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TRABAJO FINAL DE SIFONES

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TRABAJO FINAL DE SIFONES

  1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA AGRICOLA CURSO : DISEÑO RURAL Grupo : “A” - 5 PROFESOR : ING. GONZALES CORREA, CRISTOBAL ALUMNO : ARGUEDAS PORTILLA, JOSE ´ BAZAN ASTO, YURICA CHICO PICASSO, WALTER EVANGELISTA VENITES, POOL CICLO : VIII TRUJILLO - PERÚ 2013
  2. 2. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA DISEÑO RURAL PÁGINA 1 SIFONES I. INTRODUCCION En el recorrido de un canal, pueden presentarse diversos accidentes y obstáculos como son: Depresiones del terreno, Quebradas secas, Fallas, Cursos del agua, necesidad de cruzar vías de comunicación (carreteras, vías férreas u otro canal). La solución mediante estructuras hidráulicas es: Acueductos, Sifón, Diques. En el caso del cruce de un canal con una vía de comunicación dependerá de la importancia de la vía de comunicación como del tamaño del canal, para elegir si es preferible pasar el canal encima de la vía o por debajo de ella, en el primer caso la solución será un acueducto, en el segundo caso se optara por un sifón invertido o un conducto cubierto. Igualmente en el caso de depresiones naturales será necesario analizar las diferentes alternativas enunciadas y decidir por la estructura más conveniente. Si la depresión fuera ancha y profunda y no se angostase hacia aguas arriba, podría no ser factible un acueducto, pero si un sifón invertido. En algunos será necesario analizar alternativas de conducto cubierto alcantarilla o sifón. Los canales que se diseñan en tramos de pendiente fuerte resultan con velocidades de flujo muy altas que superan muchas veces las máximas admisibles para los materiales que se utilizan frecuentemente en su construcción. Para controlar las velocidades en tramos de alta pendiente se pueden utilizar combinaciones de rampas y escalones, siguiendo las variaciones del terreno.
  3. 3. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA DISEÑO RURAL PÁGINA 2 II. GENERALIDADES 1. DEFINICIÓN Es una estructura utilizada para atravesar depresiones o vías de comunicación cuando el nivel de la superficie libre de agua del canal es mayor que la rasante del cruce y no hay espacio para lograr el paso de vehículos o del agua. Los sifones se diferencian de acueductos en que la sección del sifón se apoya directamente en las laderas de la depresión, siguen el perfil del terreno y sólo aprovechan la carga de agua para el movimiento del flujo. Generalmente hay cambio de sección con respecto a los canales, por lo cual es necesario proyectar transiciones aguas arriba y abajo. Tanto en el ingreso y a la salida se instalan rejas para evitar el ingreso de troncos, malezas y otros. Los sifones son estructuras hidráulicas que se utilizan en canales para conducir el agua a través de obstáculos tales como un río, una depresión del terreno u otro canal. Podemos diferenciar dos tipos de sifones en cuanto al principio de su funcionamiento: Sifón (normal) y Sifón invertido. a) SIFON (NORMAL) b) SIFON INVERTIDO
  4. 4. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA DISEÑO RURAL PÁGINA 3 A) EL SIFÓN (NORMAL): Llamado simplemente sifón por la mayoría de los autores conduce él agua pasando sobre el obstáculo y su funcionamiento se debe a la presión atmosférica que actúa en la superficie del agua a la entrada; para iniciar su funcionamiento es necesario producir el vacío en el interior del conducto, entonces la diferencia de presión entre la entrada (Presión atmosférica) y en el interior del conducto (Presión cero a próxima a cero) hace que el agua fluya en sentido ascendente al llegar a la cresta A, el agua cae por gravedad hacia la rama derecha dejando un vacío en la cresta lo que hace que el flujo sea continuo mientras no se introduzca aire en 'el conducto, por esta razón la entrada al sifón debe estar siempre ahogada. B) EL SIFÓN INVERTIDO: Los sifones invertidos son conductos cerrados que trabajan a presión y se utilizan para conducir aguas en el cruce de una tubería por una depresión topográfica en la que se ubica un canal, una vía, etc. PARTES DE UN SIFÓN Los sifones invertidos, 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) Registro para limpieza y válvulas de purga 7) Transición de salida No siempre son necesarias todas las partes indicadas pudiendo suprimirse algunas de ellas.
  5. 5. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA DISEÑO RURAL PÁGINA 4 1. Desarenador; Consiste en una o varias compuertas deslizantes colocadas enuna de las partes laterales, que descargan a un canal con pendiente superior ala del propio canal. Sirven a la vez para desalojar el agua del sifón cuando porreparaciones en este sean cerradas las compuertas o agujas de emergencia,se recomienda hacerlos de las dimensiones convenientes para que pase elcaudal por desalojar y unirlos al canal colector de la obra de excedencias.Conviene localizarlo antes de la transición de entrada. 2. Desagüe de excedencias; Es una estructura que evita que el nivel del aguasuba más de lo tolerable en el canal de llegada, evacuando el caudal que no pueda pasar por el sifón. Generalmente consiste en un vertedor lateralconstruido en una de las paredes del canal. Para el caudal normal la cresta delvertedor estará a nivel de la superficie libre del agua.
  6. 6. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA DISEÑO RURAL PÁGINA 5 3. Compuerta de emergencia y rejilla de entrada; Por facilidad deconstrucción se localizan a la entrada del conducto, o sea al finalizar latransición de entrada. La compuerta de emergencia consiste en una o variascompuertas deslizantes o agujas de madera que corren sobre ranuras hechasen las paredes laterales o en viguetas de hierro y que en un momentodeterminado pueden cerrar la entrada al conducto para poder hacer limpieza oreparaciones al mismo tiempo. La rejilla de entrada se acostumbra hacerla con varillas de 3/8" de diámetro o varillas cuadradas de 0.95 x 0.95 (3/8" x 3/8")colocados a cada 10 cm. Y soldadas a un marco de 2.54 x 1.27 (1" x 1/2"). Suobjeto es el impedir o disminuir la entrada al conducto de basuras y objetosextraños que impidan el funcionamiento correcto del conducto. 4. Transición de entrada y salida; Como en la mayoría de los casos, la seccióndel canal es diferente a la adoptada en el conducto, es necesario construir unatransición de entrada y otra de salida para pasar gradualmente de la primera ala segunda. En el diseño de una transición generalmente es aconsejable tener la aberturade la parte superior del sifón un poco más debajo de la superficie normal delagua. Esta práctica hace mínima la posible reducción de la capacidad del sifóncausada por la introducción del aire. La profundidad de sumergencia de laabertura superior del sifón se recomienda que esté comprendida entre unmínimo de 1.1 hv y un máximo de 1.5 hv. (hv = carga de velocidad). 5. Conducto; Forma la parte más importante y necesaria de los sifones. Serecomienda profundizar el conducto, dejando un colchón mínimo de 1 m en lasladeras y de 1.5 m en el cruce del cauce para evitar probables fracturas quepudieran presentarse debido a cargas excesivas como el paso de camionetas otractores. 6. Sección Transversal; por cuestiones de construcción, pueden ser:  Cuadradas  Rectangulares H/B = 1.5  Circulares
  7. 7. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA DISEÑO RURAL PÁGINA 6 LAS SECCIONES MÁS RECOMENDADAS SON: Sección Rectangular; con una relación H/B = 1.25 y con una sección mínima de H=1.0 m y B=0.80 m. Sección Circular; con un diámetro mínimo de 30"; pueden en algunos casos proyectarse baterías de conductos circulares. 7. Velocidades en el conducto; las velocidades de diseño en sifones grandeses de 2 – 3 m/s, mientras que en sifones pequeños es de 1.6 m/s. Un sifón se considera largo, cuando su longitud es mayor que 500 veces eldiámetro. 8. Funcionamiento; el sifón siempre funciona a presión, por lo tanto, debe estarahogado a la entrada y a la salida. El sifón funciona por diferencia de cargas, esta diferencia de cargas debeabsorber todas las pérdidas en el sifón 9. Registro para limpieza y válvula de purga; Se coloca en la parte más bajade los conductos, permite evacuar el agua que se quede almacenada en elconducto cuando se para el sifón, para su limpieza o reparación, y consistiráen válvulas de compuerta deslizante, delas dimensiones que se estimeconveniente de acuerdo con el caudal a desalojar. Se pueden usar paradesalojar lodos. Algunas veces estas válvulas no se pueden colocar en la partemás baja del sifón por tratarse del fondo del cauce del río por salvar, habiendonecesidad cuando se presente el caso, de alguna bomba que succione el aguarestante. Estas válvulas se protegen por medio de un registro de tabique oconcreto que llega hasta la parte superior del terreno. Deben abrirsegradualmente para evitar aumentos de velocidades fuertes en las tuberías.
  8. 8. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA DISEÑO RURAL PÁGINA 7 TIPOS DE SIFONES INVERTIDOS: Tipos de sifones invertidos: los principales son los que se indican a continuación  Ramas oblicuas.- se emplea para cruces de obstáculos, para lo que se cuenta con suficiente desarrollo y en terrenos que no presenten grandes dificultades de ejecución.  Pozo vertical.-con una o dos ramas verticales, son preferidos para emplazamientos de poco desarrollo en caso de grandes dificultades constructivas. Debido a sus características de fácil y reducido espacio, son muy aconsejables.  Ramas verticales.-lo mismo que pozos verticales.  Con cámaras de limpieza.-tiene su aplicación en obras de cruce de vías subterráneas.
  9. 9. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA DISEÑO RURAL PÁGINA 8 VENTAJAS Y DESVENTAJAS  Los sifones invertidos son económicos, fáciles de diseñar y de construir y han demostrado tener una confiable capacidad de conducción.  Los costos de diseño, construcción y mantenimiento son factores que pueden hacer a un sifón invertido más factible que otra estructura.  Sin embargo la pérdida de carga producida en un sifón invertido es mayor que en los otros sistemas de cruce (acueductos, etc). 2. PERFIL DEL SIFON La facilidad de limpieza y las pérdidas de carga son dos aspectos que deben ser considerados para la definición del perfil del sifón. El perfil de mayor uso es el que se asemeja a un trapecio con la base menor para abajo y sin la base mayor. Así la elección del perfil sea función de las condiciones locales y del espacio para su implantación, es de importancia fundamental que se procure proyectar el sifón con ángulos suaves que permitan la utilización de equipo simples para la limpieza y desobstrucción. 3. CRITERIOS DE DISEÑO  En el cruce de un canal con una quebrada, el sifón se proyecta para conducir el menor gasto y lo suficientemente profundo para no ser socavado, en ciertas ocasiones debido a sus dimensiones un sifón constituye un peligro, principalmente cuando está cerca de centros poblados, siendo necesario el uso de rejillas pero con la desventaja de que puedan obturarse las aberturas y causar remansos.  Las dimensiones del tubo se determinan satisfaciendo los requerimientos de cobertura, pendiente en el suelo, ángulos de doblados y sumergencia de la entrada y salida.  En sifones relativamente largos, se proyectan estructuras de alivio para permitir un drenaje del tubo para su inspección y mantenimiento.  Con la finalidad de evitar la cavitación a veces se ubica ventanas de aireación en lugares donde el aire podría acumularse.
  10. 10. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA DISEÑO RURAL PÁGINA 9  Cuando el sifón cruza debajo de una quebrada, es necesario conocer el gasto máximo de la creciente. 4. TECNICA DE CONSTRUCCION La técnica de construcción siempre que el obstáculo a salvar este constituido por un arroyo o rio, con un caudal de volumen apreciable, sigue alguno de los siguientes métodos:  Se monta un andamio perpendicular a la dirección de la corriente; el sifón se instala sobre el andamio y luego se produce su descenso en bloque hasta que repose en un canal excavado con anterioridad para este propósito.  El sifón previamente montado se suspende mediante grúas flotantes y se sumerge luego hasta reposar en la zanja excavada para tal fin.  El sifón se monta en tierra; se obturan ambos extremos; se recubre el exterior del sifón con hormigón proyectado o encofrado, hasta que el peso del sifón compense su flotabilidad en el agua; de esta forma se consigue una protección suplementaria contra la corrosión; se conduce el sifón haciéndolo flotar mediante boyas, hasta que esté situado sobre el canal excavado previamente, se sueltan las boyas y se sumerge el sifón llenándolo con agua.  Se ejecuta el montaje del sifón en una orilla del rio que constituye el obstáculo. Desde la orilla opuesta y mediante cables, este es remolcado hasta su emplazamiento definitivo, por vehículos que circulan sobre una vía dispuesta en la prolongación teórica del eje del sifón.
  11. 11. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA DISEÑO RURAL PÁGINA 10 III. FACTORES Y ELEMENTOS DE CONSTRUCCIÓN DE SIFONES El diseño hidráulico de un sifón está gobernado por factores fundamentales tales como la topografía que favorezca su desarrollo, condiciones de pérdidas de carga, que permitan el flujo y factores económicos que determinen su viabilidad. A. SUELO  Selección del sitio:El diseño y construcción de sifones son indispensables, para asegurar el éxito de estas obras, además de hacerlos más fáciles de cuidar, más seguros y económicos.La selección del sitio adecuado es clave para el éxito de la obra. Debe tomarse en cuenta la topografía del terreno, la textura del suelo, el destino donde se usara el agua y la disponibilidad de la fuente de agua. Topografía:favorezca su desarrollo.  En el caso particular del cruce con una quebrada o río de régimen caudaloso, deberá  hacerse un estudio de profundidad de socavación para definir la profundidad en la que  deberá cruzar o enterrar la estructura de forma segura sin que esta sea afectada.  Cuando existen quebradas poco anchas profundas conviene cruzadas con acueductos, pero cuando el cruce es ancho arriba y profundo en el centro muchas veces conviene proyectar un sifón invertido. También los estudios económicos y las consideraciones geológicas e hidrológicas, determina la factibilidad de usar uno u otro tipo de estructuras de sifón. Geología regional:La magnitud del proyecto y la importancia de las obras proyectadas plantea la necesidad de conocer las características geológicas regionales del área, que faciliten la descripción en las ubicaciones de las principales estructuras hidráulicas.
  12. 12. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA DISEÑO RURAL PÁGINA 11 Antecedentes hidrológicos:  Determinación de la crecida de probabilidad una vez en 10 años para dimensionar el desvío de construcción.  Determinación del caudal medio anual y del caudal de probabilidad de ocurrencia 80%.  Tipos de suelo:  Arcilloso  Franco arcilloso  Arenoso  Franco arenoso B. AGUA: El volumen de agua en el diseño de la transición de entrada se recomienda que la parte superior de la abertura del sifón, esté ligeramente debajo de la superficie normal del agua, esta profundidad de sumergencia es conocida como sello de agua y en el diseño se toma 1.5 veces la carga de velocidad del sifón o 1.1 como mínimo o también 3”.  Corrosión del material de construcción  Caudal de captación  Superficie y altura  Se debe considerar un aliviadero de demasías y un canal de descarga inmediatamente aguas arriba de la transición de ingreso. C. CARGAS POR LA PRESIÓN DE DISEÑO Es la carga debido a la presión en la condición más severa, interna o externa a la temperatura coincidente con esa condición durante la operación normal. D. CARGAS POR PESO a) Peso muerto incluyendo tubería, accesorios, aislamiento, etc. b) Cargas vivas impuestas por el flujo de prueba o de proceso. c) Efectos locales debido a las reacciones en los soportes
  13. 13. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA DISEÑO RURAL PÁGINA 12 E. CARGAS DINÁMICAS a) Cargas por efecto del viento, ejercidas sobre el sistema de tuberías expuesto al viento. b) Cargas sísmicas que deberán ser consideradas para aquellos sistemas ubicados en áreas con probabilidad de movimientos sísmicos. c) Cargas por impacto u ondas de presión, tales como los efectos del golpe de ariete, caídas bruscas de presión o descarga de fluidos. d) Vibraciones excesivas inducidas por pulsaciones de presión, por variaciones en las características del fluido, por resonancia causada por excitaciones de maquinarias o del viento. F. VELOCIDADES Para obtener una buena auto-limpieza en el sifón, el objetivo fundamental de un proyecto consiste en garantizar una condición de escurrimiento tal, que por lo menos una vez por día propicie la auto-limpieza de las tuberías a lo largo del periodo de proyecto. Para esto, es necesaria la determinación minuciosa de los caudales de aguas Residuales afluentes al sifón. G. DIÁMETRO MÍNIMO Considerando que para tuberías de menor dimensión es mayor la posibilidad de obstrucción, es recomendable que el diámetro mínimo del sifón tenga un valor similar al fijado para los colectores, esto es, 150mm.Por tanto se recomienda un diámetro de 150 mm como diámetro mínimo. H. NÚMERO DE TUBERÍAS El sifón invertido deberá tener, como mínimo dos líneas, a fin de hacer posible el aislamiento de una de ellas sin perjuicio del funcionamiento, cuando sea necesaria la ejecución de reparaciones y/o de sobstrucciones. En el caso de existir grandes variaciones de caudal, el número de líneas debe ser determinado convenientemente para garantizar el mantenimiento de la velocidad adecuada a lo largo del tiempo.
  14. 14. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA DISEÑO RURAL PÁGINA 13 IV. BIBLIOGRAFIA  http://www.sisman.utm.edu.ec/libros/FACULTAD%20DE%20CIENCIAS%20 MATEM%C3%81TICAS%20F%C3%8DSICAS%20Y%20QU%C3%8DMIC AS/INGENIER%C3%8DA%20CIVIL/07/OBRAS%20HIDRAULICAS%20I/ diseo_y_aspectos_constructivos_en_obras_de_arte.pdf  http://www.e-seia.cl/archivos/DIA_Dupont_Final_V01.pdf  http://paap.mmaya.gob.bo/__ucp/agua_saneamiento/NORMAS/NB%20688%2 0AlcSan%20-%20abr2007/NB688%20AlcSan%20REGLAM%20RT-06.pdf  http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/3487/Capitulo3.pdf  http://es.scribd.com/doc/167535473/SIFON-INVERTIDO

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