SIFONES INVERTIDOS

ELECCIÓN DEL TIPO DE ESTRUCTURA:

Cuando el nivel del agua es menor que la rasante del obstáculo, se puede utilizar una alcantarilla, y si el obstáculo es muy grande se usa túnel.

Cuando el nivel de la superficie libre del agua es mayor que la rasante del obstáculo, se puede utilizar como estructura de cruce un puente canal o un sifón invertido o la combinación de ambos.

ESTRUCTURAS DE CRUCE

Para cruzar una depresión, se debe recurrir a una estructura de cruce, en cada caso se escogerá la solución más conveniente para obtener un funcionamiento hidráulico correcto, la menor pérdida de carga posible y la mayor economía factible; las cuales pueden ser:

Puente canal Sifón invertido Alcantarilla Túnel

LOS SIFONES INVERTIDOS

Son conductos cerrados que trabajan a presión, se utilizan para conducir el agua en el cruce de un canal con una depresión topográfica en la que está ubicado un camino, una vía de ferrocarril, un dren o incluso otro canal.Los sifones hacen que el agua pueda salvar el gran desnivel que existe entre dos puntos opuestos.

Hidráulica del sifón Invertido:

El sifón invertido, presenta aproximadamente una forma de “U” interconectada con dos cámaras. En su entrada existe una cámara cuya función es orientar el flujo hacia el sifón propiamente dicho y a su salida otra cámara que permite guiar el flujo efluente hacia el colector aguas abajo. Entre estas cámaras, el escurrimiento se produce por gravedad, en conducto forzado (a presión hidráulica o sea a tubo lleno), siendo por lo tanto el nivel de agua en la cámara de entrada superior al de la cámara de salida.

Para que se dé el funcionamiento el nivel de entrada debe estar por encima del nivel de salida, es decir tiene que haber un desnivel entre ambos puntos para que permita compensar el rozamiento, este es el principio de los vasos comunicantes.

El sifón funciona por diferencias de cargas, esta diferencia de cargas debe absorber todas las perdidas en el sifón. La diferencia de carga ΔZ≥ las pérdidas totales.

TIPOS DE SIFONES

Los principales tipos de sifones invertidos son los que se indican a continuación:

Ramas oblicuas

Pozo vertical

Ramas verticales

Con cámaras de limpieza

El sifón invertido de ramas invertidas, se emplea para cruces de obstáculos, para lo que se cuenta suficiente desarrollo y en terrenos que no se presentan grandes dificultades de ejecución.

Los sifones invertidos pozo vertical y ramas verticales, son preferidos para emplazamientos de poco desarrollo o en caso de grandes dificultades constructivas, debido a sus características de fácil limpieza y reducido espacio, son muy aconsejables.

El sifón invertido con cámara de limpieza, tiene su aplicación en obras de cruce de vías subterráneas.

PARTES DE UN SIFON INVERTIDO

Los sifones invertidos, como se muestra en la Figura (1), constan de las siguientes partes:

1. Desarenador.2. Desagüe de excedencias.3. Compuerta de emergencia y rejilla de entrada.4. Transición de entrada.5. Conducto o barril.6. Registros para limpieza y válvulas de purga.7. Transición de salida.

No siempre son necesarias todas las partes indicadas pudiendo suprimirse algunas de ellas.

Figura (1), Elementos de un Sifón Invertido.

1. DESARENADOR.

Consiste en una o varias compuertas deslizantes colocadas en una de las partes laterales, que descargan a un canal con pendiente superior a la del propio canal. Sirven a la vez para desalojar el agua del sifón, cuando por reparaciones en este sean cerradas las compuertas o agujas de emergencia, se recomienda hacerlos de las dimensiones convenientes para que pase el caudal por desalojar y unirlos al canal colector de la obra de excedencias. Conviene localizarlo antes de la transición de entrada.

2. DESAGUE DE EXCEDENCIAS.

Es una estructura que evita que el nivel del agua suba más de lo tolerable en el canal de llegada, evacuando el caudal que no pueda pasar por el sifón. Generalmente consiste en un vertedor lateral construido en una de las paredes del canal.

Para el caudal normal, la cresta del vertedor estará al nivel de la superficie libre del agua.

3. COMPUERTA DE EMERGENCIA Y REJILLA DE ENTRADA.

Por facilidad de construcción se localizan a la entrada del conducto, o sea al finalizar la transición de entrada. La compuerta de emergencia consiste en una o varias compuertas deslizantes o agujas de madera que corren sobre ranuras hechas en las paredes laterales o viguetas de hierro y que en un momento determinado puedan cerrar la entrada al conducto para poder hacer limpieza o reparaciones al mismo.

La rejilla de entrada se acostumbra hacerla con varillas de 3/8” de diámetro o varillas cuadradas de 0.95x0.95 (3/8” x 3/8”) colocados a cada 10 cm, y soldados a un marco de 2.54 x 1.27 (1” x ½). Su objeto es el impedir o disminuir la entrada al conducto de basura y objetos extraños que impidan el funcionamiento correcto del conducto. La rejilla permite también proteger a las personas que por una u otra razón están usando el canal.

4. TRANSICIONES DE ENTRADA Y SALIDA.

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

Para el cálculo de la longitud de las transiciones que son simétricas se podrá seguir el criterio:

En el diseño de una transición de entrada y salida es generalmente aconsejable tener la abertura de

la parte superior del

sifón un poco más debajo de la superficie normal del

agua. Esta práctica hace mínima la posible reducción de la capacidad del sifón causada por la introducción del aire. La profundidad de sumergencia de la abertura superior del sifón se recomienda que este comprendida entre un mínimo de 1.1 hv y un máximo de 1.5 hv. (Hv= carga de velocidad)

5. CONDUCTO O BARRIL

Forma la parte más importante y necesaria de los sifones. Se recomienda profundizar el conducto, dejando un colchón mínimo de 1 m en las laderas y de 1.5 m en el cruce del cauce para evitar probables fracturas que pudieran presentarse debido a cargas excesivas como el paso de camiones y tractores.

SECCION TRANVERSAL

Por cuestiones de construcción pueden ser.

1. Cuadradas2. Rectangulares3. Circulares

VELOCIDADES EN EL CONDUCTO

Las velocidades de diseño en sifones grandes es de 2 - 3 m/s, mientas que en sifones pequeños es de 1.6 m/s.

Un sifón se considera largo, cuando su longitud es mayor que 500 veces el diámetro.

FUNCIONAMIENTO

El sifón siempre funciona a presión, por lo tanto, debe estar ahogado en la entrada y a la salida.

Ahogamiento≥ 10%

Puede tenerse ahogamiento < 50%

AHOGAMIENTO =H−hh

∗100

6. REGISTRO PARA LIMPIEZA Y VÁLVULA DE PURGA.

Con el plano a curvas de nivel y el perfil del terreno en el sitio de la obra, se traza el sifón y se procede a diseñar la forma y dimensiones de la sección del conducto más económica y conveniente, esto se obtiene después de hacer varios tanteos, tomando en cuenta las pérdidas de carga que han de presentarse. Las dimensiones de la sección transversal del conducto, dependen del caudal que deba pasar y de la velocidad que se pueda dar. En sifones grande se considera una velocidad conveniente de agua en el barril de 2 a 3 m/s que evita que el depósito de azolve en el fondo del conducto y que no es tan grande que pueda producir la erosión del material de los abrirles, cuando por las condiciones del problema, no sea posible da el desnivel que por estas limitaciones resulten, se pueden reducir las pérdidas, disminuyendo prudentemente la velocidad del agua, teniendo en cuenta que con esto de aumenta el peligro de azolvamiento del sifón, por lo que habrá necesidad de mejorar las facilidades para limpiar el interior del barril.