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Réseaux et VRD, EVI 965, 03/11/20101

U.E. EVI 965Réseaux et V.R.D.

Cours 3

S.M. Elachachi

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Dimensionnement

géo-mécanique

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La norme actuelle :

Le fascicule 70

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FASCICULE n°70 : Ouvrages d’assainissement

SOMMAIRE

TITRE I : RéseauxCHAPITRE 1 Dispositions générales

CHAPITRE 2 Nature et qualité des matériaux

CHAPITRE 3 Études préalables

CHAPITRE 4 Justification de la Tenue mécanique

CHAPITRE 5 Mise en oeuvre

CHAPITRE 6 Conditions de réception

TITRE II : Ouvrages de recueil, de stockage et de restitution deseaux pluviales

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Chap. 1: Dispositions générales

DOMAINES D’APPLICATION

Exécution des réseaux d’assainissement

ou à des parties d’installations fonctionnant par écoulement libre

• posés en tranchée ou sous remblai

• réalisés à partir d’éléments

préfabriqués ou coulés en place• destinés à l’évacuation des eaux

• pluviales et usées, domestiques etindustrielles

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Prestations dues :

préparation du terrain (démolition chaussées et trottoirs), exécution des fouilles, blindages, assèchements et équipements pourles canalisations et autres éléments

fourniture et pose, ou construction en place des canalisations (+

autres éléments du réseau et branchements) signalisation du chantier

remblai de toutes les fouilles

transport en filière d’élimination appropriée des matériaux enexcédent ou impropres aux remblais

remise en état des lieux (trottoirs et accotements)

opérations préalables à la réception du réseau


CONSISTANCE DES TRAVAUX (1)

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Prestations complémentaires définies éventuellement dans le DCE(Dossier de Consultation des Entreprises): études géotechniques complétant celles fournies avec le DCE

note de calcul justifiant le choix des fournitures

exécution des travaux complémentaires nécessaires à la réalisationdes canalisations de branchement

réfection définitive des chaussées, trottoirs et accotements.


CONSISTANCE DES TRAVAUX (2)

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Chap 1: Dispositions générales

CONDITIONS DE SERVICE

Les ouvrages préfabriqués ou construits en place sont calculés pour résister:

à une mise en charge intérieure aux charges extérieures

L’entreprise doit donc

• tenir compte des charges réelles de chantier

• et fournir les justificatifs correspondantes en casde charges de chantier exceptionnelles

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Nature et qualité des matériaux

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Chap. 2 : Nature et qualité des produits et matériaux

MATÉRIAUX (1)

• matériaux préfabriqués,• matériaux dans les ouvrages coulés en place,• produits de scellement des dispositifs de couronnementet de fermeture• matériaux rapportés pour protections intérieure etextérieure des canalisations• matériaux utilisables pour la réalisation de l’enrobage• matériaux utilisables pour la réalisation du remblai

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• Béton armé ou non armé• Béton de fibre• Fonte• PVC• Grès• PRV• PEHD

• PP


MATÉRIAUX (2)

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MATÉRIAUX (3)

Matériauinutillisableen enrobage

Matériauutillisable enenrobage

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Chap 4 : Justification de la Tenue mécanique

DOMAINES D ’APPLICATION

• Canalisations circulaires• Pose en tranchée ou sous remblai en appui continu

• Pose en tranchée dans son plan médian

• Hauteur de couverture >0,80 m sous chaussée

• Réseau gravitaire (pression < 0,04 MPa)

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Réseaux et VRD, EVI 965, 03/11/2010 15


TERMINOLOGIE

1 Zone de remblai

2 Zone d’enrobage

3 Sol en place

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PRINCIPAUX PARAMETRES UTILISES DANS LA METHODE DE CALCUL (1)

Paramètres liés à la canalisation:

• nature du matériau constitutif

• Diamètre De

• épaisseur de la paroi e• modules d’élasticité ETi, ETv, et coeff. Poisson νT

• rigidités annulaires "ras"

• déformation avant application des charges eo


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Paramètres liés à la canalisation:

(Source : Fascicule 70)

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PRINCIPAUX PARAMETRES UTILISES DANS LA METHODE DE CALCUL (2)

Paramètres liés au sol:• type de sol

• présence de la nappe

• le poids volumique γ (par défaut = 18 kN/m3

)• le coefficient de poisson νs (par défaut = 0,3)

• le module du sol conventionnel Ec

• le coefficient de cisaillement k1 (par défaut = 0,15)

• le coefficient de pression horizontale k2

• l’angle d’appui conventionnel 2α

Chap. 4 : Justification de la Tenue mécanique

Modifiés par lesconditions de retraitdes blindages

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Influence du mode de retrait des blindage sur le dimensionnement mécanique


Paramètres liés à la:mise en oeuvre

• niveau de compactage

• mode de retrait des blindages

Cas 1

Cas 2 Cas 3

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Module du sol Ec



q5 : valeur moyenne minimale sur la hauteur de la couche : 90 % de lÓPN.

valeur minimale en fond de couche : 87 % de lÓPN.

q4 : valeur moyenne minimale sur la hauteur de la couche : 95 % de lÓPN.

valeur minimale en fond de couche : 92 % de lÓPN.

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Influence de la nappe phréatique sur le module du sol Ec



Le module est minoré en fonction du groupe de sol et du niveau de mise en place

de l´enrobage : E’c = CE . Ec

Dans le cas où le niveau de la nappe phréatique est connu de façon certaine, on peut déjauger lesterres situées dans la nappe. Dans ce cas, le poids volumique du remblai est pris égal à γ = 10 kN/m3.

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Influence du mode de retrait des blindages sur le module du sol Ec



Le module est minoré en fonction du mode de retrait des blindages : E’’c = C’E . E’c = C’E . CE . Ec

B : largeur de la tranchée (en m),

De : diamètre extérieur de la conduite(en m)

b : épaisseur utile du blindage (en

l´absence d´informations précises, onprendra b = 0,10 m)

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Coefficient de pression horizontale k2 et angle d’appui conventionnel



2α

Ces valeurs sont à minorer en fonction du mode de retrait des blindages :k2 = C’k2.k2 et 2α = C’2α.2α avec C’k2 = C’2α = C’E (obtenus à partir du tableau page 24)

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Coefficient de cisaillement k1 :

Pris par défaut égal à 0,15 mais doit être minoré en fonction du mode de retrait

des blindages : k’1 = C’k1.k1



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- Dans les autres cas :

• Si le module E"c2 de la zone (2) (après minoration éventuelle)

est supérieur au module de la zone (3), et en lábsence degéosynthétique, l´évaluation du module Es est effectuée selonla formule ci-après :

• Si le module E"c2 de la zone (2) est inférieur au module Ec3 dela zone (3), cést le module de la zone (2) qui est retenu, quelleque soit la largeur de la tranchée.

Module du sol de calcul Es



Le module de calcul ES en MPa est déterminé comme suit :

- Si le rapport de la largeur de tranchée B au diamètre

extérieur De est supérieur ou égal à 4, le sol en place (3) nevient pas perturber lénrobage (2). Et lón retient ES = E"c2.

−

−+=

31 3

"

23

cc

e

CS

EE

D

BEE

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Interaction sol-structure et rigidité annulaire spécifique

avec le moment d'inertie (section circulaire)

L'interaction sol-conduite est prise en compte au travers du paramètre RIG:

3m

Ti

i D

IEras =

( )2

3

1 T

e

I ν−=

( ) 1,0182

− ν−= S

i

S E

ras

RIG

• Si RIG est positif Conduite considérée comme rigide

• Si RIG est négatif Conduite considérée comme souple (flexible)

La rigidité annulaire spécifique différée est obtenue par : iTi

T rasE

Eras ν

ν =

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DETERMINATION DES ACTIONS

• la pression verticale des terres pr due aux remblais (en kN/m2)

• Actions dues aux charges d’exploitation pe les actions per qui résultent de l’effet des chargesroulantes routières (convoi Bc)

les actions pep qui résultent de l’effet des charges

permanentes au niveau du TN les actions pec qui résultent des cond. d’exéc. du chantier

• La pression horizontale exercée par le remblai et les chargesd’exploitation ph

• La pression hydrostatique extérieure pwe en cas de canalisationsous nappe


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• la pression verticale des terres pr due aux remblais


hCpr ..=

γ : poids volumique du remblaih : hauteur de couvertureC : coefficient de concentration (théorie de Marston-Spangler)

Cas où l´on est en tranchée :- Cas des canalisations à comportement flexible : on prend C = 1.- Cas des canalisations à comportement rigide :

On lit le coeff. C1Si C1 ≤ 1 on retient C = 1

Sinon :* On calcule C2 :C2 = C0 si h/De ≤ 2.5C2 = C0 - 0,009 Es /rasi si h/De > 2,5

* On retient C = Min (C1 ; C2).

h

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DETERMINATION DES ACTIONS• la pression verticale des terres pr due aux remblais


H/De

C0

2αααα=15°

60°90°

120°

K1=0,03

K1=0,09

K1=0,15

B/De

C1/(B/De)

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• la pression verticale des terres pr due aux remblais


Cas où lón est en remblai indéfini :- Cas de canalisations à comportement flexible :

On prend C = 1

- Cas de canalisations à comportement rigide :

On effectue le calcul à láide du modèle de Marston.On détermine C2 tel quíndiqué précédemment, et On retient : C = C2

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• les actions per qui résultent de l’effet des charges roulantesroutières



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• les actions pep qui résultent de l’effet des charges permanentesau niveau du TN


Elles sont dues aux charges qui resteront tout au long de la vie de l'ouvrage, horspoids du sol de remblaiement. Cela peut être par exemple le poids de la chaussée

avec po : surcharge permanente (en kN/m2)

• les actions pec qui résultent des cond. d’exéc. du chantier

−=

B

hkpopep 12exp.

Elles peuvent être plus défavorables que celles provenant du système decharges roulantes retenu (difficiles à quantifier)

La pression verticale totale pv vaut : pv = pr + pe

avec pe = Max (per + pep ; per + pec).

k1: coefficient de cisaillement

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• la pression horizontale exercée par le remblai et les chargesd’exploitation ph:


( )peprkph += .2

k2: le coefficient de pression horizontale des terres

Dans le cas où la canalisation est posée sous le niveau de la nappe phréatique, elle setrouve soumise à une pression hydrostatique extérieure pwe que l´on considèrecomme uniforme et égale à celle qui s´exerce au niveau des reins de la canalisation

• La pression hydrostatique extérieure pwe en cas de canalisationsous nappe

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Bilan des actions :

Sous l´effet des actions initiales précédemment définies, la canalisation

est soumise aux pressions combinées suivantes :

- de la pression verticale des terres pr et des charges d´exploitation pe.

- de la pression verticale totale est pv = pr + pe.- de la pression horizontale associée est ph = k2.pv

- de la pression hydrostatique extérieure pwe.


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ph= k2.pv


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VERIFICATION DE LA SECURITE A L'EMPLOI:

États limites ultimes

Suivant le comportement rigide ou flexible de la canalisation, on effectue les

vérifications suivantes :• canalisation à comportement rigide :

-la résistance à court terme (force portante ou contrainte ou moment résistant),

• canalisation à comportement flexible :

- la stabilité par flambement à long terme (Calcul de l ’ovalisation verticale)

- la résistance à court terme (force portante ou contrainte ou moment résistant).

États limites ultimes• canalisation à comportement rigide : suivant le cas, états limites d´apparition de

fissures ou d´ouverture de fissures.

• canalisation à comportement flexible : état limite de déformation à court terme et à

long terme (allongement et ovalisation relative verticale).

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1°) Vérification de la force portante:

m

uMR

D

MF

πγ ≥

2

2°) Vérification de la contrainte:

uMc σ≥σ

3°) Vérification du moment résistant:

uMR MM ≥

FR la charge de rupture minimale garantiedonnée par le fabricant

Dm: diamètre moyen; e: épaisseur

2

6

e

Muu ≥σ

MR le moment résistant minimal garantidonné par le fabricant

État limite ultime de résistance

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Valeurs du coeff. γ M

Valeurs du coeff. γ A = 1,25 si Di 1000 mm (Di diamètre intérieur)

= 1,375 si Di 1000 mm

≤

≥


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s : indice de rigidité relative sol-tuyau à court terme ou à long termeobtenu respectivement à partir du module d´élasticité du tuyau instantané

ETi ou différé ETv, avec ETv ≤ ETi

no est léntier supérieur ou égal à 2 qui rend minimum cette expression

no représente le nombre dónde de la figure de flambement dóvalisation

de la canalisation.Pour les canalisations à comportement rigide (RIG > 0), no est égal à 2.

eo déformation avant application des charges (donné au tableau page 18)

p cr

pression critique de flambement


( ) rasDe

pcp

n

rasps

kK

DpvM m

r

mu 0

2

0

2

1

1

114

2491

4

2

4

−

−

−+

−+

−

=α

ras

Es S

S 81

12

ν−

=

11

2

2

−+−

n

sn

ras

n

snpcr

−

+−=

1

182

0

2

0

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Valeurs de kα en fonction de 2α

pv = pvuras = rasi

upp =


Avec :

et :

( )peprpv Au +γ =

( )

+++γ =

2

21 kpeprpwep Au

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État limite ultime de flambement

pp Fcr .≥

F = 2,5•• p cr pression critique de flambement (exprimée page 43) avec ras = rasv

•

État limite de service conduite rigide FF la charge minimale garantie d'ouverture

de fissure stable donnée par le fabricantDm: diamètre moyen.

m

sF

D

MF

π≥

2

pv = pr + pe

ras = rasi

( )

+++γ =

2

21 kpeprpwep A

( ) rasDe

pcp

n

rasps

kK

DpvM m

r

mS 0

2

0

2

1

1

114

2491

4

2

4

−

−

−+

−+

−

=α

++=

2

21 kpvpwep

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État limite de service conduite souple

ovovR ≥

ovR : ovalisation maximale admissible• à long terme égale à 10 %,

• à court terme est égale à 5%, sauf prescription d´ovalisation inférieurefigurant dans les normes ou avis techniques.

L´ovalisation verticale relative ov = d/Dm où d est la déformation verticale dudiamètre moyen, pour toutes les canalisations flexibles et pour les canalisationsen fonte avec revêtement intérieur à base de mortier de ciment.

ov = ov1 + ov2

et

( ) 3198

12

2

2

1 pEras

k

kpvov

S

S − ν−

+

−=α

m

r

D

e

pc

pov 02 1

1

12

−

−

=

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État limite de service conduite soupleValeurs de kα en fonction de 2αpour le calcul à l'ELS

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Chap. 6 : Réception préalable des réseaux neufs

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