HU0201 Corrige

Mise jour le 09.02.04 HU 0201 - Page 1

ENAC/ISTE/HYDRAM HYDROTHEQUE : base de donnes dexercices en Hydrologie Cours : Hydrologie Urbaine / Thmatique : Dimensionnement Rseau

COLE POLYTECHNIQUE FDRALE DE LAUSANNE

Logo optimis par J.-D.Bonjour, SI-DGR

13.4.93

Exercice n HU 0201 - Corrig Pr-dimensionnement dun rseau dassainissement laide de la formule rationnelle Application la ville de Wassen (Ur, Suisse).

Donnes de lexercice Lexercice porte sur le dimensionnement prliminaire de canalisations dont la configuration et les

caractristiques sont regroupes dans la figure 1 et le tableau 2 de lnonc. Les indications supplmentaires ncessaires la ralisation de cet exercice se trouvent aussi dans lnonc (annexes 1 5). Ces donnes sont aussi regroupes dans un fichier Excel HU0201_feuilledecalcul.xls . Les rsultats sont disponibles sur le fichier Excel HU0201_corrige.xls .

Question 1. Calcul du diamtre des conduites 1.0, 1.1 et 2.0 Mthode appliquer :

Le dbit de dimensionnement dpend (entres autres choses) de lintensit moyenne maximale de la pluie critique pour le bassin tudi, qui dpend du temps de concentration du bassin, qui dpend de la vitesse dcoulement dans la conduite qui dpend du diamtre de la conduite qui dpend du dbit de dimensionnement. Il ny a donc pas de solution explicite au problme. On le rsout itrativement : on se fixe un diamtre de collecteur a priori et on vrifie a posteriori si les conditions de dimensionnement sont respectes (dbit de temps de pluie pour la priode de retour de dimensionnement / dbit nominal, vitesse de temps sec et vitesse de temps de pluie.) et ensuite on adapte ventuellement le diamtre pour obtenir un dimensionnement plus appropri. Dmarche et rsultats :

1/ Etapes de dimensionnement de la conduite 1.0 :

Aprs la dlimitation des bassins et sous bassins et le calcul de leurs caractristiques (pente, superficie, coefficient de ruissellement), le dimensionnement de la conduite pour un sous bassin donn passe par les tapes ci-dessous : Etape 1 : dtermination (ventuellement choix cf dernier point) de lorigine des ruissellements. Pour le bassin 1.0, aucune ambigut : origine = bassin 1.0. Etape 2 : choix dun diamtre, calcul de la vitesse nominale VN et du dbit nominal QN correspondants (i.e. lorsque lcoulement utilise lentier de la section). Utilisation de lquation de frottement de Manning-Strickler :

IDKVN3/2

4.

= IDKDQN

3/22

4.

4.

=pi

Units des grandeurs dans les formules ci-dessus : VN en m/s I en m/m - D en m K en USI QN en m3/s

Tuyaux utiliss dans le corrig : tuyaux en PVC btonner Critres utiliss pour la conception dun rseau : techniques (hydraulique) / conomique (cot) / construction (bton = lourd do cot de dplacement lev et taille des lments limite do beaucoup de raccords // tuyaux en PVC prfrs)

Diamtre utile de la conduite D = De 2.e


Coefficient de Strickler pour le PVC : 80 100 m1/3/s Pour du prdimensionnement, il est souhaitable de prendre en compte les conditions dcoulement futures : vieillissement du matriau des canalisations (K diminue) et sdimentation do rduction de la surface dcoulement : cet effet, on prendra un coefficient de rugosit dans la gamme infrieure des coefficients proposs (K=90 dans le corrig) ;

Etape 3 : calcul du temps dacheminement ta du dbit de pointe dans la canalisation ainsi que le temps de concentration tc du bassin : tc = ta + ti

ti est le temps mis par la pluie entre le moment o elle arrive au sol et son introduction dans la canalisation ; par simplicit il est suppos constant dans le temps et lespace et gal 5 minutes,

le temps dacheminement est calcul avec lhypothse pour chaque conduite que la vitesse de lcoulement est la vitesse nominale VN pour la dite conduite;

le temps dacheminement dpend de lorigine choisie pour les ruissellements : il est gnralement

la somme de plusieurs temps dacheminement correspondant des conduites successives (cas pour le bassin 1.2),

Etape 4 : calcul de lintensit moyenne maximale i(tc,T) pour une pluie de dure gale au temps de concentration tc, de la surface rduite totale (somme des surfaces rduites des diffrents bassins ou sous bassins contributifs) et du dbit de ruissellement QR,

intensit moyenne maximale : i(tc,T) = a(T)/(b+tc) surface rduite de chaque sous bassin contributif i : AR,i=Cri.Ai surface rduite totale (ou active totale) : AR,tot = AR,i dbit de ruissellement QR = QR (tc,T)= AR,tot . i(tc,T)

Etape 5 : calcul du dbit temps de pluie QTP il ny a aucune indication concernant une limitation du dbit laval du bassin 1.0 (pas de

dversoir dorage); par suite le dbit de temps de pluie utilis pour le dimensionnement de la conduite est simplement la somme du dbit de ruissellement et du dbit de temps sec (idem pour les autres bassins) :

QTP = QECP + QEU + QR Avec QEU = r.q.Pi (Pi : population du sous bassin i, q : consommation moyenne

journalire par habitant, r : coefficient de pointe fonction en premire approximation de la population r=5/p1/5)

Avec QECP = QECP,i (QECP,i : dbit deaux claires parasites du sous bassin i) Attention : pour une conduite donne, contrairement au dbit de ruissellement, les dbits

Eaux Uses et Eaux Claires Parasites ne dpendent pas de lorigine des ruissellements choisie (cf. point 1.) : pour ces deux derniers dbits il faut prendre en compte tous les bassins contributifs amont.

Etape 6 : calcul du rapport entre les dbits temps de pluie et nominal de la canalisation ; sil est suprieur lunit, il est ncessaire de reprendre les points 2 6 pour un diamtre suprieur de conduite, sinon dterminer le rapport correspondant des vitesse temps de pluie - vitesse nominale (figure 3 de lnonc),

Etape 7 : calcul de la vitesse de lcoulement par temps de pluie et vrification quelle est infrieure la vitesse maximale recommande par les normes ; si elle est suprieure il est ncessaire daugmenter le diamtre ou de diminuer la pente de la canalisation et de reprendre les points 2 7,


Etape 8 : calcul du dbit temps sec QTS, de son rapport avec le dbit nominal de la canalisation et du rapport vitesse temps sec vitesse nominale correspondant, Etape 9 : calcul de la vitesse temps sec de lcoulement et vrification quelle est suprieure la vitesse minimale recommande ; si ce nest pas le cas des mesures constructives ou une diminution du diamtre de la canalisation est ncessaire, de mme que de reprendre les points 2 9.

2 / Etapes de dimensionnement des conduites 1.1 et 2.0

Dimensionnement de la conduite 2.0 : effectu selon la mme procdure que celle utilise pour la conduite 1.0. On remarquera que la condition sur la vitesse de temps sec nest pas respecte.

Concernant la conduite 1.1 elle ne sert qu lacheminement du dbit vacu par la conduite 1.0 : le dbit de dimensionnement pour 1.1 est donc celui obtenu pour 1.0. Les pentes des conduites tant diffrentes, les diamtres ncessaires pour faire passer ce dbit de dimensionnement peuvent donc tre diffrents. Le diamtre ncessaire pour la conduite 1.1 est calcul par la formule de Manning-Strickler et le diamtre minimal requis pour la conduite est dduit partir des donnes fabricant. Aprs le choix du diamtre le plus appropri, il est ncessaire deffectuer les points 6 9 pour vrifier les vitesses minimale et maximale de lcoulement.

Les rsultats de ces dmarches sont donns dans le tableau 1 ci-dessous : Tableau 1 : Rsultats du dimensionnement pour les 4 conduites pour un coefficient de Strickler de 90 m1/3/s

Conduite Diamtre [mm]

QN [l/s]

QTP / QN [%]

VTP [m/s]

QTS / QN [%]

VTS [m/s]

1.0 692 743 88 2.2 6 0.9 1.1 780 831 79 1.9 5 0.7 2.0 975 1854 84 2.8 3 0.8 1.2 1170 3015 95 3.2 4 1.1

avec QN : dbit maximal (nominal) de la canalisation QTP : dbit temps pluie de lcoulement VTP : vitesse temps pluie de lcoulement QTS : dbit temps sec de lcoulement VTS : vitesse temps sec de lcoulement

Question 2 : Dimensionnement de la conduite 1.2 et procdure de contrle du diamtre Mthode appliquer :

Pour cette canalisation le dbit maximal correspondant une pluie de priode de retour de T=15ans est gnr par la pluie critique pour le bassin complet. La dure de cette pluie est gnralement considre comme gale au temps de concentration du bassin tudi (configuration i : bassin complet B=1.0+1.0+1.2+2.0) mais ceci nest pas forcment le cas en pratique. Cest ce que lon observe frquemment lorsque les diffrents sous bassins versants du bassin tudis sont trs htrognes (coefficients de ruissellement, surfaces rduites contributives et/ou ractivits diffrentes) !

Pour valider la cohrence de lestimation obtenue par lapplication directe de la mthode rationnelle il faut alors vrifier (mthode double calcul) que ce dimensionnement convient si le dbit maximal est gnr par une pluie de dure gale :

au temps de concentration du bassin B* 1.2, 1.0 ou 2.0 (configuration ii). On prendra le temps de concentration de la conduite 1.2.


au temps de concentration du bassin B** compos des bassins 1.2 et 2.0 (configuration iii). Le dbit de dimensionnement associ aux configurations i, ii et iii est toujours calcul selon la

mme mthode en 8 points (aux prcautions prendre prsentes plus bas prs). Le dbit de dimensionnement finalement retenu pour la conduite 1.2 sera le dbit maximum entre les dbits obtenus pour les 3 configurations. Rsultats :

On remarque que le dimensionnement obtenu pour la configuration i (bassin complet B) demande une conduite de 1200 mm ce qui est suffisant pour les autres configurations testes mais la configuration la plus dfavorable est la configuration ii pour laquelle on a un niveau de remplissage plus important que pour le bassin en entier On fera donc la remarque importante suivante : pour la priode de retour de dimensionnement T, la pluie de dure correspondant au temps de concentration du sous bassin B* = 1.2+2.0 est donc plus critique pour le bassin B que la pluie de dure gale au temps de concentration de ce mme bassin B. Lhypothse de dure critique de pluie gale au temps de concentration du bassin est donc fausse pour le bassin B. Ici cela na pas premire vue de consquence sur le dimensionnement car le collecteur de 1200mm initialement dimensionn est suffisant pour pouvoir accepter cette surcharge : le taux de remplissage obtenu avec cette surcharge est juste infrieur la situation de pleine charge du collecteur (QTP/QN=98%).

Diamtre Temps de concentration

Aire contribut.

Dbit nominal Dbit relatif

Configuration Bassins considrs [mm] tc [mn] AR (ha) QN [l/s] QTP/QN [%]

i 1.2+2.0+1.0 1200/1170 13.9 13.2 3015 95 ii 1.2+2.0 1200/1170 6.8 5.6 3015 57 iii 1.2 1200/1170 8.5 10.8 3015 98

Remarque : Attention cependant car la mthode du double contrle est imparfaite ! Lorsque lon calcule le dbit lexutoire de B pour une pluie de dure gale au temps de concentration tc* de lun des sous bassins B* du bassin B (avec tc*


Prdimensionnement d'un rseau d'assainissement l'aide de la formule rationnelle

Caractristiques des Canalisations : Donnes fournies par la socit CANPLAST SA - Canalisations plastiques (http://www.canplast.ch/) pour les tuyaux de type " GRESINTEX " en matire PVC.

Diamtre constructeur 400 500 630 710 800 900 1000 1100 1200 1400Epaisseur 5.0 6.2 7.9 8.8 10.0 11.3 12.5 13.5 15.0 16.0

Diamtre utile 390.0 487.6 614.2 692.4 780.0 877.4 975.0 1073 1170 1368coeff. Strickler K = 90 [m1/3/s]

Prcipitations K = 5400B = 12 [min] dbit spcifique des eaux uses q = 0.5 [l/s/100 EqH]ti = 5 [min] coefficient de pointe r = 5.0 /p^0.2 [-]

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27)

T

r

o

n

o

n

L

o

n

g

u

e

u

r

D

i

f

f

.

a

l

t

i

t

u

d

e

P

e

n

t

e

D

i

a

m

t

r

e

U

t

i

l

e

V

i

t

e

s

s

e

n

o

m

i

n

a

l

e

D

b

i

t

n

o

m

i

n

a

l

T

e

m

p

s

a

c

h

e

m

i

n

e

.

O

r

i

g

i

n

e

C

u

m

u

l

t

e

m

p

s

a

c

h

.

T

e

m

p

s

c

o

n

c

e

n

t

r

a

.

I

n

t

e

n

s

i

t

S

u

r

f

a

c

e

C

o

e

f

f

i

c

i

e

n

t

r

u

i

s

s

.

S

u

r

f

a

c

e

a

c

t

i

v

e

C

u

m

u

l

s

u

r

f

.

a

c

t

i

v

e

D

b

i

t

r

u

i

s

s

.

P

o

p

u

l

a

t

i

o

n

C

u

m

u

l

p

o

p

u

l

a

t

i

o

n

C

o

e

f

f

i

c

i

e

n

t

d

e

p

o

i

n

t

e

D

b

i

t

E

U

D

b

i

t

E

C

P

D

b

i

t

c

o

n

s

e

r

v

D

b

i

t

t

e

m

p

s

p

l

u

i

e

D

b

i

t

r

e

l

a

t

i

f

T

P

V

i

t

e

s

s

e

r

e

l

.

T

P

V

i

t

e

s

s

e

T

P

- L H J VN QN ta - ta tc i S Fact Fact QR - - r QEU QECP QC QTP QTP/QN VTP/VN VTP- [m] [m] [0/00] [mm] [m/s] [l/s] [min] - [min] [min] [l/s/ha] [ha] [-] [ha] [ha] [l/s] [EqH] [EqH] [-] [l/s] [l/s] [l/s] [l/s] [%] [%] [m/s]

1.0 500 2.50 5.0 488 1.6 292 5.3 1.0 5.3 10.3 242 8.0 0.30 2.4 2.4 580 400 400 5.0 10.0 35 625 625 214500 5.0 692 2.0 743 4.2 1.0 4.2 9.2 255 8.0 0.30 2.4 2.4 611 400 400 5.0 10.0 35 656 656 88 112 2.2

1.1 300 0.99 3.3 692 1.6 604 3.1 10.0 35 656 656 1091.1 300 0.99 3.3 780 1.7 831 2.9 10.0 35 656 656 79 110 1.9

2.0 250 1.25 5.0 975 2.5 1854 1.7 2.0 1.7 6.7 289 8.0 0.65 5.2 5.2 1503 800 800 5.0 20.0 30 1553 1553 84 112 2.8

1.2 300 1.50 5.0 1170 2.8 3015 1.8 1.0 8.9 13.9 209 8.0 0.70 5.6 13.2 2755 800 2000 4.4 43.5 65 2863 2863 95 114 3.2

Vrification du dimensionnement de 1.2 avec sous bassins (2.0+1.2) et (1.2) seuls

1.2 300 5.0 1170 2.8 3015 1.8 1.2 1.8 6.8 287 8.0 0.70 5.6 5.6 1610 800 2000 4.4 43.5 65 1718 1718 57 104 2.9300 5.0 1170 2.8 3015 1.8 2.0 3.5 8.5 264 8.0 0.70 5.6 10.8 2850 800 2000 4.4 43.5 65 2959 2959 98 114 3.2

Documents

HU0201 Corrige