Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement 4.1. Bases de calcul Connaissant le débit à évacuer, la formule de l’écoulement libre est : Q(m3 / s ) = V (m / s ).S (m 2 ) S : Section de l’ouvrage V : Vitesse de l’écoulement Pour le calcul de la vitesse V, l’instruction technique française a retenu la formule de Chezy : V = C. RH .I
C : Coefficient de Chezy RH : Rayon Hydraulique I : Pente de l’ouvrage (m/m) Le coefficient de Chezy C est d’après Bazin : 87
C=
γ
1+
RH
γ : Coefficient de rugosité des parois
4.2. Calcul des réseaux unitaires Les ouvrages sont calculés pour pouvoir transiter les débits pluviaux en fonction de la région d’implantation des ouvrages et la période de retour d’insuffisance retenue ; il ne sera pas tenu compte des débits d’eaux usée qui sont négligeables par rapport aux débits d’eaux pluviales. 4.2.1. Calcul des sections :
Le diamètre minimal des canalisations est fixé à 300mm. En égard aux dépôts qui peuvent se former, le coefficient γ de la formule de Bazin est pris égal à 0,46 d’où : 1 4 H
C = 60.R
3 4 H
V = 60.R .I 3 4 H
1 2
Q = 60.S .R .I
1 2
Au delà de 0,60 m de diamètre, l’utilisation des tuyaux ovoïdes est parfois jugée préférable car leur section inférieure permet un meilleur écoulement du flot de temps sec.. 29
La variation du débit transité est fonction de la hauteur de charge dans les ouvrages d’assainissement. Pour le cas d’une conduite circulaire ou ovoïde, on a : Pour un remplissage de l’ouvrage à 90% , on a Qh/QH = 1,06 d’où :Qh = 1,06 QH Soit Qh le débit (calculé) des eaux à faire évacuer par l’ouvrage. On doit dimensionner par QH =Qh/1,06. On peut utiliser les abaques ou faire un calcul direct. S=
π .D 2 4
P = π .D
RH =
S D = P 4 3 4 H
1 2
11 4
Q = 60.S .R .I = 16,661.D .I
1 2
d’où D=
4 11 H
Q
2
(16,661)11 .I 11 4
4.2.2. Conditions d’écoulement :
Un réseau d’assainissement du type unitaire doit, dans la mesure du possible, être autocureur c’est à dire qu’il doit être conçu de telle manière que : • •
Les sables soient automatiquement entraînés pour des débits pluviaux atteints assez fréquemment. Les vases fermentescibles soient également entraînées pour le débit des EU
Ces conditions sont à peu près satisfaites dans les ouvrages calculés pour l’évacuation du ruissellement de fréquence décennale en y réalisant des vitesses de 0,60 m/s pour 1/10 du débit à plein section et de 0,30 m/s pour 1/100 de ce même débit. Ces vitesses sont toutes deux obtenues avec des vitesses à pleine section de l’ordre de 1 m/s sur les canalisations circulaires et de 0,90 m/s sur les tuyaux ovoïdes. Si les conditions d’autocurage ne sont pas réalisées, il faut prévoir soit la mise en place de chasses automatiques soit l’utilisation périodique d’engins de curage. 4.2.3. Conditions d’implantation et de fonctionnement des réseaux :
L’implantation des réseaux est étudiée en donnant aux canalisations amont des pentes permettant l’autocurage. La pente minimale souhaitable est de 5 pour mille. 30
La profondeur des ouvrages doit permettre le raccordement des immeubles riverains au moyen de branchements, dans la mesure du possible, un peu au dessus du plan d’eau de temps sec. Dans le souci de prévenir la dégradation des joints des ouvrages non visitables ou d’assurer la sécurité du personnel des ouvrages visitables, la vitesse de l’eau ne devra pas dépasser 4m/s à 5 m/s. Si la pente du terrain est trop forte, il y aura lieu de ménager des accrochements dans le profil en long des ouvrages par l’introduction de cheminées déversantes.
4.3. Calcul des réseaux séparatifs 4.3.1. Ouvrages pluviaux:
Ces ouvrages sont, d’une manière générale, calculés comme les ouvrages unitaires et ce pour un débit correspondant à l’averse dont la fréquence a été adoptée. Les conditions de l’autocurage seront moins impérieuses que sur les réseaux unitaires du point de vue hygiène ; les pentes limites pourront, de ce fait, être un peu plus faibles. Les canalisations doivent être groupées par réseaux partiels, orientés selon les plus grandes pentes et se dirigeant, au plus près, vers le milieu récepteur. La profondeur des ouvrages peut être réduite, du fait qu’ils n’ont à évacuer que les eaux superficielles mais ce, tout en respectant la question relative à leur résistance mécanique. 4.3.2. Canalisations d’eaux usées
Il faut évaluer les débits de pointe pour le calcul des sections des canalisations et aussi les débits minimaux pour la vérification des conditions d’autocurage. 4.3.2.1.
Sections :
Le diamètre minimal des canalisations est fixé à 200 mm En égard à la pellicule grasse qui se dépose à l’intérieur des ouvrages, le coefficient γ de la formule de Bazin est pris égal à 0,25 d’où : 1 6 H 2 3 H
C = 70.R
V = 70.R .I 2
1 2 1
Q = 70.S .RH3 .I 2 Des abaques sont établis pour des conduites pleines.
31
4.3.2.2.
Conditions d’écoulement :
Les conditions d’autocurage sont les suivantes : • •
A pleine ou à demi-section, la vitesse d’écoulement doit être supérieure à 0,70 m/s, cette limite pouvant, à l’extrême rigueur être abaissée à 0,50 m/s. Le remplissage de la conduite doit être assuré au 2/10 du diamètre pour le débit moyen, la vitesse d’écoulement étant alors au minimum de 0,30m/s.
Les conditions d’autocurage sont souvent délicates à réaliser dans les parties amont des réseaux où les débits sont faibles ; on est alors conduit à rechercher des pentes de 4 à 5 pour mille afin d’améliorer le régime des vitesses, tout en ne perdant pas de vue la nécessité du remplissage au 2/10 du diamètre. A l’aval, il pourra être admis des pentes de 3 pour mille, le minimum 2 pour mille étant même admis moyennant une pose particulièrement soignée des canalisations. 4.3.2.3.
Conditions d’implantation des réseaux :
Ces réseaux doivent être établis de manière à satisfaire aux conditions d’autocurage et ce en évitant au maximum les stations de relèvement ; dans le cas contraire, et à défaut de curages réguliers des canalisation, il faudra avoir recours aux chasses automatiques. S’il faut tenir compte des débits d’avenir, il faudra cependant, être prudent en la matière car le surdimensionnement des canalisations crée des sujétions pour l’autocurage. Le raccordement des immeubles riverains doit s’effectuer comme pour les réseaux unitaires.
Application 4.1 : Calcul des conduites à remplissage plein et partiel 1- Calculer le débit et la vitesse d’écoulement à section pleine dans un tuyau des eaux usées de section circulaire en amiante ciment d’un diamètre de 300mm et ayant une pente de 2%. 2- Calculer la hauteur de remplissage et la vitesse d’écoulement dans la même conduite lorsque le débit est de 33l/s. 3- Soit un collecteur des eaux usées en système séparatif dont les caractéristiques sont les suivantes : ª Longueur : 175 m ª Débit de dimensionnement : 28,2 l/s ª Pente : 0.5% Dimensionner le collecteur et vérifier les conditions d’autocurage 4- Soit un collecteur des eaux usées en système unitaire dont les caractéristiques sont les suivantes : ª Longueur : 65 m ª Débit de dimensionnement : 80 l/s ª Pente : 0.8% Dimensionner le collecteur et vérifier les conditions d’autocurage 32
Application 4.2 : Dimensionnement d’un réseau d’eaux usées: Dimensionner les tronçons du collecteur B. Les débits des eaux usées au niveau de chaque tronçon sont déterminés dans l’application 2.2. Les caractéristiques des tronçons sont données dans le tableau ci-dessous :
Intercepteur B
Tronçon Collecteur 0--1 1--2 2--3 3--5
Cote rad (NGM) Amont Aval 1605.00 1593.00 1593.00 1584.78 1584.78 1575.11 1575.11 1565.00
Long m 250 370 435 455
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