SIFONESMSc. Ing JOSE ARBULU R.

ASPECTOS GENERALES

En el proyecto de obras de Red para el transporte de Aguas, la topografa local presenta obstculos como, quebradas, ros, canalizaciones de aguas pluviales, aductoras, cruce de tneles subterrneos, etc.

Esto exige la ejecucin de obras especiales dada la necesidad de superar denominados obstculos, utilizando los llamados Sifones Invertidos.

Siempre que sea posible se debe evitar el uso de Sifones Invertidos por los grandes inconvenientes que representa su conservacin y mantenimiento.

Sin embargo muchas veces no es posible resolver de otra manera el problema y tenemos que utilizar esta solucin.

SIFONES INVERTIDOS CRUZANDO UN RIO

Arrastre el controlador para cambiar el ancho del bloque de texto.

3. CONSIDERACIONES DE DISEOPendiente Mxima y Mnima

Cambio de direccin en el conducto

BISELES

DEBE ESTAR PERFECTAMENTE IMPERMEABILIZADO

Criterio a tomar en transicin

Arrastre los controladores laterales para modificar el ancho del bloque de texto.

Arrastre los controladores laterales para modificar el ancho del bloque de texto.

DISTANCIA MNIMA 50 mts

B.L mnimo 50% d

d

TIPOS DE SIFONESLos principales tipos de sifones son los que se indican a continuacin.

RAMAS OBLICUASPOZO VERTICALRAMAS VERTICALES

CON CAMARAS DE LIMPIEZA

Secciones utilizadas en la construccin de sifones

SECCIN CIRCULAR

SECCIN CUADRADA

SECCIN RECTANGULAR

SECCIN HERRADURA

DIAMETRO MINIMOS

Recomendable : 150 mm (6").Valor similar al fijado para los colectores De menor dimensin: mayor la posibilidad de obstruccin

NUMERO MINIMO DE TUBERIAS

Dos lneasHace posible el aislamiento de una de ellas sin perjuicio del funcionamiento.Cuando sea necesaria la ejecucin de reparaciones y/o limpiezas.

VISTA DE PLANTA DE SIFN CON DOS CONDUCTOS

CMARA DE ENTRADA

CMARA DE SALIDA

Q(m3/SEG)

Q(m3/SEG)

SIFN CON DOS CONDUCTOS

PARTES DE UN SIFON

Caja de Azolves

Obra de Excedencias

Compuerta para Desarenador

Transicin de Entrada

Compuerta de Emergencia

Conducto o Barril

Registro

Transicin de Salida

Perdidas

1 DESARENADOR

Consiste en una o varias compuertas deslizantes colocadas en una de las paredes laterales, que descargan a un canal con pendiente superior a la del propio canal. Conviene localizarlo antes de la transicin de entrada.

2 DESAGE DE EXCEDENCIAS

Es una estructura que evita que el nivel del agua suba ms de lo tolerable en el canal de llegada, tirando el gasto que no pueda pasar por el sifn. Generalmente consiste en un vertedor lateral construido en una de las paredes del canal.

COMPUERTA DE EMERGENCIA Y REJILLA DE ENTRADA.

Para facilidad de construccin se localizan a la entrada del conducto o sea al finalizar la transicin de entrada. La compuerta de emergencia consiste en una o varias compuertas deslizantes.

Su objeto ser el impedir o disminuir la entrada al conducto de basuras y objetos extraos que eviten el funcionamiento correcto del conducto.

TRANSICIONES DE ENTRADA Y SALIDA

Como en la mayora de los casos, la seccin del canal es diferente a la adoptada en el conducto o barril, es necesario construir una transicin de entrada y otra de salida para pasar gradualmente de la primera a la segunda.

TRANSICIN DE ENTRADA

TRANSICIN DE SALIDA

CONDUCTO O BARRIL

Forma la parte de ms importante y necesaria de los sifones.

Se recomienda profundizarlos dejando un colchn mnimo de 1.00 m en las laderas y de 1.50 m. en el cruce del cauce para evitar probables fracturas que pudieran presentarse.

Se calcula el tipo de tubera requerido para un caso dado, considerando un factor de seguridad, ya que un tubo sometido a una carga hidrosttica hasta el lmite de ruptura, fallar si recibe la aplicacin de cualquier carga externa o viceversa.

REGISTRO PARA LIMPIEZA Y VLVULA DE PURGASe coloca en la parte ms baja de los conductos y su objeto ser el de desalojar el agua que se quede aprisionada dentro de ellos y que es necesario retirar, para su limpieza o reparacin y consistir en vlvulas de compuerta deslizante.

CONDICIONES GENERALES DEL SUELO DE FUNDACION:

El suelo es el lugar donde se edifican todas las obras de ingeniera; es por ello que es preciso incidir en las fallas y posibles causas de fallas que este, como:

El humedecimiento provocado por las lluvias torrenciales , a consecuencias de cambios climticos adversos y por las vibraciones ssmicas que son de origen geolgico.

Los sifones son estructuras construidas para salvar un desnivel, por ello la importancia del estudio de estabilidad del suelo sobre el cual estar fundada.

CONDICIONES GENERALES DEL SUELO DE FUNDACION:

Los suelo arenosos finos, del rango entre 0.1 y 0.3 mm. de tamao, poco compactados y saturados de agua, si son sometidas a vibraciones ssmicas intensas, pueden perder totalmente su capacidad de soportar carga y comportarse como lquidos.

Entonces, las estructuras livianas como tuberas o cajas de concreto, flotan a consecuencia del fenmeno de licuacin.

Los limos y materiales elicos depositados por el viento forman estructuras de suelo macro porosas (loes) con grandes vacos.

Un incremento de humedad puede producir la ligazn que existe entre las partculas grandes como arenas gruesas y las partculas finas que las unen, como limos y arcillas, perdiendo cohesin o disolvindose. Esto produce hundimientos.

En otros casos, suelos arcillosos, secos y compactos, al ser humedecidos se hinchan, levantando entre otras cosas estructuras livianas, fracturndolas y destruyndolas.

La licuacin de suelos y la mayora de tipos de deslizamientos son de rpido desarrollo y por lo tanto no solamente causan ingentes prejucios materiales, sino que amenazan la vida y salud del hombre.

SISTEMAS DE CLASIFICACION GEOTCNICA PARA EL USOS DE SUELO EN PENDIENTE

CaractersticasClase 1Clase 2Clase 3Clase 4Caractersticas importantes del sitio.-Menos de 15 de pendiente. Poca erosin.-plataforma en corte.-corte de la pendiente < 15; y altura de corte < 30 m.-pendiente 15 - 30.no deslizado, ni erosin severa.-terreno coluvial < 15, no estabilidad o erosin severa.-pendiente 30- 60.No estabilizado o erosin severa.-pendiente < 15, pero con antecedentes de deslizamientos.Terreno coluvial 60.-pendiente entre 30 60 inestables o erosin severa.-terrenos coluviales 30-60.Limitaciones geotcnicas.Baja.Moderada. Alta.Extrema.Posibilidad de uso para desarrollo.Alta. Moderada.Baja.Probablemente inadecuada.Costo de obras para su desarrollo.Bajo.Normal.Alto.Muy alto.Nivel de estudio de sito requerido.Normal.Normal.Intenso.Muy intenso.

METODO EXPEDITO PARA PREDECIR EL POTENCIAL DE LICUACION

RANGOTOPOGRAFIA Y GEOLOGIAPOTENCIAL DE LICUACIONACauses presentes y antiguos de ros, pantanos, terrenos reclamados, hondonadas entre dunas.PROBABLEBDeltas de deposicin de suelos, diques naturales, dunas, llanuras de inundacin, playas y otros tipos de llanuras. POSIBLECTerrazas, colinas, montaas.NO PROBABLE

TRAZO Y DISEO DE SIFON

INFORMACIN TCNICA

TRABAJO DE GABINETE

TRABAJO DE CAMPO

TRAZO PRELIMINAR

NIVELACIN DE ESTACAS

PROGRESIVAS @ 0.10 m.

PERFIL LONGITUDINAL POR EJE DE SIFON

TAQUIMETRIA

PLANO A CURVAS DE NIVEL

TRAZO PRELIMINAR

CALCULO Y TRAZO DE CURVAS

TRAZO DEFINITIVO

CONSTRUCCIN DE PERFIL LONGITUDINAL

DISEO Y CALCULO DEL SIFON

DISEO HIDRAULICO

DISEO ESTRUCTURAL

DISEO HIDRULICO

ANTES DEL SIFN

DURANTE EL SIFN HASTA LA SALIDA DE ESTE

PARMETROS NECESARIOS:CANALGasto Q (m3/seg.)Plantilla b (m.)Talud ZPendiente S (0/00)Tirante d (m)

PARMETROS NECESARIOS: SIFNGasto Q (m3/seg.)Velocidad (m./seg)Pendientes por tramos S (0/00)

PLANILLA DE CLCULOS

MEMORIA DESCRIPTIVA

ANEXOS

SECCIN DEL SIFN

DESARROLLO HIDRULICO DEL SIFN

CALCULO HIDRULICO DEL SIFN

El diseo est gobernado por tres factores fundamentales:

EconomaPerdidas de cargasAzolves

Eleccin de velocidad

Q(m3/seg) conocido

CRITERIO HIDRULICO

Econmico

Tcnico

V(m/seg) asumida

Ah(m2) hallada

TRAZO DEL PERFIL DEL SIFN

a) Desarrollo mnimo, posible.b) Excavaciones mnimas. Colchn relleno sobre el conducto, con espesor mnimo de 1.00m.

Muy importante ser determinar las dimensiones de la seccin del ducto y estas dependen del gasto que deba pasar y de la velocidad que se pueda dar.

Texto

Texto

1A1

A

A

1000

A

A

1

1

VELOCIDAD DEL SIFON La velocidad est en funcin de las caractersticas del material del sifn y de la carga disponible.

Se considera una velocidad conveniente del agua en el conducto de 2.50 a 3.50 m/s que nos evita el depsito de azolves en el fondo del conducto y que no sea tan grande que pueda producir la erosin en el material de los conductos.

Un valor bastante usado en la rutina del proyecto es el de 2.50 m/seg.

PERDIDAS DE CARGAS:

Perdidas de Carga por Transicin de entrada y salida:

Perdida por Rejilla.K= Coeficiente de Perdida en la RejillaAn=rea neta de paso entre Rejillas (m2)Ag= rea bruta de la estructura y su soporte, que quede dentro de la rea hidrulica (m2)Vn= Velocidad a travs de la rea neta de la rejilla dentro del rea hidrulica (m/seg) g= Aceleracin de la gravedad (m/seg2)

A

A

A - A

(m)

Perdidas de carga por entrada en el conductoV= Velocidad de agua en el barril (m/seg)Ke=Coeficiente que depende de la forma de entradag=Aceleracin de la gravedad (m/seg2)

DIRECCIN DEL FLUJO

(m)

Valores de Ke:

Compuerta en pared delgada-contraccin suprimida en los lados y en el fondo.1.00

0.50

0.23

0.10

0.004Para entrada con arista en ngulo rectoPara entrada con arista ligeramente redondeadaPara entrada con arista completamente redondeada r/D= 0.15Para entrada abocinada circular

Perdida de carga por friccin en el Conducto:n= coeficiente de rugosidadV=Velocidad del agua en el conducto (m/seg)r= Radio Hidrulico (m)L=Longitud total del conducto (m)

Cuando se trata de Conducto circular:

Tambin es muy usada la frmula de Hazzen Williams, la que para conductos circulares tiene la forma siguiente:

Donde:

C= coeficiente que engloba el efecto de la friccin y que es variable de acuerdo con el tipo de tubera

V=velocidad del agua en el conducto (m/seg).D=dimetro de la tubera.g=aceleracin de la gravedad (m/seg2)h=prdida de carga (m)

Perdida de Carga por cambio de Direccin o CodosDonde:= Deflexin del cambioKc= coeficiente para codos comunes = 0.25V= Velocidad de llegada en el codo (m/seg)g= Aceleracin de la gravedad (m/seg2)En total las prdidas de carga computadas se recomienda aumentarla en un 10% como un factor de seguridad.

Q(m3/seg)

PRDIDAS POR AMPLIACIN

Algunas veces por exigencias topogrficas no es posible localizar una transicin a la salida del sifn para el cambio de seccin, hacindolo en una caja, de la cual saldr el agua al canal.

La prdida de carga ser motivada por ampliacin brusca en la seccin, y se aplicar la frmula de Borda.v1 = velocidad en el sifnv2 = velocidad aprox. en la caja.

CRITERIO HIDRAULICO EN EL DISEO DE UN SIFN h1=Perdida de carga por transicin de entradah2=Perdida de carga por Rejillah3= Perdida de carga por entrada en el Conductoh4= Perdida de carga por friccin en el Conductoh5= Perdida de carga por cambio de direccin o Codosh6= Perdida de carga por Ampliacin.

CMARA DE ENTRADA

CMARA DE SALIDA

h4

h5

h6

h1

h2

h3

HD

LNEA PIEZOMETRICA

NA

NA

TUBERA DEL SIFN

CAPACIDAD PROVEHIDA: (HD)

HD

N.A salida

N.A entrada

7. CALCULO HIDRULICO DE LAS TRANSICIONESSe recomienda construir transiciones elevadas con la finalidad de reducir al mnimo las prdidas de carga y obtener la mayor eficiencia hidrulica posible.T = ancho sup. libre del agua seccin mayort = ancho sup. libre del agua seccin menorL = Long. Transicin = ngulo necesario

Se recomend utilizar = 2230

T(m)

t(m)

L(m)

El Bureau of Reclamation hace las siguientes recomendaciones para las transiciones:

. Donde:hv = Carga de Velocidad (m).Sum = Sumergencia (m)

Sum

8. CALCULO ESTRUCTURAL DE LOS CONDUCTOS

DISEO ESTRUCTURAL

DISEO E. EN TRANSICIN

DISEO E. EN BARRIL

PLANILLA DE CLCULOS

ESPESOR DE CONCRETO

OBJETIVO

CUANTA DE ACERO

DISEO POR FLEXIN

DISEO POR COTE

ANEXOS

ESFUERZO CORTANTE MXIMO

ANEXOS

DISEO ESTRUCTURAL EN TRANSICIN

PLANILLA DE CALCULO

PESO PROPIO DE LA ESTRUCTURA

EMPUJE:E. DE AGUAE. DE TIERRA

REACCIN DEL SUELO

TRANSICIN VACA

TRANSICIN LLENA

SE TOMA EN CUENTA LA PRESIN HIDROSTATICA

MOMENTO FLEXIONANTE MXIMO

CARGAS

Los sifones con tubera no requerirn de clculo estructural ya que estn fabricados para las cargas recomendadas por los fabricantes y ellos se responsabilizan de las especificaciones, slo habr que cumplir con las indicaciones.

Los sifones de fierro son poco frecuentes, ya que se justifican solamente para cargas hidrostticas superiores de 140 m. y su clculo es debido a las fuertes presiones en la parte muy cargada y donde es mas riesgoso.

CONSTRUCCIN DE SIFONES

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