FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL INFORME
SIFON INVERTIDO DE SANTA ROSA DE SACCO – LA OROYA
Autor(es):
Carrasco Cutin Maricruz Ccorahua Rodríguez Yuri Coarite Condori Wilber Figueroa Huallanca Raúl Flores roque Jadick Loayza Saboya Jesús Ortega Vanesa Rengifo Macedo Natalie Rojas Rojas Mariela Salvador Guerrero Reyber Asesor: Asesor :
Ing. Manuel Herquinio Arias LIMA -Perú (2018 - II)
II. UBICACIÓN DEL SIFÓN El sifón se encuentra ubicado en la margen derecha de la ruta La Oroya – Lima, en el Distrito de Santa Rosa de Sacco, a solo 12 kilómetros de la Ciudad de La Oroya en el Paraje conocido como Lava ropa debido precisamente a que en dicha zona existe un conjunto lavaderos el cual es dotado de agua por un reservorio ubicado inmediatamente metros arriba del mismo. −
Lugar
: Paraje Lava ropa
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Distrito
: Santa Rosa de Sacco
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Provincia
: Yauli – La Oroya
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Departamento
: Junín
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País
: Perú
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Altitud
: 3885 msnm
Foto N° 01
IZQ. Plaza del Distrito de Santa Rosa de
Sacco – DER. Vista
Satelital del Distrito de Santa Rosa de
Sacco, se observa
claramente la ubicación del paraje Lava
ropa.
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Foto N° 02
Plano referencial para llegar al sifón provisto por el Google Earth.
Foto N° 03
Vista satelital de la estructura hidráulica provista por el Google Earth.
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III. OBJETIVOS DE LA VISITA
Reconocer las partes del sifón.
Conocer el funcionamiento y las características que presenta un sifón invertido.
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IV. MARCO TEÓRICO 4.1. SIFÓN 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
A) EL SIFÓN (NORMAL):
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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.
PAR TES 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.
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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 colector de
por desalojar y unirlos al canal
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 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
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caudal normal la cresta del vertedor estará a 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 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 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"). Su objeto es el impedir o disminuir la entrada al conducto de basuras y objetos extraños que impidan el funcionamiento correcto del conducto.
4. Transición de entrada y salida; Como en la mayoría de los casos, la sección del canal es diferente a la adoptada en el conducto, es necesario construir una transición de entrada y otra de salida para pasar gradualmente de la primera a la
segunda.
En el diseño de una transición generalmente es 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 posibl e
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 esté comprendida entre un mínimo 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. 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 camionetas o tractores.
6. Sección Transversal; por cuestiones de construcción, pueden ser:
Cuadradas
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Rectangulares H/B = 1.5
Circulares
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 grandes es 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 el diámetro.
8. Funcionamiento; el sifón siempre funciona a presión, por lo tanto, debe estar ahogado a la entrada y a la salida. El
sifón
funciona
por
diferencia
de
cargas,
esta
diferencia
de
cargas debe absorber todas las pérdidas en el sifón
9. Registro para limpieza y válvula de purga; Se coloca en la parte más
baja de los conductos, permite evacuar el agua que se quede
almacenada
en el conducto cuando se para el sifón, para su limpieza o
reparación, y consistirá en válvulas 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 válvulas no se pueden colocar en la parte más baja del sifón por tratarse del fondo del cauce del río por salvar, habiendo necesidad cuando se presente el caso, de alguna bomba que succione el agua restante. Estas
válvulas 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 tuberías.
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TIPOS DE S IFONES INVER TIDOS: 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.
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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.
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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.
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.
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I.
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.
G eolog ía regional: La magnitud del proyecto y la importancia de las obras proyectadas plantea la necesidad de conocer las
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características geológicas regionales del área, que faciliten la descripción en las ubicaciones de las principales estructuras hidráulicas.
A ntecedentes 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 ligeram ente 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
C. Se debe considerar un aliviadero de demasías y un canal de descarga inmediatamente aguas arriba de la transición de ingreso.
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 1
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
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.
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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.
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