OBRAS HIDRAULICAS
UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO Alumno: Castillo Díaz Juan francisco
Asignatura: Obras hidráulicas
Tema: Sifones
Docente: Ing. Daniel Díaz
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OBRAS HIDRAULICAS DISE%O DE SI&N INVERTIDO INTRODUCCI&N' El sifón sifón inver invertid tido o surge surge como como soluci solución ón a la neces necesid idad ad de burla burlarr un obstá obstácu culo lo toog toográ rá!co !co " condu conducir cir un #uido #uido medi mediant ante e una una tuberí tubería a a resión$ dise%ándose como una tubería simle. Es notable la utilidad &ue tiene este tio de estructuras no solo or&ue resuelve el roblema de reali ealiza zarr gran grande des s tram tramos os de cana canall cu"a cu"a cons constr truc ucci ción ón dema demand ndar aría ía ma"ores costos elevando el monto del ro"ecto. 'os sifones invertidos son usados ara transortar agua roveniente de cana canale les s or or deba deba(o (o de car carreter eteras as " vías vías de tren tren deba deba(o (o de ríos ríos " &uebr &uebrad adas$ as$ etc. etc. Cuand Cuando o e)ist e)isten en &uebr &uebrad adas as oco oco anch anchas as rofu rofund ndas as conviene cruzadas con acueductos$ ero cuando el cruce es ancho arriba " rofu rofund ndo o en el centr centro o much muchas as veces veces conv convien iene e ro" ro"ect ectar ar un sifón sifón invertido .'os estudios económicos " las consideraciones toográ!cas$ geológicas e hidrológicas$ determina la factibilidad de usar uno u otro tio de estructura.
OBJETIVOS: Conocer el funcionamiento funcionamiento " las las características características &ue resenta resenta un sifón invertido. *acer *acer el dise%o dise%o de un sifón invert invertido ido con los los datos de un sifón sifón invertido.
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De)nici*n +e Si,*n: Cuando un canal debe cruzar una deresión "a sea una &uebrada$ un rio$ un dren o un camino$ etc. se ro"ecta un sifón invertido &ue uede ser sección circular$ rectangular o cuadrada &ue traba(ara a tubo lleno. +n sifón consta de un conducto cu"a longitud &ueda determinada or el er!l del terreno " dos transacciones una de entrada " otra de salida$ siendo generalmente de sección traezoidal a rectangular en la cual se encuentran anclados los tubos. En el cruce de un canal con una &uebrada$ el sifón se ro"ecta ara conducir el menor gasto " lo su!cientemente mente rofundo ara no ser socavado en ciertas ocasiones debido a sus dimensiones. +n sifón se constitu"e en un eligro$ rincialmente cuando esta cerca a centros oblados$ siendo necesario el uso de re(illas ero con la desventa(a de &ue uedan obturarse las aberturas " causar remansos
TI!OS ,odemos diferencias dos tios de sifones en cuanto al rinciio de su funcionamiento- Sifón normal/ " Sifón invertido.
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SION .NOR/AL0 Su funcionamiento se debe a la resión atmosf0rica &ue act1a en la suer!cie del agua a la entrada$ la diferencia de resiones gracias al vacio hace &ue el agua #u"a en sentido ascendente " termine ca"endo al otro e)tremo or efecto de la gravedad.
SI&N INVERTIDO
+n sifón invertido es una estructura utilizada ara asar or deba(o de un obstáculo$ a diferencia del sifón normal este funciona 1nicamente or efecto de la gravedad.
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OBRAS HIDRAULICAS ELECCI&N DEL TI!O DE ESTRUCTURA' Cuando el nivel del agua es menor &ue la rasante del obstáculo$ se uede utilizar una alcantarilla$ " si el obstáculo es mu" grande se usa un t1nel. Cuando el nivel de la suer!cie libre del agua es ma"or &ue la rasante del obstáculo$ se uede utilizar como estructura de cruce como uente canal o un sifón invertido o la combinación de ambos. El uente canal se utilizara cuando la diferencia de niveles entre rasante del canal " la rasante del obstáculo$ ermite un esacio libre su!ciente ara lograr el aso del agua en el caso de arro"os o ríos. El sifón invertido se utilizara si el nivel de la suer!cie libre del agua es ma"or &ue la rasante del obstáculo.
AS!ECTOS #ENERALES
El sifón invertido es una obra de costo relativamente elevado " resenta di!cultades de limieza " desobstrucción$ razón or la cual debe ser utilizado solamente desu0s de un estudio comarativo con otras alternativas. Siemre &ue sea osible se debe evitar el uso de sifones invertidos or los grandes inconvenientes &ue reresenta su conservación " mantenimiento$ sin embargo muchas veces no es osible resolver de otra manera el roblema de aso de deresiones.
CLASES DE SIONES a0 Ramas o2licuas: Se emlea ara cruces de obstáculos$ ara lo &ue se cuenta con su!ciente desarrollo " en terrenos &ue no resenten grandes di!cultades de e(ecución
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Estos dos tios se caracteriza con una o dos ramas verticales$ son referidos ara emlazamientos de oco desarrollo o en caso de grandes di!cultades constructivas. Debido a sus características de fácil limieza " reducido esacio$ son mu" aconse(ables.
+0 Con c4maras +e lim5ie6a: Son a&uellas se &ue alican en obras de cruce de vías subterráneas.
Dise7o 8i+r4ulico +el si,*n in9erti+o: El desnivel entre las gradientes de energía en la entrada " la salida algunas veces se redetermina " en otras será igual a la suma de todas las 0rdidas roducidas en el contorno ' Las 5r+i+as +e carga im5ortantes sona. En la transición de entrada " salida b. ,erdida re(illa de ingreso " salida c. ,or fricción en transiciones d. ,or fricción en el sifón
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OBRAS HIDRAULICAS e. En los codos o cambios de dirección f. ,or cambio de sección en la salida.
Sim2olog
Criterios +e +ise7o 5ara un si,*n in9erti+o 2. 'as dimensiones del tubo se determinan satisfaciendo los re&uerimientos de cobertura$ endiente del tubo$ ángulos doblados " sugerencia de la entrada " salida. 3. En a&uellos sifones &ue cruzan caminos rinciales o deba(o de drenes se re&uiere un mínimo de 4.54m de cobertura " cuando cruzan caminos arcelares o canales de riego sin revestir$ es su!ciente 4.64 m. si el sifón cruza un canal revestido se considerara su!ciente 4.74m de cobertura 7. 'a endiente de los tubos doblados$ no debe ser ma"or a 3-2" la endiente mínima del tubo horizontal debe ser 894 se recomienda transición de concreto a la entrada " salida cuando el sifón cruce caminos rinciales en sifones con diámetro ma"or o igual a 76: " ara velocidades de tubo ma"ores a 2m;seg. <. Con la !nalidad de causar desbordes en aguas arriba del sifón debido a la ocurrencia fortuita de caudales ma"ores al del dise%o $ se recomienda aumentar en un 849 o 4.74 m como má)imo al borde libre del canal en una longitud mínima de 28 m a artir de la estructura .
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OBRAS HIDRAULICAS 8. Con la !nalidad de determinar el diámetro del tubo en sifones relativamente cortos con transacciones de tierra$ tanto a la entrada como a la salida se uede usar una velocidad de 2 m;seg. En sifones con tracciones de concreto igualmente cortos se uede usar 2.8 m;seg. = entre 7 m;seg. a 3.8 m;seg. En sifones largos con transacciones de concreto o sin control en la entrada. 6. 'as 0rdidas de carga or entrada " salida ara las transiciones de tio >cubierta artida >$ se ueden calcular ráidamente con los valores 4.
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!roceso +e c4lculo +e un si,*n in9erti+o 2. Se tiene las características del canal &ue se va a conectar al sifón $ características como rugosidad $ endiente $ base $ tirante $ caudal " en base a esto se rocede a los siguientes cálculos 3. Calculo de velocidad del canal 7. Calculo de dimensiones del conducto $ al momento de encontrar el Diámetro se debe tener en consideración la tabla comercial de diámetros de tubería ara redondear
<. Calculo de las transiciones. 8. Calculo de 0rdidas de carga
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E@ercicio $' Dise%ar un sifón invertido en el cruce de un canal con la anamericana$ las características del cruce se resentan en la !gura " las características del canal aguas arriba " aguas aba(o del cruce son- 2.8 B2m7;seg. SB 29o bB 2m nB 4.438 = B 4.? m
FB4.?m;seg.
'a endiente aguas arriba " aguas aba(o es de SB 2 4;oo " las cotas seg1n el er!l de canal sonGm. 2H4.74B<6.?38 m.s.n.m Gm. 2H4.?4B<6.<<7 m.s.n.m
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OBRAS HIDRAULICAS Soluci*n: Con la información toográ!ca del er!l de terreno en el cruce " en el er!l del canal$ se efectuará el dimensionamiento revio de la !gura ad(unta$ el cual si cumle con los re&uisitos hidráulicos necesarios$ se uede acetar como solución al roblema$ o en caso contrario se hará los a(ustes necesarios
(' selecci*n +el +i4metro +el tu2o @sumimos una velocidad de 2.8m;seg.
D '?( escogemos D -;
'?$11 m'
El nuevo valor del área será-
= la velocidad de dise%o será-
-' Longitu+ +e transici*n 2B bH3z" 2H32.8/4.?/B 7.2 3B 4.52<< m
Escogemos-
1' Ni9el +e agua en $ Del m 2H4.74 al unto 2 seg1n la !g. @d(unta$ ha" 6.<2 m.$ luego la cota de fondo en 2 será<6.?38 6.<2 K 4.442/ B <6.?25 m.s.n.m
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OBRAS HIDRAULICAS El nivel del agua en 2- <6.?25 H 4.? B
m.s.n.m
3' Cota +e ,on+o en el (
Cota de fondo en 3-
Cota de fondo en 3- <6.7<< m.s.n.m
;' Cota en el ,on+o -
'uego- <6.7<<2.4< B <8.74< Cota de fondo en 7- <8.74< m.s.n.m
=' Cota en el ,on+o 1 'ongitud de tubo horizontal- 24 m. 24 K4.448 B 4.48 <8.74< L 4.48 B <8.38< Cota de fondo en <- <8.38< m.s.n.m
>' Cota en el ,on+o 3
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'uego- <3.38< H 4.A726 B <6.4A6 Cota de fondo en 8- <6.4A6m.s.n.m
?' C4lculo +e ! en la sali+a'
El má)imo valor de , en la entrada debe ser 7;
$' Inclinaci*n +e os tu2os +o2la+os @ la entrada <.?- 2 es más ráido &ue 3-2$ se aceta la inclinación. @ la salida <.?- 2igual &ue la entrada$ se acetamos la inclinación.
$$' Carga 8i+r4ulica +is5oni2le' Cota 2 H tirante B<6.?25 H 4.? B
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OBRAS HIDRAULICAS Carga disonible mB 4.3A7 m.
$(' Calculo +e las 5r+i+as +e carga ' ,erdidas or entrada- 4<4.457A/B 4.47?. ,erdidas or salida- 4.68 4.457A/ B 4.464. ,erdidas or fricción ,erdidas or codos- ,cd f-4.438 'B25.4 m D B
,ara ma"or seguridad las 0rdidas totales se incrementaran en un 24 9 'uego- 2.2 K4.2A B4.25Am ,odemos deducir &ue la carga disonible menos las 0rdidas totales son de 4.3A7 4.25A B4.4A8 m. 'o &ue signi!ca &ue no habrá roblemas hidráulicas
$-' C4lculo +e la sumergencia +e sali+a @ltura de sumergencia 4.?4 H4.78/ L *le
@ltura de sumergencia- 2.48 L 4.578 B 4.228 m Este valor no debe e)ceder a-
'uego- 4.228 4.286 Se aceta el valor de sumergencia uesto &ue es menor a la altura ermisible
$1' Longitu+ +e 5rotecci*n con Enroca+o 'B 7Di B 3.?< ≅ 3.A4 m
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OBRAS HIDRAULICAS En el ro"ecto reliminar trazado en la !g.<.27 se considera la solución al roblema uesto &ue cumle con los re&uisitos hidráulicos.
E@ercicio ( Dise%ar un sifón invertido en el cruce de un canal con una carretera. B 2.< B 2.< m7;seg. S B 4.442 bB4.54 m nB 4.438 = B 4.A?m F B 4.Am;s F3;3g B 4.4736 m 'a endiente aguas arribas " aguas aba(o es de 2 9 " las cotas seg1n el er!l sonGm. 2H4.34 B <8.<24 msnm Gm 2 H 4.64 B <8.23A msnm. 2. @sumimos un velocidad mínima de 2.8 m;s
(' Selecion +el +i4metro +el tu2o @B ;F @B 4.57 m3
@B 2.< ; 2.8
@B PKDiQ3 ; < R.. D iB B <3.52 >R Escogemos Di B <3 >B 2.4? m El nuevo valor del área será@B PKDiQ3 ; < @B PK2.4?Q3 ; <
@ B 4.A553
'a velocidad de Dise%o será- FB ;@ F B 2.< ; 4.A553 FB 2.8? m;seg
-' longitu+ +e transici*n 2 B b H 3= B 4.54 H 3K2.
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't B
1' Ni9el +e agua en $ Del Gm 2H4.34 al unto 2$ ha" 8.<2 m$ luego la cota de fondo en 2 será <8.<24 L 8.<2K4.442/ B <8.<486 msnm El nivel de agua en 2- <8.<486 H4.A?B <6.3?86 msnm
3' Cota +e on+o (
Cota de ondo 3 B<6.3?862.4575H4.2368/B <8.4<33 msnm
;' Cota +e on+o en 'uego- <8.4<33 2.3
=' Cota +e on+o en 1 'ongitud del tubo horizontal- 22m 22K4.448 B 4.488 <7.?5
>' Cota +e on+o en 3
'uego- <7.?35? H 2.4< B <<.?65?
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OBRAS HIDRAULICAS Cota de ondo 8 B <<.?65? m.s.n.m. De otro lado se tiene &ue la cota en 6 será- la distancia entre el unto 6 " el Gm 2H4.64-6.7AA m
La cota en ; es B <8.23A 6.7AAK4.442/B <8.2326 msnm Cota agua- <8.2326H4.A?B<8.5526msnm Calculo de , en la salida , má). B 7;
$' Inclinaci*n +e los tu2os +o2la+os )B8.A654
=B<.A53A
<.?-2 es mas lano &ue 3-2$ se aceta la inclinación.
<.?-2 igual &ue al de la entrada$ se aceta la inclinación.
$$' carga 8i+r4ulica +is5oni2leCota 2 H irante B <8.<486 H 4.A?B <6.3?86 msnm Cota 6 H irante B <8.2326 H4.A? B<8.5526 msnm Carga disonible- <6.3486<8.5826- 4.3A< m .$('Calculo +e las !r+i+as +e Carga
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,erdidas or entrada- 4.47?3
,erdidas or salida- 4.4648
!er+i+a 5or ,ricci*n nB4.428 FB2.8? m;seg DB 2.4? m ' B 33 m fB 4.438
!er+i+a 5or co+o
,ara ma"or seguridad las 0rdidas totales se incrementaran en un 249. 'uego- 2.2K4.47?3H4.4648H4.4?4AH4.4335/B4.3248 ,odemos deducir &ue la carga disonible menos las 0rdidas totales es4.3A< m L 4.3248 B 4.4?78 m Uo habrá roblema hidráulico
$-' Calculo +e la sumergencia a la sali+a @ltura de sumergencia 4.A4 H 4.?425/B2.8425 L hte
'a altura de sumergencia 4.A? H4.7825/ B 2.25A5 2.4575 @ltura de sumergencia B 4.23A4 m
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OBRAS HIDRAULICAS Este valor no debe ser a B 4A2A37 4.23A4 mV 4.2A37$ el valor de sumergencia se adata uesto a &ue es menor &ue el valor má)imo @ltura de sumergencia- 4.2484
$1' Longitu+ +e !rotecci*n con enco,ra+o 'B 7Di 'B 72.4?/ 'B 7.32 El ro"ecto reliminar trazado en la !gura se considera la solución al roblema uesto &ue cumle los re&uisitos hidráulicos
Aneo:
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