 2,0 45 - 0,0 - -6068 PATAGUA CO GUAIRAB Hondonada tierra / arcilla 0,5 5 8,0 0,0 30 - - 6,5 Sta. Cruz a Lolol6069 MILLAHUE Quebrada/Hondonada Pedregoso 1,0 8 14,0 0,5 300 - 5,0 - -

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CUADRO 5.1 CARACTERISTICAS DEL CAUCE, DEL SUELO Y DE LAS OBRAS AGUAS ABAJO DE CADA EMBALSE

CAUCE USO DEL SUELO E INFRAESTRUCTURAN° Embalse Naturaleza Tipo Lecho Pendiente Ancho Díst. a Dist. Zona Area Riego Dist. a centro Densidad Dist. a Nombre

Cauce Princ. Agrícola Embalse Poblado Poblac. Camino del camino% (0) m (0) km (0) km (0) há km. (0) p/há (0) km. (0) próximo

6070 SAN JOSE PATAGUAS Quebrada/Hondona tierra 1.0 10 10,0 2,0 250 - - 0,5 Acceso al embalse6075 RINCONADA Canal tierra 1.0 2 - 0.0 60 - - 0.0 A Rinconada6080 SANTA ISABEL Canal tierra 1.0 1 - 0.1 142 - 1.0 0,5 A Las Mariposas6081 CULENCO Hondonada tierra 0,5 1 1,2 0.0 25 - 5.0 0,2 Lolol a Ranguil6082 PATAGUILLA Quebrada roca/emboscada 10,0 10 - 3.0 45 - - 4,5 Lolol a Ranguil6101 CHANCÓN Canales tierra 0,5 2 2.5 0,2 150 0.0 20,0 0.1 A Chancón6102 LOS MAQUIS Quebrada tierra 2,5 5 0.5 0,3 77 - - 0.1 A Los Maquis6103 EL GUAICO Quebrada tierra 0.7 4 4.0 0,1 35 - - - -6104 EL HUIQUE Quebrada tierra 0.8 4 4.0 0.1 37 - - - -6105 CONVENTO VIEJO Estero fluvial 50 0.0 0,1 27700 7,0 20,0 0,5 A Chépica6106 TIERRUCA Quebrada tierra/roca descompuesta 2.5 10 8,0 2.0 128 - . - 0,5 A Marchihue6107 SAN VICENTE Quebrada conglom. marino 2.5 4 - 0.1 12 0,7 5.0 0,7 Rosarío a Rapel6108 EL CARDONAL Quebrada/Hondonada tierra / maicíllo 2.0 10 0,5 0,0 8 - - - -6109 LAGUNILLAS Quebrada maicillo 3,0 5 1,5 0.5 7 0,5 60.0 0,5 Poblac. a Pumanque6112 SAPOS Quebrada roca/escomo falda 10,0 20 - - - - - 5,5 Mina a Caletones6113 GUIDO SOTO Quebrada tíerra 1.4 4 2,5 0.1 20 - 0,0 0,8 Poblac. a Maréhant6114 SANTA LuciA Quebrada/Hondonada tierra 1,0 20 2,5 0,3 40 - - 1,5 Poblac. a Pumanque6115 J.RAMIREZ Quebrada Tierra y roca 3,0 4 6,0 0,5 10 - - 0,5 A Rinconada Cañetén6116 LA TROYA Quebrada/Hondonada tierra 0,5 10 0,8 0,0 150 0.0 50.0 0,2 Peralillo/Calleuque6117 LA GLORIA Quebrada/Hondonada tierra 1,0 20 0,8 0.0 10 - - 0.2 Pumanque a Nilahue6118 LOS NEGROS Quebrada tierra 2,8 5 1,0 0.1 15 0,3 5.0 0.2 Acceso al embalse6119 QUESERIA Quebrada tierra 1,0 2 2,0 0.3 3 - - 0,0 Acceso al embalse6120 PANILONCO Quebrada roca/emboscado 3,3 4 0,6 0.3 60 - - - -6121 EL RINCON Estero Aluvial 0,5 1 0,0 0,2 48,5 - - 0,0 Codegua a La Punta

= No existe poblado. camino o cauce principal afectado por onda de inundación por colapso de EM.(") = Valor aproximado

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CUADRO 5.2

SEGURIDAD DE EMBALSES 6a REGiÓN

CALCULO ONDA VACIAMIENTO EMBALSE

Altura Inicial Volumen Largo Caudal Altura Onda AnchoN° Embalse Onda Vaciado Coronamiento Crecida Inundación Inundación

(m) (millones m3) (m) (m3/s) (m) (m)6001 PILAICITO 17.60 0,55 400,00 3326,76 10,27 233,346004 ROMERAL 9,64 1,01 142,00 738,64 6,87 101,20

ROMERAL 5,30 1,01 480,00 165,55 1,98 179,716010 PICARQUIN 18,06 1,30 540,00 3548,41 9,49 283,756012 LOS NOVIOS 5,17 0,15 201,00 155,58 2,66 103,506024 PAILlMO I 14,95 1,72 360,00 2212,29 8,62 207,606025 PAILlMO 11 4,47 1,68 199,00 108,15 2,21 98,28

PAILlMO 11 5,05 1,68 234,00 146,71 2,44 112,986026 LA ROSA 10,56 0,27 164,00 927,68 7,34 113,936027 ALCONES 29,80 3,00 366,00 12410,25 21,19 260,226028 ALTO COLORADO 10,33 0,36 268,00 877,99 5,93 153,806029 MALLERMO 6,04 0,64 575,00 229,53 2,20 209,576031 AGUADILLA 5,00 0,09 106,80 143,11 3,23 68,996032 LOS MAITENES 5,73 0,13 574,00 201,20 2,06 205,936033 SAN GUILLERMO 5,10 0,17 99,00 150,37 3,41 66,206034 POROTAL DE ALCONES 3,25 0,54 254,00 48,75 1,33 103,626035 YERBAS BUENAS 2,50 0,04 543,00 25,30 0,71 153,496038 CARRIZAL 15,93 2,40 366,00 2592,86 9,31 213,966039 PIHUCHEN 2,80 0,05 230,00 33,58 1,13 92,966040 LA ESPERANZA 12,96 1,45 170,00 1547,93 9,47 124,226044 IDAHUE 6,89 1,02 1211,00 319,00 1,98 347,846050 ESMERALDA 3,29 0,06 795,00 50,26 0,88 212,246056 SAN ISIDRO 4,32 0,03 254,00 99,30 1,93 113,266062 NILAHUE 12,68 2,54 461,00 1465,68 6,33 230,156063 LOLOL 29,00 7,50 200,00 11594,04 25,64 176,856065 SALTO DE A 3.04 0,06 449,00 41,25 0,98 144,886066 CALLlHUE 15.31 1,13 195,00 2347,89 11,19 142,586068 PATAGUA C. 3,00 0,13 886,00 39,91 0,75 220,66

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CUADRO 5.2

0~GUR'DAD DE EMBALSES 63 REGiÓN~- --~--- ----- -------~

-CALCULO ONDA VACIAMIENTO EMBALSE

Altura Inicial Volumen Largo Caudal Altura Onda AnchoN° Embalse Onda Vaciado Coronamiento Crecida Inundación Inundación

(m) (millones m3) (m) (m3/s) (m) (m)6069 MILLAHUE 11,88 3,20 645,00 1245,32 5,12 278,186070 SAN JOSE PATAGUAS 10,45 2,60 627,00 903,71 4,38 262,566075 RINCONADA 3,59 0,04 530,00 62,51 1,15 169,286080 SANTA ISABEL 3,32 0,06 773,00 51,41 0,90 209,146081 CULENCO 2,70 0,07 340,70 30,67 0,93 117,496082 PATAGUILLA 12,67 0,45 200,00 1462,79 8,65 136,536101 CHANCÓN 4,87 0,16 423,00 133,99 1,86 161,736102 LOS MAQUIS O LA VERDAD 6,96 0,48 540,00 327,16 2,71 210,646103 EL GUAICO 6,82 . 0,15 783,00 310,96 2,30 264,026104 EL HUIQUE 9,13 0,40 890,00 644,79 3,21 313,326105 CONVENTO VIEJO 16,00 27,00 600,00 2621,44 7,78 291,816106 TIERRUCA 7,54 1,39 602,00· 399,64 2,90 231,156107 SAN VICENTE 8,80 0,56 138,00 588,09 6,16 96,62.6108 ELCARDONAL 9,90 0,10 168,00 789,46 6,68 113,356109 LAGUNILLAS 7,48 0,12 250,00 391,74 3,98 133,136112 SAPOS 14,00 1,50 340,00 1877,41 8,08 196,256113 GUIDO SOTO 7,81 0,50 878,00 436,38 2,63 295,876114 SANTA LucíA 7,97 0,29 230,00 459,08 4,47 128,906115 J.RAMIREZ 10,00 0,10 140,00 809,54 7,25 101,466116 LA TROYA 3,50 0,18 950,00 58,67 0,89 241,866117 LA GLORIA 5,73 0,55 267,70 201,20 2,74 127,846118 LOS NEGROS 7,20 0,15 402,00 356,10 3,17 177,026119 QUESERIA 4,80 0,04 100,00 129,22 3,14 65,376120 PANILONCO 15,90 0,53 113,00 2580,67 14,43 102,586121 EL RINCON 2,50 0,02 441,00 25,30 0,76 134,77

B6CDR5-2.XLS

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I SEGUR~DAD DE EMBALSES - 68 REGlaN I

CAP. 6 - ANÁLISIS DE RIESGO Y RECOMENDACIONES

6.1 Generalidades

En los capítulos 2, 3 Y 4 se ha determinado la magnitud y ocurrencia de los eventosdesencadenantes de fallo: (i) Por exceso de escorrentía, (ii) por piping, y (iii) por efectosísmico.

El efecto destructivo de dichos eventos desencadenantes de fallo puede o no ocurrirsimultáneamente y para los efectos del presente estudio se analizan aquellos casos enque el muro de cada embalse es destruido cuando está a su capacidad completa, y porende, se produce una onda de crecida por vaciamiento.

En el presente Capítulo 6 se hace un análisis del riesgo de fallo que tiene cadaembalse por tipo de evento desencadenante, el análisis del riesgo total en el muro porla conjunción o prevalencia de algunos de ellos y finalmente un análisis del riesgo dedaño que tiene el valle, aguas abajo de cada embalse, ante el fallo de su muro.

6.2 Deslizamiento de laderas dentro de las pozas de los embalses

Otro evento desencadenante de fallo por rebasamiento del muro de un embalse, es eldeslizamiento de laderas que se puede producir dentro de su poza.

El fenómeno de deslizamiento de laderas dentro de la poza de embalses, se puedepresentar en aquellos lugares con taludes escarpados, con suelos desprovistos decobertura vegetal y en zonas con alta precipitación.

La inestabilidad de los taludes o laderas de la cuenca aportante directa a la poza, seproduce en aquellos casos en que al hacer el primer llenado del embalse ellos quedansumergidas dentro de su zona de inundación, lo que disminuye su densidad, sucohesión y su ángulo de fricción interna y por ende su estabilidad.

Otra forma de producirse deslizamientos dentro de la poza de un embalse, es aconsecuencia de un sismo.

Suelen ser también de importancia los deslizamientos de laderas producidos en taludesescarpados de la Cordillera de Los Andes, zona en la que predomina la precipitaciónnival.

En este caso el deslizamiento, que se denomina "avalancha", compromete una masaconstituida por materiales de escombros de falda y por capas de nieve depositadassobre dichas laderas.

I SEGURIDAD DE EMBALSES - 68 REGlaN I

La onda de crecida que produce un deslizamiento sobre un embalse, dependerá de sucapacidad de almacenamiento, del ancho de la poza y del volumen de materialdeslizado.

Sobre lo expuesto, al hacer la inspección de los embalses catastrados en la 6a Región,se comprobó que ninguno tiene riesgo de deslizamiento dentro de la poza.

6.3 Riesgo por tipo de evento desencadenante

Según la capacidad de evacuación de crecidas del vertedero de seguridad de cadaembalse catastrado, se ha preparado 'la tabla siguiente de riesgo por escorrentía.

CRITERIOS DE RIESGO POR ESCORRENTIA

Grado de Riesgo Rango %

Crecida con ocurrencia ~ 1/250 años Nulo 0-15

Crecida con ocurrencia 1/250 - 11100 años Bajo >15-40

Crecida con ocurrencia 1/100 - 1/50 años Mediano >40-75

Crecida con ocurrencia 75-100

Sobre la base de la presencia de humedad, saturación, filtraciones e incluso erosión enel talud externo de los muros de los embalses catastrados o en sus estribos o en elfondo del valle, se ha preparado la tabla siguiente para determinar el grado de riesgode cada uno por piping.

CRITERIOS DE RIESGO POR PIPINGGrado RangoRiesgo %

sin humedad o el drenaje Nulo 0-15

saturación en tercio inferior umbral Bajo >15 - 30

saturación fuera trazas 1vegas Mediano >30 - 75

Filtración el erosión talud Alto >75 - 100

\. SEGURIDAD DE EMBALSES - 68 REGlON

Los criterios por riesgo sísmico se resumen en lo siguiente:

Expresión Cuantitativa F.S. Efecto en el muro ante el sismo de verificación

Nulo : O a 15 % > 1,18 Estructura no debería afectarse

Bajo : >15 a 30 30 a 75 < 0,95 a 0,70 Probable deSajuste importante en laestructura de tierras

Alto :>75a100% < 0,70 Probable colapso generalizado, afectandoparcial o totalmente la estructura

Según los criterios señalados se presentan 51 fichas, que muestran el análisis hechoembalse por embalse en relación al riesgo a que la obra y su entorno estaríanexpuestos, con apoyo en los resultados de los distintos eventos desencadenantes defallo del presente estudio tratados en capítulos anteriores.

6.4 Recomendaciones para manejar emergencias

Nos referimos en este título a aquellas emergencias producidas por un eventoextraordinario como aquellos que se han tratado en los capítulos 2,3, 4 Y5 del presenteestudio, que produzcan el colapso del muro y por tanto la onda de inundación queaquel produce en el valle aguas abajo del embalse· amagado, y que prevalecenmientras no se construyan las obras de ampliación del vertedero.

Para los casos de EM analizados de esta Región en que el riesgo total de fallo delmuro es mediano o alto, los eventos desencadenantes son la crecida que produce elrebasamiento del muro por insuficiencia de capacidad de su vertedero de seguridad(evacuador de crecidas), y el piping tal como se indica en la tabla siguiente:

Mediano o Alto Insuf. capac. Piping SismoVertedero

Pilaicito M M N

Picarquín M

Pailimo I M

Aguadilla ASan Guillermo M .-Yerbas Buenas MPihuchén M M M

SEGURIDAD DE EMBALSES - 6ft REGION

Mediano o Alto Insuf. Capac. Piping Sismo

Vertedero

Idahue M M M

Pataguilla M

Los Maquis M

El Huique M

Lagunillas M

Guido Soto A

Santa Lucía M

J. Ramirez A A

La Troya MQuesería MSan Isidro

1M

En este caso, para manejar las emergencias existen varias opciones:

1) Abrir la obra de entrega al iniciarse el ingreso de cada crecida afluente alembalse que se estime pueda rebasar el muro,

2) Excavar un vertedero auxiliar mientras se construye el vertedero definitivo;

3) En aquellos casos como son los embalses Pilaicito, Picarquín, Idahue, LosMaquis, Guido Soto, La Troya y San Isidro, postergar su llenado desde cuencasvecinas, hasta pasada la época de lluvias, o controlando alimentación si es elcaso de un embalse isla.

Para cada embalse se indica, en el cuadro de RIESGO TOTAL, la recomendaciónespecifica, sobre la base de las opciones de operación ya señaladas.

6.5 Instalación de instrumentos de control

Para determinar la seguridad de una presa, en primera instancia debe determinarse losparámetros clave de comportamiento, que deben monitorearse.

Sobre dicha base se preparan ios programas de monitoreo cuyos elementos estándarincluyen:

1.- Inspección visual rutinaria del personal a cargo de la obra.


2.- Rutina de monitoreo con instrumentos.

3.- Examen periódico de inspección por expertos.

4.- Respuesta a sismos y crecidas y planes de acción frente a estos eventos.

En nuestro caso, dado que la mayoría de los embalses catastrados tienen muros depoca altura y las obras pueden ser clasificadas como de pequeña emvergadura, elcontrol de su comportamiento debe ser sencillo de instalar y de controlar.

De los embalses catastrados en los casos en que se ha determinado que la obra tieneun riesgo mediano o alto de fallo, ello se debe a la falta de capacidad de evacuación dela crecida máxima CMP probable (1 /250).

Por otra parte con ayuda de la nivelación de los coronamientos que esta Consultora hahecho, se ha podido comprobar que existen puntos bajos, que si son rellenados hastasu cota máxima actual, habrá disponibilidad de una revancha adicional que, por logeneral, es suficiente para soportar la evacuación de la crecida de verificación.Por tanto, se recomienda en forma genérica que:

1.- Los respectivos dueños de embalses con revancha insuficiente, después deemparejar los coronamientos, mantengan un control de las cotas decoronamiento mediante nivelación de puntos materializados a lo largo. delcoronamiento para asegurarse que no disminuya la revancha necesaria paragarantizar que la crecida máxima sea evacuada por el vertedero sin rebasar porencima del muro.

2.- Mantener un libro o bitácora, donde se registren las novedades que observe elpersonal a cargo del embalse, en especial ante las crecidas y sismos queocurran.

6.6 Riesgo total y recomendaciones

Las eventuales consecuencias se presentan en forma resumida en los cuadrossiguientes, recomendándose en algunos casos adoptar medidas que reducirían losriesgos por causa de los motivos independientes unos de otros o por una conjunción deellos.

Para las recomendaciones indicadas en el cuadro, ha sido de crucial importancia laapreciación directamente obtenida en terreno y el análisis de gabinete resultante de loscálculos.

I SEGURIDAD DE EMBALSES - 6· REGleN I

Se mencionan acciones a realizar o se recomienda proceder a estudios de mayoralcance que el presente, éste definido como preliminar para todos los embalses delestudio.

ACCIONES RECOMENDADAS SEGÚN GRADO RIESGO

Grado de Rango Acción recomendada según grado de riesgoRiesgoNulo 0-15 No requiere acción inspectiva adicional.

Bajo >15 - 30 Revisar mecanismo de falla

Mediano > 30 - 75 Necesita estudios adicionales de terreno y analíticos.

Alto >75 - 100 Acción inmediata de medidas de reparación o mitigaciónde riesgos, (limitaciones de operación).

SEGURIDAD DE EMBALSES - 68 REGiÓN

RIESGO TOTAL

EMBALSE N°6001

Riesgo por ESCORRENTíA :

NOMBRE DEL EMBALSEPILAICITO

Riesgo Mediano

Vertedero con capacidad insuficiente para crecida de diseño.Canal de descarga con sección insuficiente.

Riesgo por PIPING :

Ancho de coronamiento insuficiente.Filtraciones difusas al pie hasta estribo izquierdo.

Riesgo por SISMO:

Factor de seguridad de 1,35 (> 1,18) da seguridad razonable.

Riesgo total en el MURO:

Afectado eventualmente por rebasamiento.

Riesgo total en el VALLE:

Riesgo Mediano

Riesgo Nulo

Riesgo Mediano

Riesgo Mediano

Vaciamiento no producirá daños a personas, insfraestructura, ni sector agrícola.Faja de inundación llega a cauce principal al Río Peuco, con capacidad insuficiente.Sin embargo, hay que considerar la eventualidad de que la onda cruce a la riberasur del río Peuco, donde sí habría perjuicios de tipo agrícola.

RECOMENDACIONES:

.. Aumentar capacidad del evacuador de crecidas hasta caudal según Cuadro 3.5.* Limitar la altura de uso del embalse, hasta que se aumente capacidad del vertedero.

GRADO DE RIESGONULO O a 15 %BAJO >15 a 30 %MEDIANO >30 a 75 %ALTO >75 a 100%

I SEGU~IDAD DE EMBALSES - e· REGiÓN I

RIESGO TOTAL

EMBALSE N°6001

NOMBRE DEL EMBALSEPILAICITO

Riesgo por ESCORRENTiA :

Vertedero con capacidad insuficiente para crecida de diseno.Canal de descarga con sección insuficient,.

Riesgo por PIPING :

Ancho de coronamiento insuficiente.Filtraciones difusas al pie hasta estribo izquierdo.

Riesgo Mediano

Riesgo Mediano

Riesgo por SISMO: Riesgo Nulo

Factor de seguridad de 1,35 (>1,18) da seguridad razonable.

Riesgo total en el MURO: Riesgo Mediano

Afectado eventualmente por rebasamiento.

Riesgo total en el VALLE: Riesgo Bajo a Mediano

Vaciamiento no producirá daños a personas, infraestructura, ni sector agrfcola.Faja de inundación llega a cauce principal al Río Peuco, con capacidad insuficiente.Sin embargo, hay que considerar la eventualidad de que la onda CNC8 a la riberasur del río Peuco, donde sí habría perjuicios de tipo agrícola.

RECOMENDACIONES:

• Aumentar capacidad del evacuador de crecidas hasta caudal según Cuadro 3.5.• Limitar la altura de uso del embalse, hasta que se aumente capacidad delvertedero.

GRADO DE RIESGONULO Oa 15%

BAJO >15a30%

MEDIANO >~a75%

ALTO >75 a 100%

I SEGURIDAD DE EMBALSES - 6- REGiÓN I

RIESGO TOTAL

EMBALSE N°6004

NOMBRE Del EMBALSEROMERAL

Riesgo por ESCORRENTiA : Riesgo Bajo

Vertedero con capacidad suficiente para evacuar crecida de análisis.Tubo en canal de descarga puede ahogarse con dicha crecida.

Eventual vaciamiento por muro principal inundaría potreros con empastadas

Riesgo por PIPING :

Vegas al pie del muro principal.

Riesgo por SISMO:

Factor de seguridad de 1,21 (> 1,18) da seguridad razonable.

Riesgo total en el MURO:

Colapso en el muro de muy eventual ocurrencia.

Riesgo total en el VAllE:

Riesgo Bajo

Riesgo Nulo

Riesgo Bajo

Riesgo Bajo

antes de llegar al cauce del Río Peuco.

RECOMENDACIONES:

* Verificar detalladamente la capacidad de obras de descargadel evacuador de crecidas. ,* Observar comportamiento de las vegas al pie del muro ,rincipal y procederen consecuencia.

GRADO DE RIESGONULO Da 15%

BAJO >15 a 30 %

MEDIANO >30a75 %

ALTO >75 a 100%

I SEGURIDAD DE EMBALSES • 6· REGiÓN¡

RIESGO TOTAL

EMBALSE N°6010

NOMBRE DEL EMBALSEPICARaulN

Riesgo por ESCORRENTíA : Riesgo Bajo

El vertedero tiene capacidad para evacuar la crecida de diseño.

Riesgo por PIPING : Riesgo Mediano·

Existen filtraciones por el piso del embalse en lecho permeable del Estero Picarquín.Ancho de coronamiento insuficiente: .Líneas de filtración a través del muro.

Riesgo por SISMO:

Factor de seguridad de 1,49 (> 1,18) da seguridad suficiente.

Riesgo Nulo

Riesgo total en el MURO: Riesgo Mediano

Talud interno y externo presentan deformaciones, gue atentarían contra estabilidadde la presa si llegara a llenarse.

Riesgo total en el VALLE: Riesgo Bajo

Vaciamiento produciría daños en plantaciones y huertos, camino La Punta a Cuestade Chada.

RECOMENDACIONES:

Mantener vigente la Resolución DGA N° 149 de 1995, gue autoriza s610 llenadoparcial hasta efectuar la reparación de la obra.

GRADO DE RIESGONULO Oa 15 %

BAJO >15a30%

MEDIANO >30 a 75 %

ALTO >758100%

1 SEGURIDAD DEEMBALSES - 6· REGiÓN I

RIESGO TOTAL

EMBALSE N°6012

NOMBRE DEL EMBALSELOS NOVIOS

Riesgo por ESCORRENTíA : Riesgo Nulo

Vertedero natural con capacidad para evacuar ~cida de disef\o a guebrada lateral.* Válvula de entrega no operable.

Riesgo por PIPING : Riesgo Nulo

No hay filtraciones, ni humedad en talud externo, debido a coronamiento con anchomayor que el recomendado (usado como camino para vehículo pesado).

Riesgo por SISMO: Riesgo Bajo

Factor de seguridad 1,13 «1,18) da incertidumbre en la seguridad.

Riesgo total en el MURO: Riesgo Bajo

Por sismo podría, a cierto plazo, llegar a colapsar el muro.

Riesgo total en el VALLE: Riesgo Bajo

Vaciamiento a quebrada con capacidad suficiente, áre

Catastro e inspección preliminar de embalses mayores ...coronamiento de la presa, los siguientes...

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