SIFONESGENERALIDADES1. DefinicinLos sifones son estructuras hidrulicas que se utilizan en canales para conducir el agua a travs de obstculos tales como un ro, una depresin del terreno u otro canal.2. FuncionamientoEs 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 lograr el paso vehculo 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 cambios de seccin con respecto a los canales, por lo cual es necesario proyectar transiciones arriba y abajo. Tanto en el ingreso y a la salida se instalan rejas para evitar el ingreso de troncos, malezas y otros.3. Tipos de SifnSe puede diferenciar dos tipos de Sifones segn el principio de su funcionamiento: Sifn(Normal) y Sifn Invertido.3.1. Sifn NormalSu funcionamiento se debe a la presin atmosfrica que acta en la superficie del agua a la entrada, la diferencia de presiones gracias al vaco hace que el agua fluya en sentido ascendente y termine cayendo al otro extremo por efecto de la gravedad.

3.2. Sifn InvertidoUn sifn invertido es una estructura utilizada para pasar por debajo de un obstculo. Son conductos cerrados que trabajan a presin y se utilizan para conducir aguas en el cruce de una tubera por una depresin topogrfica en la que se ubica un canal, una va, etc.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 un estudio comparativo con otras alternativas.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. 3.2.2. Partes de un Sifn:Los sifones invertidos, constan de las siguientes partes: 1) Desarenador 2) Desage de excedencias 3) Compuerta de emergencia y rejilla de entrada 4) Transicin de entrada 5) Conducto o barril 6) Registro para limpieza y vlvulas de purga 7) Transicin de salida

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.

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.

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 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 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.

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 ala segunda. 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 sumergencia 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).

5) 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.

6) Seccin Transversal; por cuestiones de construccin, pueden ser:

Cuadradas Rectangulares H/B = 1.5 CircularesLas 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.7) Velocidades 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.8) Funcionamiento: el sifn siempre funciona a presin, por lo tanto, debe estar ahogado a la entrada y a la salida. El sifn funciona por diferencia de cargas, esta diferencia de cargas debe absorber todas las prdidas en el sifn.9) 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 consistir en vlvulas de compuerta deslizante, delas 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.3.2.2. Tipos de Sifonesa) Ramas oblicuas: Se emplea para cruces de obstculos, para lo que se cuenta con suficiente desarrollo y en terrenos que no presenten grandes dificultades de ejecucin.b) Pozo Vertical c) Ramas verticalesEstos dos tipos se caracteriza con una o dos ramas verticales, son preferidos para emplazamientos de poco desarrollo o en caso de grandes dificultades constructivas. Debido a sus caractersticas de fcil limpieza y reducido espacio, son muy aconsejables.d) Con cmaras de limpieza: Son aquellas que se aplican en obras de cruce de vas subterrneas.3.2.3 Hidrulica del sifn: El sifn invertido, presenta aproximadamente una forma de U interconectada con dos cmaras. A su salida otra cmara que permite guiar el flujo efluente hacia el colector aguas abajo. En su entrada existe una cmara cuya funcin es orientar el flujo hacia el sifn propiamente dicho.

La conexin entre las dos cmaras, puede ser a travs de dos (2) o ms conductos. Los conceptos hidrulicos aplicables, son por tanto, aquellos que corresponden a conductos forzados con prdida de carga igual a la diferencia de niveles entre la entrada y la salida.Prdidas de Cargas: Para los clculos de prdidas de carga distribuida, se recomienda: El uso de la frmula universal: Con el coeficiente de rugosidad uniforme equivalente K = 2mm. El uso de la frmula de Hazen Williams:

h = 10,674 * [Q1,852/(C1,852* D4,871)] * L

Donde:h: prdida de carga o de energa (m) Q: caudal (m3/s) C: coeficiente de rugosidad (adimensional) D: dimetro interno de la tubera (m) L: longitud de la tubera (m) Se recomienda un coeficiente de C = 100Coeficientes de Hazen y Williams para algunos materiales

Material CMaterialC

Asbeato cemento140Hierro Galvanizado120

Latn130-140Vidrio140

Ladrillo de Saneamiento100Plomo130- 140

Hierro Fundido nuevo130Plstico (PE, PVC)140 - 150

Hierro fundido, 10 aos de antiguedad107 113Tubera Lisa Nueva140

Hierro fundido, 20 aos de edad89 -100Acero Nuevo140 - 150

Hierro fundido, 30 aos de edad75 - 90Acero130

Hierro fundido, 40 aos de edad 64 -83Acero Rolado110

Concreto120 - 140Lata130

Cobre130 - 140Madera120

Hierro dctil120Hormign120 -140

Para la frmula de Manning: h = 10,3 * n2 * (Q2/D5,33) * L

Donde:h: prdida de carga o de energa (m) n: coeficiente de rugosidad (adimensional) D: dimetro interno de la tubera (m) Q: caudal (m3/s) L: longitud de la tubera (m) Se recomienda el valor de n = 0,013. Revestimiento bituminoso

Coeficiente de Rugosidad de ManingMaterialnMaterialn

Plstico(PE, PVC)0.006 0.010Fundicin0.012 0.015

Polister reforzado con fibra de vidrio0.009Hormign0.012 0.017

Acero0.010 0.011Hormign revestido con gunita0.016 0.022

Hierro galvanizado0.015 0-017Revestimiento bituminoso0.013 0.016

Material de Construccin Pueden ser utilizados tubos de: Hierro fundido dctil Hormign armado Acero PlsticoSin embargo es ms frecuente el uso de hierro fundido dctil por su facilidad de instalacin. En los casos en que el sifn es construido sobre lechos o cursos de agua, se debe verificar su peso o anclar las tuberas, para evitar su flotacin, condicin que puede ocurrir durante el perodo de construccin o cuando el sifn es vaciado para reparaciones. VelocidadesPara obtener una buena auto-limpieza en el sifn invertido, la velocidad del lquido en su interior, debe ser como mnima de 0,90 m/s, que adems de impedir la sedimentacin del material slido (arena) en la tubera, es capaz de remover y arrastrar la arena depositada.Dimetro MnimoConsiderando para tuberas de menor dimensin es mayor la posibilidad de obstruccin, es recomendable que el dimetro mnimo del sifn sifn tenga un valor similar al fijado para los colectores. Por tanto se recomienda un dimetro de 150 mm (6 plg) como dimetro mnimo.Nmero de tuberasEl sifn invertido debe tener, como mnimo dos lneas, a fin de hacer posible el aislamiento de una de ellas sin perjuicio del funcionamiento, cuando sea necesaria la ejecucin de reparaciones y desobstrucciones. En el caso de existir grandes variaciones de caudal, el nmero de lneas debe ser determinado convenientemente para garantizar el mantenimiento de la velocidad adecuada a lo largo del tiempo.Perfil de SifnLa facilidad de limpieza y las prdidas de carga son dos aspectos que deben ser considerados para la definicin del perfil del sifn. El perfil de mayor uso es el que se asemeja a un trapecio con la base menor para abajo y sin la base mayor. As la eleccin del perfil sea funcin de las condiciones locales y del espacio para su implantacin, es de importancia fundamental que se procure proyectar el sifn con ngulos suaves que permitan la utilizacin de equipo simples para la limpieza y desobstruccin.Cmaras de inspeccin: Cmara de ENTRADALa cmara de entrada debe ser proyectada de manera que oriente el escurrimiento hacia las tuberas que constituyen el sifn propiamente dicho, debe prever adems dispositivos que permitan: a) El aislamiento de cualquiera de las lneas para su limpieza b) b)El desvo del caudal afluente para cualquiera de las lneas, aisladamente o en conjunto con otra c) c)El desvo o by - pass directamente para un curso de agua o galera. d)La entrada de un operador o equipos para desobstruccin o agotamiento.

Cmara de SALIDA

Debe ser tambin adecuadamente proyectada de modo de permitir la inspeccin, el aislamiento y la limpieza de cualquier lnea del sifn. Las soleras de los tubos afluentes y de la tubera de salida quedarn rebajadas, en relacin a la tubera de llegada en la cmara de entrada, en 1/3 del valor correspondiente a la prdida de carga a lo largo del sifn, ms las prdidas localizadas.

Las cmaras de entrada y salida deben ser proyectadas con dimensiones adecuadas, de modo que permitan el acceso y movimiento de personas y equipos, en forma cmoda durante las operaciones que se realicen en las mismas.

VentilacinConsiderables cantidades de aire y gases son arrastradas por el escurrimiento de aguas residuales en los colectores que funcionan en lmina libre. En cambio, ste flujo es interrumpido en la cmara de salida del sifn, ya que el escurrimiento en el sifn se efecta en conducto forzado. Debido a esa interrupcin, se produce una acumulacin de aire y gases que origina una presin positiva en la cmara de entrada, y puede provocar el escape de gases con olor desagradable a travs de orificios y aberturas en las tapas de acceso a las cmaras.Una solucin sera interconectar las cmaras de entrada y salida por medio de una tubera, de modo que los gases sean transferidos para la cmara de salida y arrastrados por el flujo de aguas residuales aguas abajo del sifn.

EJEMPLO DE DISEO DE UN SIFN INVERTIDO