ANNEXE II DIMENSIONNEMENT DES RESEAUX CALCUL DES CONDUITES 1- Généralités Connaissant en chaque point les débits à évacuer et la pente des ouvrages, le choix des sections se déduira de la formule d’écoulement adoptée. La formule de base est : Q = A.v Q : débit en m3/s A : section transversale en m2 V : vitesse d’écoulement en m/s D’une manière générale, les ouvrages sont calculés suivant une formule d’écoulement résultant de celle de CHEZY V = C (RI)0,5. Dans laquelle R est le rayon hydraulique moyen, I pente de l’ouvrage en mètre par mètre et C un coefficient pour lequel on peut adopter l’expression donnée par BAZIN. 87 c = ---------1 + g/R0,5 Catégorie
g de la formule de Bazin Nature des parois
g(m1/2)
1
Enduit de ciment lissé Planches soigneusement rabotées
0,06
2
Tôles lisses bien jointoyées
0,16
3
Même parois qu’en 1, moins soignées
0,46
4
Béton sans enduit Maçonnerie ordinaire Dépôt de boue
0,85
5
Canaux en terre unis sans végétation
1,30
6
Canaux en terre revêtus d’herbe
1,75
µ est un coefficient d’écoulement qui varie suivant le matériau de la conduite et la nature des eaux transportées. Le paramètre g est une caractéristique directe de la rugosité des parois et de la viscosité du fluide. En fait, ce paramètre renseigne sur les pertes de charge dues à l’écoulement. En absence d’expérience marocaine, fondée sur des mesures sur le réseau on utilise les valeurs données dans la littérature française (voir tableau cidessus). Le choix du coefficient c est difficile à faire, en raison du manque de normalisation des conduites fabriquées. Les fabriquants proposent des coefficients > à 80, alors qu’on utilise dans la formule un coefficient c égal à 60 ou 70 . 2- Formules de calcul Réseaux «eaux usées » en système séparatif Le coefficient de bazin g est pris égal à 0,25. C sera approximé par C = 70 R1/6 Q est alors donné par Q = 70 R2/3.U1/2.A Réseaux «eaux pluviales » en système séparatif Le coefficient de bazin g est pris égal à 0,46. C sera approximé par C = 60 R1/4 Q est alors donné par Q = 60 R3/4.U1/2.A Réseaux unitaire Le calcul sera conduit comme pour le réseau pluvial en système séparatif étant donné l’importance relative du débit des eaux usées par rapport à celui des eaux pluviales. 3- Conditions à satisfaire Système unitaire En vue de réaliser des réseaux permettant l’évacuation rapide et continue de tous les déchets fermentescibles, la pente des ouvrages devra permettre pour des débits pluviaux fréquent, l’entraînement des sables, et pour le débit moyen des eaux usées, celui des vases organiques fermentescibles. Ces conditions sont réalisées pour des vitesses de l’ordre de 0,6 m/s pour 1/10 du débit à pleine section et 0,3 m/s pour 1/100 de ce même débit.
Ces limites sont respectées toutes les deux avec des vitesses à pleine section de l’ordre de 1 m par seconde dans les canalisations circulaires et 0,9 m/s dans les ouvrages ovoïdes. D’autre part, le souci de prévenir la dégradation des canalisations conduit à imposer une vitesse limite à pleine section qu’il ne faut pas dépasser de l’ordre de 4 m/s (11) ou 5 m/s (4). Système séparatif Eaux pluviales Les conditions d’autocurage seront moins sévères que dans les réseaux unitaires, la vitesse d’autocurage sera de 0,3 m/s pour le passage d’un débit de 1/10 du débit à pleine section. Eaux usées Les données de base pour le calcul des canalisations d’eaux usées sont essentiellement les valeurs des débits. Ces valeurs ne se limitent pas aux pointes d’avenir qui déterminent la capacité maximale d’évacuation mais aussi les minima pratiques correspondant aux débits moyens dans le présent. On estime que la condition d’autocurage est réalisée lorsque pour un débit de 1/10 du débit à pleine section la vitesse est supérieure à 0,3 m/s.
CHOIX DES CONDUITES Conduites préfabriquées Conduites en béton comprimé ou vibré (BC/BV) Ce type de conduites est parmi les plus ancien produits réalisés en béton. Il continue à l'heure actuelle d'exister. Quoique d'un usage de moins en moins courant en tant qu'élément constitutif de collecteurs, ce type de conduites est surtout destiné aux branchements des habitations pour des diamètres f 200 et aux raccordements des bouches d'égouts pour des diamètres f 300. La gamme de diamètres fabriqués s'étend du f 120 au f 800 dans quatre classes de résistance (30B, 60B, 90B et 135B). La fabrication de ce type de conduites demeure rustique et ne requiert pas un investissement très lourd.
Conduites en béton armé (BA) Les tuyaux en béton armé sont fabriqués mécaniquement par procédé assurant une compacité élevée du béton (Centrifugation, compression radiale, vibration…). Actuellement, trois types de conduites en béton armé sont fabriquées au Maroc, à savoir : -
Conduites en béton vibré armé (BVA) Conduites en béton centrifugé armé ordinaire (CAO) Conduites en béton précontraint
Il est à noter que le troisième type de canalisation n'est pas utilisé en assainissement au Maroc. Ces conduites s'adaptent plus particulièrement aux écoulement sous pression. Conduites en béton vibré armé (BVA) Dans ce cas, le béton est coulé dans un moule muni d'une source vibrante. Ce qui confère au produit final une compacité supplémentaire. Les éléments fabriqués ont une longueur de 2,5 m et correspondent à deux classes de résistance : 90A et 135A. Conduites en béton centrifugé armé ordinaire (CAO) Dans ce procédé, le moule est mis en rotation afin de permettre une régularisation de mise en place du béton et augmenter sa compacité. Les conduites ainsi fabriquées sont des conduites en béton armé, et sont les plus utilisées dans les réseaux d'assainissement au Maroc. Trois classes de résistance sont préconisées par la norme marocaine pour les conduites en béton armé y compris le CAO (60A, 90A et 135 A). Conduites en amiante - Ciment (A-C) Ce sont des conduites fabriquées à base des fibres d'amiante et de ciment. Les tuyaux en amiante - ciment sont présentés dans une gamme de diamètres allant de 100 mm à 1200 mm. Ils ont une longueur utile comprise entre 2m et 6m par pas de 1m ; Les plus couramment employés étant ceux de 4m et 5m. Ils sont fabriqués en trois séries de résistance correspondant à une charge minimale à l'écrasement rapportée à la surface diamétrale intérieure. Ce sont les séries A2 (6000), A3 (9000) et A4 (12000) correspondant aux classes 60A, 90A et 120A. Les tuyaux en amiante-ciment sont essentiellement utilisés pour la réalisation des branchements et des petits collecteurs (f £ 200mm) pour lesquels ils représentent la majorité des tuyaux mis en œuvre. Une utilisation moins importante est faite actuellement jusqu'au diamètre 600 mm et est très occasionnelle pour les diamètres supérieurs.
Conduites en PVC Le PVC est une résine synthétique résultant de la polymérisation de vinyle manomère. Les tubes sont fabriqués en continu par extrusion. La matière de base est une poudre de résine additionnée de produit approprié. Une fois confectionné, le tube est refroidi puis coupé. Les tuyaux en PVC sont présentés dans une gamme de diamètres allant de 110mm à 710mm. Ils ont une longueur utile de 4m à 6m selon les fabriquants, les plus couramment fabriqués étant de 6m.
Conduites coulées sur place Il est claire que les éventuelles imperfections de fabrication qui peuvent avoir lieu pour les conduites coulées sur place sont assez difficiles à contrôler comparativement au cas des conduites préfabriquées qui sont sujettes à des essais à l'usine et d'autres sur chantier. Toutefois, l'usage des conduites préfabriquées s’impose dans les cas où les impératifs de la qualité d'écoulement et celle du réseau le permettent. Ainsi, le coulage d'ouvrages sur place peut être appliqué pour les raisons suivantes : · · · ·
Inexistence de gabarit équivalent en préfabriqué (Sauf sur commande). Nécessité de passer par une section autre que circulaire. Nécessité de travailler en souterrain (Quand la technique de fonçage n'est pas préconisée). Economie du coût de transport et de pose par rapport à un ouvrage préfabriqué.
Inexistence de section circulaire équivalente La gamme de conduites préfabriquées s'estompe généralement à 2000 ou 2100 mm. Pour mettre en évidence le dépassement des dimensions de canalisations pouvant être préfabriquées, un calcul d'équivalences hydrauliques entre sections circulaires et ovoïdes selon la formule préconisée par l'instruction française INT 77/284 donne: V = 60.R3/4 . I1/2 Avec V = Vitesse d'écoulement (m/s) R = Rayon hydraulique (m) I = Pente du radier
Nécessité de passer par des conduites autres que circulaires Il existe des cas où le calage du collecteur est haut c'est à dire que la profondeur du calage est petite. Dans de tels cas, le recouvrement au dessus de la génératrice supérieure s'avère insuffisant pour protéger la canalisation enterrée contre l'effet des charges roulantes. Ainsi est-il impossible d'aspirer aux conduites circulaires préfabriquées et le passage par un ou plusieurs dalots devient alors l'une des rares solutions au problème. Nécessité de travailler en souterrain Quand la topographie impose le passage en galerie, c'est au gestionnaire du réseau d'imposer la section qui lui sied le mieux au vu de considération tant économiques que liées aux suggestions d'exploitation du réseau. La nécessité de travailler au souterrain peut être imposée par les impératifs d'une bonne mise en œuvre du réseau d'assainissement et dans des délais d'exécution très raisonnables. Ces impératifs peuvent être de différentes natures : ·
Dans le cas où les hauteurs de calage sont importantes et surtout à l'aval du réseau, pour de telles surprofondeurs, il s'avère beaucoup plus économique de procéder à un coulage sur place que d'ouvrir une tranchée dont la profondeur peut atteindre une dizaine de mètre (Tel est le cas à kariat oulad moussa SALE).
·
Dans le cas où une partie du collecteur doit être enfouie sous une autoroute par exemple et dont le trafic ne doit pas être arrêté.
Economie du coût de transport et de pose Il y a des cas où la distance séparant l'usine de fabrication et le chantier est assez grande ; ce qui nécessite un coût de transport assez élevé. Dans de telles situations, il peut arriver que les conduites coulées sur place soient plus rentables et bon marché que celles préfabriquées. Au cours du transport, surtout pour les matériaux rigides, il y a un risque de fissuration imputable aux chocs qui peut nuire au bon fonctionnement des conduites une fois mises en œuvre. Ceci dit, opter pour des conduites préfabriquées ou celles coulées sur place est un choix qui découle des considérations techniques et économiques afin d'assurer la faisabilité d'un réseau d'assainissement de qualité.
Choix des conduites Le tableau ci-dessous consigne les résultats d’une étude comparative des différentes conduites
300
RESISTANCE RESISTANCE A MECANIQUE ETANCH L’AGRESSIVITE ASPECT TEMPER HOMOGE PRIX EITE INTERIE ATURE NEITE UNITAIRE L.mc TBC TBC Ciment Revêtem UR DE DIMMEN L.A T.V ent L’EAU SIONNEL B B C C
C
C
B
C
B
B
C
B.V.A
B
B
B
B
C
B
A
A
B
C.A.O
A
B
A
B
B
A
B
B
A
B
A
A.C
A
A
EXCLUR E
B
A
A
C
A
B
P.V.C 700
B
C
C
C
B
C
B
B
C
B.V.A
B
B
B
B
C
B
A
A
B
C.A.O
B
A
B
A
A
B
B
B
B
A
A
A.C
B
B
A
A
A
EXCLUR E
A
F >1000 B
A
P.V.C
B
B
B
B
B
C
A
C.A.O
Le tableau suivant donne les avantages et inconvénients des différentes conduites utilisées en assainissement :
TUYAUX
B.V
C.A.O
B.V.A
A.C
P.V.C
AVANTAGES
Coût modéré Assez bonne perméabilité
Bonne résistance Assez bonne perméabilité Joint étanches.
Bonne résistance Joints étanches Coût modéré
Poids unitaire réduit Rugosité petite Assez bonne résistance à la corrosion. Bonne imperméabilité. Bonne étanchéité des joints.
INCONVENIENTS Mauvaise tenue dans les sols agressifs. Longueurs de 1 m impliquant de nombreux joints. Rugosité intérieur élevé. Résistance assez faible à l’agressivité des eaux de sols. Rugosité moyenne. Longueur 2,5 m. Résistance faible à l’agressivité des sols et eaux Gamme réduite à 4 diamètre 300-600 Longueur 2,5 m
Mauvaise tenue à l’agressivité des eaux.
Caractéristiques favorables aux eaux ménagers. Très sensible à la Résistance mécanique température. suffisante. Poids léger. Montage facile. Haute résistance à l’abrasion.
Le tableau ci-après permet de faire le choix entre différentes conduites par gamme de diamètres : Tableau de choix des conduites DIAMETRE
Æ < 300
300 < Æ < 700
ZONE URBAINE
ZONE INDUSTRIELLE
TERRAIN NON AGRESSIF
TERRAIN AFRESSIF
TERRAIN NON AGRESSIF
TERRAIN AGRESSIF
P.V.C
P.V.C
A.C/BA
A.C + RA
P.V.C
A.C + RA
A.C + RA
1) P.V.C 2) A.C/BA
700 < Æ < 1000
A.C/BA
A.C
A.C/BA + RA
A.C + RA
Æ > 1000
C.A.O.
C.A.O
CAO + RA
CAO + RA
RA : Revêtement Alumineux
Prix de quelque tuyaux d’assainissement Tuyaux en béton vibre BV (Non armé) Les prix collectés pour les tuyaux non armé auprès des fabricants sont les suivants (*) : F F F F F F F F
100 150 200 300 400 500 600 800
mm mm mm mm mm mm mm mm
15,00 DH/ml HT 16,00 23,00 32,00 38,00 58,00 93,00 150,00 -
Ces prix sont pratiqués à l’usine au cours de l’année 1996. Tuyau CAO Les prix pratiqués pour les tuyaux CAO sont donnés dans le tableau suivant. Prix par mètre linéaire des tuyaux CAO (*).
F (mm) 300 400 500 600 700 800 1000
Classe 90A Prix Dh/ml HT 229 340 487 655 735 1102 1375
Rapport prix CAO/BV 7,15 8,95 8,39 7,04 7,34
N.B : Ces prix sont fixés à partir de l’usine. Une remise est accordée aux clients, elle varie selon la quantité demandée, elle peut varier de 25 à 30 % pour les F 800 à 1000 mm. (*) Ces prix sont relatif à l’année 1996.
Principaux fabricants des tuyaux au Maroc Les principaux fabricants des tuyaux sont : -
DIMATIT SOGEA SNCE DOUKKALA OMCE SOCA CHAABI SEP-SMIRI MARKCHI SOMATAC SMEG
Casablanca Usine à BOUKNADEL Usine Ait Ourir, Frih Ben Salleh, etc… Ain Atik Bir Jdid Ain Atik Kénitra Marrakech Casablanca Casablanca Casablanca
N.B : Ces fabricants produisent généralement des tuyaux de bonne qualité, au point de vue caractéristiques mécaniques et aspect interne et externe.
Fabricants informels des tuyaux d’assainissement La fabrication informelle des tuyaux d’assainissement concerne essentiellement les tuyaux en béton non armé. La fabrication est réalisée dans des unités artisanales, disposant généralement d’un équipement rudimentaire et d’une main d’œuvre non qualifiée. Les tuyaux fabriqués ne répondent pas aux exigences imposées par les normes en vigueur à savoir : · · · · ·
Différence importante entre le diamètre nominal exigé et celui du tuyau fabriqué. La longueur du fût n’est pas homogène. La ségrégation du béton est importante compte tenu des moyens de mise en place. Les tuyaux présentent en général une rugosité interne importante Les bouts mâles et femelles présentent des anomalies gênant leur emboîtement.
·
La résistance à l’écrasement est insuffisante et reste en deçà des valeurs exigées par la norme.
·
Le fabricant informel ignore tout de la qualité des matériaux, du rôle qui peut jouer un constituant de mauvaise qualité, et des conditions optimales de mise en place d’un béton, avec les conséquences qui peuvent en découler à savoir :
· · ·
Mauvaise étanchéité des tuyaux Résistance mécanique faible Dégradation du réseau d’assainissement par manque d’étanchéité etc.
