INTRODUCCION

En el proyecto de obras de sistemas sanitarios, la topografa local puede exigir la ejecucin de obras especiales como sifones invertidos, dada la necesidad de superar obstculos como, quebradas, ros, canalizaciones de aguas pluviales, aductoras, cruce de tneles subterrneos. 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 de paso de depresiones. El sifn invertido es una obra de costo relativamente elevado y presenta dificultades de limpieza y desobstruccin, razn por la cual debe ser utilizado solamente despus de unestudio comparativo con otras alternativas.El sifn invertido surge como solucin a la necesidad de burlar un obstculo topogrfico y conducir un fluido mediante una tubera a presin, disendose como una tubera simple. Es notable la utilidad que tiene este tipo de estructuras no solo porque resuelve el problema de realizar grandes tramos de canal cuya construccin demandara mayores costos elevando el monto del proyecto.

FUNDAMENTO TERICO

SIFONESGENERALIDADES1. Concepto

Es una estructura utilizada para atravesar depresiones o vas de comunicacin 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 vehculos o del agua. Los sifones se diferencian de acueductos en que la seccin del sifn se apoya directamente en las laderas de la depresin, siguen el perfil del terreno y slo aprovechan la carga de agua para el movimiento del flujo. Generalmente hay cambio de seccin 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.Las secciones ms recomendadas son:Seccin Rectangular; con una relacin H/B = 1.25 y con una seccin mnima de H=1.0 m y B=0.80 m. Seccin Circular; con un dimetro mnimo de 30"; pueden en algunos casos proyectarse bateras de conductos circulares.TUBERIA CIRCULAR

2. Aplicaciones

- Como estructuras de conduccin.- Como estructuras de proteccin, en este caso se emplean para dar pase a las aguas de lluvia o excesos de agua de un canal por debajo de otro canal.

3. Sifones invertidosLos sifones invertidos son conductos cerrados que trabajan a presin, se utilizan para conducir el agua en el cruce de un canal con una depresin topogrfica en la que est ubicado un camino, una va de ferrocarril, un dren o incluso otro canal.

4.- Partes de un SifnLos sifones invertidos, constan de las siguientes partes:1. Desarenador2. Desage de excedencias3. Compuerta de emergencia y rejilla de entrada4. Transicin de entrada5. Conducto o barril6. Registro para limpieza y vlvulas de purga7. Transicin de salida.No siempre son necesarias todas las partes indicadas pudiendo suprimirse algunas de ellas.4.1.- 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 sifn 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 transicin de entrada.DESARENADOR

4.2.- Desage de excedencias: Es una estructura que evita que el nivel del agua suba ms de lo tolerable en el canal de llegada, evacuando el caudal que no pueda pasar por el sifn. Generalmente consiste en un vertedor lateral construido en una de las paredes del canal. Para el caudal normal la cresta del vertedor estar a nivel de la superficie libre del agua.

CANAL DE DERIVACION

4.3.- Compuerta de emergencia y rejilla de entrada: Por facilidad deconstruccin se localizan a la entrada del conducto, o sea al finalizar la transicin 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 momento determinado pueden cerrar la entrada al conducto para poder hacer limpieza o reparaciones al mismo tiempo. La rejilla de entrada se acostumbra hacerla con varillas de 3/8" de dimetro 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"). Su objeto es el impedir o disminuir la entrada al conducto de basuras y objetos extraos que impidan el funcionamiento correcto del conducto.

REJILLAS

4. Transicin de entrada y salida: Como en la mayora de los casos, la seccin del canal es diferente a la adoptada en el conducto, es necesario construir una transicin de entrada y otra de salida para pasar gradualmente de la primera a la segunda. Para el clculo de la longitud de las transiciones que son simtricas se sigue el criterio de Julin Hinds:

En el diseo de una transicin generalmente es aconsejable tener la abertura de la parte superior del sifn un poco ms debajo de la superficie normal del agua. Esta prctica hace mnima la posible reduccin de la capacidad del sifn causada por la introduccin del aire. La profundidad de sugerencia de la abertura superior del sifn se recomienda que est comprendida entre un mnimo de 1.1 hv y un mximo de 1.5 hv. (hv = carga de velocidad).

TRANSICION DE SALIDA

4.5.- Conducto:Forma la parte ms importante y necesaria de los sifones. Se recomienda profundizar el conducto, dejando un colchn mnimo 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 camionetas o tractores.Seccin Transversal; por cuestiones de construccin, pueden ser:1. Cuadradas2. Rectangulares H/B = 1.53. CircularesVelocidades en el conducto: Las velocidades de diseo en sifones grandes es de 2 3 m/s, mientras que en sifones pequeos es de 1.6 m/s.Un sifn se considera largo, cuando su longitud es mayor que 500 veces el dimetro.Funcionamiento: El sifn siempre funciona a presin, por lo tanto, debe estar ahogado a la entrada y a la salida.Ahogamiento=10% puede tenerse ahogamiento < 50%.

El sifn funciona por diferencia de cargas, esta diferencia de cargas debe absorber todas las prdidas en el sifn. La diferencia de carga Z debe Serigual prdidas totales.

4.6.- Registro para limpieza y vlvula de purga: Se coloca en la parte ms baja de los conductos, permite evacuar el agua que se quede almacenada en el conducto cuando se para el sifn, para su limpieza o reparacin, y consistiren vlvulas de compuerta deslizante, de las dimensiones que se estime conveniente de acuerdo con el caudal a desalojar. Se pueden usar para desalojar lodos. Algunas veces estas vlvulas no se pueden colocar en la parte ms baja del sifn por tratarse del fondo del cauce del ro por salvar, habiendo necesidad cuando se presente el caso, de alguna bomba que succione el agua restante. Estas vlvulas se protegen por medio de un registro de tabique o concreto que llega hasta la parte superior del terreno. Deben abrirse gradualmente para evitar aumentos de velocidades fuertes en las tuberas.VALVULA DE PURGA

4.7.-ANCLAJE: Son los apoyos que le permiten a la tubera obtener soporte y estabilidad. Cuando por la tubera estpasando el flujo tiende a desestabilizarse, debido a que al agua tiene un peso y est acompaada de la velocidad hacen que la tubera tienda a sacudirse de un lado a otro, y aun cuando existe una mayor pendiente, el fluyo tendr aun mayor fuerza y por ende se suscitara un mayor esfuerzo en los apoyos. El espaciamiento de estos apoyos estar determinado el tipo de suelo que sobre el cual se colocaran los apoyos, as mismo depender del material con el cual se construirn los mismos.Estos apoyos pueden ser de concreto, o de estructura metlica como se vio en la salida a campo, pero se debe considerar que estos apoyos estarn en contacto directo con la superficie y por lo tanto estarn susceptibles a la humedad del suelo. Tambin se deber consideran los costos para la seleccin del material.

APOYOS DE HIERRO FUNDIDO

5.-CALCULO HIDRAULICO Los clculos hidrulicos necesarios para proyectar un sifn son los siguientes:1.-Calculo de las prdidas de carga para determinar el desnivel necesario entre la entrada y la salida.2.-calculo de las transiciones3.-verificacion del ahogamiento en la entrada4.-eleccion del dimetro de la tubera comprobando que la velocidad en el interior del conducto este dentro de los limites aceptables.Para hacer estos clculos es necesario conocer las caractersticas hidrulicas del escurrimiento en distintas secciones, esto se obtiene aplicando sucesivamente la ecuacin de Bernulli entre par de puntos.

5.1.-Calculo de Prdidas de Carga:

En un sifn se presenta varios tipos de perdidas de carga. Perdidas de carga por transicin de entrada. Perdidas de carga por entrada al conducto. Perdidas de carga por friccin dentro del conducto Perdidas de carga por transicin de salida

5.2.- Calculo de las transiciones:

La funcin de las transiciones es cambiar gradualmente de la seccin del canal a la del conducto.Segn especificaciones de la secretaria de Recursos Hidrulicos el ngulo formada por el eje de la transicin y la interseccin del nivel del agua con el talud debe estar dentro de los siguientes lmites:

12 30 a 22 30 mximo ----------- 22 30 mnimo ------------ 12 30 5.3.-Verificacion del Ahogamiento

En sifones tipo normal el ahogamiento tanto a la entrada como en la salida del conducto es indispensable ya que el funcionamiento se basa en producir dentro del conducto una presin inferior a la atmosfera.En sifones invertidos no es necesario el ahogamiento desde el punto de vista de su funcionamiento hidrulico, sin embargo es recomendable que trabaje ahogado sobre todo en la entrada para evitar que entren al conducto slidos flotantes que puedan obstruirlo.El ahogamiento mnimo recomendado es de un decimo del tirante.

5.4.- Eleccin del dimetro de la tubera

El dimetro de la tubera se determina mediante la ecuacin de continuidad para un gasto determinado d modo que la velocidad del agua en el conducto este dentro de los lmites recomendables para que no se produzca ni sedimentacin ni presin dentro del conducto.

Velocidad mxima ------------ 3.0 m/s. Velocidad minima ------------- 1.5 m/s.Cuando el gasto que deber conducir el sifn varia dentro de un rango muy amplio no es posible el sifn escoger una sola tubera que satisfaga las condiciones de velocidad citadas para los diferentes valores del gasto. En estos casos se disean en sifones con varias tuberas independientes para varios valores del gasto y a la entrada una cmara de reparticin que conduce el agua hacia el conducto adecuado segn el gasto.