Sifon Ejemplo

8/3/2019 Sifon Ejemplo

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·1

159

Reemplazando valores en la isualdad (A)

E1 = E4 + Perdidas

100.0 + 0.95 + 0.092 99.92 + 0.95 + 0.0124

101.042 100.974

DIF ... O.0681U.

La que signifiea que no habra problemas hidniulico. puesto qu- r

la carga hidr'ulica en 1 es mayor que en 4.I

12.- Inclinacionde las Transiciones

Transicion de entrada

413.3 0 sea 13.3:1100.0 99.70

Transiclon de salida

499.92 - 99.65 = 14.8 0 sea 14.8:1

Ambas ssn m's plana~ que 4:1 luego se aceptan

ES QU EMA DE FIN IT IVO J

I, ' . \\.

f,

.50

s: 1 " _

~.oo 12. 40 L 4.QO

4.3.2 SHones

4 .3 .2 . 1 G en er al id ad es

Cuando un canal debe cr- uzar una depresi6n ya sea una que-

brada, un rio J un dren 0 un camino, etc. se proyecta un sifon in Ivertido que puede ser de secci6n circular, rectangular 0cuadra~

~ue trabajar~ a tubo Ilene. t

Un sif6n COhsta de un condu~to cuya longitud queda determiM~. ..

da por el perfil del terrene y dos transiciones, una de entrada

etra de salida, slendo generalmente de seccion trapezoidal a rKItangular en lao cual se encuentran anclades los tubes. I

En el cruce de un canal con una quebrada, el sifon se prcye

ta para conducir el menor gasto y 10 su fi cie nt eme nt e pr ofu nd o p a . 'ra no ser socavado, en ciertas ocasiones debido a sus dimensioM ,

.._.~-. . . . . . . . . . . . . . . . . "'------.---.-.~-. "



160

un Gifdn se constituye en un peligro, principalrnente cuando est'

.er c a a centros po bl.aclo, slendo necesarJo eL usc de rejillas p~

ro con la desventaja de que puedan obturarse las aberturas y cau

;8r remanso s •

4.3.2.2 Criterios de Diseno (

- Las dimensiones del tubo se determinan satisfaciendo los re-

querimientrnde covertura, pendiente del tubo, 'ngulos de do-

blados y sumergencia de la entrada y salida.

2 .- En aquellos sifones que ~ruzan eaminos principales 0debajo

de drenes, se requiere un minima de 0.90 m de covertura y

cuendo cruzan e am in os p are el ar ios a canales de riego sin re-

vestir, es suficiente 0,6 rn . S1 e1 sifon cruza un canal 1'e-

vestido se considers suficiente 0.30 m de covertura.

3.- La pend1ente de los tubas doblados. no debe ser mayor a 2:1

y la pendiente minima del tubo horizontal aebe ser 5 0/00.

Se recornJenda transic.ton de concreto a 1a entrada y salida -

eu a n d o el 511'011 cruce carnf.nos principales en sif'ones can ¢

mayor a 19ual a 36" y para velocidades en el tuba mayores a

1 m/::;0.g•.- Can la finalidad de evitar desbordes oguas arriba del sif6n

debido a La ocur-r-ec La f'or'LuL ta de caudales mayor-es v e Lrde dl

sefio, 5e recomienda aumentar en un 5 0% 6 "~.30 m como m6ximo

al borde libre del canal en una longitud minima de 15 m a

partir de la estructura.

).- Can la finalidad de determinar el di~rnetro del tubo en sifo-

n es r el at iv am en te cortos con transiciones de tierra, tanto a

la entrada como a la salida, se puede ussr una velocidad de

1 m3/seg, en sifones con transiciones de concreto igualmente

cortos 5e puede usar 1.5 m/seg.y entre 3 m/seg. a 2 .5 m/seg.en sifones largos con transiciones de concreto con 0sin con

trol en la entrada.

6 . - La s p~rdidas de carga por entrada y salida para l a s transi-

ciones tipo "Cubierta Partidaq, se pueden calcular r6pidamen

te con los valores 0.4 hv y 0.65 hv respectlvamente (Ver Fig.

2.15) 0 con 10 manifcstado en los Items 2 .4 y 2 .5

7. - A fin de ev Itar remansos a gua s arriba, las perd.idas totales

computadas se incrementan en 10%.

3.- "En e1 disefto de la transici6n de entrada 5 e recomienda que _

la parte superior de la labertura del 5 1f6n, est~ ligcramente

debojo de la superficie nbrmal del agua, esta profundidad de

sumC?rgencla es conocida como sello de aeua y en e1 disefl.ose

toma 1.5 veces Ie carga de velocidad del sif6n 6 1.1 como m!

nima 0 tambi~n 3~.

.~

.~

,,.



i!'j

. "

I· .I..

., iI

'j

161

9.- En la salida la sumergencia' no debe exceder a1 valor Hte/6. f

10.- En sifones relativamente largos, se proyectan estructuras _

de alivio para permltir un drenaje del tubo para su inspec-

cion y mantenimie nto.

11.- En sifones largos bajo ciertas condiciones la entrada puede

no sellarse yasea que e1 sifon opere a flujo parcial 0 a

flujo 11en.0. con un coeficiente de friccion menor que e1 '._

sumida en ~l diseno, par esta razon se recomienda usar YI =

0.008 cuando se calcuUm las perdidas de energia.

12.- Can la finalldad de evltar la cavitacion a veces se ubica _

I

J

Ientanas de aireacion en lugares donde el aire pod ria acum~

larse.

13.- Can respecto a las perdidas de carga totales, se recomienda

la condicion de que estas sean iguales 0menores a 0.30 m.

14.- Cuando el sifon cruza debajo de una quebrada, es necesario Iconocer el gasto maximo de la creciente.

15.- Se retomienda los.~nchos de corona de la Tabla 4.3 en el

cruce de sifones a alcantari11as segUn el tipo de camino. f

TABLA 4.3: ANCHOS DE CORONAS SEGUN EL TIPO DE CAr1INOS I

Cruce can Camino Ancho del Camino en la Cor- ona

de Tipo de la Alcantarilla a Sifon

Cruce Cruce con Sabre

Simple Ancho

V1 Om) 4 m 6.6 m

V2 (4m) 5 .5 m 6.6 m

V3 (601) 8.0 m 8.0 m

j

I

I

4.3.2 .3 Ejemplos de Dis~fio

Ejercicio 4.19f

Disefiar un sifon invertido en el cruce de un canal con l a

lanamericana las caracteristicas del cruce : e presentan en La Fig.

4.13 y las caracter!sticas del canal aguas arriba y aguas abajo r l

r t

del cruce son:

ZJ::

1 .5Q

'" 1 m3/seg.

S = 1 0/00

b = 1.0 rn .

n - 0.025

Y = 0.7 m.

-~--..-..-~---=------.----



162

10 "'N~

r-. <t -

O')

'" 10

Q)

. , . . , ....

. , .

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0. . . . . . . .o 0

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"



.;

.1

163

V

V2

2g

= 0.,7 m/seg.

0.025m.

La pendiente aguas arriba y aguas abajo es de 1 0/00 y las cotas

segun e1 perfil del canal son~

Km. 1+030 46.725 ms s sn sm,

Km. 1+070 = 46.443 m.s.n.m.

Solucion :

1) Con la informacion topografica del perfil del terreno ~1! d

cruce y el perfil del canal, se efectua el dimensionamiento pre-

via de la figura adjunta, el cual si cumple con los requisitos

hidraulicos necesarios, 5e puede aceptar como solucion al probl!

rna, en caso contrario, se hara los ajustes nece.arios.

2) Seleccion del Diametro del Tuba

.Asumim6s una velocidad de 1.5 m/seg.'

A 9 . = 1.0

V 1.52

0.67 m.

2A = IiDi

4

Di= 0.92 .., escogemos 01 ." 36"'---.' - ...•.-El nuevo valor del area sera:

2 ~~A = 0.657 m.

0.9144 m ,

y 1"8velocidad de dlseno:

V 1.52 m/seg.

V2-=0.118 m.2g

3) Longitud de transiciones

,_ 'S =, b~_~_~ __= , 1 + 2 x 1.5 x 0.7

T2= O.9144m.

= 3.1

T1 - T2Lt= __;--...;;;;._

2 tg d:/2

Lt= 2.35m.

Lt= 4 Di (segdn Items 4.3.1.4)

Lt= 3. 67 ~ 3.70

para r :C /2 '" 250

Escogemos:~

Lt= 3.70 m. '

rf.,/2= 16°30 I/

,I



164

', ~. J

,

4) Nivel de Agua en 1

Del Krn, 1+030 aL pun1<o 1 segun la Fig. adjunta, hay 6.41 m ••

luego la cota de fondo in 1 ser':

I I

46.72 5 - (6.41 x 0'.001) m 46.719 m.s.n.m.

El nive1 del agua ~n 1: 46.719 + 0.7 = 47.419 m.s.n.m.I

. ;

5) Cote de Fondo en 2 I

I

Cota de fonda en 2: 47.419 - (Hte + 1.5 hv)

1.5 hv Vt2( -

2g

0.9144

0.9781

V21

2 g

= 0.935111.te = _ . . : : D . . : : i : . . . ._ . _

Cos 120

) = 1.5 (0.118 - 0,025).'.~

1 ,5 hv : = 0.14m.

Cota de fondo en 2: 46.344 m.s.n,m.

6) Cots de Fondo en 3

0(, = 12° escogido previamente

h- = -

5 .0

h .. 1.04 m .

Luego: 46.344 - 1.04 = 45.304

Cota de fonda en 3: 45.304m.s.n.m.

7) Cota de Fonda en 4

Longitud de tuba horizontal: 10 m.

10 x 0,005 ~ 0.05

45 .304 - 0.05 ~ 45.254

Cota de Fonda en 4: 45 .2 54 m.s,n.m,



165

8) Cota de Fondo en 5

0::2 120

Sen 120 b

4

h O.8316m.

Luego: 45.254 + 0.8316 = 46.086

Cota de Fondo 5: 46.086 m.B.n.m.

9) Calculo del valor P en 1a salida

O.TO

El maximo valor de P en la entrada debe ser 3/4 D Y en la sal! tda 1/2 Dj luego P en la salida: 0.9144 7 2 = 0,4572

De otro lado se tiene que la cota en 6 ser': ILa distancia entre eL punta 6 y el km , 1+070: 7.388 .-

La cota en 6 es: 46.443 - 0.0074 = 46.436 m.s.n.m. J

rc'

,

, .,

Cota 6 - Cota 5 = 46.436 - 46.086 = 0.35 m

fscogemos el valor P ~ 0.35 para que la cota 6 de la transi~

ci6n coincida con la de la rasante del canal.

10 ) Inclinacion de los tubas doblados

A la entrada: 4.89 = 4.71.04

.~~7:1 es m's plano que 2:1, se ac~pta la inclinaci6n

A la salida: 3.912 = 4.70.832

4.7:1 igual que la entrada aceptamoB la inclinacion

11) Carge Hidraulica Disponible

Cota 1 + Tirante = 46.719 + 0.7 = 47.419 m.s.n.m.

f

f

J

J



166

Cota 6 + Tirante

Cargn. disponible

'~6.436 + o.i

0.283 m

47.136 m.s.n.m.

") C;Hculo de las Perdidas de Carp;a

Perdidas par entrada: 0.4 (0.0938) = 0.037

" 11 salida; 0.65 (0.0938) = 0.060 /

!

'"'.'/r. ,

"II frieeion: I.1Vt2

0.061D 2g

"Codas PeelI

f 0.025

L 19.0 m

D 4R = 0.9144

Pcd« 2 [0.25 1 1 2 : ' x Vt2

] = 0.02290 2g

Para mqydr seguridad las perdidas totales se inerementar'n en

un 10';6

Lue go: 1.1 x 0.18 = 0.198 m.•

Pademas dedueir que la earga disponible menos las perdidas totales son de: 0.283 - 0.198 ~ 0.085 m

La que signifies que no habra problema hldraulico

15 ) C~lcul0 de la Sumergencia a In Salida

Altura de sumergeneia (0.70 + 0.35) - Hte

DiHte =

Cos 12°O.935m.

Altura de swnergencia: 1.05 - 0.935 '" 0.115 ·m.

Este valor no debe exceder a: Hte ~ 0.15 6m.

6Luego; 0.115 < 0.156

Se acepta el valor de s um er ge nc ia p ue st o que ~s menor a la al

tura permisible.

14) Lon~itud de Proteecion can Enrocado

L.p = 3 Di = 2.74 ~ 2.80 m ,

El proyecto preliminar trazada en la Fig. 4.13, .se considera

la solucion al problema puesto que cumple con los requisitos

hldr3ulicos.

.. ~ I

't,

. '

. j



!

1 '1 ( ,

167

f

~

Vienen a ser la misma obra de arte, son generalmente pro- j

yectadas en el cruce de canales 0 cruce de canales con quebradas ,

y pueden ser aereos 0 enterrados cuando el cruce es por encima 0

par debajo de la quebrada 0 del otro canal, su disefto hidr'ulico

se asemeja al de una alcantarilla que fluye a pelo libre. A ve-

ces se proyecta con una tapa en la parte superior y en este casosirve tambien como pasarela 0 losa peatonal.

4.3.3 Acueductos, Colochea y Canoas

4.3.3.1 Generalidades

4.3.3.2 Criterios de Diseno

1.- Estas obras constan de transicion de entrada y transicion de

salida, siendo si~mpre rectangular la secci6n de la canoa.

2.- La energia de'la canoa debe ser en 10 posible igual a la ene!

gia del canal, para 10 cual se trata de dar velocidad en la

canoa igual a la del canal; despreci'ndose las perdidas de

c ar-ga en -este caso, normalmente aue Le darsele a las transicio• . o· l -

nes, angulos de 12 30. '

3.- La pendiente en la secyi6n de la canoa,' debe ajustarse 10 m a s

posible a la pendiente del canal a fin de evitar camblos e n

la rasante de fondo del mismo.

4.- Normalm~nte se aconseja diseftar considerando un tirante en la

canoa igual al del canal, s1 el caso 10 permite.

5.- Lacondicion de flujo en la canoa debe ser subcritico.

4.3.3.3 Ejemplo de Disefio

Ejercicio 4.20

Disefiar hidr-au'licament.e una canoa, par donde fluye un ca~

dal de 0.45 m3/seg.t las caracteristicas del canal aguas arriba y

a8uas abajo de la canoa son las sigui~ntes:

S 0.3 0/00

Y 0.66 rn ,

b 0,60 m ,

n :: 0,025

Z = 1

V 0,54 m/seg.

V2-:: 0.015

2 e ;

Solucion:

1) Seg6n datos se tiene que la velocidad en el canal es muy pe q~

fia al disefiar con esa misma velocidad. 1a canoa se estaria sobr~

dimensionando Y Gomo quiera que llevara transiciones de concreto,

tanto a la entrada como a la salida, podemos asumir prelim

te una velocidad de diseno igual a 1 m/seg, cuidando que esta

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