ESTUDIO DE LOS PROBLEMAS HIDRULICOS EN EFECTOSDESTRUCTIVOS DE LA CENTRAL DOCK SUR1Ing. RAL A. LOPARDOAcadmico de NmeroAntecedentes histricos del sifn invertidoCuando conducciones a superficie libre se encuentran con obstruccionesen su camino tales como ros, canales, tneles o valles es frecuente encontrarestas estructuras denominadas sifones invertidos, que consisten en un bruscodescenso del conducto hasta la cota necesaria, luego un tramo horizontal bajoesa obstruccin y finalmente un ascenso hasta la cota del terreno.En realidad, ese conducto no trabaja hidrulicamente como un sifn convencional,por lo que algunos autores han propuesto denominarlo como depressedsewer, una suerte de alcantarilla sumergida (Metcalf & Eddy Inc., 1981).Desde un punto de vista histrico, puede afirmarse que el sifn apareci porprimera vez sobre una conduccin de agua en Jerusaln, pero son los griegos losque lo divulgaron en Grecia, Sicilia, Espaa y Asia Menor a partir del principiodel siglo II antes de nuestra era (Hill, D. 1984). Segn Litaudon (Litaudon,J.C., 2002), en los cuatro acueductos romanos que servan de agua potable a laciudad de Lyon haba una gran cantidad de sifones invertidos.De acuerdo con esas referencias de obras ya pretritas, en caso del sifninvertido, el agua llega al depsito situado en la entrada, llamado aqu el depsitode captura y sale por varios tubos, para dividir el flujo, que se apoyanen una parte construida llamada rampa, antes de llegar al suelo. El codo (geniculus)causado por el brusco cambio de pendiente era el lugar ms frgil delos sifones. Cruzado el valle, los tubos remontaban del otro lado hasta el otrodepsito, llamado el depsito de fuga, situado algo ms bajo que el primero yAnales Acad. Nac. de Ing. Buenos Aires, Tomo III (2007): pp. 349 - 3721 La conferencia corresponde al trabajo realizado en conjunto por los Ings. Ral A. Lopardo,Daniel Bacchiega y Jos Casado.350 ACTIVIDADES DE LAS SECCIONES DE LA ACADEMIAfinalmente el agua encontraba el canal normalmente construido y segua sucurso por gravedad hacia su destino.Con referencia a este tipo de estructuras, se pueden apreciar algunos interesantesconceptos como que si los valles son muy largos habr que ponertubos descendiendo segn la pendiente de la ladera, sin sostenerlos por la albailera;y suceder que irn muy lejos en el fondo del valle segn su nivel, quees lo que se llama vientre puesto que si no se conducen por este largo espacioque est a nivel a lo largo del valle, remontarn muy pronto, formando un codoque forzar al agua a hacer un esfuerzo capaz de romper todos los empalmes delos tubos. En este tramo llamado vientre, ser necesario hacer ventosas por lascuales el aire que quede encerrado, pueda salir (Marco Vitruvio, 23 a.C.)En principio, los principales tipos de sifones son los que se indican a continuacin(Repblica de Bolivia, 2001): De ramas oblicuas, que se emplea para cruces de obstculos, para lo que se cuenta consuficiente desarrollo, y en terrenos que no presentan grandes dificultades de ejecucin. De pozo de ingreso vertical, en el que aparece una cmara de carga aguas arriba quese contina con el tubo vertical de descenso. de ramas verticales que, como el anterior, son preferidos para emplazamientos de pocodesarrollo o en caso de grandes dificultades constructivas; sus caractersticas de fcillimpieza y reducido espacio, los hacen muy aconsejables.SECCIN INGENIERA CIVIL 351 Con cmaras de limpieza, que tiene su mayor aplicacin en obras de cruce de vas detransporte subterrneas (subtes).El presente caso es claramente el mencionado en tercer trmino, pues cuentacon las dos ramas de entrada y salida verticales, aunque no con una cmara decarga aguas arriba, tal como se observa en los diseos convencionales.El sifn invertido es una obra de costo relativamente elevado y presentadificultades de limpieza y desobstruccin, razn por la cual debe ser utilizadosolamente despus de un estudio comparativo con otras alternativas. En elcaso del presente estudio, adems de que el sifn ya era existente, por las caractersticasde la zona de descarga no se estima posible una altHidrulica de sifones invertidosEl sifn invertido presenta aproximadamente una forma de U interconectadacon dos cmaras. En su entrada existe una cmara cuya funcin esorientar el flujo hacia el sifn propiamente dicho y a su salida otra que permiteguiar el flujo efluente hacia el colector aguas abajo. Entre estas cmaras, elescurrimiento se produce por gravedad, en conducto forzado (escurrimiento apresin), siendo por lo tanto el nivel de agua en la cmara de entrada superioral de la cmara de salida.La conexin entre las dos cmaras es lo que constituye el sifn propiamentedicho. Este tipo de estructura tiene uso muy habitual en sistemas sanitarios,existiendo algunas normas acerca de su diseo.Los conceptos hidrulicos aplicables son, en general, aquellos que correspondena conductos a presin cuya prdida de energa es igual a la diferencia deniveles entre las cmaras de entrada y la salida. Para los clculos de prdidasgenerales de energa, debidas a la friccin contra las paredes del conducto, algunosrecomiendan el uso de la frmula universal de clculo de conductos, conel coeficiente de rugosidad uniforme equivalente k = 2 mm, equivalente a unvalor n = 0,015 de la frmula de Manning (Repblica de Bolivia, 2001).352 ACTIVIDADES DE LAS SECCIONES DE LA ACADEMIAPara el clculo de prdidas de carga localizadas, que son debidas a lassingulares de la conduccin, en esa referencia se utilizan las siguientes expresiones:a) En cmara de entrada al SifnLa prdida de carga Je, supuesta la entrada por un cambio de rasante ensolera de borde agudo es:Je = 1,1 (U2/2 g),donde U es la velocidad media en el conducto y g la aceleracin de lagravedad.b) Prdida de altura potencial JfDebido al incremento de velocidad al pasar de una velocidad media U1 en elcolector de llegada, que no funciona en carga, a una mayor velocidad del aguaen el Sifn U2, es necesario agregar:Jf =1,1 (U22- U12)/2 g),c) Prdida de carga en el sifn propiamente dichoc.1.) Prdida debida a los codos:Jc = 0,132 (U22/2 g) (/90)c.2.) Prdida por friccin debida al rozamiento con las paredes para la longitudL de sifn:J = j L.El clculo de caudales en rgimen uniforme y permanente puede ser efectuadoutilizando, como en el caso de alcantarillas a presin (Chow, V. T., 1959)a partir de la ecuacin de Chzy-Manning:j = (U/n)2 R-1/3donde j es la prdida unitaria de energa por friccin, U es la velocidad media,n es el coeficiente de Manning (que depende de la rugosidad de las paredes)SECCIN INGENIERA CIVIL 353y R el radio hidrulico de la seccin del conducto, calculado como la relacinentre el rea de la misma y su permetro mojado.elclculo de sifones invertidos.Por tanto, la prdida total ser:JT = Je + Jf + Jc + J.Segn la bibliografa especfica, para obtener una buena autolimpieza enel sifn invertido, la velocidad del lquido en su interior debe ser como mnimode 0,90 m/s, que, adems de impedir la sedimentacin del material slido en latubera, es capaz de remover y arrastrar los slidos ya depositados.Por tanto, un criterio racional para el dimensiona miento de sifones invertidospuede ser la imposicin de tener en cualquier poca una velocidadmayor o igual a 0,90 m/s para el caudal mximo de aguas residuales de un dacualquiera.Un criterio de dimensionamiento alternativo, que est siendo adoptadocon xito en Brasil, es el de garantizar una velocidad igual o superior a 0,60m/s para el caudal medio, a lo largo de todo el perodo de proyecto. Este criterio,da resultados prximos a aquellos obtenidos por el uso del anteriormenteexpuesto.La velocidad mxima es funcin de las caractersticas del material del sifny de la carga disponible, pero de un modo general se aconseja que la misma nosupere 3,0 m/s.Descripcin de la obra existenteLa central Dock Sud se encuentra emplazada en el partido de Avellaneda,sobre la calle Debenedetti N 1636, y cuenta, para su adecuado funcionamientocon un sistema de refrigeracin que permite el enfriamiento de las unidadesde generacin. Este sistema se compone de obras de toma emplazadas sobre lamargen izquierda del canal Dock Sud y de una estacin de bombeo compuestaspor dos unidades de impulsin dotadas de un caudal de diseo de 5,52 m3/s conuna altura de impulsin de 21 m.Una vez que se ha producido el enfriamiento del agua, el sistema secomplementa con un conducto principal de descarga que restituye el flujo derefrigeracin al ro de La Plata. La longitud total del conducto de descarga esde 1.364 m, de los cuales 185 m corresponden a un sifn invertido mediante elcual se atraviesa el canal Dock Sud.354 ACTIVIDADES DE LAS SECCIONES DE LA ACADEMIALa estructura del sifn contaba, originalmente, con una cmara de cargacerrada emplazada en el extremo aguas arriba. No obstante, el proceso deampliacin de la planta requiri, aparentemente, una modificacin en la estructurade acceso al sifn, la cual se materializ mediante la incorporacin deun vertedero de control ubicado inmediatamente aguas debajo de la salida delconducto de refrigeracin de la planta de generacin. Este vertedero cumplira,en principio, el doble propsito de mantener un nivel mnimo para evitar elvaciado del sistema de refrigeracin durante perodos de mantenimiento, ascomo garantizar un adecuado funcionamiento del sifn.La estructura del vertedero se conforma de un perfil de planta semi-oval,con una cota de desborde relativa de +100,50, ubicada a 4,3 m por encima dela embocadura del sifn. El perfil de vertimiento propiamente dicho presentauna geometra curva conformada por cinco segmentos de crculos de radiosvariables entre 0,118 m y 1,40 m. El flujo de refrigeracin accede al vertederomediante una cmara perimetral a la cual descarga, en cota +94,75, el conductoproveniente de la planta de generacin.La estructura del sifn est compuesta por un conducto vertical inicial, deseccin circular de 2,50 m de dimetro y de 14,30 m de longitud, que vinculala estructura del vertedero con el tramo horizontal que permite atravesar elcanal Dock Sud. Este tramo, de 185 m de longitud, esta compuesto por unaseccin tipo bal de 2,50 m de ancho, que culmina con un conducto vertical deempalme con el canal final de descarga. A partir de esta seccin de embocadura,el canal se desarrolla en una longitud total de 1169 m, con unas seccionesvariables cuadradas y rectangulares de 2,50 m x 2,50 m, 3,50 m x 2,50 m y2,95 m x 2,95 m.SECCIN INGENIERA CIVIL 355FIGURA 1: Layout and dimensions of the duct.FIGURA