Dimensionnement de Bassins de Retentions

7/31/2019 Dimensionnement de Bassins de Retentions

1/76

HOE

E

O

GH

R

A

-

-

Bassin de rtentionenterr des eaux

pluviales

Projet dAtelier de lIngnierie

2

1

01

GHO : Royer MaximeREA : Calandre Claire

Lorente AnaMonnier Naomi

Tuteur : Cline Bourgeois


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3

Sommaire

Introduction et donnes primaires .......................................................................................... 51 Calcul de la hauteur deau dans lovode ....................................................................... 7

1.1 Calcul de la pente pour une conduite rectangulaire ............................................................... 71.2 Calcul de la pente pour une section trapzodale ............................................................ 81.3 Calcul de la hauteur deau pour une conduite trapzodale ................................................... 91.4 Calcul de la hauteur deau dans lovode ............................................................................. 101.5 tude de la nature de lcoulement ....................................................................................... 11

1.5.1 tude de la nature de lcoulement lamont ............................................................................. 111.5.2 tude du rgime de lcoulement laval ........................................................... ........................ 13

2 Dimensionnement du dversoir latral ........................................................................ 152.1 Donnes utiles ....................................................................................................................... 152.2 Dimensionnement : relation dversoir frontal/dversoir latral .......................................... 152.3 Dimensionnement : discrtisation ........................................................................................ 17

2.3.1 Calcul des hauteurs deau dans le canal : ........................................................... ......................... 182.3.2 Calcul de lnergie spcifique en 1 : ......................................................... .................................. 182.3.3 Mise en place du bassin devant le dversoir latral : ................................................... ............... 192.3.4 Dimensionnement du dversoir .................................................................................................. 212.3.5 Dimensionnement du bassin de dversement ............................................................................. 22

3 Dimensionnement de la conduite dalimentation ........................................................ 253.1 tude des possibilits ............................................................................................................ 253.2 tablissement du rgime de la ligne deau dans la conduite dalimentation ........................ 28

3.2.1 Calcul de la hauteur critique dans la conduite dalimentation : c,alh ......................................... 30

3.2.2 Calcul de la ligne deau : ............................................................................................................ 30

4 Dimensionnement du bassin .......................................................................................... 315 Partie mcanique ............................................................................................................ 355.1 Calcul mcanique .................................................................................................................. 355.2 tude de la stabilit des sols ................................................................................................. 36

5.2.1 Contrainte plane .......................................................................................................................... 365.2.2 Axisymtrie ....................................................... ........................................................... ............... 375.2.3 Bilan ........................................................ ........................................................... ......................... 38

5.3 Calculs des risques de soulvement. ..................................................................................... 395.3.1 Frottements sur la paroi moule ...................................................... ............................................ 395.3.2 Comparaison des deux possibilits de bassin, profond ou large. ................................................ 405.3.3 Mise en place de pieux .......................................................... ...................................................... 42

5.3.4 Calcul du dbit dinfiltration ........................................................... ............................................ 42 5.3.5 Pompage ..................................................................................................................................... 43

5.4 Calcul des armatures dacier dans la paroi moule ............................................................. 445.5 Mise en place du soutien de la dalle couvrante..................................................................... 44

5.5.1 Poteaux ....................................................................................................................................... 445.5.2 Les poutres .................................................................................................................................. 46

6 Systme de pompage et de nettoyage ............................................................................ 476.1 Conduite de refoulement....................................................................................................... 47

6.1.1 Choix du diamtre ....................................................... ........................................................... ..... 476.1.2 tude de linfluence de langle du coude : ......................................................... ......................... 506.1.4 Choix de la pompe de refoulement ............................................................................................. 51

6.2 Le nettoyage .......................................................................................................................... 526.3 La dsodorisation .................................................................................................................. 52


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BASSIN DE RTENTION ENTERR DES EAUX PLUVIALES

4

6.4 La ventilation ......................................................................................................................... 536.5 lments de mtrologies ........................................................................................................ 536.6 Maintenance .......................................................................................................................... 536.7 Trop plein .............................................................................................................................. 53

7 Dimensionnement du volume dun bassin dorage ..................................................... 55

Conclusion ............................................................................................................................... 57Annexes .................................................................................................................................................. I

Annexe A ....................................................................................................................................... IAnnexe B ..................................................................................................................................... IIAnnexe C .................................................................................................................................... IVAnnexe D ..................................................................................................................................... VAnnexe E .................................................................................................................................... VIAnnexe F .................................................................................................................................. VIIAnnexe G.................................................................................................................................... IX

Annexe H..................................................................................................................................... X

Annexe I ..................................................................................................................................... XIAnnexe J.................................................................................................................................. XIII

Listes des tableaux et des figures ............................................................ ............................ XVIII


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5

Introduction et donnes primaires

Le rle dun rseau unitaire est dvacuer dans une mme canalisation les eaux uses domestiques et leseaux pluviales. Il cumule les avantages de l'conomie (un seul rseau construire et grer) et de la simplicit.Cependant il ncessite de tenir en compte les brutales variations de dbit des eaux pluviales dans la conception

des collecteurs et des ouvrages. En effet, lors dpisodes pluvieux particulirement intenses (orages), le rseaudraine un dbit suprieur au dbit maximal de la station dpuration. Afin de stocker ce surplus de dbit incident,un bassin dorage va tre mis en place. Le dimensionnement dun tel ouvrage nous a t confi. Le volume deau stocker a t dtermin par lhydrogologie de la rgion, il reprsente 6600 m3. Le bassin de rtention est enterrer sous une zone dimplantation de 50 x110 m.

Ltude consiste principalement :- Mise en place du dversoir ;- Dimensionnement de la conduite dalimentation ;- Dimensionnement du bassin, tude mcanique, . ;- Dimensionnent de la conduite de refoulement ;- Mise en place des outils ncessaires une exploitation correcte du rservoir ;

Par ailleurs, on prendra soin daccorder un rle important lintgration de louvrage dans son environnement :nuisance sonore, olfactive,

Afin de ne pas gner la mise en place dun ouvrage futur, le bassin sera enterr sous le terrain naturel. Les don-nes gotechniques de la zone dimplantation sont rpertories dans la coupe ci-dessous. Les objectifs de dimen-sionnements et la situation du bassin sont explicits par le plan ci-aprs.

FIGURE 1 : coupe gotechnique du terrain


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6

FIGURE2 : les donnes principales FIGURE3 : contr

6


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7

1 Calcul de la hauteur deau dans lovode

On commence par calculer la hauteur deau dans lovode, que lon notera amh . Par des premiers cal-culs, on se rend compte que la valeur de la pente donne ne correspond pas un coulement surface libre. Oncalcule donc une pente cohrente pour la validation de cette condition dans le cas du dbit maximal. La pente

lamont sera note ami .

On fera lapproximation que lon reste surface libretant que la surface mouille nexcde pas 85% de lasection totale.

mouille totaleS 0,85S=

FIGURE4 : schma de lovode

1.1 Calcul de la pente pour une conduite rectangulaire

Afin de trouver une premire approximation de la pente, on se place dans une conduite rectangulaire delargeur 0,7m et de hauteur maximale 1,1m.

2totaleS 1,1.0,7 0,77m= =

mouille totale

2

am

S 0,85.S

0,85.1,1.0,7

0,6545mh .0,7

=

=

==

Donc

amh 0,95m=

On prendra donc une hauteur de 0,9m deau quil ne faut pas dpasser dans la conduite pour rester en surfacelibre.

FIGURE5 : schma conduite rectangulaire


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8

En rsolvant lquation de MANNING STRICKLER pour le dbit maximal amont de3

max,amQ 3,3m / s= , ontrouve une valeur de pente adquate.

2

3

am am

23

SQ Ks .S i

p

0,7.0,93,3 66,7.0,7.0,9 x

0,7 2.0,9

=

=

+

On trouve2

ami 3,8.10 m / m=

Remarque : on peut rsoudre la mme quation pour amKs 75= , on trouve2

ami 10 m / m=

SECTION RECTANGULAIRE

Coefficient de STRICKLER amKs Pente ami [m/m]66,7 210 m / m 75 23,8.10 m / m

TABLEAU1 : valeur de la pente dans une section rectangulaire, avec une hauteur deau de 0,9m

1.2 Calcul de la pente pour une section trapzodale

On procde de la mme manire queprcdemment, en faisant lapproximation que :

mouille totaleS 0,85S=

On trouve donc

amh 0,95m=

On prendra dans le calcul

amh 0,9m=

Expression de la section mouille :

mouille am

0,8 0,2S (h 0,3).0,8 0,3

2

+= +

Expression du primtre mouill :

mouill amP 2(h 0,3)0,8 2 2.0,3 0,2= + +

FIGURE6: schma de la section trapzodale


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9

On rsout lquation de MANNING STRICKLER

( )( )

( )

2

3

am

0,8 0,20,9 0,3 .0,8 .0,30,8 0,2 23,3 66,7 0,9 0,3 .0,8 .0,3 . .

2 2 0,9 0,3 .0,8 2 2.0,3 0,2

+ + +

= + + +

i

On trouve2

ami 2,89.10 m / m

Remarque : on peut rsoudre la mme quation pour amKs 75= , on trouve2

ami 2,3.10 m / m=

SECTION TRAPZODALECoefficient de STRICKLER amKs Pente ami [m/m]

66,7 22,89.10 m/ m

75 22,3.10 m / m TABLEAU 2 : valeur de la pente dans une section trapzodale, avec une hauteur deau de 0,9m

Finalement, on prendra une pente de2

ami 3.10 m / m= afin dassurer lcoulement en surface libre pour dif-

frents matriaux.

1.3 Calcul de la hauteur deau pour une conduite trapzodale

On reprend la mme section que prcdemment. On cherche dterminer la hauteur deau atteinte dansla conduite pour le dbit partir duquel on doit dverser :3

refQ 1m /s= Hypothse : h>0;3 Alors, Expression de la section mouille : mouille am 0,8 0,2S (h 0,3).0,8 0,32

+= +

Expression du primtre mouill : mouill amP 2(h 0,3)0,8 2 2.0,3 0,2= + + On rsout de nouveau lquation de MANNING STRICKLER, mais cette fois on cherche la hauteur deau atteintedans la conduite pour un dbit de 1m3/s

2

321 66,7 . 3.10 =

SSp

On trouve une hauteur de

amh 43cm=

Remarque : avec amKs 75= on trouve amh 40cm=

SECTION TRAPZODALE

Coefficient de Strickler amKs Hauteur deau amh [cm]

66,7 4375 40

TABLEAU3 : hauteur deau dans la section trapzodale, pour une pente iam=3.10-2m/m


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BASSIN DE RTENTI

10

1.4 Calcul de la hauteur

Pour calculer une premiredonne dans les tables suivantes. O

Pour un dbit de3

refQ 1m / s=:

On veut connatre la hapasse pour ce dbit de rfrence. Deannexe B), la vitesse correspondapleine est

H am

1

u 28,350 i

28,350 0,0

4,91ms

=

=

=

Et le dbit pleine section est :

H am

3

Q 20,835 i20,835 0,03

3,6m / s

==

=

Donc

H

Q 10,277

Q 3,6= =

Pour3

max,amQ 3,3m / s= :

On procde de la mme macdemment, en utilisant les tables :On a

3HQ 3,6m / s=

Et

Hu 4,91m / s=

Donc

FIGURE7: schma de lovo

N ENTERR DES EAUX PLUVIALES

eau dans lovode

approximation de cette hauteur, on se place dans le cprend donc une conduite de 0,8x1,2 au lieu de 0,8x1,

teur deau quila table 100 (cfte la section

8

Ce qui correspond daprs la

B) h

0,H

=

Donc

h 0,4

0,4.

48c

=

=

=

Et

Hu 0,u

=

Donc

u 0,867

0,867

4,25

=

=

=

Finalement le d

scoule dans la conde 48 cm et une vites

nire que pr-

H

Q 3,3

Q 3,6=

Daprs la table 98 (cf Anne

h0,

H=

Donc

h 0,8.

96c

=

=

e pour un dbit de 1m3/s

s de conduite classique1.

table 98 (cf Annexe

4

1,2

m

67

Hu

.4,91

/ s

bit3

refQ 1m / s= uite une profondeur

se de 4,25 m/s.

0,916

e B),

8

1,2

m


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1.5 tude de la nature de

1.5.1 tude de la nature de l

Pour trouver la nature de l

Avec :

- amL : largeur au miroi- S : section mouille [

FIGURE 8 : schma de lovode pou

FIG

Finalement,3

max,amQ 3,3m=dans la conduite es

lcoulement

coulement lamont

coulement, on calcul le nombre de FROUDE :2

amam 3

Q LFr

gS=

r [m] ;2 ] ;

un dbit de 3,3m3/s

11

RE9 : schma de lovode

Lam

our ce dbit

/ s , la hauteur deaut de96 cm.

ham


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12

Pour 3max,amQ 3,3m / s= :

h0,8

H=

Donc, daprs la table 98,

2am

S0,9504

D=

Soit2S 0,6m=

On prendra une largeur au miroir environ gale

amL 0,8m Donc

2

am 3

3,3 0,8Fr

9,81.0,6

2,02 1

=

= >

Le rgime est donc torrentiel.

Pour3

refQ 1m / s= :

h 0,48 0,4H 1,2= =

Daprs la table 98,

2

S=0,37

D

Soit2S 0, 2368m=

On prend une largeur au miroir environ gale

amL 0,7m Donc

2

am 3

10,7Fr

9,81.0,2368

2,31 1

=

= >

La encore le rgime est torrentiel.

On supposera donc que le rgime est torrentiel pour tous les dbits passant lamont.

FIGURE 10 : schma de lovode pour Q=3,3 m3/s

FIGURE 11 : schma de lovode pour Q=1 m3/s


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13

1.5.2 tude du rgime de lcoulement laval

Pour3

max,amQ 0,3m / s= On procdant de la mme manire pour le calcul de lahauteur deau, on trouve

avh 0,24m

=

Soit2S 0,086m=

On prend une largeur au miroir de

avL 0,5m=

Donc2

av 3

0,3 0,5Fr

9,81.0,086

8,95 1

=

= > Le rgime est torrentiel, ce qui signifie que les condi-tions sur lcoulement sont imposes par lamont,(dans la plupart des cas), ce qui est positif dans notretude. En effet on veut contrler le rgime aval. Lergime Torrentiel est conserv en amont et en aval, ilny aura donc pas de ressaut au niveau du dversoir.

FIGURE 12 : schma de lovode pour Q=0,3 m3/s


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14


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15

2 Dimensionnement du dversoir latral

Dans un premier temps nous avons identifi les grandeurs que lon avait pour avoir les ordres de gran-deurs des dbits passant laval et sur le dversoir que nous devons dimensionner.

2.1 Donnes utiles

Pente de la conduite amont en forme dovode : 2ami 3.10 m / m= Dimensions de lovode : 0.8*1.2 Caractristiques aval :

- Dbit : 3avQ 1m / s= - Dbit maximal : 3av,maxQ 1,3m / s= - Hauteur deau : 3am avh (Q 1m / s) 0,48m= = - Hauteur deau : 3am avh (Q 1,3m / s) 0,53m= =

Caractristiques amont :- Dbit 3am,maxQ 3,3m / s= - Hauteur deau : 3am am,maxh (Q 3,3m / s) 0,96m= =

Dbit de rfrence partir duquel on doit dverser : 3refQ 1m / s= Le dversoir va agir suivant la courbe ce dessous, cest pourquoi le dbit passant laval nest pas tout le temps

31m / s

FIGURE 13 : principe de fonctionnement hydraulique du dversoir dorage

2.2 Dimensionnement : relation dversoir frontal/dversoir latral

Afin de dimensionner le dversoir nous avons tout dabord utilis les relations de passage entre dver-soir latral et dversoir frontal.

Le dversement doit ce faire pour un dbit suprieur 3

refQ 1m /s= ce qui correspond, pour une en formedovode, une hauteur de 0.48m. Nous allons donc positionner le haut du dversoir 0.48m.Pour calculer la longueur du dversoir, nous avons utilis deux approximations :

1re approximation : utilisation de la formule de COLEMAN ET SMITH. En thorie, cette formule est utilise enrgime torrentiel dans un canal :

1.434 1.2786dev dev amQ 0.1073.L h=


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16

Avec :

- devQ : le dbit dverser 3m / s - devL L : la longueur dversante [m]- amh : la hauteur deau en amont du dversoir [m]

Soit :1,434 1,27861,3 0,1073.L 0,96=

On trouve :

devL 6,39m= La longueur trouve est trop grande mettre en place.

2me approximation : on applique la formule de DOMINGEZ. Quelque soit le rgime de lcoulement, on a :

dev dev d dQ m L h 2gh= Avec :

-

dh : hauteur deau au niveau du seuil [m] : d am seuilh h h= - coefficient choisi dans le tableau suivant :

VALEUR DU COEFFICIENT

Rgime fluvialRgime torrentiel : am

av

h1

h>

0 0,4

0,05 20 0,4170,1 10 0,4430,2 5 0,4910,3 3,33 0,5420,4 2,5 05980,5 2 0,6590,6 1,67 0,7220,7 1,43 0,7840,8 1,25 0,8560,9 1,11 0,9241 1 1

TABLEAU4 : valeurs du coefficient

-m : coefficient choisi dans le tableau suivant :

VALEUR DU COEFFICIENT MCharge moyenne (m)

0,1 0,15 0,2 0,3 0,5 0,7

Crte mince, nappe libre 0,37 0,36 0,355 0,35 0,35 0,35

Crte paisse et arrondie 0,315 0,320 0,320 0,325 0,325 0,33

Crte paisse artes vives 0,270 0,270 0,27- 0,275 0,276 0,280TABLEAU5 : valeurs du coefficient m

Ici, on veut faire un dversoir crte mince. La charge au niveau du dversoir sera entre 0 et 0.96-0.48 = 0.48mNous pouvons donc prendre comme charge moyenne la charge 0.3 ce qui nous donne un m de :

m=0,35Cas dtude :

Calcul de dh :

d am seuilh h h 0,96 0,48 0,48m= = =


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18

2.3.1 Calcul des hauteurs deau dans le canal :

On applique la formule de MANNING STRICKLER :2

3

2

3

23

2

Q Ks.S.R i

bhKs.bh. ib 2h

0,8h75.0,8h 3.10

0,8 2h

=

=

+

=

+

Calcul de la hauteur pour le dbit 3avQ 1m / s= :On trouve

h 0,44m=

Calcul de la hauteur deau pour le dbit 3am,maxQ 3,3m / s= On trouve

h=0,93m

Calcul de la hauteur deau pour le dbit de rfrence de dversement : 3refQ 2m / s=

Calcul de la hauteur deau pour l dbit maximal passant laval 3av,maxQ 1,3m / s= :On trouve

h=0,51m

La hauteur du dversoir est donc de h=0.44m, la valeur la plus petite entre les diffrents h dus aux diffrentsdbits.

Calcul de la hauteur critique :On a

12 3

c 2

Qh

gb

=

On trouve, pour le dbit maximal,1

2 3

c2

3,3h 1,2m

g.0,8

= =

2.3.2 Calcul de lnergie spcifique en 1 :

22

21

S1 max max

3,3QV 0,8.1,53S

H h h 1,53 1,93m2g 2g 2g

= + = + = + =

On applique la conservation de lnergie spcifique :2

max,av

2S1 S2 2 2

Q 1,30,8.hS

H H h h 1,932g 2g

= = + = + =


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On trouve

Nous rencontrons un problme, enque leau se dverse uniquement surCette mthode ne convient pas.

Nous avons donc pens dautres al

- Faire un systme avec deu- Faire un bassin devant le

de stabiliser la ligne deauversoir et mettre une vanne

2.3.3 Mise en place du bassi

Pour le dbit aval, nous obtenons do

Avec :

- v : la vitesse la sortie du- b : largeur du bassin [m]- avalQ : dbit passant lav- avP' : profondeur du bassi

FIGURE 17: coupe longitudin

2h 0,25m=

effet, nous sommes en dessous de la hauteur du dvune partie du dversoir.

ternatives :

dversoirs latraux.

dversoir latral afinpassant devant le d-.

devant le dversoir latral :

Pour dimevant le davons toutgueur de baun bassinmettre unfaibles viteNous nou

vitesse de vbassin npouvoir cocomme un

nc en faisant varier la hauteur le tableau suivant :

avalav

QP '

bv=

assin [m/s]

al [m3/s] :3

avalQ 1,3m / s=

[m]

FIGURE 16: sch

ale au niveau du dversoir

19

ersoir, ce qui veut dire

sionner le bassin de-versoir latral, nousdabord fix une lon-ssin de 5m afin davoirassez long pour per-coulement avec de

ses en sortie.sommes fixs une

=0.15m/s la sortie dupas dpasser afin de

sidrer notre dversoirversoir frontal.

a du dversoir latral


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20

CORRESPONDANCE LARGEUR/PROFONDEUR DU BASSINLargeur : b [m] Profondeur : avP' [m]

0.5 17.33

1 8.67

1.5 5.782 4.33

2.5 3.47

3 2.89

3.25 2.67

3.5 2.48

4 2.16

TABLEAU6: correspondance entre largeur et profondeur du bassin au niveau du dversoir

Nous avons dcid de prendre la valeur de b et de avP' de faon avoir un bassin plus large que profond.

On prend :

b=3,25mDonc

avP ' 2,67m=

La hauteur totale du bassin sera donc

totale avH P' (1,2 0,53) R= + + Avec R reprsentant la revanche.On choisi de prendre une revanche de R=10cm, on trouve alors :

totaleH 3,44m=

La hauteur deau que nous avons en amont la sortie de la conduite est donc :am avh P' 0,53 0,96 Z= + +

Avec2Z L.3.10 0,15 = = ($$)

Donc

amh 3,25m= La hauteur totale de la conduite par rapport au fond du bassin est donc

totaleH 3,25 0,96 1,2 3,49m= + =

Cette valeur est plus grande que la hauteur laval, nous allons donc prendre une revanche de 10 cm ce qui fait

une hauteur totale du bassin de 3.59m nous arrondirons 3,6m.Cette valeur est plus grande que la hauteur laval. Afin davoir un bassin de mme hauteur, la revanche lavalsera

avalR 3,59 3,44 0,1 0,25m= + = au lieu de 0.10m prcdemment.

Sachant que la longueur du dversoir est ld, par question de scurit, pour avoir un coulement avec des vitessesfaibles en amont du dversoir il faut avoir une largeur devant le dversoir de

0 db 4h 1,96m= = La largeur totale de notre bassin sera donc de

totale 0b b b 5,21m= + =


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21

FIGURE18 : coupe longitudinale au niveau du dversoir

FIGURE 19 : schma vue plan au niveau du dversoir

2.3.4 Dimensionnement du dversoir

Le dversoir peut tre maintenant considr comme un dversoir frontal. Il doit dverser partir du d-

bit3

refQ 1m / s= , cest dire pour une hauteur deau dans lovode de 0.48m. Or la profondeur du bassin parrapport la conduite dalimentation sera de 2.29 m, do la hauteur totale du dversoir par rapport au radier dubassin sera de

totaleH 2,29 9,48 2,77m= + =

On applique la formule du dversoir :

3d d dQ ml 2gh=

Avec

- dQ le dbit dverser [ 3m / s ] : 3dQ 2m / s= - dh la hauteur au dessus du seuil dversant [m] :

3 3dh h(Q 3m / s) h(Q 1m / s) 0,49m= = = =

- m : coefficient de dbit : m=0,34On trouve

dl 3,87m=


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22

Dcrochement :

dle 0,387 m10

= =

La longueur totale du dversoir est donc :

bassin dl l 2e 3,87 2.0,387 4,64m= + = + =

2.3.5 Dimensionnement du bassin de dversement

FIGURE20 : coupe longitudinale

Le fond du bassin de dversement va tre call au niveau du dpart de la conduite dalimentation du bassin. Laprofondeur du bassin sera donc de 1.2m.La largeur du bassin sera de la mme largeur que le dversoir cest dire :

bassinl 4,64m= En appliquant le principe fondamental de la dynamique, on obtient en projetant selon x puis selon z :

x

z

dV0

dtdV

gdt

=

=

La longueur du dversoir se calculera par la conservation dnergie entre la lame deau sur le dversoir et la lame

deau au fond du bassin :

0

0

x 0

x V

x V t

=

= =

2

z g

z gt

1z gt

2

=

= =

Donc2

0

g xz2 V

=


22/76

23

Avec

3OV 0,7 2gh(Q 2m / s)= =

La longueur Li correspond labscisse x pour

z=0.7 h+1,2On trouveLi=1.265m

Pour prendre en compte les remous, nous pouvons prendre une largeur de 1.5m .


23/76


24


24/76


25/76


26

FIGURE22 : schma pente conduite dalimentation

1er cas :Pour le choix de la pente, on dcide que lon descendau maximum de 1 mtre entre la prise deau amont etlentre de la conduite dans le bassin (cfFIGURE22). Onprendra une distance de 160m entre les deux extrmi-ts de cette conduite.

-3al

1i = =6,25.10 m/m

160

Angle : 4,39rad =

Calcul du diamtre avec la formule de MANNINGSTRICKLER :

23Q=Ks.S.R . i

22 3

-3al alD D sin2=75 (-sin) 1- . 6,25.108 4

2

-33

al2alD D sin4,392=75 (4,39-sin4,39) 1- 6,25.10

8 4 4,39

On trouve

alD 1= ,04m

Hauteur deau :

aln,alh =0,79D

=0,79.1.04

=0,82m

(cf rcapitulatifTABLEAU7)

1er cas bis :On regarde linfluence sur le diamtre de cette con-duite si on en met deux strictement identiques en paral-lle. Comme les conduites sont strictement identiques,le dbit sera rparti de la mme manire dans chacunedes conduites, et sera divis par 2.Pente : mme que le cas 1 :

-3ali =6,25.10 m/m

Calcul du diamtre dune des deux conduites : on

utilise la formule de MANNING STRICKLER. On rsout :2

2 3-al alD D sin4,391=75. (4,39-sin4,39). 1- 6,25.10

8 4 4,39

On trouve

alD =0,80m

Hauteur deau :

n,al alh =0,79D

=0,79.0,80

=0,63m



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27

2me cas :On regarde les variations du diamtre de la conduitedalimentation si lon change la pente.

Pente : on perd 50cm sur les 160m (cfFIGURE22).

-3al 0,5i = =3,125.10 m/m160

Calcul du diamtre :On rsout :

22 3

-3al alD D sin4,392=75. .(4,39-sin4,39) 1- 3,125.108 4 4,39

On trouve :

alD =1,19m

Hauteur deau : on trouve une hauteur deau de 0,95m.


2me cas bis :On garde la mme pente, mais on regarde le diamtreque lon aurait si on mettait deux conduites en paral-lle strictement identiques.Pente :

-3

ali =3,125.10 m/m

Calcul du diamtre dune des deux conduites :2

2 3-3al alD D sin4,391=75. (4,39-sin4,39) 1- 3,125.10

8 4 4,39

On trouve

alD =0,92m

Hauteur deau : la hauteur deau dans la conduite en

rgime uniforme est de 0,73 m.


3me cas :On perd 1,50m pour 160m (cfFIGURE22).Pente :

-3al

1,5i = =9,37.10 m/m160

Calcul du diamtre :2

2 3-3al alD D sin4,392=75. (4,39-sin4,39) 1- 9,37.10

8 4 4,39

On trouve

alD =0,97m

Hauteur deau : on obtient une hauteur de 0,77 m.


3me cas bis :Comme prcdemment, on place deux conduites.Pente :

-3ali =9,37.10 m/m

Calcul du diamtre dune des conduites :2

2 3-3al alD D sin4,391=75. (4,39-sin4,39) 1- 9,37.10

8 4 4,39

On trouve

alD =0,75m

Hauteur deau : la hauteur deau est alors de 0,59 m.



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28

Tableau rcapitulatif des 6 cas tudis :

SECTION CIRCULAIRE

Pente (m/m 1er cas : , 2me cas : , 3me cas : , 1 conduite 2 conduites 1 conduite 2 conduites 1 conduite 2 conduites

alD [m] 1,04 0,80 1,19 0,92 0,97 0,75alR [m]

0,52 0,4 0,595 0,46 0,485 0,375h [m] 0,82 0,63 0,95 0,73 0,77 0,59

TABLEAU7: rcapitulatif des cas tudis pour une conduite dalimentation circulaire

A partir de ces premiers rsultats obtenus, on dcide de ne plus tenir compte du 3me cas tudi : la pente est tropforte et cela nentrane pas de diminution de diamtres telle. De mme, on ne mettra quune seule conduite, cardaprs le tableau, on peut noter que le fait de mettre deux conduites en parallle ne permet pas de rduire signi-ficativement le diamtre de celles-ci par rapport aux cots de mise en place. La diminution du diamtre est de22% en moyenne. La diffrence est si faible car leau scoule plus vite dans des canalisations plus larges (moins

de surface de frottement).

3.2 tablissement du rgime de la ligne deau dans la conduite dalimentation

On sintresse au calcul du nombre de FROUDE dans la conduite dalimentation.

( )

2al

alal 33 2

al

Q D .sin

QL 2Fr =

gS Dg -sin

8

=

Avec :

- alL : la largeur au miroir de la conduite dalimentation [m] ;al al

L =D sin

2

- S : section mouille de la conduite dalimentation [m2] ;2d

S= (-sin )8

1er

cas:-3ali =6,25.10 m / m

alD 1= ,04m

al 32

4,392.1,04.sin

2Fr =

1,04 4,399,81 4,39-sin

8 2

al

Fr =0,95

Le rgime est plutt fluvial, mais assez proche ducritique.

2me

cas:-3ali =3,125.10 m/m

alD =1,19m

al 32

4,392.1,19.sin

2Fr =

1,19 4,399,81 4,39-sin

8 2

alFr =0,68

Le rgime est alors clairement fluvial.


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29

Dans la littrature, on trouve que les diamtres standards de conduites circulaires en BA sont : 200-300-400-500-600-700-800-1000-1200-1400-1500-1600- ;

Afin de faciliter ltude on se placera en rgime fluvial. On prendra donc un diamtre standard de conduite circu-

laire de alD 1= ,20m qui se rapproche plus de alD =1,19m .

On calcule la nouvelle pente qui permet de garder langle calcul prcdemment de 4,39 rad qui permet detoujours vrifier la condition

mouille totaleS 0,85.S=

L encore ou utilise la formule de MANNING-STRICKLER, mais cette fois avec pour inconnue la pente ali .2

2 3al al

al

D D sin4,392=75. (4,39-sin4,39) 1- i

8 4 4,39

On trouve

-3ali =2,95.10 m/m

La formule pour le calcul de la hauteur deau est la mme que prcdemment :

aln,al

al

Dh (1 cos )

2 20,79D

=

=

Soit, dans ce cas :

n,alh =0,791,2=0,95m

DIAMTRE DE LA CONDUITE DALIMENTATIONPente -3

ali =3,125.10 m/m -3

ali =2,95.10 m/m Dal [m] 1,19 1,2

R 0,595 0,60hn,al [m] 0,94 0,95

TABLEAU8 : diamtre de la conduite dalimentation

Que lon arrondie dans le sens scuritaire :-3

ali =3.10 m/m

Finalement, au lieu de descendre dune hauteur de 50cm sur 160m, on descend de 48 cm sur cette mme dis-tance.

Pour assurer la coupure hydrauliqueau niveau de la conduite, on placerale haut de la conduite au mmeniveau que le dversoir latral.Comme vu prcdemment, la penteest faible. On pourra donc observerune ligne dabaissement de type F2dans la conduite, le rgime est alors

fluvial. On admettra quau droit dela chute dans le bassin, la lignedeau passe par la hauteur critique.

Pour un calcul plus prcis, il faudrait considrer c,al0,72h

FIGURE23 : schma positionnement conduite


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30

3.2.1 Calcul de la hauteur critique dans la conduite dalimentation : c,alh

Par dfinition de la hauteur critique, on a2

al c,al23

c,al

Q L (h )Fr 1 1

gS(h )

= =

Pour une conduite circulaire :

2 c,alal

32al

c,al c,al

2 c,al

32

c,al c,al

Q D sin2 1

Dg ( sin

8

2 1,2sin2 1

1,29,81 ( sin

8

=

=

On trouve alors langle correspondant cette hauteur critique dans la conduitedalimentation :

c,al 3,74rad =

Ce qui correspond alors une hauteurcritique dans la conduite dalimentationde :

c,alalc,al

Dh (1 cos )

2 21,2 3,74(1 cos )

2 20,78m

=

=

=

3.2.2 Calcul de la ligne deau :

En faisant le calcul de la ligne deau, on peut montrer que lon atteint la hauteur normale 27 m en amontde lextrmit de la conduite dalimentation. Le rgime est donc uniforme bien en amont de la conduite.Pour le calcul de la ligne deau cf Annexes F et G.

FIGURE24 : hauteur critique, conduite dalimentation


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31

4 Dimensionnement du bassin

Rcapitulatif : ce stade de ltude, la conduite dalimentation est dfinie de la manire suivante. Il sagit duneconduite circulaire de :

n,al

D 1,2m

h 0,95m

=

=

Pour ltude du bassin, on tudiera deux configurations extrmes de celui-ci.- Le premier cas consiste prendre le diamtre le plus grand possible, pour avoir un bassin de faible

profondeur.- Le deuxime cas consiste placer le bassin le plus bas possible sans aller creuser au niveau des

marnes. On se garde une marge de 50cm au dessus du niveau des marnes. On pourra donc placer lebassin au plus bas la cte de 111,5m.

Dans les deux cas, on considrera que la hauteur deau utile est situe la mme cte que la hauteur critique dela conduite dalimentation.

1er cas 2me casDimensions du bassin

bassin

u,bassin

D 45m

h 4,15m

=

=

bassin

u,bassin

D 35m

h 6,85m

=

=

Schma du bassincfFIGURE27

cfFIGURE28

tude du diamtre minimal du compartiment : 500m3

FIGURE25 : tude du diamtre minimal du compartiment

3bassin

3

Da .3.10

245

.3.102

6,75cm

=

=

= Pour des raisons de simplifications, on prendra unevaleur de a de 5cm.Ce qui correspond une hauteur de murs du comparti-ment de :

murs,comph 4,15 0,78 0,053,32m

= =

Ce qui correspond un diamtre de

comp,minD 13,84 m=

De la mme manire, on aa=5,25 cm

La encore, on prendra a=5cm

murs,comph 6,85 0,78 0,05

6,02m

=

=

Ce qui correspond

comp,minD 10, 28 m=


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32

Afin doptimiser le choix du diamtre du compartiment (compris entre surface au sol nettoyer, hauteur desmurs entrainant des cots de construction), on calcule la surface des murs volume constant, ainsi que la surfaceau sol.

2comp

comp murs,comp

DV h

4=

Soit

complat ,comp murs,comp

comp

4VS Dh

D= =

FIGURE26: volution des diffrentes surfaces en fonction du diamtre

Slat,min=144,5m

Slat,min=194,55m

On calcule le compD en prenant comme hauteur des murs du compartiment la moiti de la hauteur totale :

utilecomp

hh 2=

comp

4,15h 2,075m 2m

2= =

Soit

compD 17,52m 18m= 2

latS 114,15m= 2

solS 241m=

comp

6,85h 3,425m 3,5m

2= =

Soit

compD 13, 64m 14m= 2

latS 146, 62m= 2

solS 146m=

0

500

1000

1500

2000

0 10 20 30 40 50

Surface(m2)

Diamtre du compartiment

EVOLUTION DE LA SURFACE AU SOL ETDES MURS EN FONCTION DU DIAMTRE

DU COMPARTIMENT

Slat

Ssol

Stot


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FIGU

FIGUR

E27: schma du bassin de diamtre 45m (1ercas)

E28 : schma du bassin de diamtre 35m (2me cas)

33


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34


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35

5 Partie mcanique

5.1 Calcul mcanique

On fait le calcul mcanique de la fiche correspondant au bassin de grand diamtre.

Dimensions :- Fiche : 15 m- Fouille : 10 m

Les caractristiques du sol sont les suivantes :

FIGURE29 : forces de pousse

Pour la pousse active on a une rupture de pente de la distribution de pressions sur la paroi. On utilise le coeffi-cient suivant :

=1 sin1 + sin

Pour la pousse passive, lexpression du coefficient est :

= 1 + sin1 = 1Do on a obtenu trois valeurs de Ka pour les trois diffrents sols et Kp pour les marnes.

COEFFICIENTS SELON LES MATRIAUXCoefficients Limons Alluvions Marnes

Ka 0,455 0,27 0,406

Kp 2,46

TABLEAU9 : coefficients Ka et Kp

Les valeurs obtenues sont pour les contraintes effectives et la pousse de leau :Pact = 442,25 KN/m Ppas = 369,45 KN/m Peau,act = 1125 KN/m Peau,pas = 125 KN/m

La force rsultante quon a sur la surface poussant est de 1567,25 KN/m et sur la surface butant 494,45 KN/m.La diffrence entre ces deux forces nous donne la valeur de la force dancrage quon doit mettre parce quon nevrifie pas lquilibre de forces horizontales.On a alors F = 1072.8 kN/m.Pour le point dapplication on doit vrifier lquilibre de moments respect le point O. Cela nous donne un cartde 0,17 m depuis O.Daprs notre modlisation, un tirant est ncessaire un peu au dessus du fond de fouille. La modlisation est trs

approximative. Le sol nest pas dans les deux configurations extrmes de bute ou pousse. Avec la modlisationen axisymtrie la force est reprise par leffet danneau.


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5.2 tude de la stabilit des sols

Voici la dmarche dtude pour la validation de la tenue des sols la construction du bassinPour ltude sur PLAXIS, on fait ltude des deux bassins extrmes : un petit diamtre, et un grand diamtre.De plus, nous avons fait ltude selon deux configurations :

- axisymtrie- contrainte planeLtude comprend le calcul du dbit pomper lors de lexcavation. Pour se faire, la nappe sera toujours dans lamodlisation affleurant au sol, ce qui correspond au cas le plus dfavorable. En effet, le cas des eaux exception-nelles (nappe 50 cm au dessus du sol) na pas pu tre modlis, et naugmente pas les risques de soulvement parrapport au cas prcdent.

On recherchera la profondeur minimal de la paroi moule pour assurer a stabilit de louvrage et limiter le dbit pomper en construction et exploitation.

5.2.1 Contrainte planeOn a commenc par raliser deux essais de modlisationavec des paramtres arbitraires. Dans une troisime tude,nous avons corrig les paramtres pour se rapprocher descaractristiques relles des sols, et fait diffrentes tudes :

1re tude : fiche de 17,5 m

La vitesse maximale de leau est de 11.10 -3 m/jour, ce quiest une vitesse trs faible. En effet, la fiche est profonde, etest enfonce dans la couche peu permable des marnes.Par ailleurs, il y a de nombreux points plastiques, principa-lement la base de la fouille.

Cest cet endroit quil y a des risques de rupture, et ce malgr la profondeur de la paroi.

2me tude : fiche de 13 m

Instabilit de louvrage : rupture ds lexcavation de la couche de limons.

3me tude : fiche de 15m

Cette fois ci la rupture a lieu lors de lexcavation de la dernire couche dalluvions. On observe bien un glisse-ment du sol selon un plan 45. Par ailleurs, il y a de trs nombreux points plastiques la base de la fouille. Ilnest pas possible de construire une fouille si profonde sans disposer une paroi moul trs profonde (en con-trainte plane).

FIGURE30 : points plastiquesfiche de 17,5 m


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37

FIGURE31 : points plastiques fiche 15m

En effet, la fiche est plus courte, et moins ancre dans les matriaux rigides.Les apports deau sont lgrement plus importants (fiche plus courte).

4me tude :

On a ralis un essai en mettant un tirant au niveau des alluvions. Cet essai ne semble pas pertinent.

5.2.2 Axisymtrie

Petit Diamtre

1er tude : fiche de 15m

Au niveau du rseau deau :le flux deau est assezfaible : Qeau = 2,91m3/jour=121 l/h

Ici les infiltrations deau ne sont pas une con-trainte pour le bon droulement des travaux. Onnotera que le flux et fort dans les limons per-mables, ce sont les pertes de charges dans lesmarnes qui limitent le dbit.

La fiche parait surdimensionne par rapport auxbesoins. On tudie donc une fiche plus courte(12m)


Qeau=7,5 m3/jour=310 l/hLe dbit est plus important mais reste modr, et ne ncessite quune petitepompe.Mcaniquement, la stabilit de louvrage est assure. Les dplacements sontcorrects (moins de 10 cm).

Grand diamtre

1re tude : fiche de 10 m

Mcaniquement : la stabilit est assure, il y seulement quelque points plastiques la base de la fiche.

Les dplacements sont faibles et essentiellement verticaux : ils sont de lordre de 3 cm.

FIGURE33 : points plastiques la basede la fouille fiche 10m

FIGURE32 : rseau fiche 15m


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Le problme se situe au niveau du flux deau. La vitessemaximale sous la fouille est de 1cm/s, ce qui est colossale.A cette vitesse leau emporte facilement des fines la basede la fouille. De plus le dbit total est massif :Qeau=340m3/h.

Ce dbit est beaucoup trop important, en effet cela rempli-rait le bassin dun mtre en quelques heures. Celasexplique par le fait que la fouille est juste la limite desmarnes. Le rapport des permabilits est loquent :Kalluvions/Kmarnes=86 /8,64.10-3=10000 (Les permabilit

sont en mtre par jour)Les pertes de charges sont essentiellement dues la circulation de leau dans les marnes.

Cette configuration nest donc pas ralisable. On en tudie donc une avec une fiche plus profonde (11m) ancredans les marnes.


Les contraintes et dformations dans ce cas ci sont deux fois plus faibles.

Qeau=9,17m3/jour=380l/h.On retrouve donc undbit acceptable, g-rable durant la cons-

truction. On vrifie quela charge hydrauliquesoit cohrente. Onobserve que le gradienthydraulique se situeexclusivement dans lesmarnes, cela confirmeque les marnes sontresponsables des pertesde charges.

5.2.3 Bilan

Le cas de contrainte plane nest donc envisageable : quelque soit la taille de la fiche il y a de nombreux pointsplastiques. Effectivement, en contrainte plane il ny a pas leffet danneaux pour sopposer la pousse du sol.Dans la configuration axisymtrique, on constate quil est ncessaire que la fiche soit ancre dans les marnespour ne pas avoir de dbit dinfiltration trop lev.

FIGURE34 : rseau dcoulement fiche 10m

FIGURE35 : charge hydraulique fiche 11m


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39

TABLEAU DBIT DINFILTRATION-DPLACEMENTSConfiguration Dbit (l/h) Dplacements (mm)

Petit D (35m)

Axisymtriefiche 15m 121

fiche 12m 310

Contrainte planefiche 17,5m 11

fiche 15m 29

Grand D (45m) Axisymtriefiche 10m 340 000 28fiche 12m 380 15

TABLEAU10 : rcapitulatif dbits/infiltration PLAXIS

Pour lensemble des points plastiques des diffrents cas cf Annexe I

5.3 Calculs des risques de soulvement.

Dans le cas dun ouvrage enterr en prsence dune nappe phratique haute, les risques de soulvement sontmajeurs. Il faut donc vrifier que louvrage ne se soulvera pas, et le cas chant, trouver la solution la plusadapt.Pour cela on considre le poids des diffrents lments, les frottements latraux, et les sous-pressions exercespar la nappe sur louvrage. On compare les deux cas D=35m et D=45mOn subodore que les valeurs dterminantes du poids sont celles du sol au dessus de louvrage et celle de la paroimoule. Le radier et le sommet aura probablement peu dinfluence. La paroi du compartiment est nglige, onpeut vrifier : Pcompartiment~0,2..14.4.25000~1 MNLe calcule du frottement aux parois est plus complexe et donc dtaille ici :

5.3.1 Frottements sur la paroi moule

Le frottement sur les parois est de la forme Qf= maxdssurface Avec la surface dcomposable en deux : La surfacecot extrieur et celle cot intrieur. max=htan

= 0,5 Pour un sol au repos, et 0,3 pourun sol dcomprim, on est dans un cas intermdiaire,

on choisit = 0,4 .v=solgh

13 solsol


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5.3.2 Comparaison des deux possibilits de bassin, profond ou large.

1er cas : D=35m 2 me cas D=45m

Poids propre

Ici on calculera le poids propre de louvrage. Certaines approximations simplificatrices sur la gomtrie ontt ralises. On prend une paisseur de 80cm pour la paroi moule, 50cm pour le radier, 30cm pour le sommetdu bassin. La notation e exprime les paisseurs.Pour le radier :

Pradier=V=e.. D24 . btonPradier=0,5.. 3524 .25000=12,0 MN Pradier=0,5. 45

24 .25000=19,9 MN

Pour la paroi moule, on lestime de hauteur H=15m,

et on considre son diamtre moyen =35+0,8

Pour la paroi moule, on lestime de hauteur H=11m,

et on considre son diamtre moyen =45+0,8Pparoi=e.(D+e).H.btonPparoi=0,8..35,8.15.25000=33,7 MN Pparoi=0,8..45,8.11.25000=31,7 MN

Pour le sommet du bassin, dans un premier temps on utilise 30cm dpaisseur.Cest le mme calcul que pour le fond.

Psommet=0,3.. 3524 .25=7,2 MN Psommet=0,3.. 452

4 .25=11,9 MNPour le poids du sol au dessus, on estime quil reste au moins un mtre de terre entre le sommet et le sol. Le

poids volumique du sol est de lordre de 20kN/ lorsque celui-ci est satur.Psol=e.. D24 .solPsol=1.. 3524 .20000=19,2 MN Psol=1.. 45

24 .20000=31,8 MN

Le poids total est donc la somme

Ptotal=P=Pradier+i Pparoi+Psommet+Psol

Ptotal=12+33,7+7,2+19,2=72,1MN Ptotal=19,9+31,7+11,9+31,8=95MNCalcul des sous pressions

On se place dans le cas le plus frquent ou la nappe est affleurante. Il faut prendre en compte la force sous leradier et sous la paroi moule.

Fsous-radier=gh.. D24 Sous le radier, la hauteur deau est de 10m.

Fsous-radier=1000.9,81.10.. 352

4 =94 MNSous le radier, la hauteur deau est de 7m.

Fsous-radier=1000.9,81.7.. 452

4 =109,2 MNFsous-paroi=gh.e..(D+e)


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41

Fsous-paroi=1000.9,81.15.0,8..(35+0,8)=13,2 MN Fsous-paroi=1000.9,81.11.0,8..(45+0,8)=12,4 MNLa sous pression sous la paroi nest pas du tout ngligeable.

Fsous-pressions=Fsous-paroi+Fsous-radierFsous-pressions=94+13,2=107,2MN Fsous-pressions=109,2+12,4=121,6MN

FIGURE36: sous-pression dans le cas du petit diamtre (35m)

Le schma des sous-pressions pour le grand diamtre (45m) est e mme en remplaant la valeur de la fiche.

Calcul de la force de frottement exerc par les parois externes

Qf=(D+2e) 0,4.20000.h.0,4.dh150 =(35+1,6)(0,4.20000.0,43) h.dh150 =

(35+1,6)(0,4.20000.0,43)152

2

=44,5MN

Qf=(D+2e) 0,4.20000.h.0,4.dh110 = (45+1,6)(0,4.20000.0,43) h.dh110 = (45+1,6)(0,4.20000.0,43)112

2

=30,5MNCalcul de la force exerce par les parois internes, le sol considr au repos. (K=0,5)

Qf=(35)(0,5.20000.0,43) h.dh50 = (35)(0,5.20000.0,43)522 =5,9MN

Qf=(45)(0,5.20000.0,43) h.dh40 = (45)(0,5.20000.0,43)422 =4,8MN

Comparaison des diffrentes forces et calcul du coefficient de scurit

Les forces favorables sont le poids et les frottements. Dans les deux cas on obtient les valeurs suivantes


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42

44,5+72,1+5,9=122,5MN 30,5+95+4,8=130,3MNLes forces dfavorables sont les forces de sous-pression. Dans les deux cas on obtient les valeurs suivantes

107,2MN 121,6MNCoefficient de scurit

122,5107,2 =1,14 130,3121,6 =1,07Il ny a pas un coefficient de scurit suffisant. Il doit tre de lordre de 1,4-1,5.Le cas le plus favorable est celui du petit bassin. Celui-ci possde une grande surface de paroi moule ce quisoppose au soulvement. Il y a deux solutions possibles, la mise en place de pieux ou le pompage sous le bassin.

5.3.3 Mise en place de pieux

La force reprendre par les pieux avec un coefficient de scurit de 1,4 est de : Force reprendre=Forces favorables-dfavorables.1,4=130,3-121,6.1,4=-40MNLa force de frottement reprise par chaque pieu est de la mme forme que pour la paroi moule. Avec cette fois leK=1 ( h=Kv.) car les pieux sont raliss avec refoulement. Le cas du petit diamtre nest pas tudi car lesmarnes ne peuvent tre fores facilement.

Qf = maxdssurface = K.solgh.0,43dssurface = 20000.h.0,43.dh.dlsurface

= 20000.h.0,43.dh.dlsurface Le nombre de pieux correspond la force reprendre divise par la force reprise par chaque pieuForce reprendreQf = 400,0243 =1646 pieuxIl est clair que le nombre de pieux mettre en place nest pas ralisable, dautant plus que le calcul a t ralisdans des conditions favorables. Les pieux sont foncs en refoulement, ils sont parfaitement rugueux, de tailledj importante (3m par 20cm de diamtre). Il faut envisager le pompage.

5.3.4 Calcul du dbit dinfiltration

Afin de savoir sil est possible de pomper leau infiltre lors de lexcavation et delexploitation il faut estimer le dbit. De part la symtrie axiale du bassin, le dbitsera radial. La manire la plus simple destimer ce dbit radial est de modifier lagomtrie. Le dbit passant sous la paroi moul de primtre peut treconsidr comme quivalent celui passant sous une paroi droite de mmelongueur.Maintenant que la gomtrie est simplifie, on peut tracer le rseau passantsous la paroi moule. De plus les permabilits des alluvions et du limonsont trs suprieurs celles des marnes. Les pertes de charge y sont donc

concentres. Le rseau sera donc trac uniquement dans les marnes. Lanappe est affleurante au sol, et la fouille profonde de 10m, la charge hy-draulique est donc de 10m.


42/76

On applique la formule du rseau

avec :

H10m K8,64

On trouve

Le dbit est faible grce aux marnetruction. Cependant, dans loptiquetion. Le cot nergtique du pompa

5.3.5 Pompage

Calculons le coup de lndaprs PLAXIS) sur un an. La haute

Ener

Le prix annuel du pompage est drisUne pompe sera donc dispose avede la mme manire que les autresdrainera localement leau. Une crtuyau traversant le radier,( localeme

QK.H.L.N

M

m/j N6 M10

Q5,7m3/jour237237237237llll////hhhh

s, il correspond avec celui trouv sur PLAXIS. Il pourde soulager des sous pressions, il nest pas sr quile sera dabord estim pour savoir sil est raisonnable.

ergie ncessaire pour pomper le dbit incident sor est estime 10m.ieQghT0,3.1000.9,8.10.24.365257MJ

Energie71kWhPrix=Energie.Prix du kWh=7,1

oire, cest la solution choisie.les 2 pompes de refoulement, elle puisera leau souspompes. Sous le radier sera amnage un couche dine sera dispose au centre du bassin, elle sera reli

nt plus fin).

FIGURE37: schma du rseau

43

L110m

ra tre pomp en cons-oit pomp en exploita-

s le bassin (Q=300l/h

le bassin et la rejettera20 cm de gravier qui

e la pompe, par un


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44

5.4 Calcul des armatures dacier dans la paroi moule

CARACTRISTIQUES DES MATRIAUXBton Acier

fck (MPa) 30 fyk (MPa) 500

fcd (MPa)30

201,5

= fcd (MPa)500

4351,15

=

TABLEAU11 : les caractristiques des matriaux

Moment flchissant pour lacier :

Mu = 1,35 x 116 = 157 kNm

La valeur calcule avec PLAXIS est de 116 kNm.

Calculs :

d = 0,9. h = 0,72 m1,51-1-2 = 0,0138

= Mud2bfcd = 0,011 s = fyd car s > seAire dacier traction : As = 0,8..d.bfyd = 10-10 m2

La valeur trouve est trop faible. Cela signifie quon va mettre le mini-mum dacier requis par disposition constructives :

Asmin=0,26 . fctmfyk .b.d=1.10-3 m2C'est--dire, 10 cm2 qui correspond 5 barres de diamtre 16 mm par mtre.

5.5 Mise en place du soutien de la dalle couvrante

5.5.1 Poteaux

De part la porte de la dalle (35m), celle-ci ncessite dtre soutenu autrement que par ses bords. Onconsidrera dans un premier temps que ce sont uniquement des poteaux qui la soutienne. Par la suite, on envisa-gera des corbeaux. Afin de reprendre leffort des poteaux, on disposera un rseau de poutres pour maintenir ladalle.

Les poids de la dalle et du sol au dessus ont dj t calcul.Psommet=0,3.. 3524 .25=7,2 MN Psol=1.. 3524 .20000=19,2 MNDonc Ptot=19,2+7,2=26,4 MN

FIGURE38 : schma paroi moule


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45

Aprs plusieurs calculs, le diamtre (d) retenu est de 30cm pour les poteaux, vrifions ce rsultat avec la m-thode de dimensionnement au ELU (tat Limite Ultime) des poteaux en compression.Avec :

- Ned=1,35 Ptot- hauteur : l=8,1m- Fcd=16,7MPa

Les diffrentes formules : NR,d=KNR,th>Ned= 0,841+ 522

=0,5= loi =42,6

lo=0,7l=5,67i=IminS

= 4 = 0,133Donc

NR,th=Ac.Fcd=1,18MN

On prend K=1NR,d=KNR,th=1.0,5.1,18=0,59MN 1,35 , = 60,4Par consquent le nombre de poteaux est : 1,35PtotNR,d =60,4 poteauxIl parait raisonnable de disposer 60 poteaux pour soutenir la dalle. Pour viter de devoir surdimensionner lespoutres de la dalle, des corbeaux seront mise en place pour soutenir le poids sur les bords de louvrage. Celasignifie que lon risque de mettre beaucoup trop de poteaux.Si lon veut rpartir 50 poteaux, il faut quils aient un espace (a) entre chaque :

a= Surface TotaleNombre de poteau =D/450 =4,387mDans un souci de simplicit, on disposera 52 poteaux (nombre ncessaire sans lecoefficient de scurit 1,35) et de 32 corbeaux. Ils seront disposs en quadril-lage, avec le centre de louvrage au centre du carr central (voir schma). Ladistance entre chaque poteau restera de 4,38m.

FIGURE39 : dispositiondes poteaux


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46

5.5.2 Les poutres

Grce la modlisation sur RDM6 dune poutre portant sur des poteaux espacs de 4,38m et les extrmits despoutres portants sur les corbeaux, on a obtenu les moments flchissant extrmes. On a considr que la poutre unitaire (entre chaque poteau reprend le chargement appliqu au losange, qui a pour surface a/2.

FIGURE40 : soutien de la dalle

Le moment flchissant maximal est de -256kNm, celui positif est lgrement infrieur. On dimensionne auxELU les poutres avec ce moment. On considre une poutre de 30 par 60, les 30 cm du haut tant incorpor dansla poutre.

Mu=1,35G=1,35.256=345kNm =345

bdfcd =345

0,3.0,542. 251,5 =0,252

=1,251-(1-2=0,37 s=fyd=5001,15 =434MPa

As= 0,8bd.fcds =18,4cmCela fait une section dacier un peu importante. Et donne 6HA20 (6 barres dacier haute adhrence de diamtre20mm)

Le ferraillage doit tre ralis de manire ce que les aciers soient toujours en traction. Sur les portes les aciersdoivent tre dans la partie basse, et au dessus des poteaux les aciers doivent tre dans la partie suprieure. Sansoublier les aciers de ferraillage minimum.


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47

6 Systme de pompage et de nettoyage

6.1 Conduite de refoulement

Daprs les donnes du problme, le dbit que lon veut rejeter dans le rseau est de 3refoulQ 0,12 m / s= Le diamtre de la conduite de refoulement sera not Dref.Les conduites pour ces dbits se font frquemment en acier inox, les calculs seront donc mens avec la rugosit

de lacier inox, ( 0,015mm = ). Lcoulement est en charge, il sagit de pomper leau du bassin vers uneconduite du rseau. Lcoulement ne peut tre gravitaire, le bassin est en profondeur. On va dimensionner laconduite de manire ce que les pertes de charges soient faibles, de lordre de quelques centimtres. On consi-

dre une longueur de 50m entre le bassin et la conduite du rseau. Donc refL 50m= . On va prendre en compteles pertes de charge rgulires, et celles lies au coude, au raccordement et au divergent de larrive.Cependant, par mesure de scurit, il est prfrable dinstaller deux pompes en parallle, au cas o une soit horsservice aprs un pisode pluvieux. On va donc placer les deux pompes au fond du bassin, et les raccorder rapi-dement pour faire sortir une seule conduite du bassin. Les pompes seront munies de clapet anti retour pour le cas

prcdent o une pompe fait dfaut.

FIGURE41 : schma de la conduite de refoulement

6.1.1 Choix du diamtre

Pour savoir quel diamtre Dref il est le plus intressant de prendre, on placera la conduite avec un coude 90.Une seconde tude permettra de fixer langle du coude, une fois le diamtre fix. Pour faire le choix du diamtreon calcule les pertes de charges pour diffrentes valeurs de Dref.

Les pertes de charges rgulires : elles scrivent de la forme :2

refoul2

ref2

ref ref

ref ref

D4

. 2

V

2

=

=

Q

fL fL

H D g D g


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48

D=500mm D=400mm D=300mm

On value le nombre de Reynolds : ref refoul ref 2

-6ref

VD Q .DRe= =

D 10

4

5

Re=3.10 5

Re=3,75.105

Re=5.10 On calcule

-5

ref

=3.10D

-5

ref

=3,75.10D

-5

ref

=5.10D

On en dduit, grce au diagramme de Moody :

f=0,015 f=0,014 f=0,013

La valeur des pertes de charge est donc :2

2

0,12.40,015.50 0,5

H= . =0,028m0,5 2.9,8

2

2

0,12.40,014.50 0,4

H= =8,1cm0,4 2.9,8

2

2

0,12.40,013.50 0,3

H= . =0,32m0,3 2.9,8

Le divergent et le raccordement :

La littrature nous donne, pour des schmas de raccordement similaires, des valeurs de K variant entre 0,5 et 1,5. Nayant pas tro

considrera, dans un souci de simplification, K=1 dans les deux cas. On ngligera les pertes dans les conduites avant le raccord

pompe.

refou

2

l2

ref

Q

D

4

2

=H

g

48


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49

Le coude 90 : on fait des calculs avec le rapport R/D=1, pour tre indpendant du diamtre du tuyau. (cf.annexe C).

2 2

refoul refoul

2 2ref ref

2

c f

D D

4 4(K +K2 2 2)

= = =

Q Q

VH K. K.g g g

c fK K +K=

f

RK =0,0175.f. .=0,0175.0,013.1.90=0,02

D c 1 2

K =2K K

1

RK f 0, 2

D

= =

( ) ( )2K =f =f 90 =1

Donc, K=0,42

Finalement, on a le tableau rcapitulatif suivant :

PERTES DE CHARGES DANS LA CONDUITE DE REFOULEMENT EN FONCTION DU DIAMTRE (COUDE 90)Perte (mm)\Diamtre(m)

refD 0,2= refD 0,3= refD 0,4= refD 0,5= Vitesse (m/s) 3,8 1,7 0,95 0,6

rgulires 2400 320 81 28coude 310 62 20 8

raccordement 740 147 46 19divergent 740 147 46 19

total 4190 676 193 74

TABLEAU12 : tude de linfluence du diamtre sur les pertes de charges de la conduite de refoulement

Il nest pas raisonnable de perdre plusieurs mtres de charge de colonne deau dans le circuit, de plus la vitesse

(3,8m/s) risque duser prmaturment la conduite, on peut liminer le diamtre refD 0,2m= . De mme pour

refD 0,5m= , perdre moins de 10cm de colonne deau sur un circuit de plus de 50m est excessif, dans la con-duite un dpt pourrait ventuellement se former.

On choisit donc refD 0,3m= , les pertes et la vitesse sont acceptable. Les conduites pour les pompes seront de

refD 0,2m= , car la section de deux conduites de 0,2 est trs proche de celle dune seule de 0,3 de manire limiter les pertes lors du raccordement.

On prend donc un diamtre Dref=300mm, et on a le schma suivant :


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FIGURE42 : schma de la conduite de refoulement

Pour cette valeur de diamtre, on peut maintenant tudier linfluence de langle du coude.

6.1.2 tude de linfluence de langle du coude :

On calcule la hauteur dlvation de la conduite, note x, avec la formule suivante :

50x

tan=

On en dduit ainsi la pente de la conduite de refoulement refi :

INFLUENCE DE LANGLE SUR LA CONDUITE DE REFOULEMENTAngle () Hauteur dlvation de la conduite : x (m) Pente refi (m/m)

85 4,37 28,74.10 86 3,49 26,9.10 87 2,62 25,2.10 88 1,74 23,48.10 89 0,87 21,74.10 90 0 0

TABLEAU13 : tude de linfluence de langle sur la conduite de refoulement

Pertes de charges au coude : pour le calcul des pertes de charges au niveau du coude, on procde de la mmemanire que prcdemment. (cf annexe C).

PERTES DE CHARGES AU COUDEAngle () Kf K2 Kc K H (m)

85 0,0193 0,95 0,38 0,3993 0,058686 0,0195 0,9618 0,384 0,4035 0,059287 0,0198 0,967 0,387 0,4068 0,0597

88 0,02 0,973 0,389 0,409 0,0689 0,02 0,978 0,391 0,411 0,0690 0,02 1 0,4 0,42 0,061


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51

TABLEAU14 : pertes de charge au niveau du coude en fonction de langle

On choisi de prendre un angle du coude de 88.On peut alors calculer les pertes de charges exactes dans la conduite de refoulement : D ref=300mm, coude 88.

Pertes de charges rgulires :Les pertes de charges rgulires sont la somme des pertes de charges dans les conduites 1,2 3 et 4 (cfFIGURE

41).2

refoul2

conduitei2

conduitei conduiteii

i i iconduitei conduitei

D

4H .2

V

2

=

= =

Q

fL fLH

D g D g

Pour la conduites 1 et 2, Qref=0,06m3/s

Pour les conduites 3 et 4 Qrefoul=0,12m3/s

FinalementH 0,024 0,09 0,015 0,318 0,366m = + + + =

Pertes coude : Hcoude=0,06m (cfTABLEAU14)

Raccordement et divergent : Hraccordement = Hdivergent=0,147m

Pertes de charge totales : Htotale=0,366+0,06+0,147+0,147=0,72m

Hauteur de refoulement de la pompe :

1er cas D=45m

refh 4,97m=2me cas D=35m

refh 7,67 m=

6.1.4 Choix de la pompe de refoulement

Pour renvoyer leau du bassin dans le rseau, nous ne pouvons pas le faire de manire gravitaire car le bassin estplus bas que la conduite de refoulement. Il nous faut donc une ou deux pompes.Par ailleurs, le dbit de refoulement doit tre de 120l/s. Dans un souci de scurit nous avons fait le choix deprendre deux pompes dun dbit de 60l/s.Les pompes se mettront en marche lorsque le niveau deau dans la conduite aval permettra la station

dpuration de traiter le dbit arrivant. Pour cela, il faut prvoir un dtecteur de niveau dans la conduite aval quipermettra de mettre en marche les pompes.

Rappel des pertes

1er cas D=45m 2me cas D=35m

bassin

u,bassin

D 45m

h 4,15m

=

=

bassin

u,bassin

D 35m

h 6,85m

=

=

Les pertes de charge prendre en compte sont celles calcules prcdemment :

totaleH 0,72m = La hauteur de refoulement de la pompe est donc :

refh 4,97m= refh 7,67m=


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Par ailleurs la conduite de refoulement un diamtre refD 0,3m= Choix de la pompe

AFP 1546 M40 AFP1546 M60

La caractristique de ces deux pompes est donne sur le schma suivant :

FIGURE43 : courbe caractristique des pompes

6.2 Le nettoyage

Le nettoyage des bassins se fera grce des hydro-jecteurs.

1er cas 2me cas

bassin

u,bassin

comp

D 45m

h 4,15m

D 18m

=

=

=

bassin

u,bassin

comp

D 35m

h 6,85m

D 14m

=

=

=

Choix des lhydro-jecteurs (cf Annexe H)Pour le compartiment :

AFP 2045.1 ME185/4

Quantit : 1

AFP 1541.A M90/4

Quantit : 1Pour le bassin extrieurLa surface annulaire est

S=1335,96m2

AFP 2045.2 ME160/4Quantit : 7

La surface annulaire estS=808,17m2

AFP 2045.2 ME160/4Quantit : 4

6.3 La dsodorisation

Pour absorber les polluants et dsodoriser le bassin, il existe plusieurs techniques de dsodorisation. La plusutilise est lutilisation du charbon actif, cest aussi la moins chre. Nous prendrons un caisson de charbon actif

pour zone urbaine insonorise de SBPI environnement.


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6.4 La ventilation

La ventilation se fera par 4 gaines verticales de 10 m.

6.5 lments de mtrologies

Deux mesures de dbit sont prvues :- Une mesure du dbit lalimentation du bassin- Une mesure de dbit de refoulement la vidange du bassin

Pour mesurer ces dbit nous utiliserons des dbitmtres ultra son.

Deux mesures de niveau deau sont prvues :- Un dans le bassin intrieur- Un dans le bassin extrieur

Pour mesurer le niveau deau, nous utiliserons un capteur ultrason.

6.6 Maintenance

Pour la maintenance, nous avons rpertori dans le tableau ci-dessous les diffrentes tches effectuer :

MAINTENANCEOuvrage et quipement Type dintervention Frquence Intervention particu-

lireDversoir N+V 1 fois/mois

Grille N 1 fois/semaine Orage : tous les joursVanne V+M 1 fois/mois

Clapet anti-retour V+M 1fois/mois Aprs orage : vrificationPompes de vidange N

V+RSelon besoin1fois/mois

dsodorisation V 1 fois/moisHydro-jecteurs N

V+RSelon besoin1 fois/mois

Mesure de dbit N+V+R 1 fois/mois Orage : tous les joursMesure de niveau V 1 fois/mois Orage : tous les jours

TABLEAU15 : la maintenance

Avec :- N : Nettoyage- M : Manuvre- V : Vrification- R : Relev des comptes- G : Graissage

6.7 Trop plein

En cas de trop forte pluie ou de pluies successives entrainant le remplissage maximal du bassin, nous prvoyonssur la conduite amont une conduite de trop plein qui permet de dverser le dbit excdent afin de ne pas fairedborder le bassin de rtention.


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55

7 Dimensionnement du volume dun bassin dorage

Ici nous avions dj le volume du bassin que nous voulions. Cependant, nous nous sommes intresss aux m-thodes permettant le dimensionnement dun tel volume.

Le dimensionnement du volume dun bassin dorage ncessite de nombreuses donnes hydrologiques. En pre-

mier lieu, il est important de connatre les caractristiques suivantes du bassin versant dont est issu la quantitdeau arrivant dans le collecteur :- Pente du bassin versant : i- Coefficient de ruissellement C (se calculant grce au type de zone sur lequel leau va ruisseler)- La superficie totale des eaux pluviales reprendre : S- Le dbit pluvial : Qp- Lintensit critique de pluie retenue : Icpr- Le dbit de drainage permanent du bassin versant : Qd- Le temps de concentration qui nous permet de calculer le facteur T

Les donnes par rapport aux ouvrages dj existant quil faut avoir sont :- Le dbit des eaux uses rejet par les habitants : Qu- Le dbit aval admissible du collecteur (le dbit maximum qui peut aller la station dans ce collec-

teur) : Qav- Lintensit critique de pluie en aval Icpa

Les donnes Qp, Icpr, Qd, Qu, Qav et Icpa nous permettent de calculer le volume relatif Vrdu bassin, puis pour avoirle volume total on utilise lquation suivante :

total rduV V .C.S. T=

Remarques :- Si la surface du basin versant double, le volume du basin double- Si le coefficient de ruisslement augmente, la capacit du bassin augmente aussi.- Le dbit maximum que peut traiter la station dpuration intervient dans le volume relatif du bassin,

si on le double, le volume diminue.


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57

Conclusion

Tout au long de notre tude nous avons fait la comparaison entre les deux tailles de bassin possibles.Des points de vue mcaniques et hydrauliques, les deux solutions peuvent tre retenues. Cependant ltude destabilit mcanique et le dbit dinfiltration calculs sont bass sur la connaissance du sol. Or nous ne disposonspas de la profondeur exacte des marnes (probablement variable) et cette roche est dterminante. Cest elle quilimite le dbit de part sa faible permabilit. De plus, sa rsistance mcanique est bonne, elle influe donc sur lesdplacements.

Le bassin de plus faible diamtre est implant plus profondment, et la paroi moul descend dun mtredans les marnes (mme si celle-ci sont au plus bas). Il est moins risqu et donc prfrable de choisir le bassin quirepose sur une roche dur et impermable.

Nous avons donc choisi le petit diamtre pour la construction.

Remarque : en annexe J, on peut trouver une comparaison des diffrents matriaux pour lovode et la conduitedalimentation, dont ltude t faite avec un coefficient de STRICKLER Ks=75. Cette comparaison t faiteaussi pour le choix du matriau de la conduite de refoulement que lon a considr en acier.

Latelier de lingnierie a t trs apprci par les participants. Il a permis dutiliser les comptences ac-quises au cours des deux dernires annes. Cela permet aussi un partage de connaissances (GHO, REA, ERAS-MUS), apprciable. Le sujet tait assez complet et diversifi, il a tait agrable de changer de discipline rguli-rement. Le travail en binmes a t une manire de gagner en efficacit, et de faire les parties qui plaisent le plus chacun.


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Proprits Valeurs

Bassin

Diamtre bassin 35mHauteur totale interne bassin 8,2

Diamtre compartiment 14mHauteur compartiment 3.5m

Stabilit

Dbits 300 l/h

Dplacements faiblesParois moule

Longueur 11m

paisseur 0,8m

Pompe/ Maintenance

Pompes AFP1546 M60 (2)

Hydro-jecteur Compartiment : AFP1541.A M90/4 (1)

Surface annulaire : AFP 2045.2 ME160/4 (4)Ventilation 4 gaines verticales

Pour toutes dimensions cf. plans en feuilles annexes.


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I

Annexes

Annexe A

Les notations

- Pente de la conduite amont en forme dovode : ami [m/m]- Pente de la conduite dalimentation : ali [m/m]- Diamtre de la conduite dalimentation : alD [m]- Hauteur deau en rgime uniforme dans la conduite dalimentation : n,alh [m]- Nombre de Froude dans la conduite dalimentation : alFr ;- Largeur au miroir de la conduite dalimentation : alL [m]- Hauteur deau dans lovode : amh [m]- Pente de la conduite amont : ami - Dbit maximal lamont : max,amQ [ 3m / s ]- Coefficient de Strickler de la conduite amont : amKs - Dbit de rfrence partir duquel on doit dverser : 3refQ m / s - Nombre de Froude dans la conduite amont : amFr - Largeur au miroir de la conduite amont : amL [m]- Diamtre de la conduite amont : amD [m]- Hauteur deau laval :

avh [m]

- Nombre de Froude de lcoulement aval : avFr - Hauteur critique dans la conduite dalimentation : c,alh [m]- Diamtre du bassin : bassinD [m]- Hauteur deau utile dans le bassin : u,bassinh [m]- Hauteur des murs du compartiment : mur,comph [m]- Diamtre du compartiment : compD [m]- Volume du compartiment du bassin : 3compV m - Surface latrale des murs du compartiment : 2lat,compS m - Dbit de refoulement : 3refoulQ m / s - Diamtre de la conduite de refoulement refD [m]- Longueur de la conduite de refoulement refL [m]- Pente de la conduite de refoulement : refi - Dbit maximal laval : 3av,maxQ m / s - Hauteur deau au niveau du seuil du dversoir : dh [m]- Hauteur du seuil du dversoir : seuilh [m]


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II

Annexe B

Tables pour le calcul de la hauteur deau dans lovode


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III


61/76


IV

Annexe C

Pertes de charges au niveau du coude de la conduite de refoulement

IV


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V

Annexe D

Les paramtres de PLAXIS

LIMONSParamtres Valeurs

Material mo-del

Mohr Coulomb

Material type drainedGeneral pro-

pertiesunsat=15,6kN/m

3sat=19,7kN/m

3

Permeabilitykx=0,864m/dayky=0,864m/day

StifnessEref=1.10

3 kN/m2=0,3

StrengthCref=5kN/m

2

=22=7

AlternativesGref=5000kN/m

2Eoed=1,75.104kN/m

2TABLEAU16: paramtres des limons sur PLAXIS

ALLUVIONSParamtres Valeurs

Material mo-del

Mohr Coulomb

Material type drainedGeneral pro-

pertiesunsat=21kN/m

3sat=22kN/m

3

Permeabilitykx=86,4m/dayky=86,4m/day

StifnessEref=1.10

4 kN/m2=0,3

StrengthCref=1kN/m

2

=35=5

AlternativesGref=5000kN/m

2Eoed=1,75.104kN/m

2TABLEAU17 :paramtres des alluvions sur PLAXIS

MARNESParamtres Valeurs

Material model Mohr CoulombMaterial type drained

General properties

unsat=21kN/m3

sat=22kN/m3

Permeabilitykx=8,64.10

- m/dayky=8,64.10

-3m/day

StifnessEref=2.10

7 kN/m2=0,3

StrengthCref=100kN/m

2

=25=5

AlternativesGref=1,15.10

7kN/m2Eoed=4,038.10

7kN/m2TABLEAU18 :paramtres des marnes sur PLAXIS


63/76


VI

Annexe E

Coefficients de Strickler

FIGURE44 : coefficients de STRICKLER


64/76

VII

Annexe F

Calcul de la ligne deau dans la conduite dalimentation

On sait que lon a une ligne dabaissement de type F2 dans la conduite dalimentation. On peut donc calculer

cette ligne deau.

Lquation de la courbe de remous est :3

c

10

3n

h1

x hh

hi 1

h

=

On a :

c

nh 0,78h 0,95

i 0,003

==

=

On peut donc calculer lallure de la ligne deau par une mthode numrique. On prend comme originelextrmit aval de la conduite dalimentation, ou la hauteur deau vaut alors la hauteur critique. On obtient ainsila courbe suivante :


65/76


VIII

FIGURE45 : ligne deau dans la conduite dalimentation FIGURE46: zoom de la ligne dea

Avec la mthode de BRESSE, on peut calculer la distance partir de laquelle la

hauteur deau correspond 95% de la hauteur normale.

Soit :

n,alh 0,95h=

Alors :

c1

n

2

h 0,780,821

h 0,95

0,95

= = =

=

Daprs le tableau de la mthode de Bresse (cf Annexe G),

(0,95,3) 1,467

(0,821,3) 0,993

=

=

Daprs la formule de BRESSE :

cni i 1 i i 1

1

i 1 3

hhx x 1

i h

0,950 x 0,821 0,95

3.10

+ +

+

=

=

Soit xi+1=27,44m

On atteint la hauteur normale 27 m

dalimentation. Le rgime est donc unif

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

-200 -150 -100 -50 0

Hauteurd'eau(m)

Position (m)

LIGNE D'EAU DANS LA CONDUITED'ALIMENTATION

-20 -15

Hauteurd'eau(m)

Posit

ZOOM LIGNE DCONDUITE D'A

VIII


66/76

IX

Annexe G

Tableau de la mthode de Bresse


67/76

BASSIN DE RTENTI

X

Annexe H

Tableaux pour le choix

N ENTERR DES EAUX PLUVIALES

es hydro-jecteurs


68/76

XI

Annexe I

Les points plastiques des diffrents cas tudis sur PLAXIS

Petit diamtre, dformation plane

Fiche de 12 m Fiche 15 m Fiche 17,5 m

Petit diamtre, axisymtrie

Fiche 12m Fiche 15m


69/76


XII

Grand diamtre, axisymtrie

Fiche 10m Fiche 11 m


70/76

XIII

Annexe J

tude de linfluence des diffrents matriaux

1 tude de linfluence de diffrents matriaux au niveau de lovode

Dans ltude mene prcdemment, lovode t tudie avec un coefficient de MANNING de 75. Ce qui corres-pond du bton. On tudie alors linfluence pour les matriaux suivants :

COEFFICIENTS DE STRICKLERKs Matriaux correspondants20 Galets30 Galets-gravier40 Gravier50 Pierre brute60 Maonnerie-bton rugueux

70 Bton75 Bton80 Bton-acier90 Bton lisse-acier soud

100 VerreTABLEAU19 : correspondance entre le coefficient de STRICKLER et les matriaux

Valeur de la pente pour une section trapzodale, pour avoir une hauteur deau de 0,9m :

Logiquement, la pente donner est de plus en plus faible avec laugmentation du coefficient de STRICKLER.

COMPARAISON DE LA PENTE PAR RAPPORT CELLE POUR KS=75Ks Facteur multiplicatif20 13,9

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 20 40 60 80 100 120

P

enteiam

(m/m)

Ks

VARIATION DE LA PENTE EN FONCTIONDU MATRIAUX POUR AVOIR UNE

HAUTEUR D'EAU DE 0,9 DANS L'OVODE

Pour Ks=75 : iam=3.10-2


71/76


XIV

30 6,240 3,550 2,260 1,570 1,175 1

80 0,990 0,7100 0,5

TABLEAU20 : comparaison des pentes pour Ks=75

On constate quil y a une attnuation avec laugmentation de ce coefficient. En effet, un coefficient de 100 aulieu de 75 aurait entran une pente 0,5 fois plus faible alors quun coefficient de 20 au lieu de 75 aurait entranune pente 13,9 fois plus importante.

tude de linfluence des diffrents matriaux sur le dbit que lon peut faire passer dans lovode :

On garde la pente trouve dans ltude prcdente de iam=3.10-2m/m, et lon calcule selon le coefficient de

STRICKLER, le dbit que lon peut faire passer dans la section trapzodale pour avoir une hauteur deau de 0,9m.Daprs la formule de MANNING-STRICKLER, il y a proportionnalit :

2

3amQ Ks.S.R i=

2 tude de linfluence des matriaux sur la conduite dalimentation

2.1 tude des diffrents matriaux sur le diamtre de la conduite :

On veut faire passer dans cette conduite un dbit de 2m3/s. Dans ltude prcdente, on a travaill avec un coef-ficient de Strickler de 75.

Ks Dal (1 con- Dal (2 con- Comparaison Dal (1conduite)/Dal (2 Comparaison Dal

0

1

2

3

4

5

6

0 20 40 60 80 100 120

Dbit(m3/s)

Coefficient de STRICKLER

EVOLUTION DU DBIT EN FONCTION DUCOEFFICIENT DE STRICKLER


72/76

XV

duite) duites) conduites) (%) (1conduite)/Dal (Ks=75)20 1,94 1,5 77,3 1,6330 1,674 1,29 77,1 1,40740 1,5 1,15/ 77,3 1,21650 1,38 1,06 76,8 1,1660 1,29 0,99 76,7 1,08470 1,218 0,939 77,1 1,024

75 1,19 0,92 77,3 180 1,159 0,89 76,8 0,97490 1,108 0,85 76,7 0,931

100 1,06 0,82 77,4 0,891TABLEAU21 :influence des matriaux conduite dalimentation

On constate bien que le diamtre de la conduite dalimentation ncessaire pour faire passer le dbit aurait tplus important avec un coefficient de STRICKLER plus faible.

La encore on constate une attnuation de la diminution du diamtre de la conduite avec laugmentation du coef-ficient de STRICKLER. Un coefficient de 20 aurait entran une conduite 1,63 fois plus grosse, alors quon coeffi-cient de 100 aurait entran une diminution de 0,891.

2.2 tude des diffrents matriaux sur le dbit :

On tudie ensuite linfluence de ces matriaux sur le dbit. Pour cela, on calcule le dbit que lon pourrait fairepasser dans les conduites de diffrents diamtres standards en gardant la pente de la conduite dalimentation quelon sest fix 3,1.10-3m/m, laide de la formule de MANNING STRICKLER.

Ks Dal standard (m) Q (m3/s)

20 2 0,5430 1, 0,8240 1,5 1,1

50 1,4 1,3760 1,2 1,6470 1,2 1,91

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 20 40 60 80 100 120

Coefficientmultiplicatif

Ks

COMPARAISON DES DIAMTRES DE LA

CONDUITE PAR RAPPORT CELUI POUR KS=75Pour Ks=75 : Dal=1,19m


73/76


XVI

75 1,2 280 1,2 2,1990 1,2 2,46

100 1 2,74TABLEAU22 : influence sur le dbit de la conduite dalimentation des diffrents matriaux

Le choix dun coefficient de Strickler de Ks=75 pour la conduite dalimentation pourrait tre amlior en prenantdes btons plus lisses. Mais ce choix dun bton plus classique permet de faire un compromis entre les valeursdbits, de pentes et de diamtres par rapport aux cots de construction.

3 tude de linfluence des matriaux sur la conduite de refoulement

Ltude prcdente t mene pour une conduite en acier inox avec une rugosit relative de =0,015mm. Ontudiera ici les cas suivants :

RUGOSIT

(mm) Matriaux0,001 Cuivre, plomb0,0015 Tube PVC0,015 Acier inox0,045 Acier soud0,15 Acier galvanis0,25 Fonte0,8 Fonte usage1,5 Bton ordinaire5 Bton grossierTABLEAU23 : correspondance entre la rugosit et les matriaux

On se placera pour cette tude avec le diamtre choisi pour la conduite de refoulement de Dref=300mm, et onregarde linfluence des diffrents matriaux sur les pertes de charges rgulires.

VOLUTION DE LA PERTES DE CHARGES RGULIRES EN FONCTION DU MATRIAUX (mm) f Pertes de

Dimensionnement de Bassins de Retentions

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