[PDF] LE DIMENSIONNEMENT DES RESEAUX DASSAINISSEMENT

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LE DIMENSIONNEMENT

DES RESEAUX

D'ASSAINISSEMENT DES

AGGLOMERATIONS

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KERLOC'H Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80)

Table des matières

CHAPITRE 1 LES RESEAUX D'ASSAINISSEMENT..................................4

1. - L'ASSAINISSEMENT DES AGGLOMERATIONS...........................................5

1.1. DEFINITION.........................................................................................................5

1.2. HISTORIQUE........................................................................................................5

2. - LES SYSTEMES DE COLLECTE ET D'EVACUATION.................................6

2.1. SYSTEMES D'EVACUATION............................................................................6

2.2. SCHEMAS TYPES DES RESEAUX D'EVACUATION....................................7

2.3. TYPES DE RESEAUX..........................................................................................9

3. - CONCEPTION DES RESEAUX..........................................................................10

3.1. ENQUETES PREALABLES...............................................................................10

3.2. ETUDES PREALABLES....................................................................................11

CHAPITRE 2 LE CALCUL DES SECTIONS D'OUVRAGES.....................12

1. - LE DIMENSIONNEMENT DES CANALISATIONS.......................................13

1.1. FORMULE DE CHEZY (ECOULEMENT UNIFORME)...........................................13

1.2. FORMULE DE MANNING-STRICKLER.........................................................14

2. - CONTRAINTES DE CALAGE DES RESEAUX...............................................15

2.1. CANALISATIONS D'EAUX USEES................................................................15

2.2. CANALISATIONS D'EAUX PLUVIALES OU UNITAIRES..........................15

3. - LES ABAQUES DE L'INSTRUCTION TECHNIQUE DE 1977.....................16

3.1. UTILISATION DES ABAQUES........................................................................22

CHAPITRE 3 LES EAUX USEES...............................................................26

1. - LES DEBITS D'EAUX USEES DOMESTIQUES..............................................27

2. - LES DEBITS D'EAUX USEES INDUSTRIELLES...........................................28

3. - LES DEBITS D'EAUX CLAIRES PARASITES................................................29

4. - LES DEBITS DE TEMPS SEC.............................................................................29

5. - DEBIT CAPABLE D'UNE CANALISATION D'EAUX USEES.....................29

CHAPITRE 4 DONNEES HYDROLOGIQUES...........................................30

1. - DONNEES PLUVIOMETRIQUES......................................................................31

1.1. MESURE DES PRECIPITATIONS....................................................................31

1.2. ANALYSE DES OBSERVATIONS...................................................................32

2. - COURBES INTENSITE - DUREE - FREQUENCE IDF..................................34

2.1. FORMULE DE MONTANA...............................................................................34

2.2. VALEURS DE A ET B.........................................................................................34

2.3. PERIODE DE RETOUR T..................................................................................35

2.4. EXERCICE..........................................................................................................40

3. - CARACTERISTIQUES D'UN BASSIN VERSANT..........................................41

3.1. SURFACE DRAINEE A.....................................................................................41

3.2. COEFFICIENT DE RUISSELLEMENT C.........................................................42

3.3. TEMPS DE CONCENTRATION TC...................................................................44

3.4. HYDROGRAMME A L'EXUTOIRE.................................................................44

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KERLOC'H Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80) 2 CHAPITRE 5 LES DEBITS D'EAUX PLUVIALES.....................................46

1. - METHODE RATIONNELLE..............................................................................47

2. - METHODE SUPERFICIELLE DE CAQUOT...................................................48

3. - BILAN HYDRAULIQUE DE CAQUOT.............................................................48

4. - EVALUATION DES NEUF PARAMETRES.....................................................52

4.1. PLUVIOMETRIE................................................................................................52

4.2. EFFET DE STOCKAGE ET D'ECRETEMENT................................................53

4.3. TEMPS DE CONCENTRATION........................................................................53

5. - DEFINITION DES VARIABLES.........................................................................54

5.1. SURFACE A........................................................................................................54

5.2. PENTE MOYENNE I DU BASSIN VERSANT.................................................54

5.3. COEFFICIENT DE RUISSELLEMENT.............................................................54

5.4. PERIODE DE RETOUR T..................................................................................55

5.5. ALLONGEMENT DE BASSIN M......................................................................57

6. - DOMAINE DE VALIDITE ET PRECISION DE LA METHODE..................57

7. - LES FORMULES PRATIQUES DE LA METHODE DE CAQUOT DE

L'INSTRUCTION DE 1977.............................................................................................59

8. - DETERMINATION DU POINT CARACTERISTIQUE ET DELIMITATION

DES BASSINS VERSANTS ELEMENTAIRES............................................................61

9. - GROUPEMENT DES BASSINS..........................................................................62

9.1. GROUPEMENT EN SERIE................................................................................62

9.2. GROUPEMENT EN PARALLELE....................................................................63

9.3. REMARQUES.....................................................................................................64

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CHAPITRE 1

LES RESEAUX

D'ASSAINISSEMENT

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1. - L'ASSAINISSEMENT DES AGGLOMERATIONS

1.1. DEFINITION

L'assainissement des agglomérations, au sens ou l'entend " l'instruction relative à l'assainissement des agglomérations » de 1977 a pour objet d'assurer l'évacuation de l'ensemble des eaux pluviales et usées ainsi que leur rejet dans les exutoires naturels sous des modes compatibles avec les exigences de la santé publique et de l'environnement. Il est à noter que le document " la ville et son assainissement » édité en juin 2003 par le CERTU a vocation à remplacer " l'instruction technique relative à l'assainissement des agglomérations » de 1977.

1.2. HISTORIQUE

Au siècle précédent, la politique d'assainissement (1894 loi sur le " tout à l'égout »)

consistait encore essentiellement en une évacuation rapide des eaux usées et pluviales le plus loin possible des zones agglomérées. Cette situation considérée comme satisfaisante se prolonge jusqu'en 1950. Dès 1970, la croissance rapide de la population urbaine (22 % en 1950, 75 % en

1970) rend la situation critique. En effet le développement rapide de l'urbanisation

des villes à leur périphérie a entraîné une forte augmentation des surfaces imperméabilisées, ce qui a accru considérablement les volumes et les débits ruisselés entraînant ainsi une insuffisance des exutoires. On a donc assisté à une surcharge progressive des réseaux existants et à une augmentation du risque d'inondation. Si la solution traditionnelle de réseaux d'assainissement est une bonne réponse sur le plan de l'évacuation des eaux, elle a sa limite et présente de nombreux inconvénients sur le cycle naturel de l'eau (augmentation des débits vers les rivières entraînant un manque d'eau vers les nappes, une saturation des exutoires....). Devant l'impasse à laquelle conduisait l'assainissement pluvial classique, il a fallu innover. On a fait appel à des techniques alternatives basées essentiellement sur un stockage temporaire des eaux de pluie permettant de retarder l'écoulement avant l'exutoire ou d'infiltrer au maximum. Pour atteindre cet objectif, les principes sont simples. Ils sont mis en oeuvre en particulier dans les bassins de retenues qui ont trois fonctions essentielles : - recueil des eaux de pluie, - rétention de ces eaux, - évacuation lente.

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2. - LES SYSTEMES DE COLLECTE ET D'EVACUATION

L'établissement d'un réseau d'assainissement d'une agglomération doit répondre à deux préoccupations, à savoir : - assurer une évacuation correcte des eaux pluviales de manière à empêcher la submersion des zones urbanisées, - assurer l'élimination des eaux usées ménagères et des eaux vannes.

2.1. SYSTEMES D'EVACUATION

Quatre systèmes d'évacuation sont susceptibles d'être mis en service, en application des dispositions contenues dans l'instruction technique n° 77 284 du 22 juin 1977. a) systèmes fondamentaux, b) système pseudo-séparatif, c) système composite, d) systèmes spéciaux. a) systèmes fondamentaux

On distingue :

- le système séparatif Il consiste à réserver un réseau à l'évacuation des eaux usées domestiques (eaux vannes et eaux ménagères) et sous certaines réserves de certains effluents industriels alors que l'évacuation de toutes les eaux météoriques ( eaux pluviales ) est assurée par un autre réseau. - le système unitaire L'évacuation de l'ensemble des eaux usées et pluviales est assurée par un seul réseau généralement pourvu de déversoirs d'orages permettant en cas d'orage le rejet direct, par surverse, d'une partie des eaux dans le milieu naturel. - le système mixte On appelle communément système mixte, un réseau constitué suivant les zones en partie d'un système unitaire et d'un système séparatif. b) système pseudo-séparatif L'usage a prévalu de désigner sous ce vocable des réseaux séparatifs où le réseau d'eaux usées peut recevoir certaines eaux pluviales provenant des propriétés riveraines.

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KERLOC'H Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80) 6 c) système composite C'est une variante du système séparatif qui prévoit, grâce à divers aménagements, une dérivation partielle des eaux les plus polluées du réseau pluvial vers le réseau d'eaux usées en vue de leur traitement. d) systèmes spéciaux i système sous pression sur la totalité du parcours Le réseau fonctionne en charge de façon permanente sur la totalité du parcours. i système sous dépression Le transport de l'effluent s'effectue par mise des canalisations en dépression.

2.2. SCHEMAS TYPES DES RESEAUX D'EVACUATION

Bien que les réseaux d'évacuation revêtent des dispositions très diverses selon le système choisi, leur schéma (page suivante) se rapproche le plus souvent de l'un des cinq types décrits ci-après :

1) le schéma perpendiculaire au cours d'eau

C'est souvent celui des villes ou communes rurales qui ne se préoccupent que de l'évacuation par les voies les plus économiques et les plus rapides sans avoir un souci d'un assainissement efficace des eaux rejetées.

2) le schéma type " collecteur latéral »

Ce schéma oblige parfois à prévoir des stations de relèvement.

3) le schéma type " collecteur transversal »

Ce schéma permet de reporter par simple gravité l'ensemble des effluents plus loin à l'aval par rapport au schéma précédent.

4) le schéma type " par zones étagées »

Ce schéma s'apparente au schéma précédent. Le collecteur bas qui doit souvent faire l'objet de relèvement, se trouve soulagé des apports des bassins dominants qui peuvent être évacués gravitairement.

5) le schéma type " centre collecteur unique » et le schéma type radial

Selon que le réseau converge vers un ou plusieurs points bas où l'on peut reprendre l'effluent pour le relever, on utilise ce type de schéma.

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2.3. TYPES DE RESEAUX

On distingue deux types de réseaux, ramifié ou maillé. Les réseaux d'assainissement appartiennent généralement au type " ramifié » ce qui est le cas des schémas ci-avant. En variante, on peut concevoir un réseau de type " maillé » semblable à celui des réseaux d'eau potable. En effet, ce réseau " maillé » permet dans certaines zones urbaines d'obtenir de meilleures conditions d'écoulement, d'autocurage, de gestion des fortes pluies et d'entretien.

Ramifié : Maillé :

EXUTOIRE

EXUTOIRE

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3. - CONCEPTION DES RESEAUX

Afin de réaliser le projet d'assainissement d'une opération, le maître d'oeuvre doit nécessairement connaître :

- les dispositions relatives à la préservation de la santé, de la sécurité des habitants

et de la qualité de l'environnement édictées par la MISE ( Mission Inter Services de l'Eau composée essentiellement de représentants de la DDASS, de la DDE, de la

DDAF et des services navigation et maritimes),

- les dispositions particulières relatives à l'assainissement adoptées par la collectivité

locale (Mairie et ses services techniques).

3.1. ENQUETES PREALABLES

L'enquête préalable a pour objet de fournir les informations suivantes : - informations relatives à l'urbanisation i prévision de l'évolution de l'urbanisation, i existence des projets d'urbanisation futures devant transiter à travers la zone étudiée, i répartition des zones en fonctions des exutoires et de leur capacité d'évacuation, i aménagements particuliers à la charge des propriétaires pour leur raccordement. - informations sur les équipements existants * caractéristiques du réseau existant : sa nature (unitaire ou séparatif), les conditions de rejets dans ce réseau (faisant l'objet d'une autorisation), les débits admissibles au droit du rejet de l'opération, la cote de mise en charge du réseau pour connaître les répercussions éventuelles, la profondeur du collecteur, les raccordements futurs provenant d'autres opérations. - informations sur le milieu naturel La création d'un réseau collectif nous oblige à rechercher l'existence d'exutoires naturels ainsi que la charge de pollution qu'ils peuvent admettre. Pour cela, il convient de contacter les services chargés de la police des eaux de l'agence de bassin afin de connaître les caractéristiques du réseau hydrographique, les activités qui y sont attachées ainsi que les objectifs de qualité fixés. Il importera également de connaître la vulnérabilité des nappes souterraines.

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3.2. ETUDES PREALABLES

Une étude préalable s'avère nécessaire pour répondre aux questions suivantes : - quel est le devenir des eaux de ruissellement pluviales recueillies ? - comment limiter tout risque de dommage par inondations ? - est-il possible de choisir une solution alternative mieux adaptée, plus économique que la mise en place de canalisations.

L'étude porte sur :

- la connaissance du terrain et des pratiques du voisinage, - la connaissance du fonctionnement hydrologique du bassin (pluviométrie, localisation des écoulements des débits attendus, topographie, taux d'imperméabilisation), - l'existence et la capacité de l'exutoire (débit maximum de rejet), - la recherche des zones où il est possible d'infiltrer ou de prévoir des équipements de rétention (perméabilité des sols et sous-sols, propriétés mécaniques du sol sous l'influence de l'eau, fluctuation de la nappe, risque de pollution de la nappe), - la qualité des eaux de ruissellement (si rejet dans un milieu naturel de bonne qualité).

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CHAPITRE 2

LE CALCUL DES

SECTIONS

D'OUVRAGES

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1. - LE DIMENSIONNEMENT DES CANALISATIONS

Connaissant en chaque point, les débits à évacuer et la pente des ouvrages, le choix des sections sera déduit de la formule d'écoulement adoptée. Les dimensions des canalisations varient compte tenu des diamètres courants de fabrication, ce qui apporte de ce fait, une capacité supplémentaire d'écoulement.

1.1. FORMULE DE CHEZY (Ecoulement uniforme)

Dans l'instruction technique de 1977, les ouvrages sont calculés suivant une formule d'écoulement résultant de celle de CHEZY

RICV

V : Vitesse d'écoulement en m/s

R : Rayon hydraulique avec RS

P

S : section mouillée en m²

P : périmètre mouillé en m

I : Pente de l'ouvrage en m.p.m

C : Coefficient pour lequel on adopte celui donné par la formule de BAZIN C

R

87

1

 est un coefficient d'écoulement qui varie suivant les matériaux utilisés et la nature

des eaux transportées

1.1.1. CANALISATIONS D'EAUX USEES

Il se forme une pellicule grasse dans les ouvrages qui améliore les conditions d'écoulement. Aussi, le coefficient de Bazin  peut être pris égal à 0,25 en tenant compte des inégalités dans le réseau et d'éventuelles intrusions de sable ou de terre. C peut donc être représenté approximativement par l'expression C=70.R1/6.

On obtient donc :

V = 70 . R2/3 . I 1/2

et le débit capable de l'ouvrage Qc :

Qc = V . S = 70 . R2/3 . I1/2. S

Qc en m3/s

V en m/s

S en m2

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1.1.2. CANALISATIONS D'EAUX PLUVIALES OU UNITAIRES

Il convient de tenir compte que des dépôts sont susceptibles de se former, ce qui conduit à admettre un écoulement sur des parois semi-rugueuses. Le coefficient de Bazin  peut être pris à 0,46. C peut donc être représenté approximativement par l'expression C=60.R1/4 .

On obtient donc :

V = 60 . R3/4 . I 1/2

et le débit capable de l'ouvrage Qc :

Qc = V . S = 60 . R3/4 . I1/2. S

Qc en m3/s

V en m/s

S en m2

1.2. FORMULE DE MANNING-STRICKLER

C = K . R1/6

V = K . R2/3 . I 1/2

Qc = V . S = K . R2/3 . I1/2. S

K = Coefficient de Manning - Strickler

S = Section mouillée de l'ouvrage au m2

P = Périmètre mouillé de l'ouvrage en m

R = Rayon hydraulique de l'ouvrage S /P en m

I = Pente longitudinale de l'ouvrage en m/m

V = Vitesse de l'eau dans l'ouvrage en m/s

Qc = Débit capable de l'ouvrage en m3/s

Valeurs courantes de K utilisées pour les études : - Ouvrages en fonte, béton, grés, PVC, PEHD,... : K = 70 à 80 - Ouvrages métalliques en tôle ondulée : K = 40 à 45 - Fossés profonds engazonnés : K = 25 à 30 Il faut distinguer les coefficients annoncés par les fabricants ( coefficients allant jusqu'à 110 calculés en laboratoire sur une canalisation neuve sans dépôt ) et les coefficients réels qui tiennent compte de la fixation de matières en suspension dans le fond des ouvrages (ce biofilm se substitue alors au coefficient de Manning -

Strickler du matériau de l'ouvrage).

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2. - CONTRAINTES DE CALAGE DES RESEAUX

2.1. CANALISATIONS D'EAUX USEES

Les canalisations eaux usées sont généralement circulaires. Les contraintes de calage des canalisations d'eaux usées sont : - diamètre minimum de 200 mm pour éviter les risques d'obstruction - pente minimum : 0,002 m/m Le relèvement des eaux par pompage ne pourra dans certains cas être évité - couverture minimale de la canalisation : 80 cm En dessous de cette valeur, la canalisation sera protégée par une dalle de répartition en béton pour éviter son écrasement sous les charges roulantes. - regard de visite tous les 80 m au maximum pour permettre un hydrocurage des réseaux ou une visite par caméra. Distance standard : 50m - regard à chaque changement de pente ou de direction - vitesse maximum : 4 m/s afin d'éviter l'abrasion des tuyaux. Sinon, il est nécessaire d'adopter un tuyau en matériau résistant tel que la fonte ou le polyéthylène à haute densité. - CONDITIONS D'AUTOCURAGE :

1. A pleine ou à demi-section : V m 0,70 m/s ou à l'extrême rigueur 0,50 m/s

( dans ce cas, le rapport des vitesses est égal à 1 donc on vérifiera que la vitesse pleine section est supérieure à 0,70 m/s )

2. Pour une hauteur d'eau égale au 2/10 du Z : V m 0,30 m/s

( le rapport des vitesses étant égal à 0,6 , on vérifiera que 0,6 VPS m 0,3 m/s )

3. La hauteur d'eau doit être égale aux 2/10 du Z, assuré par le débit moyen

actuel. ( le rapport des débits étant égal à 0,12 , on vérifiera que Qmoyen m 0,12 QPS) En pratique, on pourra considérer que l'autocurage est respecté si V m 0,30 m/s pour le débit journalier moyen actuel.

2.2. CANALISATIONS D'EAUX PLUVIALES OU UNITAIRES

Les contraintes de calage des canalisations d'eaux pluviales sont : - diamètre minimum de 300 mm pour éviter les risques d'obstruction. - pente minimum : 0,003 m/m

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KERLOC'H Bruno (C.E.T.E. NORD - PICARDIE) et MAELSTAF Damien (DDE 80) 15 Le relèvement des eaux par pompage sera si possible évité car les débits d'eaux pluviales peuvent être importants. - couverture minimale de la canalisation : 80 cm En dessous de cette valeur, la canalisation sera protégée par une dalle de répartition pour éviter son écrasement sous les charges roulantes. - regard de visite tous les 80 m au maximum pour permettre un hydrocurage des réseaux ou une visite par caméra. - regard à chaque changement de pente ou de direction. - vitesse maximum : 4 m/s afin d'éviter l'abrasion des tuyaux. Sinon, il est nécessaire d'adopter un tuyau en matériau résistant tel que la fonte ou le polyéthylène à haute densité. Il est donc important de vérifier la vitesse de l'eau dans les canalisations pour le débit de pointe à évacuer. - CONDITIONS D'AUTOCURAGE :

1. Pour 1/10 du débit à pleine section : V m 0,60 m/s

( quand rQ=Q/QPS= 0,1 ; rV=V/VPS=0,55 donc on vérifiera que VPS m 1 m/s )

2. Pour 1/100 du débit à pleine section : V m 0,30 m/s

Ces limites sont respectées avec des vitesses à pleine section de 1 m/s dans les canalisations circulaires et 0,90 m/s dans les ovoïdes.

3. - LES ABAQUES DE L'INSTRUCTION TECHNIQUE DE 1977

Elles représentent la relation de Chézy IRCHlVcomplétée par la formule dequotesdbs_dbs13.pdfusesText_19

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