PDF -Le dimensionnement mécanique des tuyaux d'assainissement - Calcul Des Conduite
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Calcul Des Conduite

Le dimensionnement mécanique des tuyaux d'assainissement

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Des Conduite

Description

A / GENERALITES SUR L’ALIMENTATION EN EAU POTABLE : I / Introduction : Dans ce travail on se propose de mettre le point sur les différents éléments nécessaires pour la conception et le dimensionnement d’un réseau d’Alimentation en Eau Potable (AEP)

On va y traiter les volets suivants : •L’évaluation des dotations unitaires pour chaque type de consommateur

•Projection de la consommation en eau pour différents horizons

•Conception et dimensionnement d’un réseau d’AEP

En général l’Alimentation en eau potable d’une agglomération quelconque comporte les éléments suivants :

Réseau de destitution Les abonnés sont alimentés par un réseau de distribution qui est desservi par un réservoir de stockage dont la côte radier est choisie de façon à ce que les pressions nécessaires à l’alimentation des abonnées soit assurées

II / Installations : 1/Captage ou prise Il permet de recueillir l’eau naturelle,

cette eau peut être d’origine superficielle ou bien Souterraine

Prélèvement à l’amont de la ville La prise peut être effectuée dans le fond du lit de la rivière surtout lorsqu’on est en régime torrentiel (forte pente,

grandes vitesses) et Lorsque le transport solide ne contient pas de matériaux fins,

qui risquent de colmater la crépine

Les travaux de réalisation de la prise consistent à draguer le fond de la rivière,

puis à remplir les alentours de la crépine de prise par des grosgraviers

On peut aussi procéder à la prise d’eau au milieu de la rivière et là on est obligé d’utiliser une estracade pour éviter la détérioration de la prise

b/ Captage à partir d’un barrage( ou lac) : On fait recours à la prise à partir d’un barrage lorsque les débits captésdeviennent importants

La prise doit se faire à une profondeur ou l’eau est de bonne qualité et à une température ne dépassant pas 15o C,

car les eaux tièdes favorisent le développement des microbes

•Horizontalement par des drains

•Par combinaison des 2 procédés en utilisant des puits à drains rayonnants

A /Puits & Drains horizontaux : Le corps du puits est constitué de buses captantes perforées ou barbacanes dirigées du bas vers le haut à fin d''éviter les rentrées desable dans le puits

L’ouverture du puits doit permettre sa protection contre la pollution d’origine superficielle

Lorsque la nappe est peu profonde et peu épaisse,

on utilise les drains horizontaux,

et lorsque la nappe est très profonde on fait recours à des forages profonds

B / Captage des sources : Il n’existe pas de modèle standard de captage des sources

Car chaque source possède ses caractéristiques propres à elle

Néanmoins,

le captage d’une source doit comporter les aménagements suivants :

Une chambre de captage permettant de collecter les filets d’eau

Elle doit être en maçonnerie dans le cas d’un captage sur terrains rocheux,

et elle doit être constituée d’une cavité propre et isolée par un lit d’argile dans le cas d’un captage sur terrain meuble

Un tuyau en PVC pour transporter l’eau de la chambre de captage vers l’installation de stockage de l’eau et de distribution

Le traitement s’effectue généralement dans le cas des eaux de surface

Ce traitement est fait de façon à éliminer les bactéries de l’eau et à lui donner dans certains cas un goût meilleur

ce transport peut s’effectuer par : •Gravité : si le niveau de la station de traitement (ou de captage) est supérieur à celui du réservoir (conduite d’adduction)

•Refoulement : si le niveau de la station de traitement (ou de captage) est inférieur au niveau du réservoir (conduite de refoulement)

•Faire face aux modulations de la demande par rapport aux débits provenant Del ‘ouvrage de captage (fonction de démodulation)

•Assurer La mise en pression De réseau de desserte,

et/ou du réseau de distribution (cas de branchements particuliers)

•Assurer la régulation du fonctionnement du groupe de pompage équipant l’ouvrage decaptage,

cas d’une adduction de refoulement (fonction de régulation)

•Permettre une sécurité en matière de Protection contre l’incendie (Cas des centres et agglomérations urbaines,

équipés de bouches d’incendie)

Le système doit assurer la fonction ‘’ Transport ‘’ du point d’eau mobilisée jusqu’aux points de distribution,

ainsi que la fonction ‘’mise en pression ‘’et ‘’stockage ‘‘,

et ce avec une fiabilité suffisante

Classement des réseaux : Les réseaux de distribution peuvent être classés comme suit : •Les réseaux ramifiés

•Les réseaux à plusieurs alimentations (eau potable,

) Ces différents types de réseaux peuvent être : •Etagés

•A plusieurs entrées (alimentations)

Le réseau ramifié dans lequel les conditions de desserte ne comportent aucune alimentation de retour,

présente l’avantage d’être économique,

mais il manque de sécurité et de souplesse en cas de rupture

Un accidenteur la conduite principale prive les abonnés en aval

Le réseau maillé permet,

une alimentation en retour et donc il évite l’inconvénient du réseau ramifié

Une simple manœuvre de vanne permet d’isoler le tronçon endommagé

Il est bien entendu plus coûteux d’établissement,

mais en raison de la sécurité qu’il procure,

il doit être préféré au réseau ramifié

Dans le cas d’une agglomération présentant des différences de

niveau topographiques importantes,

une distribution érigée devient parfois nécessaire pour éviter des pressions trop fortes sur le réseau

On peut donc constituer des réseaux indépendants pouvant assurer des pressionslimitées aux environs de 60 m environ

Les réseaux à alimentation distincte distribuent l’un l’eau potable destinéeà tous les besoins domestiques et l’autre l’eau non potable réservée auxusages industriels et au lavage et arrosage des rues et des plantations

Ces réseaux ne se justifient que dans les installations extrêmementimportantes

III / Usages de l’eau : On distingue 4 catégories de consommation de l’eau: •La consommation domestique C’est la consommation en eau de la population branchée au réseauou non branchée mais qui profite des bornes fontaines pours'alimenter en eau

à cela s’ajoute la consommation des petitesindustries (cafés,

) •La consommation industrielle : Elle correspond aux besoins en eau des établissements industrielsimplantés dans la ville

•La consommation touristique : La consommation touristique englobe la consommation de toutes lesinfrastructures touristiques telles que les hôtels classés,

Les villages de vacances et les campings

•La consommation administrative et communale: C’est la consommation des bureaux,

écoles,

B / EVALUATION ET EVOLUTION DES BESOINS DESAGGLOMERATIONS : INTRODUCTION L’évaluation des quantités d’eau nécessaires à une agglomération urbaineou rurale n’est jamais faite avec certitude,

car chaque catégorie debesoins en eau dépend de nombreux paramètres dont l’évolution dans letemps est très difficile à cerner

En général,

les besoins en eau potable àsatisfaire sont évalués en deux phases :Phase 1 : •Appréciation des besoins unitaires actuels relatifs à chaque catégorie deconsommation

•Evaluation des besoins globaux actuels du périmètre d’aménagement

Phase 2 : •Prévision des besoins en eau pour le futur et ce pour différents horizons

Notons que l’étude des prévisions doit tenir compte d’unedouble augmentation :o Celle des besoins unitaires

L’évolution du mode de vie,

et les déplacements de la population entraîneune augmentation rapide des besoins

Leur satisfaction nécessite desinvestissements considérables et suppose que les usagers puissent payerles services rendus à leur prix de revient

Il existe trois niveaux de besoins en eau : Production : (quantité prélevée = Vprod) – (pertes au niveau de laproduction ) Distribution : quantité en eau distribuée (Vdist) Consommation : quantité d’eau consommée par les utilisateurs (Vcons)

Nous avons les relations suivantes :Vdis= Vcons/ Rd= Vcons+(pertes au niveau du réseau de distribution) Vprod= Vdist/ Ra= Vcons/ (Rd

Ra)Avec:Rd: le rendement du réseau de distribution

Ra: le rendement de l’adduction

a / Appréciation des besoins unitaires actuels par catégorie de consommation : L’exploitation des données statistiques relatives à la production,

à ladistribution et aux consommations par catégorie,

permettra de dégagerdes informations précieuses pour l’évaluation des différentes dotations etleur évolution dans le temps : Dotation domestique:

Dotation de la population branchée(l/j/hab)

Dotation de la population nonbranchée (l/j/hab)

( Consommation population branchée)/(Population branchée (hab) )

(Consommation des bornes fontaines)/( Population non branchée (hab) )

On peut admettre une dotationde 30 à 60l/j/hab

Au algerie elle est comprise entre20 et 40l/j/hab

pour les petitesagglomérations et 100 à 120l/j/hab pour les agglomérations importantes

Dotation industrielle (l/j/hab ) : ( Consommation industrielle (l/j ) )/ (Populationtotale (hab) ) Les besoins industriels dépendent du type de l’industrie et des procédésde fabrication utilisés

Dotation administrative et communale (l/j/hab ) :

(Consommation administrative etcommunale(l/j ) )/(Population totale (hab)) Quelques exemples : •souk : 5 à 10l/j/visiteur •espaces verts : 5 à 10 m3 / j/ha •mosquées : 5 à 1m / j/unité La consommation touristique : Il existe une différence de consommation entre les différentes catégoriesd’équipements touristiques :- Grands hôtels 500l/j/touriste

Dotation nette globale (l/j/hab ) : Consommation totale (l/j )/(Population totale (hab)) Dotation brute globale(l/j/hab ) : (Demande moyenne à la production (l/j )) / ( Population totale(hab)) b / Evaluation des besoins globaux : Pour évaluer précisément les besoins en eau potable d’une agglomérationquelconque,

un recensement précis et complet de l’ensemble deséquipements socio-économiques qui caractérisent l’agglomération estnécessaire

Ce recensement est complété par une étude monographique portant sur : Les données démographiques et urbanistiques (population,

plan d’aménagement du centre,

) Les données économiques (agriculture,

élevage,

) Les équipements socio-économiques (enseignement,

santé,équipements sportifs ,

)La consommation totale d’une agglomération peut être évaluée de lafaçon suivante Avec :n : l’année de calcul

CT(n): consommation totale relative à l’année n

P(n): population totale

Qb: dotation de la population branchée

Qnb: dotation de la population non branchée

C(n)ac:consommation administrative et communale

Ci(n): consommation industrielle

Ct(n): consommation touristique

On a aussi : 2 / Phase 2 : Prévision de la consommationen eau : 2

le calcul des besoins globaux actuels et leur répartition dansl’espace sera fait sur la base du plan d’aménagement et de la répartitionde la population actuelle entre les différents tissus

les besoins et le nombre des usagers augmentent dans le temps,

alorsque la durée de vie d’un réseau d’AEP est de l’ordre de 40 an pour lescanalisations et de 25 ans pour les pièces spéciales (raccords,

tés,coudes ) et la robinetterie

Si on dimensionne un réseau d’AEP pour les besoins actuels,

il sera saturéaprès quelques années de mise en service,

alors il faut le dimensionnerpour un future proche ou lointain avec des approches dont seul l’ingénieurconcepteur est responsable

Avant de projeter un réseau d’AEP,

on est amené à étudier l’évolution dela population,

et d’analyser le développement urbanistique et socioéconomique prévu pour pouvoir finalement effectuer un choix en matièrede satisfaction des besoins à court,

des enquêtes réalisées in situ et des résultats etrecommandations des études du schéma directeur d’aménagement del’aire urbaine

Hypothèse de calcul : L’analyse des statistiques de consommation d’une agglomération nouspermet de tirer des informations sur l’évolution des différentes dotations,ce qui facilite par la suite la projection des besoins en eau futurs

En général,

on enregistre une augmentation de la dotation de lapopulation branchée et une régression de la population non branchée

Latarification permet de réduire la dotation,

ceci est effectivement sentit enmilieu urbain

Etude de l’évolution de la population : L’étude de l’évolution de la population des agglomérations est basée surles statistiques des recensements nationaux

le tauxd'accroissement inter-annuel moyen de la population est déterminé enutilisant la méthode rationnelle qui constitue la méthode la plus utiliséespour la projection future de la population

Elle s’écrit :

Pn est la population à l’année n

P0 est la population au temps 0

t est le taux d’accroissement inter-annuel moyen

Etude de l’évolution des dotations : En cas de disponibilité de données statistiques de la consommation d’uneagglomération quelconque,

la projection future des dotations desdifférentes catégories de consommation sera obtenue par la méthodetendationnelle qui consiste à ajuster les consommations enregistrées dansle passé par une courbe donnant les besoins en fonction du temps(année)

Mais faute de disponibilité de données statistiques fiables,

la projectiondes besoins futurs en eau sera faite sur la base d’hypothèses pour lesdifférents paramètres compte tenu des résultats des statistiques d’uneautre agglomération similaire

Lors de la réalisation d’un réseau d’eau,

il est obligatoire de prévoir desressources en eau pour la défense contre l’incendie

En principe on doit assurer un débit de 60m3 /h ,

car leprélèvement se fait avec une motopompe débitant 17 l/s(60m3/h),

pourun incendie qui dur en moyenne 2 heuresLa réserve d’incendie doit être de 120m3 au minimum

Le prélèvement se fait sous une pression minimale de 10mà partir debouche ou poteau de diamètre 100 mm,

Ce système entraîne un sur

C / CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT : I / Conception d’un projet d’AEP : 1 / Introduction : En général,

l’alimentation en eau potable d’un centre quelconquecomporte les éléments suivants : •Une Station de pompage

•Une Conduite de refoulement

Le fonctionnement des éléments ci-dessus consiste à : •Relever de l’eau en quantité disponible jusqu’à la côte de réservoir qui dominera lecentre et assurera suffisamment de pression

•Stocker de l’eau en quantité nécessaire correspondant au volume équivalent d’unedemijournée de la consommation moyenne du centre,

majorée par une réserved’incendie égale à 120 m3

•Amener de l’eau jusqu’au point de départ de la conduite de distribution,

et par la suitealimenter le tronçon du réseau projeté

de2812985256cca8a3c711851c8953ca07424790

L’horizon du calcul est généralement fixé pour une période de 15 à 20 ans,au-delà de cette période,

les installations projetées deviennent grandes et,par la suite très coûteuses

pour les estimer il existe une grande variété deformules

Notons que la plus importante d’entre elles est la formule deClebrook,

elle a l’avantage d’être rationnelle et applicable sur tous lesfluides,

et c’est cela qui justifie l’utilisation encorede quelques autres formules empiriques

Les formules ci-dessous sont données avec les notations suivantes: J : pertes de charge en mètres de hauteur du fluide

λ: coefficient de pertes de charge sans unité

D : diamètre intérieur de la conduite en m

V : vitesse moyenne du fluide dans la section considérée,

G : accélération de la pesanteur enm/s2(g = 9

81m/s2)

k : coefficient de rugosité équivalent en m

ν: viscosité cinématique enm2 /s( ν= 1

Re: nombre de Reynolds Re= V

R : Rayon hydraulique = S/P en m

S : Section mouillée en m

P : Périmètre mouillé en m

Cwh: Coefficient de perte de charge dans la formule deWilliams & Hazen

La rugosité k (mm) de la conduite dépend du matériau utilisé,

de l’âge dela conduite et de l’état du revêtement intérieur

Formule de Williams & Hazen : C’est la plus utilisée des formules empiriques,

toujours en usage danscertains pays,

La perte de charge estexprimée en fonction de son coefficient Cwh,

variable selon les diamètresdes conduites et,

selon l’état de leur surface intérieure

L’expression fondamentale est :V = 0

852xD- 4

Le Coefficient Cwh varie avec le matériau utilisé :Béton,

Amiante Ciment,

Acier Revêtu : 130 à 150

PVC : 140 à 150

Fonte revêtue : 135 à 150

Formule de Colebrook-White :Celle-ci s’écrit : λ-0

Elle donne la valeur deλ à porter dans la formule de Darcy

Formule de Darcy : J =λV² / (2gD) En général les pertes de charge singulières représentent 10 % des pertesde charge linéaires

Ainsi les pertes de charge totales sont égales auxpertes de charges linéaires majorées de 10 %

on peut calculer Les pertes decharge correspondant à un diamètre D'avec une rugosité k ,

et ceci selonla formule de Colebrook

Les vitesses dans les conduites devront être comprise entre une valeurminimale de 0

Et pour V > 2m/s : il y’a un accroissement du risque de dégradation de laconduite en plus d’un puissant coup de bélier

La conduite sera dimensionnée pour transiter le débit de pointe journalière(débit moyen de la journée la plus chargée ) Qpavec une vitesse moyennecomprise entre 0

3 et 2m/s

Le diamètre de cette conduite doit faire l’objet d’un calcul économique,puisque à un diamètre donné correspond une perte de charge à vaincre etdonc une puissance du groupe de pompage dont le coût est proportionnelà sa puissance

3 et 2m/s

•La perte de charge occasionnée par le débit transité le long d’une conduite resteinférieur ou égale à la charge disponible

Charge disponible : Dh = côte de l’eau à l’ouvrage de captage

Ces méthodes sont relativement simples à appliquer dans le cas d’uneseule conduite

Quand il s’agit d’un réseau comportant plusieursramifications (exemple : desserte de plusieurs BF à partir d’un mêmeréservoir ),

le calcul devient très compliqué et le recours aux moyensinformatiques est indispensable

pour un régime de fonctionnement donné : •Pour un fonctionnement gravitaire,

elle est égale à la pression hydrostatique dans lecas du régime statique (débit nul et vanne fermée à l’arrivée )

•Pour un tronçon en refoulement,

elle est égale à la pression maximale dans le cas durégime dynamique (débit nominal )

Pour déterminer cette pression,

on devrait calculer la ligne piézométriquele long de la conduite

La classe ou la pression nominale du tuyau est définie par la PMSaugmentée d’une marge de sécurité pour tenir compte des incertitudes d’estimation et d’éventuelles surpressions transitoires

Cette marge estgénéralement prise égale à 3 bars

dans le casdes agglomérations moyennes et centres,

d’une réserve d'incertitudeégale à 120m3

On prévoit une autonomie d’alimentation à partir du réservoir rempli jusqu’au niveau de trop plein égale à : •Une journée de consommation pour les petites agglomérations et douars ne dépassant pas les 2000 habitants

•Une demi-journée de consommation pour les agglomérations moyennes et petitscentres,

augmentée de la réserve d’incendie 120m3