Diseño de Sifones y Acueductos 4.03 Y 4.04.doc

8/16/2019 Diseño de Sifones y Acueductos 4.03 Y 4.04.doc

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CAPÍTULO IV: DISEÑO HIDRÁULICO DE OBRAS DE ARTE DE RIEGO

4.06.- Diseño i!"#$%i&o !e Si'o(es.

4.0).- Ge(e"*%i!*!esCuando un canal debe cruzar una depresión ya sea una quebrada, río o uncamino, etc, se proyecta un sifón invertido que puede ser de secciona circular,rectangular o cuadrada que trabajara a tubo lleno.

Un sifón consta de un conducto cuya longitud queda determinada por el perfildel terreno y dos transiciones de entrada y de salida, siendo generalmente desección trapezoidal a rectangular en la cual se encuentran anclados los tubos.

En el cruce de un canal con una salida quebrada, el sifón se proyecta paraconducir el menor gasto y lo suficientemente profundo para no ser socavado, enciertas ocasiones debido a sus dimensiones.

Un sifón se constituye en un peligro, principalmente cuando esta cerca decentros poblados, siendo necesario el uso de rejillas pero con la desventaja deque puedan obturarse las aberturas y causar remansos.

Un canal en su trayectoria alcanzará en algunos casos depresiones abruptas ozonas con problemas de estabilidad de suelos, que no podrán ser superados conestructuras elevadas acueductos!, sea por razones t"cnicas como económicas,

por lo que podrá considerarse como variante una estructura que cruce el desnivel por medio de un conducto que se desplace por debajo del accidente topográfico,lo cual dará lugar a la configuración de un sifón invertido.

• Es+$e,* !e $( si'( i(e"/i!o s$e"'i&i*%.

El canal, por medio de los sifones, incorporará estructuras que trabajarán

bajo presión.

#os sifones pueden ser construidos superficiales o enterrados. #asestructuras superficiales se emplazarán sobre el suelo, en trinc$eras, t%neleso galerías, los cuales permiten una mejor accesibilidad. #as estructurasenterradas son más simples y normalmente de menor costo, ya que nocuentan con soportes, sin embargo la desventaja está asociada al

mantenimiento, por cuanto su accesibilidad resulta más complicada.

El sifón contará además de estructuras de entrada y de salida para lograr condiciones de transición $idráulicamente eficientes, por lo que su dise&odeberá lograr que el flujo se desarrolle en lo posible sin perturbacionessuperficiales, c$oques bruscos contra las paredes y cambios de dirección

pronunciados. #as estructuras de entrada y de salida contarán en amboscasos con rejillas y elementos de cierre rápido, que permitirán el control deflujo y los trabajos de mantenimiento.


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• T"*(si&io(es !e e(/"*!* 1 s*%i!*

El área de la sección transversal de un sifón viene determinado, de acuerdo ala ley de continuidad por el caudal de aducción y la velocidad de flujo. #amagnitud de la velocidad media en el conducto que conforma el sifón, puedevariar entre ' a ( m)s, para velocidades menores a ' m)s, es probable la

presencia de procesos de sedimentación. *in embargo la velocidad de flujoestá asociada tambi"n al tipo de material del conducto+ urita considera lossiguientes valores-

Conductos de fábrica /.0 a /.1 m)s 2ubos de $ormigón /.1 a '.1 m)s

En todos los casos se deberá incorporar elementos que permitan la limpieza periódica de los sedimentos que se acumulen en los sectores bajos aconsecuencia de las reducidas velocidades de flujo que se presenten durantela operación del sistema.

El dise&o $idráulico de un sifón tiene como base el cálculo de las p"rdidas decarga, locales y por fricción en el conducto. Entre las p"rdidas locales seconsiderarán principalmente p"rdidas en la estructura de entrada, en loscambios de dirección o codos y en la estructura de salida. El cálculo se

realizará para cada sección de conducto considerado $asta obtener niveles de


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p"rdidas que permitan por un lado el funcionamiento $idráulicamenteeficientes del sifón y represente el menor costo posible

4.02.- C"i/e"ios !e !iseño:

#as dimensiones del todo se determinan, satisfaciendo los requerimientos decobertura, pendiente del tubo, ángulos de doblados y sumergencias de la entraday salida.

En aquellos sifones que cruzan caminos principales o de bajo de drenes , serequiere un mínimo de 0.30m de cobertura y cuando cruzan caminos parcelarioso canales de riego sin revestir, es suficiente 0.04 m si el sifón cruza un canalrevestido se considera suficiente 0.50 m de cobertura.

#a pendiente de los tubos doblados, no debe ser mayor a '-/ y la pendientemínima del tubo $orizontal debe ser 1 6)oo. *e recomienda transición deconcreto a la entrada y salida cuando el sifón cruce caminos principales ensifones con 7 mayor o igual a 548 y para velocidades en el tubo mayores a /m)seg.

Con la finalidad de evitar desbordes de agua arriba del sifón debido a laocurrencia fortuita de caudales mayores al de dise&o, se recomienda aumentar en un109 ó 0.50 m. como má:imo al borde libre del canal en una longitudmínima de /1 m a partir de la estructura.

Con la finalidad de determinar el diámetro del tubo en sifones relativamentecortos con transiciones de tierra, tanto a la entrada como a la salida, se puedeusar una velocidad de / m5 ) seg. en sifones con transiciones de concretoigualmente cortos se puede usar /.1 m)seg., y entre 5 m )seg., a '.1 m)seg., ensifones largos con transiciones de concreto con o sin control en la entrada.

#as p"rdidas de carga por entrada y salida para las transiciones tipo ;Cubierta


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En sifones largos bajo ciertas condiciones la entrada puede no sellarse ya seaque el sifón opere al flujo parcial o a flujo lleno con un coeficiente de fricciónmenor que el sumido en el dise&o, por estas razón se recomienda usar n ?0.00@ cuando se calculan las p"rdidas de energía.

Con la finalidad de evitar la cavitación a veces se ubica ventanas de aireaciónen lugares donde el aire podría acumularse.

Con respeto a las p"rdidas de cargas totales , se recomienda la condición deque "stas sean iguales o menores a 0.50 m.

Cuando el sifón cruza debajo de una quebrada, es necesario conocer el gastomá:imo de la creciente.

*e recomienda los anc$os de corona de la 2abla (.5 en el cruce de sifones oalcantarillas seg%n el tipo de camino.

T*3%* : A(&os !e &o"o(*s se5( e% /io !e &*,i(o

C"$&e &o( C*,i(os !eTio

A(&o !e% C*,i(o e( %* Co"o(* !e%* A%&*(/*"i%%* o Si'(

Cruce *imple Cruce con *obre=nc$o

A/ 5m!

A' (m!

A5 4m!

( m

1.10 m1.@0 m

(.4. m

4.4 [email protected] m

4.0.- C#%&$%o !e% !iseño i!"#$%i&o !e $( Si'(:

7.- C*"*&/e"8s/i&*s De% C*(*% P"i(&i*%:

B 5D400 B 5D04

/@.00 (.00 3.04 4'.00 3.04 (.00 /0.10


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Hi!"#$%i&*s: Geo,e/"8*:

F ? /.10 m5)s G ? 5.50m

H ? 0.3@m b ? 0.@0m

= ? /.4(m' > ? /.'1m

< ? 5.13'm ? /.00

I ? 0.(3/m e ? 0.01m

A ? 0.@1m)s

* ? 0.0001

n ? 0.0/4

9.- T"*,o A Diseñ*":

El tramo a dise&ar y ser calculado empieza de la progresiva B 05 D 4'( $astaB 05 D 00. la longitud de tramo será de 4.00m

PASO 7:

DIE;SIO;AIE;TO DE LA SECCIO; DEL SI


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#2 ?(.00 m.

PASO ?:

DETERI;ACIO; DEL PU;TO DE I;ICIO

- Bm. 5D4/@

- Bm. 5D04• Me la topografía del terreno optamos por un N ? '10

PASO 4 :

CALCULO DE LA COTA E; >7@

Mel plano topográfico del Bm 5 D400 tenemos la cota '54.31 m.s.n.m

#uego-

Cota en /! ? '54.31 K0.0001J/@ ? '54.3(/ m.s.n.m

PASO :

COTA DE 9@

/.1$A ? /.1 ( A'M A'C ) , /.1 ( '.0' K 0.@1' ) ? 0.'

'g 'J3.@/

t$e ? # ? 0.@1 ? 0.35

Cos '10 Cos '10

CO2= '! ? '5.3'@ K 0.' K0.35 ? '54.// m.s.n.m.

PASO 6:

0.3@

'54.3(/

'5.3'@

/.1 $v

>2E

'16


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COTA E; >?@

> ? #J*en '10

> ? /0J*en '10 ? (.'5 m.

CO2= EP 5! ? CO2= '! > ? '54.// K (.'5 ? '54.(@/ m.s.n.m

PASO ):

COTA E; >4@

CO2= (! ? CO2= 5! K 0.001J#

# ?4/m.

CO2= (! ? '5'.(@/ K 0.001J4/ ? '5'.// m.s.n.m.

PASO 2:

COTA DE @

> ? /0J*en '10 ? (.'5 m.

CO2= 1! ? CO2= (! D > ? '5'.//D(.'5 ? '54.(0/ m.s.n.m

PASO :

DETERI;ACI=; DE P. DE SALIDA


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= la entrada - 3./0 ? './1

(.'5

'./1 - / es mas plano que '-/ O

= la salida - IDE;

PASO 77 :

CARGA HIDRÁULICA DISPO;IBLE

= la entrada - Cota 1!D 2irante - '54.3(/D0.3@ ? '5.3'@ m.s.n.m.

= la salida - Cota 4!D 2irante - '54.@5/D 0.3@ ? '5.@/@ m.s.n.m

C=IR= MS*


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M? C=IR= MS*


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=#2UI= ME *UEIREPCW= ? 0.@3 D cota / K cota '!! >tE

? 0.@3 D '54.3(/ K '54.//! K 0.35 ? 0./3

=#2UI= MS*tE ? 0.35 ? 0./14 ⇒ no cumple 4 4

PASO 7

#OPRS2UM ME


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Lt = 4. m+t,ms +!

LT = 5.00 m

α)' ? arctg '.(/.'/3'!)'J10 ? @6 10Zα)' ? @6 10Z

i. PSAE# ME #= CO2= EP /*eg%n la fiura del Bm 5 D400 al punto / $ay /.0 m

Cota / ? '54.31 0.0001J/ ? '54.3( msnm

ii. CO2= ME TOPMO EP '

/.1$v ? /.1 ( V22 – V12)/2g/.1$v ? /.1 ( 1.22 – 0.52)/19.6 $v ? 0.0 m

>d ? M)cos '06>d ? /.'/3')cos '06>d ? /.'3

#uego-Cota ' ? '5.3' 0.0 /.'3Cota ' ? '54.14 msnm

iii. CO2= ME TOPMO EP 5> ? '54.14 K '5(.'/ 0.3/.'/3'! ?(.(mCota 5 ? cota ' K>Cota 5 ? '54.14 (.( ? '5'.03 msnm

iv. CO2= ME TOPMO EP (Cota ( ? cota 5 K # J0.001Cota ( ? '5'.03 [email protected] ? '5/.@0 msnm


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v. CO2= ME TOPMO EP 1α ?'06sen '06 ? $)/($ ? (.@cota 1 ? '5/.@0 K (.@ ? '54.1@ msnm

vi. C=#CU#O ME# A=#OI < EP #= *=#SM=


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i:. C=#CU#O ME #=* C=IR=* MS*


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perdida de carga $idráulica disponibleM!=ltura de sumergencia ? 0.3@ D0.5@! K/.'3! ? 0.0=ltura permisible>M)4 ? /.'3)4 ? 0.'/4 m

=ltura de sumergencia Q >M)4 OB

:i. #OPRS2UM ME


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Mesde el punto de vista de la estructura civil, los acueductos pueden ser de dostipos- =cueducto sobre una estructura de soporte puente!, y canal cuyas paredesy base forman parte estructural del puente.

#os materiales de construcción de los acueductos dependerán de las condiciones

de estabilidad, definida normalmente por las dimensiones del canal y la longituddel acueducto, así como del análisis económico de las variantes consideradas.

El acueducto servirá entonces para vencer alg%n accidente topográfico y acortar la longitud del canal en el tramo considerado. Este puentecanal servirá asímismo para el paso de peatones, por lo que se deberá prever en la estructuraestas formas de utilización. Eventualmente se dispondrá para el uso peatonal unacubierta superior o veredas laterales.

Es+$e,*s $( *&$e!$&/o.- Es importante considerar tambi"n las necesidades demantenimiento del acueducto, incorporando obras de limpieza y evacuación,

como compuertas, que permitan aislar y desviar las aguas en una secciónanterior al puente, principalmente en situaciones de emergencia.


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n ? 0.0/4

9.- T"*,o A Diseñ*":

El tramo a dise&ar y ser calculado empieza de la progresiva B 05 D 4'( $asta

B 05 D 00. la longitud de tramo será de 4.00m.

?.- C#%&$%o De% A&$e!$&/o:

?.7.- C#%&$%o !e %* se&&i( !e% '%$o e( e% *&$e!$&/o:

A ? /.00m)s+ F ? /.10m5)s

= ? F ) A = ? /.10 ) /.00 ? /.10m'

= ? bJy b asumido! ? /.'0m ? 1 7.9,

?.9.- C#%&$%o !e% /io !e '%$o e( e% *&$e!$&/o-

Caudal unitario q !- q ? F ) b

q ? /.10 )/.'0 ? /.'1m5)s)m

2irante critico Hc! Hc ? 5 q')g

Hc ? 5 /.'1' ) 3.@ ? 0.1(m

Aelocidad critica Ac! A ? F ) =c + =c ? bJHc

A ? /.10 ) 0.41 ? '.5/m)s

si Hc Q Hn y Ac An tipo de '%$o s$3&"8/i&o

?.?.- C#%&$%o De L* Lo(i/$! De T"*(si&i( -

#t ? 2/ K 2'! ) 'tg /'6 5/Z

2/ ? '.m + 2' ? /.'0m

#t ? '. K /.'0! ) 'tg /'6 5/Z ? 5.1(m L/ 4.00,

Pueva progresiva B!


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*eg%n Gernoulli

?.6.- B*%*(&e De E(e"8* E(/"e 7 9

E/ ? E' D perdidas de carga

E/ ? Cf/ D y/ D A/')'g

E/ ? '[email protected]/ D 0.3@ D 0.@1')/3.4 E/ ? '53.15


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Cf5 ? '5@.(/ K 0.00/5J4

C'? 9?2.?77

?..- B*%*(&e !e e(e"8* e(/"e 9 1 ?:

E' ? E5 D perdidas por fricción

E' ? '53.1'/

E5 ? Cf5 D y5 D A5')'g

E5 ? '[email protected]// D y5 D A5')'g

pf ? 0.00/5J4 ? 0.03@@

'53.1'/ ? '[email protected]// D y5 D A5')'g D 0.03@@

/.///' ? y5 D A5'

)'gIesolviendo por tanteo

=5 ? /.'1m'

A5 ? /.'0m)s

? 7.0?2,

E 9?.97

?.70.- B*%*(&e !e e(e"8* e(/"e ? 4:

E5 ? E( D perdidas por transición de salida

E5 ? '53.1'/

E( ? Cf( D y( D A(')'g

Cf( ? E( y( A(')'g

? '53.1'/ K 0.054 K 0.3@

C'4 9?2.42


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#as caídas y rápidas son estructuras que se usan para unir dos tramos de canalque están a diferente nivel topográfico. *e denomina caída inclinada cuando lacaída en el gradiente de energía en una estructura no es mayor de (.10m. Cuandola caída en el gradiente de energía que tiene que ser disipada por la estructura esmayor de (.10m la estructura se denomina rápida. #as rápidas pueden tener

secciones rectangulares o trapezoidales de acuerdo con las condiciones delterreno a lo largo de su localización. #as caídas y rápidas son estructurasdisipadoras de energía que se construyen en lugares donde la topografía lo e:ige.

A.- C*8!*s

Usadas para regular la velocidad del agua, bajando bruscamente al nivel dela plantilla del canal. Me acuerdo con la magnitud de la estructura, la caída seconstruye de concreto reforzado, bloques de concreto, mampostería ymadera resistente a la putrefacción con altura mayor de (m.

A.7.- Ge(e"*7i!*!es.

*on obras proyectadas en canales o zanjas, para salvar desniveles bruscos en la rasante de fondo, Rómez Pavarro, $ace unadiferenciación de estas obras y conviene en llamar las caídas cuandolos desniveles son iguales o menores a ( m., estas a su vez pueden ser verticales o inclinadas.


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5. Cuando el desnivel es V- 0.50 m y el caudal V 500 #)seg.: m deanc$o de canal, no es necesario poza de disipación.

(. El caudal vertiente en el borde superior .de la caída se calcula conla formula para caudal unitario ]q]-

q ?/.(@ > 5)'

*iendo el caudal total+

F ? 9 F B 9 L?9

?G ? anc$o de caída

1. #a caída vertical se puede utilizar para medir la cantidad de agua

que vierte sobre ella si se coloca un vertedero calibrado.4.


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A.?.- C*8!*s I(&%i(*!*s.

A.?.7.- Ge(e"*%i!*!es

Estas estructuras se proyectan en tramos cortos de canal con pendientesfuertes, siendo la velocidad del flujo en la] caída siempre mayor que

la del propio canal, causando serios+ da&os. por erosión si no se poneun revestimiento apropiado+ mediante el análisis $idráulico se verificanlos fenómenos del flujo, que a su vez serán el fundamento para ladeterminación de la clase de revestimiento y de su e:tensión.

Una caída inclinada se divide desde arriba $acia abajo en las siguientes partes-

2ransición de entrada con sección de control

Caída propiamente dic$a

Colc$ón 2ransición de salida.

En algunos casos la caída propiamente dic$a y el colc$ón, pueden ser de sección rectangular o trapezoidal, la selección depende de lascondiciones locales y en todo caso del criterio del dise&ador.

• Se&&i( !e Co(/"o%

#a sección de control tiene por finalidad, mantener el flujo aguas arribaen r"gimen tranquilo, de manera que es en la misma sección de controldonde ocurre el cambio de r"gimen y el agua alcanza la profundidad yvelocidad crítica.

#a sección de control consiste en una variación de la sección del canalen el punto donde, se inicia la caída o en una rampa en contra

pendiente, de manera que la energía en el canal aguas arriba sea igual ala energía en el punto donde se inicia la caída.

A.?.9.- C"i/e"ios !e Diseño e( C*8!*s I(&%i(*!*s: Se&&i("e&/*($%*"

/. #a rampa inclinada en sentido longitudinal de la caída en sí serecomienda en un valor de /.1-/ a '-/, su inclinación no debe ser menor a la del ángulo de reposo del material confinado.

'. El anc$o de la caída G es igual a+

G ? F)q


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Monde-

q ? .// >')5

F ?valor conocido ?F ? ' ^G 'g >5)'

5^ ? 0.1@ valor promedio aceptado en este caso!

Tinalmente el valor G, debe ser tal que, al pie de la caída el P%mero deTroude nos permita seleccionar la poza de disipación que más se ajustea nuestro criterio.

5. Es muy importante tener en cuenta la supresión, por lo que serecomienda seguir las indicaciones para calcular el n%mero delloradores.

(. Estructuralmente la caída estará dispuesta con las precauciones delcaso, para evitar su falla por deslizamiento.

R#i!*s*on canales abiertos, pavimentados o revestidos, en los que el agua corre con granvelocidad. idráulicamente funciona bien por su baja p"rdida de carga con relación a otrostipos de medidores.


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