La méthode de Caquot permet aussi de calculer le débit de pointe. Elle représente une évolution de la méthode rationnelle en évitant d’être limité par l’estimation du temps de concentration d’une part, et en prenant en compte les possibilités de stockage des eaux sur le bassin versant d’autre part. Cette méthode appelée aussi méthode superficielle ne s’applique qu’au milieu urbain La formule est exprimée comme suit :
Q brute : Débit de brute en m 3/s de fréquence de dépassement F I : pente moyenne du bassin versant en m/m ; C : coefficient de ruissellement ; A : superficie du bassin versant en Hectares ; K .U.W.V dépend des coefficients de Montana a et b :
a et b coefficient dépendant de la région géographique et de la période retour.
Localité
Casablanca
Rabat
Fès
Meknès
Safi
a(F)
6,74
2,487
6,616
6,549
7,068
b(F)
- 0,587
- 0,241
- 0,656
- 0,563
- 0,635
Midelt
Marrakech
El Hoceima
2,898
9,954
2,886
- 0,572
- 0, 795
- 0,459
Domaine de validité de la formule superficielle de CAQUOT Cette méthode possède certaines limites d’utilisation ainsi : La surface A doit être inférieure à 200 ha La pente du bassin versant doit être comprise entre 0.002 et 0.05 m/m Le coefficient de ruissellement doit être compris entre 0.2 et 1 Condition d’utilisation
bassins versants élémentaires de pente et de coefficient de ruissellement homogène
Le débit Brute ainsi calculé doit être corrigé pour avoir le débit de pointe par un coefficient d’influence m dont la formule est :
Avec : M coefficient de l’allongement définit comme étant le rapport du plus long cheminement hydraulique « L » en (mètre ou hectomètre) à la racine carré de la surface en (mètre carré ou en hectare) équivalente à la superficie du bassin versant. Son expression est :
L = le plus long cheminement hydraulique dans le bassin exprimé en hectomètre A = aire du bassin en Ha Ainsi la formule de débit de pointe (corrigée) s est :
a- Assemblage des bassins versants La méthode de Caquot est valable pour un bassin de caractéristiques physiques homogènes. L’application de cette méthode à un groupement de sous bassins hétérogènes de paramètres individuels Aj, Cj, Lj (longueur du drain principal), Qpj (débit de pointe du bassin considéré seul), nécessite l’emploi de formules d’équivalence pour les Paramétrés ( A, C, I et M) du groupement. Ces formules, qui différent selon que les bassins constituant le groupement sont en série ”ou en “ parallèle ” sont exprimées ci-après :
Etude d’assainissement I.
Choix du Système de la collecte des eaux usées et pluviales:
Le choix du système séparatif des réseaux des eaux usées et pluviales présente l'avantage de limiter les débits de déversement dans le milieu récepteur, sur les ouvrages de refoulement et sur les stations d'épuration des eaux usées, elle permet aussi d’optimiser les ressources financières disponibles par une concentration des efforts pour l’amélioration de l’état sanitaire des villes et la protection du milieu contre la pollution. Ce choix à prix en considération les facteurs suivants : Les données naturelles du site (pente, lithologie...etc.) Les données relatives aux agglomérations existantes (population, taux de branchement...) ; Les données relatives au développement urbanistique (schéma directeur d’aménagement homologué) ; Les données propres à l’assainissement.
II. Les différentes étapes de la conception d’une étude d’assainissement : Etablissement du tracé en plan des axes du réseau des eaux pluviales et usées Délimitation des bassins versants élémentaires L’application de la méthode superficielle de Caquot pour déterminer les débits élémentaires et ceux d’assemblage des bassins . Dessiner les profils en long et dimensionner les collecteurs Etablir les devis quantitatifs et estimatifs du projet.
Tracé en plan des axes du réseau des eaux pluviales et usées
Découpage en bassins versants
Formule de Caquot à Casablanca
Q(T) : Débit de pointe (en m3/s) pour une période 10 ans. C : Coefficient de ruissellement. I : Pente équivalente du bassin versant (m/m). A : Superficie du bassin versant (en ha). Exemple de Calcul : Bassin élémentaire 1 : Les données
C
I
A(ha)
L(m)
Bassin élémentaire B1
0.90
0.02
0.13
83.8
Débit de pointe :
Débit corrigé :
Calcul de Coefficient d’allongement :
Calcul de Coefficient correcteur « m » :
Le débit corrigé Qc :
Tableau Récapitulatif de calcul des débits corrigés des bassins du réseau des eaux pluviales du lotissement «ARSAT DAR BOUAZZAт
N°
Nom
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
BV 1 BV 10 BV 11 BV 12 BV 13 BV 2 BV 3 BV 4 BV 5 BV 6 BV 7 BV 8 BV9
A (ha) 0.13 0.06 0.10 0.12 0.00 0.08 0.10 0.02 0.08 0.08 0.11 0.08 0.11
C (%)
I (%) 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90
L (m) 2.00 2.10 1.67 2.20 0.67 1.12 0.82 2.19 0.71 0.40 0.20 0.48 0.89
83.8 63.7 34.5 43.3 5.3 38.1 85.7 20.5 12.1 22.9 25.1 30.9 33.6
m
Q unit. (m³/s) 0.90 0.86 1.48 1.35 1.83 1.28 0.82 1.21 1.83 1.83 1.83 1.48 1.58
0.068 0.160 0.221 0.277 0.003 0.164 1.127 0.069 0.14 0.119 0.122 0.126 0.195
Q corr. T (m³/s) (ans) 0.049 10 0.116 10 0.161 10 0.202 10 0.006 10 0.119 10 0.822 10 0.050 10 0.102 10 0.086 10 0.089 10 0.092 10 0.142 10
Calcul des sections : Formule de Manning-Strickler :
K : Coefficient de Manning. IM: Pente moyenne de la conduite (m/m). RH: Rayon hydraulique en (m) K varie en fonction du type des matériaux composants les conduites, on a : K= 80 pour les collecteurs en PCV. K= 70 pour les collecteurs en béton. IM= La pente du bassin Les calculs donnent des valeurs théoriques, il est nécessaire de majorer pour aboutir à des diamètres nominaux commercialisés notamment : Alors pour les diamètres des conduites des eaux pluviales, on a utilisé au minimum un collecteur de diamètre Ø400. La condition d’auto-curage à vérifier : La vitesse à pleine section doit vérifier la condition suivante : avec
Phase 2 : Détermination des débits des différents assemblages de bassins versants élémentaires Afin de déterminer les débits cumulés d’amont vers aval dans le réseau , il est nécessaire d’effectuer des assemblages de bassins , où des bassins « équivalents » sont recalculés suivant l’instruction officielle. Assemblages en série : Pour I, on a : I = [ L1 + L2 ] ² L1/√I1 + L2/√I2 Où L1 et I1 sont respectivement le cheminement hydraulique et la pente moyenne du bassin 1 Où L2 et I2 sont respectivement le cheminement hydraulique et la pente moyenne du bassin 2 Assemblages en parallèle : Pour I , on a : I = (I1 x Qc1) + (I2xQc2) Qc1 + Qc2 Où Qc1 et I1 sont respectivement le débit corrigé et la pente moyenne du bassin 1 Où Qc2 et I2 sont respectivement le débit corrigé et la pente moyenne du bassin 2 Pour m, on part de M avec : M = L / √ ( A1 + A2 ) A1 = surface du bassin 1 A2 = surface du bassin 2 L = longueur du cheminement hydraulique en suivant le bassin du plus fort débit ( si Qc1 > Qc2 alors L est en partie constitué de L1 ) Le tableau ci-après énonce tous les assemblages calculés de l’étude.
Phase 3 : Détermination des diamètres de canalisations Ayant pour chaque tronçon les débits précédemment calculés , on déduit les diamètres de canalisation par la formule de CHEZY BAZIN ou de MANNING STRICKLER. Méthode choisie : CHEZY BAZIN MANNING STRICKLER CHEZY – BAZIN V = C √ (R I) V = vitesse d’écoulement dans la canalisation en m/s R = Rayon hydraulique moyen (rapport entre la section d’écoulement en m² et le périmètre mouillé en m , R = Sm / Pm ) I est la pente de la canalisation en m/m C = coefficient donné par BAZIN , C = 87 / ( 1 + g / √ R ) Avec g = coef de perte de charge de la canalisation, qui inclus la rugosité ( 0.18 < g < 0.46 ) Ici on prendra g = Puisqu’il y a une relation directe entre V et Q ( V = Q / S ) , on en déduit les diamètres théoriques puis commerciaux tronçons / tronçons. Par sécurité et pour un meilleur écoulement, on intègre un taux de remplissage de % dans la canalisation. Les résultats sont donnés ci-après .
MANNING STRICKLER Q = K . S . R 2/3 . I ½ Q = débit dans la canalisation en m3/s R = Rayon hydraulique moyen (rapport entre la section d’écoulement en m² et le périmètre mouillé en m , R = Sm / Pm ) I est la pente de la canalisation en m/m K est le coefficient de perte de charge de la canalisation ( 70 < K < 110 ). Ici on prendra K = Par sécurité et pour un meilleur écoulement, on intègre un taux de remplissage de % dans la canalisation.
Les regards de visite et de jonction Les regards de visite : L’implantation des regards de visite sera recommandée sur les collecteurs dans les cas suivants : -à chaque changement de direction ; -à chaque changement de section ; -à chaque changement de pente ; -à tous les 50 à 80 mètres pour les conduites de diamètre inférieur à 1000 mm.
La sensibilité de la méthode de Caquot au Coefficient de ruissellement Débits : une augmentation du coefficient de ruissellement de 10% entraîne une augmentation de 12% des débits de pointes écoulés sur les bassins versants ; alors qu’une augmentation de 20% du même coefficient donne une majoration de 25% des débits de pointe.
Vérification de l’écoulement En utilisant la formule de Manning-Strickler qui est préconisée pour l’assainissement urbain : Q = K x Sh x Rh⅔ x I½ Avec : Q le débit max en m3/s K le coefficient de Strickler en m1/3/s Sh la surface hydraulique en m² Rh le rayon hydraulique en m = Aire/périmètre = πR² / Dπ = R/2 I la pente en m/m En prenant une conduite en béton (K = 70) de diamètre 200mm posée avec une pente de 0.008 m/m, nous obtenons : Q = K x Sh x Rh2/3 x I1/2 Q = 70 x π x 0.1² x (0.1 / 2) 2/3 x 0.0081/2 Q = 27 l/s En y ajoutant une gaine en polyéthylène (PEHD) avec une résine en polyester de 4.5mm d’épaisseur nous obtenons une conduite de 191mm de diamètre avec un coefficient de Strickler de 90, nous obtenons alors : Q = K x Sh x Rh2/3 x I1/2 Q = 90 x π x 0.0955² x (0, 0955 / 2) 2/3 x 0.0081/2 Q = 30 l/s Ce cas prouve que l’utilisation d’un matériau moins rugueux favorise l’écoulement malgré une faible réduction de section due à l’épaisseur du chemisage. Le chemisage permet donc une réhabilitation de la conduite en limitant les infiltrations mais peut également favoriser l’écoulement
