Conception et calcul des réseaux DISTRIBUTION D_EAU POTABLE

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  • 1HYDRAULIQUE URBAINEALIMENTATION EN EAU POTABLE

    CONCEPTION ET CALCUL DES RESEAUX DE DISTRIBUTION DEAU POTABLE

    AEP 16/02/2007 18:41Prsentation ralise par Gilles FLAMME-OBRY

  • CONCEPTION ET CALCULCONCEPTION ET CALCUL

    DES RESEAUX DEDES RESEAUX DE

    DISTRIBUTION DEAU POTABLE

  • PARTIE N3 CONCEPTION ET CALCUL DES RESEAUX DE DISTRIBUTION DEAU POTABLE

    I QUELQUES RAPPELS D'HYDRAULIQUEI - QUELQUES RAPPELS D HYDRAULIQUE

    1 - . La mesure de la pression atmosphrique

    mercure ghppmBA

    =Bh

    et pB = 0 A m masse volumique du mercure

    gale 13,6 103 kg m-3

    et g = 9,81 N.kg-1

    h est la mesure de la pression atmosphrique

    h observe est gale 760 mm environ de hauteur de mercureOn en dduit:

    p 101 396 Pascalh observe est gale 760 mm environ de hauteur de mercure pA = 101 396 Pascal

  • Remplaons le mercure par de leau

    ghpA

    = AEPmasse volumique de leau

    gp

    h A= gmh 3310101396 == mh 33,10

    81,91000==

    La pression atmosphrique est gale 10,33m CE

  • 2 - Units de pression F en Newton

    Petit rappelSFp =

    F en Newton

    Sp

    S en m2p pression exerce

    Le Pascal 1 Pa = 1N.m-2 AEP

    Le Bar 1 bar = 105 Pascal

    Dans les conditions normales de pression un bar correspond donc :

    Pa105 CEmmkgkgN

    Pa .19,10.1000.81,9

    1031 =

    Arrondi gnralement 10 m CE

  • 3 - Thorme de BERNOULLI appliqu aux liquides parfaits

    z

    Sur une mme ligne de courant :Constante

    2 =++ z

    gp

    gV

    Tube de courant

    M2

    z21

    V

    2

    V

    M1nergie potentielle i d

    1V

    nergie de pression

    nergie cintique

    z1

    cintique

    Application :0

    pp

    222

    111

    22zpVzpV ++=++

    AEP

    22 gggg

  • II - APPLICATION DU THEOREME DE BERNOULLI AUX LIQUIDES REELS

    Le thorme de BERNOULLI permet de rsoudre la plupart des problmes d'coulement en charge.

    Il n'est applicable que si les conditions suivantes sont vrifies :

    ECOULEMENT PERMANENT AEP

    et

    LIQUIDE INCOMPRESSIBLE

    Ainsi, le coup de blier dans une conduite, phnomne variable dans le tempso le liquide subit une compression ne peut tre tudi en appliquant leo le liquide subit une compression, ne peut tre tudi en appliquant lethorme de BERNOULLI.

  • 1 - Expression gnrale

    Le thorme de BERNOULLI, tendu aux fluides rels, appliqu entre deux sections (1) et (2)a pour expression :

    2211 pVpV2,12

    221

    11

    22Jz

    gp

    gVz

    gp

    gV

    +++=++

    avec J1 2 correspondant lnergie des forces de frottement et de viscositavec J1,2 correspondant l nergie des forces de frottement et de viscosit(nergie perdue en chaleur entre M1 et M2).

    AEP

  • 2. Application du thorme aux liquides rels:

    VSQ .=

    M1M1z1

    M2 Dbit de sortie Qz2

    0

    2211 JzpV

    zpV +++=++

    0

    2,121 22Jz

    ggz

    gg+++=++

  • 3 - Application du thorme l'alimentation en eau potable

    M

    2,1222

    111

    22Jz

    gp

    g

    Vz

    gp

    g

    V +++=++M1

    02

    ,0 1

    1

    gV

    Vz1

    )05,0(81,92

    12

    ,.1 21

    2m

    gV

    smV

    M2 Dbit de sortie Qz2

    P1 = Pression Atmosphrique absolue (= Pa absolue)

    P2 = Pression dans le rseau au point 2 = Pa absolue + Pression relative au point 2 (Pr2)AEP

    P2 Pression dans le rseau au point 2 Pa absolue Pression relative au point 2 (Pr2)

  • Simplifications pour lapplication aux liquides rels:

    M

    2,1222

    111

    22Jz

    gp

    g

    Vz

    gp

    g

    V +++=++M1

    La formule devient donc :

    pVpV2,12

    221

    11

    22Jz

    g

    p

    gV

    zgp

    gV

    r +++=++z1-z2

    M2

    Dbit de sortie Q

    Ou encore :

    21212 Jzz

    pr =

    2,121g

  • Exemple dapplication de la formule simplifie :

    M

    La formule devient donc :

    2211 JzpV

    zpV

    r +++=++M1 2,121 22 gggg

    z121

    J

    p

    2,1

    M2Dbit d ti Q

    g

    pr 2

    Dbit de sortie Q

    C l l d l i d ti dbit

    z2

    Calcul de la pression de sortie avec un dbit connu :

    21212 Jzz

    pr =

    2,121g

  • Traage du plan de charge et de la ligne pizomtrique

    Mxx

    xr Jzzg

    p,11

    =Plan de chargeM1

    z1p

    g

    pxr

    Pression statique

    Mx

    Dbit de sortie Qzx

    Si Q 0 d d hSi Q = 0, pas de pertes de charge.

    A tout point du rseau la pression observe est la pression statique.

    px

    xr zzg

    p =1

  • Traage du plan de charge et ligne pizomtrique

    M

    Diamtre constant

    xxxr Jzz

    g

    p,11

    =ligne pizomtrique

    Plan de charge

    M1z1

    xJ

    ,1Pertes de charge

    g

    pxr

    Pertes de charge

    Pression dynamiquex

    Mx

    Dbit d ti Q

    zxPression dynamique

    Cote pizomtrique en x Dbit de sortie Q

    pSi Q 0 l

    p q

    xrx

    xJ

    g

    pzz

    ,11+=

    Si Q>0, alors

    Si le diamtre est constant; xjJx

    =,1

    correspondant une droite

  • Fonctionnement en dpression: proscrire en A.E.P xr Jzzp =

    Pl d h b l

    M

    xxJ

    g ,11

    ligne pizomtrique

    Plan de charge relatifPlan de charge absolu

    pression atmosphrique

    M1Diamtre D constantzx

    z110, 33 m

    xJ

    1

    g

    prx

    x,1

    Dbit de sortie Q

    zone concerne par une pression relative 0, alorsSi D est constant: xjJ x =,1PROSCRIRE

    aepmais xx

    Jzz,11

    p donc 0pgprx

  • III - LES PERTES DE CHARGE

    Les pertes d'nergie que subit un fluide en coulement sont dues la consommation d'nergiencessaire pour vaincre le travail des forces de viscosit.

    Cette nergie dissipe dans le liquide et prleve sur l'nergie du liquide est transforme enchaleur. Ces pertes de charge sont scindes en deux catgories.

    l t d h li li i t ti l l d l t t i les pertes de charge rgulires, linairement rparties le long de la tuyauterie

    les pertes de charge singulires qui prennent croissance tous les organesqui perturbent l'coulement (coudes, vannes, etc.)

    AEPAEP

  • 1 - Les pertes de charge rgulires ou linairesp g g

    1 2 - Formule gnrale

    v2

    gDvj

    2= j pertes de charge unitaire

    LjJ =J pertes de charge totale jJ pertes de charge totaleavec : dpend du nombre de Reynolds et donc du rgime dcoulement

    vD

    vitesse moyenne dcoulement en m/sAEP

    DL

    diamtre du tronon en mtre

    longueur du tronon en mtreL longueur du tronon en mtre

  • On tablit la valeur de par lecture d'abaques dont les plus usits sont ceux tablis partir desp q p ptravaux de COLEBROOK.

    En Alimentation en Eau Potable, les coulements seront en rgle gnrale de type turbulent.

    A la lecture de ces abaques et pour ce type dcoulement, lorsque le nombre de Reynolds adpass une certaine valeur, le coefficient de perte de charge reste constant et sa valeur limite nedpend que de la rugosit relative K/D.

    K/D est le rapport de la hauteur des asprits eu gard au diamtre du tronon.

    1 4 - Formule applique de COLEBROOKPour les canalisations circulaires

    Dvj

    2

    2

    = vSQ .=2DS =

    Pour les canalisations circulaires

    gDj

    2 4

    ( )252 8 QDgj =

  • ( )8 li ti d di tAEP

    ( )252 8 QDgj = ou encore pour une canalisation de diamtre connu2Qrj =1 5 - Les pertes de charge selon les travaux de COLEBROOK

    avec r rsistance unitaire du tronon

    Valeurs du coefficient "r" de la formule : j = r . Q2

    - TRAVAUX DE COLEBROOK

    Diamtre en mm

    Rugosit de la canalisation

    k=O,1 mm k=1 mm k= 2 mm

    60 2743 4820 6340

    le dbit Q est pris en mtre cube par secondepour obtenir la perte de charge j en mtre parmtre CE.

    60 2743 4820 6340

    80 583 1030 1340

    100 183 313 401

    125 56 95 121

    Pour un tronon de longueur L en mtre, les pertes de charge J en mtre sont gales :

    2QLrJ =150 21,5 36,1 45,5200 4,78 7,83 9,77

    250 1,49 2,40 2,97

    300 0 59 0 92 1 13

    2QRJ =QLrJ =

    300 0,59 0,92 1,13

    350 0,262 0,406 0,497 avec R rsistance totale du tronon

  • Les pertes de charge peuvent tre galement prsentes sous la forme de tables (annexe 2)p g p g p ( )

    PERTE DE CHARGE

  • 1 5 - Les autres formules pratiques1 5 - Les autres formules pratiques

    Dans un souci de simplicit et de commodit de calculs, LECHAPT et CALMONont tabli une formule simple du type :

    MQLj = NDLj =

    avec :NML ,, sont des invariants fonction de la rugosit

    Q dbit en m3/sQ dbit en m3/s

    D diamtre en mDj pertes de charge unitaire en m par km

  • 1 5 - Les autres formules pratiques1 5 - Les autres formules pratiques

    Dans un souci de simplicit et de commodit de calculs, LECHAPT et CALMON ont donc tabli uneformule simple du type :

    MQLj =Q dbit en m3/s

    D diamtre en mND

    Lj =j pertes de charge unitaire en m par km

    avec : NML ,, sont des invariants fonction de la rugosit

    Rugosit K L M N Canalisation

    0,5 mm 1,40 1,96 5,19 Fonte grise

    0,25 mm 1,16 1,93 5,11 Fonte ductile, amiante

    0,1 mm 1,10 1,89 5,01 PVC, , , ,

  • 1.5.2 Formule de HAZEN-WILLIAMS (1905-1920)

    La formule de pertes de charge tablie par les physiciens amricains HAZEN et WILLIAMSa pour expression :

    852,1Q852,187,469,10

    hwCD

    Qj =

    jQ

    Pertes de charge unitaire en mtre par mtre CE

    Dbit en m3 par secondeQD

    Dbit en m3 par seconde

    Diamtre en mtre du tronon

    hwC Coefficient de Hazen-Williams dpendant de la rugosit

    Valeur de la rugosit Valeur de C CanalisationValeur de la rugosit Valeur de Chw Canalisation

    0,5 mm 110 Fonte grise

    0,25 mm 125 Fonte ductile, amiante

    0,1 mm 132 PVC

  • COMPARATIF DES PERTES DE CHARGE UNITAIRE SELON LES FORMULES POUR UN DIAMETRE DE 100 mm, K = 0,25 mm, r = 203,6, Chw = 125, et Chw = 120

    0,14

    /

    m

    0,12

    a

    l

    e

    u

    r

    d

    e

    j

    e

    n

    m

    /

    COLEBROOK j = 206,3.Q 2

    LECHAPT ET CALMON

    0,08

    0,1

    V

    a LECHAPT ET CALMON j = 1,16.Q 1,93 / 0,1 5,11

    HAZEN-WILLIAMS 1 j = 10,69.Q 1,852 / (Chw

    Chw =120

    0,06

    1,852. 0,1 4,87)

    HAZEN-WILLIAMS 2 j = 10,69.Q 1,852 / (Chw1,852. 0,1 4,87)

    Chw = 125

    0,02

    0,04

    01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

    DEBIT en l/s

  • 2.- Les pertes de charge singulires AEPp g g

    Les singularits se comportent comme des ouvrages courts.

    Les pertes de charge singulires peuvent gnralement se mettre sous la forme :

    gvKj

    ss 2

    2

    =KS reprsente un coefficient numrique sans dimension, dont la valeur dpendra de la forme et desdimensions de la singularit. Il est gnralement dtermin exprimentalement.

    g2

    g g p

    Quelques exemples de KS

    coude arrondi 90 K = 0 1 0 2 coude arrondi 90 KS = 0,1 0,2 coude angle vif KS = 1,13 poteaux incendie KS = 8

  • Dans les rseaux de conduite comprenant un certain nombre de singularits, il est d'usage courant,compte-tenu des imprcisions sur les donnes, d'valuer forfaitairement les pertes de chargesingulires (de 10 15 % des pertes de charge linaires en moyenne).

    Dans les rseaux courts vitesse d'coulement leve ou lorsque les calculs doivent tre mensavec prcision, cette mthode forfaitaire ne peut pas tre applique.

    QUELQUES PRECISIONS

    L'air introduit dans les conduites provenant de l'eau transporte s'accumule au point haut.

    En rtrcissant la section d'coulement, il cre des pertes de charge singulires impossibles valuer a priori et il doit tre ncessairement vacu (clapet de sortie d'air, ventouse ,etc..).

    De mme les rseaux doivent tre poss en observant une pente minimale de 0,003

    AEP

  • Diamtre pligne de chargeRelation entre la pression observe en Mx et le dbit Q

    M1

    constantxx

    xr Jzzg

    p,11

    =ligne pizomtrique

    z1p

    xJ

    ,1Pertes de charge= +110 m

    RQ2

    Mx

    g

    pxr

    Pression dynamiquex = 2000 m

    Dbit d ti Q

    zx = +80 m

    Dbit de sortie Q

    ( ) 221RQzz

    g

    prx =

    Pression en fonction du dbit

    35

    e

    n

    m

    C

    E

    g

    1015202530

    P

    r

    e

    s

    s

    i

    o

    n

    Application numrique

    Diam 100 mm, L=2000 m, k=1 mm,

    05

    0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008

    Dbit en m"/s

    z1=+110m NGF, z2= +80 m NGF

    y = 30 313.2000.Q2

  • Diamtre ligne de chargeDiamtre ligne de charge

    Courbe caractristique dune conduite

    M1

    Diamtre constant

    ligne pizomtrique

    g g

    M1

    Diamtre constant

    ligne pizomtrique

    g g

    z1Pertes de charge

    z1 JPertes de charge

    g

    psr

    Pertes de chargeL

    Pertes de charge

    Q

    g

    Qzs

    Dbit de sortie QDbit de sortie QOn appelle caractristique d'une conduite, la courbe qui reprsente pour une canalisation de diamtreD et de longueur L, les variations de la perte de charge totale en fonction du dbit Q.

    avec la formule de COLEBROOK, cette fonction pour la conduite de longueur L est :2QRJ =

    =1 2iSi la conduite tait constitue de plusieurs tronons: =

    = 2ni

    iQRJ

  • Tronon Longueur Diamtre Rugosit

    Cest un exercice1

    2

    Tronon Longueur en m

    Diamtre en mm

    Rugosit en mm

    1,2 1500 150 0,1

    2 3 980 125 12 2,3 980 125 1

    3,4 650 100 1Cte radier du rservoir: + 170 m NGF, tour de 2O m

    3

    4

    Nuds 1 2 3 4

    Cte NGF en m

    +170 +150 +140 +120AEP

    Q4en m AEP

    Question 1 : Pression aux nuds 3 et 4 lorsque le dbit Q est de 5l/s?

    Q ti 2 Dbit i l i bl d 4?Question 2 : Dbit maximal envisageable au nud 4?

    Question 3 : Tracer la ligne pizomtrique entre les nuds 1 4 au dbit de 5 l/s

    Question 4 : Tracer la courbe caractristique correspondant aux trois tronons

  • Solution de la question 1

    Tronon Longueur Diamtre rsistanceunitaire

    rsistance totale

    q1,2 1500 150 21,5 32250

    2,3 980 125 95 93800

    3,4 650 100 313 203450

    Tronon Dbiten l/s

    rsistance totale

    Pertes de

    Charge J

    en m

    Cote PizAmont

    Cte PizAval

    Cte TN en m NGF

    Pression dynamique

    m CE

    Observations

    Rappel de donnesValeur donnes par les tableaux

    en m

    1,2 5 32250 0,81 170 169,19 150 19,19 P>0 V

  • Solution de la question 3

    Ligne pizomtrique

    170

    169,19 166,85

    Ligne pizomtriqueplan de charge

    161,77150

    150

    140140

    120

    Terrain naturel (assimil au profil de la canalisation)

    Solution de la question 4 Courbe caractristique de la conduite

    Cest la fonction

    J = 329 500 Q24050607080

    h

    a

    r

    g

    e

    e

    n

    m

    010203040

    P

    e

    r

    t

    e

    s

    d

    e

    c

    0 2 4 6 8 10 12 14 16

    Dbit en l/sAEP

  • Plan de chargeSTABILISATEUR DE PRESSION AVAL

    g

    Pressions t blacceptables

    stabilisateur aval

    Pressions trop importantesPressions trop importantes

    Il maintient la pression aval une pression dtermine indpendante de la pression amontdtermine indpendante de la pression amont.

  • Plan de chargeSTABILISATEUR DE PRESSION AMONT

    g

    Pression insuffisante

    stabilisateur amont

    Il maintient une pression amont une valeur dtermine indpendante de la pression avaldtermine indpendante de la pression aval

  • IV - LE CALCUL DES RESEAUX D'EAU POTABLE AEP

    1 - Calcul des dbits de pointe probable dans les conduites

    1.1a - La METHODE AFNOR : rserver pour un trs petit nombre de logements

    Cette mthode consiste calculer le coefficient de simultanit de fonctionnement dunombre total n des points de puisage a1, a2, a3,....aiLe dbit de pointe probable sera le dbit total de lensemble des points de puisage affectLe dbit de pointe probable sera le dbit total de l ensemble des points de puisage affectpar le coefficient de simultanit.

    )( Q1

    ).(

    max=n

    QaQ i

    ii

    1navec:

    11

    1= nC p

  • Un exemple: Appareil Dbit en l/minutep

    20 logements composs pour chacun de:

    Appareil Dbit en l/minute

    1vier 12

    1 lavabo 6

    1 douche 15Il en ressort:

    1 lave vaisselle 6

    1 lave linge 6

    Il en ressort:

    nombre dappareils: 1201 lave linge 6

    1 WC avec rservoir 3soit 092,0

    11201 ==pC 1120

    Dbit total par logement 48 l/minute

    slQ /47,1)60/20.48.(092,0max

    ==max

  • D l th d AFNOR M TRIBUT l dt i ti d dbit

    1.1 b - le dbit probable par TRIBUT

    De mme que pour la mthode AFNOR, M. TRIBUT propose la dtermination dun dbit probable avec la formule suivante:

    345,0137,0018,0 ++= nnQpavec n le nombre de logements

    Le dbit de chaque tronon est dtermin sur la base du nombre de logements intresss mais avec cette mthode de calcul la continuit des dbits nest pas conserve.

    Au nud, le dbit entrant nest pas gal au dbit sortant

  • DEBIT PROBABLE SELON TRIBUTn

    l

    /

    s

    3,00

    3,50D

    b

    i

    t

    e

    n

    2,00

    2,50

    1,00

    1,50

    0,00

    0,50

    0,000 10 20 30 40 50 60 70 80 90

    Nombre d'abonns

  • 1 2 - Etude de Monsieur TRIBUT : rsultats assez reprsentatifs de la ralit pour la dtermination du coefficient de pointe horaire des units moyennes.dtermination du coefficient de pointe horaire des units moyennes.

    La demande journalire domestique peut tre dtermine soit par lanalyse de lunittechnique qui permet la reconstitution de la demande ou (et) par lexamen de laq q p ( ) ptendance au vu de lvolution de la demande et des projets de dveloppement.

    La demande journalire de pointe sera obtenue en affectant cette demande de baseun coefficient de pointe journalire K et en tenant compte du rendement du systmede production et de distribution deau.

    Avec cette demande maximale journalire domestique, le dbit moyen horaire peut en tre dduit en la divisant par 24 heures .

    AEP

  • COEFFICIENT DE POINTE JOURNALIERS, HEBDOMADAIRES, MENSUELS

    Mois maxi Semaine maxi Jour maxiMois moyen Semaine moyenne Jour moyen

    K'1 K'2 K'1 00 1 03 1 071,00 1,03 1,071,05 1,09 1,171,10 1,16 1,261,15 1,24 1,351,20 1,32 1,44 TABLEAU D'EQUIVALENCE1,20 1,32 1,441,25 1,39 1,521,30 1,46 1,601,35 1,53 1,671,40 1,61 1,75

    TABLEAU D EQUIVALENCE

    3,50

    4,00

    1,45 1,67 1,811,50 1,72 1,881,60 1,84 2,001,70 1,96 2,121 80 2 07 2 25 2,00

    2,50

    3,00 K'1

    K'2

    K'1,80 2,07 2,251,90 2,18 2,382,00 2,30 2,502,10 2,42 2,622,20 2,53 2,75

    1,00

    1,50

    2,30 2,64 2,882,40 2,76 3,002,50 2,88 3,122,60 2,99 3,252 70 3 10 3 382,70 3,10 3,382,80 3,22 3,502,90 3,34 3,623,00 3,45 3,75

  • ''KDemande horaire moyenne dans la journe de pointe Demande horaire de pointe

    ''KHISTOGRAMME DES CONSOMMATIONS JOURNALIERES

    D

    b

    i

    t

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 241 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

    Heure

    nnK 5,347,138,1'' ++=

    AEP

    avec n le nombre de logements

  • VALEUR DE K'' EN FONCTION DU NOMBRE D'ABONNESK

    '

    '

    16

    e

    u

    r

    d

    e

    K

    12

    14

    V

    a

    l

    e

    8

    10

    4

    6

    0

    2

    4

    00 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

    Nombre abonns n

  • 1 3 - Le choix de la simultanit pour le calcul des rseaux

    Le calcul pour la formule de Monsieur TRIBUT est rserver pour les besoins sanitaires enLe calcul pour la formule de Monsieur TRIBUT est rserver, pour les besoins sanitaires, encorrespondance avec un nombre moyen de foyers.

    Au del duquel il est prfrable d'appliquer des coefficients de pointe adapts la taille de la zonedesserviedesservie.

    AEP

  • 1 4 - La prise en compte du dbit de route AEP

    Une partie du dbit est consomme en route par les abonns.

    Le dbit entrant est Q1 et le dbit sortant du tronon est Q2, le diffrentiel est gal QrQQ1 Q2Qr

    Q2Q1

    2

    On cherche alors dterminer pour la part lie au dbit de route un dbit horaire fictif Qf qui, t t d t t l ti d l d it d i it t t it l suppos constant dans toute la section de la conduite, produirait entre ses extrmits, la mme

    perte de charge que celle produite par l'coulement rel.

    Qf = 0,55 x QrOn dmontre que :Dans le cas prsent, la perte de charge dans le tronon sera calcule avec le dbit fictif suivant :

    Q2 + 0,55 Qr

  • 1 5 Les besoins de la dfense contre lincendieAEP

    1.5 Les besoins de la dfense contre l incendie

    La rglementation exige dans le cas gnral une couverture incendie base pour mettre disposition des services incendie 120 m3 deau pendant deux heures.

    Cette couverture incendie peut tre assure par :

    Des poteaux incendie de 100 mm de diamtre dbitant au minimum 60 m3 /h soit 17l/s Des poteaux incendie de 100 mm de diamtre dbitant au minimum 60 m3 /h soit 17l/s sous une charge restante de 1 bar.

    Rayon daction de 150 m par les voies carrossables.

    Des aires naturelles permettant le puisage de leau (tang, rivire...).Rayon daction de 400 m par les voies carrossables.

    Des citernes incendie.La capacit de ces citernes peuvent tenir compte de lapport par le rseau de distribution deau p p p pp ppotable:

    Exemple: si apport horaire par le rseau A.E.P de 20 m3/h capacit citerne 120 2X20=80 m3

    Rayon daction de 400m par les voies carrossables.y

  • POTEAU INCENDIEPOTEAU INCENDIE

  • CITERNE INCENDIE

  • AIRE NATURELLE

  • Exemple dune couverture incendie

    voirie et rseau A.E.P

    P d lProvenance de leau

    Obstacle infranchissable

    (limitant le rayon daction) Poteau incendie de 100 mm de diamtre

    Citerne incendie

  • 2- Rsum des besoins prendre en compte

    Pression au sol recommande de 30 40 m de CE possible jusqu 70 mtresPression au sol recommande de 30 40 m de CE, possible jusqu 70 mtres

    Ncessit de prvoir une pression de 8 10 mtres de CE au niveau de lappartement le plus lev (mais pas dobligation).

    Prvoir si possible une pression dynamique de 2 3 bars au compteur des abonns.

    1 bar de pression rsiduelle pour les poteaux incendie de 100 mm de diamtre au dbit de 17 l/s (ou 60 m3/h).( )

    AEP

  • 3 1 - Les diamtres des conduitesAEP

    Les diamtres des conduites ne doivent pas tre infrieurs 80 mm dans les communes urbaineset 60 mm dans les communes rurales (rfrence : textes rglementaires).

    En milieu urbain, le diamtre de 100 mm semble toutefois le mieux appropri.

    Les diamtres utilisables sont normaliss.

    Le diamtre 175 mm est abandonn.

    Les diamtres 80 mm et 125 mm sont de moins en moins utiliss.

    3 2 - Les vitesses de leau dans les conduites

    L it d it d t i i i f i 1 / f d'i di

    Sur les conduites d'adduction mieux protges et il est souvent conomique de faire circulerl'eau des vitesses plus leves de l'ordre de 2 2 7 m/s

    La vitesse doit donc rester en principe infrieure 1 m/s sauf en cas d'incendie.

    l'eau des vitesses plus leves de l'ordre de 2 2,7 m/s

  • 4 - Mthode de rsolution des rseaux

    La dtermination des dbits sortant chaque noeud vous permet de fixer les dbits dechaque tronon (de laval vers lamont).

    Connaissant la cte du terrain naturel et la pression dynamique observer chaquenud vous pouvez fixer la cte pizomtrique minimale de chaque nud.

    Chaque tronon est dfini par:

    Son dbitSa longueurSa cte de charge amont

    Il convient alors de rechercher de lamont vers laval les diamtres de chaquetronon par tests successifs afin que les contraintes de pression et vitesse soientrespectes.p

    AEPAEP

  • Recherche des diamtres du rseau AEPles dbits dans les tronons sont calculsRecherche des diamtres du rseau AEP

    Cote radierDonnes connues pour chaque noeud

    Noeud X

    Cote radier

    du rservoirpour chaque noeud

    Cte TN

    Pres Stat

    Pres Dyn

    Cte Piz

    Dtermination des dbits sanitaires maxi porter aux nudsDt i ti d dbit it t d t ti it

    Par exemple

    Pour la consommation en route sur un tronon une rpartition 50-50 est fixer chaque nud dextrmit

    Dtermination des dbits concommitants des autres activits (industrielles et touristiques...)

    Dbit en route 1,2l/s

    0,6est fixer chaque nud d extrmit.

    0,6(ou 45-55 pour observer strictement les rgles de rpartition)

    et successivement le diamtre de chaque tronon

  • C 5 - Calcul des rseaux mailles

    5 1 2 - Cas des mailles simples (deux tronons ou plus)

    A B

    11

    ?Q1Q2Q Q

    2

    21QQQ +=2 2 22

    111QRJ = 2

    222QRJ = 2QRJ

    =

    J

    Q2J

    Q1J

    Q JJJ

    RQ =

    2

    2

    2 RQ =

    1

    1

    1 RQ =

    JJJ ==

    21

    JJJ 111 +21RJ

    RJ

    RJ

    +=21RRR

    +=

  • 5 1 3 - Mthode d'HARDY-CROSS pour des mailles simples

    Cette mthode permet de calculer les dbits de chaque trononp q

  • 3AEP

  • STAGE FORMATION4

    STAGE FORMATION

    HYDRAULIQUE URBAINE

    ALIMENTATION EN EAU POTABLE ETET

    DEFENSE CONTRE LINCENDIE

    AEP

  • RESERVOIR SUR TOUR

    TROP PLEIN

    RADIER

    TOUR

  • POTEAU INCENDIEPOTEAU INCENDIE

  • LA PRESSION STATIQUE

    30 mtres de colonne deau

    Manomtre

    3 b3 bars

  • LA PRESSION DYNAMIQUE

    PERTE DE PRESSION = PERTE DE CHARGE1

    entre 1 et 2

    15 mtres de colonne deau

    Manomtre60 m3/h

    1 5 b

    2

    1,5 bars

  • PRESSION OBSERVEE AU POTEAU INCENDIE EN FONCTION DU DEBITPression en bar

    3,5Pression en bar

    2,5

    3

    2

    1

    1,5

    0,5

    1

    00 10 20 30 40 50 60 70 80 90

    Dbit en m3/heure

  • Les pertes de charge rgulires ou linairesp g g

    Formule gnrale

    v2

    gDvj

    2= j pertes de charge unitaire

    LjJ =J pertes de charge totale jJ pertes de charge totaleavec : dpend du nombre de Reynolds et donc du rgime dcoulement

    vD

    vitesse moyenne dcoulement en m/sAEP

    DL

    diamtre du tronon en mtre

    longueur du tronon en mtreL longueur du tronon en mtre

  • ou encore pour une canalisation de diamtre connuAEP

    ( )252 8 QDgj = Dg 2Qj 2Qrj =

    avec r rsistance unitaire du tronon

    Pour un tronon de longueur L en mtre, les pertes de charge J en mtre sont gales : g p g g

    2QLrJ =2QRJ =

    avec R rsistance totale du tronon

  • Les pertes de charge selon les travaux de COLEBROOKAEP

    p g

    2QLrJ =2QRJ = avec R rsistance totale du tronon

    Valeurs du coefficient "r" de la formule : j = r . Q2

    - TRAVAUX DE COLEBROOK

    Diamtre en mm

    Rugosit de la canalisation

    k=O,1 mm k=1 mm k= 2 mm

    60 2743 4820 6340

    le dbit Q est pris en mtre cube par secondepour obtenir la perte de charge j en mtre parmtre CE

    80 583 1030 1340

    100 183 313 401

    125 56 95 121

    mtre CE.

    Pour un tronon de longueur L en mtre les150 21,5 36,1 45,5200 4,78 7,83 9,77

    250 1,49 2,40 2,97

    300 0,59 0,92 1,13

    Pour un tronon de longueur L en mtre, les pertes de charge J en mtre sont gales :

    300 0,59 0,92 1,13

    350 0,262 0,406 0,497

  • Les pertes de charge peuvent tre galement prsentes sous la forme de tablesp g p g p

    PERTE DE CHARGE

  • COMPARATIF DES PERTES DE CHARGE UNITAIRE SELON LES FORMULES POUR UN DIAMETRE DE 100 mm, K = 0,25 mm, r = 203,6, Chw = 125, et Chw = 120

    0,14

    e

    n

    m

    /

    m

    COLEBROOK

    0 1

    0,12

    V

    a

    l

    e

    u

    r

    d

    e

    j

    COLEBROOK j = 206,3.Q 2

    LECHAPT ET CALMON j 1 16 Q 1 93 / 0 1 5 11

    0,08

    0,1 j = 1,16.Q 1,93 / 0,1 5,11

    HAZEN-WILLIAMS 1 j = 10,69.Q 1,852 / (Chw

    Chw =120

    0,06

    j , Q , (1,852. 0,1 4,87)

    HAZEN-WILLIAMS 2 j = 10,69.Q 1,852 / (Chw1 852 0 1 4 87)

    0,04

    1,852. 0,1 4,87)Chw = 125

    0,02

    01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

    DEBIT en l/s

  • EXERCICE DAPPLICATION

    Le poteau incendie est-il conforme?

    Cote du radier: + 100 m NGF

    30 mtres de colonne deau

    Cote du sol +75 m

    Le manomtre indiquerait une

    NGF, hauteur de la tour 25 m

    charge disponible minimale de 3 bars au PI Cote du sol: + 70 m NGF

    AEPAEP

  • EXERCICE DAPPLICATION

    Le poteau incendie est-il conforme?

    Cote du radier: + 100 m NGF

    30 mtres de colonne deau

    Cote du sol +75 m NGF, hauteur de la tour 25 m

    Cote du sol: + 70 m NGF

    L1= 900 m, diamtre 200 mm

    L2= 1000 m, diamtre 150 mm 1 bar de charge restante au dbit de 60 m3/h ?

    Charge disponible de 3 bars au PI n1rugosit K = 2 mm

  • Les pertes de charge selon les travaux de COLEBROOKAEP

    p g

    2QLrJ =2QRJ = avec R rsistance totale du tronon

    Valeurs du coefficient "r" de la formule : j = r . Q2

    - TRAVAUX DE COLEBROOK

    Diamtre en mm

    Rugosit de la canalisation

    k=O,1 mm k=1 mm k= 2 mm

    60 2743 4820 6340

    le dbit Q est pris en mtre cube par secondepour obtenir la perte de charge j en mtre parmtre CE

    80 583 1030 1340

    100 183 313 401

    125 56 95 121

    mtre CE.

    Pour un tronon de longueur L en mtre les150 21,5 36,1 45,5200 4,78 7,83 9,77

    250 1,49 2,40 2,97

    300 0,59 0,92 1,13

    Pour un tronon de longueur L en mtre, les pertes de charge J en mtre sont gales :

    300 0,59 0,92 1,13

    350 0,262 0,406 0,497

  • RAPPEL DE LA CHARGE DISPONIBLE: 30 m de CE

    Diamtre en Linaire en Dbit en Pertes de charge en m J

    RAPPEL DE LA CHARGE DISPONIBLE: 30 m de CE

    Diamtre en mm

    Linaire en m

    Dbit en m3/h

    Pertes de charge en m de CE

    J = r.L.Q2

    Jen m de CE

    200 900 60 9,77x900x(60/3600)2 2,44

    150 1000 60 45 5x1000x(60/3600)2 12 63150 1000 60 45,5x1000x(60/3600) 12,63

    TOTAL 15,07

    Charge restante ou Pression dynamique 14,93 m de CE

    soit 1,49 bars

    L t i di t f 1 b i i d h t t 60 3/hLe poteau incendie est conforme: 1 bar minimum de charge restante 60 m3/heure

  • Les pertes de charge peuvent tre galement calcules directement avec les tables.

  • RAPPEL DE LA CHARGE DISPONIBLE: 30 m de CE

    Diamtre en Linaire en Dbit en Pertes de charge en m J

    RAPPEL DE LA CHARGE DISPONIBLE: 30 m de CE

    Diamtre en mm

    Linaire en m

    Dbit en m3/h

    Pertes de charge en m de CE

    J = r.L.Q2

    Jen m de CE

    200 900 60 0,002945x900 2,6

    150 1000 60 0 0128x1000 12 8150 1000 60 0,0128x1000 12,8

    TOTAL 15,4

    Charge restante ou Pression dynamique 14,6 m de CE AE

    soit 1,46 bars

    L t i di 1 t f 1 b i i d h t t 60 3/h

    AE

    Le poteau incendie n1 est conforme: 1 bar minimum de charge restante 60 m3/heure

  • EXERCICE DAPPLICATIONSUITE

    Le poteau incendie n3 est projetSUITE

    Cote du radier: + 100 m NGF

    35 mtres de colonne deau

    Cote du sol +75 m

    Le manomtre indiquerait

    NGF, hauteur de la tour 25 m 2 3

    une charge disponible de 3,5 bars au PI n3

    Cote du sol: + 65 m NGFDistance de 400 m entre les deux poteaux incendie

    QUESTION: Quel diamtre pour le rseau 2-3 ? aep

  • Jenvisage une extension de rseau avec un diamtre de 100 mm

    Diamtre en Linaire en Dbit en 3/h

    Pertes de charge en m d CE

    J

    RAPPEL DE LA CHARGE DISPONIBLE: 35 m de CE

    mm m m3/h de CEJ = r.L.Q2

    en m de CE

    200 900 60 9,77x900x(60/3600)2 2,44( )

    150 1000 60 45,5x1000x(60/3600)2 12,63

    100 400 60 183x400x(60/3600)2 20,33

    Charge restante ou Pression dynamique - 0,40 m de CE TOTAL DES PERTES DE CHARGE: 35,40 mvaleur de r

    avec K = 0,1 mm

    soit - 0,040 bar

    Le poteau incendie desservi avec un rseau de 100 mm ne peut pas tre conforme, le dbit de 60 m3/h ne pe t pas tre fo rni p isq e la pression d namiq e calc le estdbit de 60 m3/h ne peut pas tre fourni puisque la pression dynamique calcule est ngative. Il faut refaire le calcul avec un diamtre de 125 mm par exemple.

  • La dfense contre lincendie et la distribution en eau potable dans les communes rurales.

    Besoins de la DCI: 120 m3 pendant deux heures soit 60 m3/hBesoins de la DCI: 120 m3 pendant deux heures soit 60 m3/h.

    Besoins en eau dune commune de 500 habitants.

    100 l/habitant par jour soit 50 m3 par jour.

    Rpartis sur 8 heures de consommation les besoins en priode deRpartis sur 8 heures de consommation les besoins en priode depointe sont estims 6,25 m3/heure.

  • EXERCICE DAPPLICATION

    Dimensionnement du rseau de distribution deau potable

    Cote du radier: + 100 m NGF

    30 mtres de colonne deau

    Cote du sol +75 m

    Le manomtre indique une

    NGF, hauteur de la tour 25 m

    charge disponible de 3 bars au niveau du village Cote du sol: + 70 m NGF

    Le village

  • RAPPEL DE LA CHARGE DISPONIBLE: 30 m de CE

    Diamtre en Linaire en Dbit en Pertes de charge en m de J

    RAPPEL DE LA CHARGE DISPONIBLE: 30 m de CE

    Diamtre en mm

    Linaire en m

    Dbit en m3/h

    Pertes de charge en m de CE

    J = r.L.Q2

    Jen m de CE

    100 900 6,25 401x900x(6,25/3600)2 1,08

    80 1000 6 25 1340x1000x(6 25/3600)2 4 0380 1000 6,25 1340x1000x(6,25/3600) 4,03

    TOTAL 5,11

    Charge restante ou Pression dynamique 24,89 m de CE AEPsoit 2,5 bars environ

    Le rseau destin la distribution en eau potable de la commune ne permet pas laLe rseau destin la distribution en eau potable de la commune ne permet pas ladesserte de poteaux incendie de 100 mm, mais apportera au minimum une pressionsuprieure 2,5 bars.

  • DIMENSIONNEMENT DUN RESEAU DE DISTRIBUTION DEAU POTABLE

    les dbits dans les tronons sont calculs

    Cote radierCote radier

    du rservoir

    Nud X

    Cte TN

    Pression Statiqueq

    Pression Dynamique

    Dtermination des dbits sanitaires maxi porter aux nudsDtermination des dbits concommitants des autres activits

    (industrielles et touristiques...)(industrielles et touristiques...)

    et ensuite les tronons sont calculs pour la dfense contre lincendie poteau par poteauce qui permet dvaluer les surdimensionnements

    AEP

    et successivement le diamtre de chaque tronon

    ce qui permet d valuer les surdimensionnements...P

  • CUVESTrop plein

    Marnage de leau

    TOUR

    Radier

    RESERVOIR SUR TOUR

    Vitesse: 1m/s

    10 km de canalisation de diamtre 150 mm

    Dbit de 60 m3/heure

    de diamtre 150 mm

    Masse deau: 176 tonnesMasse d eau: 176 tonnes

  • Les contraintes sanitaires:

    La qualit de leau se dtriore avec la dure du sjour dans la canalisation.

    Pour lossature principale peu de problme attendre en raison des consommations importantes.consommations importantes.Par contre, sur les antennes des stagnations deau peuvent survenir.Exemple: Pour une habitation de 4 habitants une canalisation de 60 mm de diamtre et de 100 m de longueur leau est renouvele deux fois par jour.Avec une canalisation de 150 mm il faut 3 jours pour un renouvellement de leau.

    AEP

  • Les contraintes financiresLes contraintes financiresDiamtre 200 150 100 60Diamtreen mm

    200 150 100 60

    Cot unitaire HT

    180 140 76 45en

    Citerne 120 m3 80 m3 60 m3Citerne incendie

    120 m 80 m 60 m

    Cot unitaire HT en

    40 000 35 000 30 000HT en

    Mise en place dun poteau incendie

    sur rseau existant

    sur rseau neuf

    Cot unitaire HT en 4 500 3 500Cot unitaire HT en 4 500 3 500

  • Exemple dune couverture incendieExemple dune couverture incendieExemple dune couverture incendie

    voirie et rseau A.E.P

    P d lProvenance de leau

    Obstacle infranchissable

    (limitant le rayon daction) Poteau incendie de 100 mm de diamtre

    Citerne incendie

  • Le projet de dfense contre lincendie est donc un compromis harmonieux entre:compromis harmonieux entre:

    Les contraintes rglementairesL t i t it iLes contraintes sanitairesLes contraintes techniquesLes contraintes techniques

    Les contraintes financiresLes contraintes financires

    AEP

  • Le programme dpartemental pour la dfense contre lincendie des communes rurales

    Taux dintervention: 40% des dpenses HTIntresse les communes classes rurales (dcret n66173 du 25 mars 1966)Intresse les communes classes rurales (dcret n 66173 du 25 mars 1966)Population rurale existante et permanenteSchma valid par le SDISOprations de renforcement de la couverture incendieDossier approuv par le matre douvrage du type avant projet dtaill au minimum ou tabli sur la base des devis dtaillsPrsentation des attestations de conformit du SDIS pour le versement des subventions

  • STAGE FORMATION33

    STAGE FORMATION

    HYDRAULIQUE URBAINEHYDRAULIQUE URBAINEALIMENTATION EN EAU POTABLEALIMENTATION EN EAU POTABLE

    ET DEFENSE CONTRE LINCENDIE

    FIN DE LA PRESENTATIONAEP

  • Merci de votre attention

    Document ralis par Gilles FLAMME-OBRY

    Ingnieur PrincipalIngnieur Principal

    Chef du bureau de leau du Conseil Gnral du Pas-de-Calais

    Jeudi 9 dcembre 2004