03-Assainissement Routier (Dimensionnement)

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Assainissement routier Document réalisé par B. KERLOC'H 1

ASSAINISSEMENT ROUTIERASSAINISSEMENT ROUTIERASSAINISSEMENT ROUTIERASSAINISSEMENT ROUTIER

LE DIMENSIONNEMENT DES OUVRAGES D’ASSAINISSEMENT ROUTIER


NOTIONS DE PLUVIOMETRIE

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NOTIONS DE PLUVIOMETRIELE CYCLE DE L’EAU

L’atmosphère est lesiège d’un perpétuelchangement d’étatde l’eau selon uncycle fermé.


NOTIONS DE PLUVIOMETRIEDESCRIPTION DE LA PLUIE

Les précipitations sont des phénomènes essentiellem ent aléatoires et discontinus, variables dans le temps et l'espace. Elles sont car actérisées par :�� la quantité d’eau tombée ou l'intensité;�� la durée de l’averse;�� la zone géographique touchée.

Un type de précipitations intéresse plus particuliè rement le projeteur : les orages convectifs car ils générent de fortes intensités. Il s se produisent, en général en fin de journée chaude, et sont provoqués par la montée de l’air chaud dans des zones plus froides. Ces orages se caractérisent par :�� leur ponctualité spatiale�� leur brièveté temporelle�� leur très fortes intensités.

La mesure de ces caractéristiques et l’exploitation statistique de ces mesures constituent la PLUVIOMETRIE.

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NOTIONS DE PLUVIOMETRIECOMMENT ESTIMER LA HAUTEUR

La mesure des précipitations est réalisée par :

• le pluviomètre totalisateur pour lequel la mesure de la quantité d’eau recueillie est réalisée par un opérateur, le cumul mesuré porte donc sur la période séparant deux lectures (en général 24 h) .

• le pluviomètre enregistreur qui est doté d’un système automatique de jaugeage permettant de mémoriser de façon discrète ou continue l’évolution du cumul d’eau dans le temps et nous permet donc de connaître les intensités de pluie. La mesure est réalisée par augets basculeurs, pesée ou flotteurs.

• Le radar météorologique qui est un radar à impulsions, c'est-à-dire qu'il émet des impulsions de très courte durée suivi d'un temps mort beaucoup plus long pour « écouter » les échos de retour venant des précipitations. On peut ainsi repérer la position, l'intensité et le déplacement de ces dernières. On peut même tirer le type du signal retourné, si on sait quelles variables de l'écho analyser.


NOTIONS DE PLUVIOMETRIE Le pluviomètre totalisateur

Ils mesurent volumétriquementl’eau recueillie sur une surfacehorizontale bien déterminée.

Ils comprennent :- une bague

- une entretoise

- un seau collecteur- un pied métallique- une éprouvette graduée.

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NOTIONS DE PLUVIOMETRIELe pluviomètre enregistreur

L ’eau recueillie par une bague pluviométrique est d éversée dans un des compartiments d ’un auget double qui bascule lor sque ce compartiment contient une certaine quantité d ’eau ( 20 g) et met aussitôt l ’autre compartiment en position de récept ion lorsque le premier se vide.

Chaque basculement, par l ’intermédiaire d ’un systèm e mécanique, provoque le déplacement d ’un stylet devant un cylin dre à axe vertical effectuant une rotation par jour ou par se maine.


NOTIONS DE PLUVIOMETRIELe pluviomètre enregistreur

Une pluie se traduit par un escalier plus ou moins rapide sur lediagramme suivant l ’intensité de la précipitation.

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Principe de mesure- émission d’une ondeélectromagnétique(3 < λ < 10 cm)

- en partie rétro-diffuséepar les précipitations

- balayage < 1 minjusqu’à 100 km

NOTIONS DE PLUVIOMETRIELe radar météorologique


La pluie : la mesure

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Exemple sur la communautéurbaine du Grand Nancy


+++ spatialisation et résolution temporelle qui permet une mesure, voire une prévision à courte échéance, de la lame d’eau précipitée

--- incertitudes de mesure : masque, remplissage partiel du faisceau, bande brillante, atténuation, ….

� nécessite de ‘caler’ les images radars sur les

pluviomètres au sol


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• Le radar

--- incertitudes de

mesure


• Le radarApplication opérationnelle

- gestion en temps réelle pour de grandes collectivités :surveillance avec un radar, identification de scénarios de gestion (Nancy, Seine St-Denis, …)

- le réseau ARAMIS de Météo-France couvre la France (actuellement 14 radars):acquisition d’images pour étude et retour d’expérience d’événements passés exceptionnels


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NOTIONS DE PLUVIOMETRIEHAUTEURS D’EAU JOURNALIERES

Ces valeurs de fréquence décennale (P 10)découlent de l’exploitation des pluviomètres et

sont utilisées dans certaines formules pourestimer le débit d’apport des bassins versantsnaturels.L’ensemble des valeurs sont reprises ci-après sur

une carte donnant pour la France ce paramètreP10.


NOTIONS DE PLUVIOMETRIE

CARTES DES

PLUIES

JOURNALIERESDECENNALES

P10 (mm)

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NOTIONS DE PLUVIOMETRIERELATIONS INTENSITE-DUREE-FREQUENCE

– Relation de Montana : i = a t -b

i = intensité de pluie en mm/h t = temps en minute

a et b sont les paramètres pluviométriques de la région considérée

Les relations de la forme i = a t-b ne permettant généralementpas de bien représenter les courbes intensité-durée de pluie

pour toutes les durées (de 6 min. à 24 h), elles ont été séparées

en deux ou trois relations :

- de 6 à 30 min (a1 et b1 )

- de 15 à 360 min (a2 et b2)

- de 360 min à 24 h (a3 et b3 )



Courbes INTENSITE - DUREE - FREQUENCE

AMIENS

0

50

100

150

200

250

300

350

400

5 10 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Durée d’averses en minutes

Intensité en mm /heure

100 a n s 50 a n s 20 a n s 1 0 a n s

5 a n s 2a n s

90 mm/h

15 mIn

10



Pour être plus précis, le temps limite t issu de

l’intersection des courbes a1 t –b1 et a2 t –b2

a pour expression :

Il faut donc prendre les paramètres a1 et b1 si le

temps de concentration du bassin versant

considéré est inférieur au temps limite t, sinon il

faut prendre les paramètres a2 et b2 .

12

12

bbLnaLna

expt−−=



Exemple de calcul de

l’intensité sur Lille:

a1 = 323 et b1 = 0,499a2 = 925 et b2 = 0,826

point d’intersection 25 min

pour t = 15 min :

i = 323 x 15 – 0,499

soit i = 84 mm/h

pour t= 40 min :

i = 925 x 40 – 0,826

soit i = 44 mm/h

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NOTIONS D’HYDRAULIQUE


DEBIT CAPABLE D’UN OUVRAGE

• FORMULE DE MANNING - STRICKLER

V = K . Rh2/3 . p 1/2

Qc = V . S = K . Rh2/3 . p 1/2.SK = Coefficient de Manning - Strickler

Sm = Section mouillée de l’ouvrage au m2

Pm = Périmètre mouillé de l’ouvrage en m

Rh = Rayon hydraulique de l’ouvrage Sm /Pm en m

p = 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

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NOTIONS D’HYDRAULIQUE

Section mouillée (Sm)C'est la section "ABCD" occupée par le fluide dans l'ouvrage.

Périmètre mouillé (Pm)C'est le périmètre de l'ouvrage en contact avec le fluide égal àAB + BC + CD

Rayon hydraulique (Rh)C'est le "rayon moyen" de la section obtenu par le rapport

SmRh =

Pm

A

B C

D


LE COEFFICIENT K DE MANNING-STRICKLER

Valeurs courantes de K :- Fossés profonds engazonnés: K = 25 à 30

- Ouvrages en béton: K = 70 à 80

- Ouvrages PVC, PEHD: K = 100 à 120

- Ouvrages métalliques en tôle ondulée: K = 40 à 45

- Ouvrages engazonnés peu profonds: K varie de 7 et 30

par application de la formule suivante :et K = 18 loge (100 Rh) + 5,13 loge (pente) – 11

- Tuyaux en béton: K = 70 à 90

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VITESSES MAXIMALES

• Ouvrage en terreTerrain naturel sans végétation :

- limons : V = 0,2 à 0,5 m/s

- sable à granulométrie dense: V = 0,5 à 0,75 m/s- sables limoneux : V = 0,75 à 0,9 m/s- argiles : V = 0,9 à 1,5 m/s- graviers et galets : V = 1,5 à 2,4 m/s

Terrain naturel engazonné :

V = 1,8 m/svariable selon l’engazonnement

• Ouvrage en béton :V = 4 m/s


DEBIT CAPABLE D’UN OUVRAGE

Le Rh joue un rôle important, et de ce fait la forme de l’ouvrage

dépendra du but recherché par le projeteur.

En effet: pour une même section mouillée le Rh peut être différent

suivant le périmètre mouillé.

Exemple: soit deux ouvrages bétonnés de section mouillée S = 0,25 m2,

K = 80 et de pente p = 0,01 m/m

Si le projeteur recherche à évacuer rapidementpossible les eaux, il portera son

choix sur des ouvrages 1sans toutefois perdre de vue la vitesse (dégradation).

Dans le cas contraire, son choix va sur des ouvrages 2(revêtus ou engazonnés).

��

��L’ouvrage n° 2aura :

un Rh = 0,25 /2,70= 0,092 mV = 1,63 m/sQc = 0,407 m3/s

L’ouvrage n° 1aura :

un Rh = 0,25/1.50 = 0,166 mune vitesse V = 2,41 m/sun débit Qc = 0,602 m3/s

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DEBIT CAPABLE D’UN OUVRAGEVitesse et débit en fonction du remplissage

Tuyau béton ∅∅∅∅1000 pente 1%

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100%

% de remplissage

vite

sse

en m

/s d

ébit

en m

Débit

Vitesse

Dé b itma ximum à 94%

d e la ha ute ur

Vite s s e ma ximum à 81% de la

ha ute ur


LES BASSINS VERSANTS LES BASSINS VERSANTS LES BASSINS VERSANTS LES BASSINS VERSANTS ROUTIERSROUTIERSROUTIERSROUTIERS

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METHODE DE CALCUL

La méthodologie générale de dimensionnement

consiste à vérifier que le débit à évacuer est infé rieur

ou égal au débit capable de l’ouvrage choisi, tout au

long de l’écoulement. Elle est tirée du guide

technique Assainissement routier du SETRA (octobre

2006).


METHODE DE CALCULDONNEES PLUVIOMETRIQUES

Il faut se fixer la période de retour , en général :� 10 ans pour l'assainissement de la plate-forme

Pour connaître l’intensité de pluie à appliquer sur lebassin versant considéré, on utilise la relation de

Montana : i = a t -b

i = intensité de pluie en mm/h t = temps en minute

a et b sont les paramètres pluviométriques propres à la région d’étude.

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METHODE DE CALCULCARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES DU PROJET

L'IMPLUVIUML'IMPLUVIUM

Selon le point de calcul considéré, c'est la surfac edu bassin versant routier repris par l'ouvrage àcalculer.

Il est caractérisé par :� les surfaces élémentaires� le coefficient de ruissellement de chaque surface



Le coefficient de ruissellement:- chaussées, parties revêtues : C = 1

- grave stabilisée traitée : C = 0,8- grave stabilisée non traitée : C = 0,5- terre végétale engazonnée : C = 0,7 pour les surfaces

traversées par l’eau provenant de la chausséeC = 0,3 dans les autres cas

- ouvrage d’assainissement : C = 0,7 si engazonné

C = 1 si revêtu

D’où le coefficient de ruissellement pondéré :

C(C j L j )

L j=

×∑∑

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Exemple de calcul de coefficient de ruissellement

85,05,25,17,027

)5,23,0()5,11()17,0()21()71()(=

++++×+×+×+×+×=

×=

∑∑

Lj

LjCjCpond

7 m 2 m 1 m 1,5 m 2,5 m


METHODE DES TEMPS DE CONCENTRATIONDEMARCHE DE CALCUL

- 1. Débit capable de l’ouvrage choisiOn évalue le débit capable à pleine section

Qc = K . Rh 2/3 . p 1/2.S

- 2. Détermination de la vitesse pleine sectionOn détermine la vitesse Vc comme indiqué précédemment soit :

Vc = Qc / S

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- 3. Détermination du temps de concentrationOn calcule le temps de concentration Tc

Tc = Tc1 + Tc2 = (1 min. par voie) + (1/ 60 x (L / 0,85. Vc)) L : longueur de l’ouvrage en m. Tc1 : Temps de ruissellement sur la chaussée en minutesTc2 : Temps de parcours dans l’ouvrage en minutes

Tc : Temps de concentration en minutesVc : Vitesse de l’ouvrage



- 4. Évaluation de l’intensité correspondanteon évalue l’intensité à prendre en compte par laformule : i 10 = a (Tc)-b

- a et b : coefficients de MONTANA du site d’étude

- i10 en mm/h

- Tc temps de concentration du bassin versant routier en mn

- 5. Évaluation du coefficient de ruissellementon évalue le coefficient de ruissellement pondérépar la formule :

C( C j L j )

L j=

×∑∑

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- 6. Évaluation du débit d’apporton évalue le débit d’apport par la application de l aformule : Qa = (1/3600) x C x i 10 x A

Qa : débit en l/s

A : aire du bassin d’apport exprimée en m²

i : intensité de l’averse exprimée en mm/hC : coefficient de ruissellement pondéré



- 7. Vérification de l’ouvrage de collectePour l’ouvrage de collecte choisi, on compare le débit capable de

l’ouvrage (Qc) au débit d’apport (Qa)

. Si Qc > Qa : l’ouvrage choisi convient et on reproduitle calcul sur le tronçon suivant.. Si Qc < Qa, on passe à un autre ouvrage de capacitésupérieure.Le point d’insuffisance où Qa = Qc peut se déterminer plusprécisément par itération et obtenir ainsi la longu eur exacted’utilisation de l’ouvrage. De la même manière on peut connaître le débit de po inte réel

rejeté par le bassin au point de calcul désiré .

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METHODE DES TEMPS DE CONCENTRATIONDETERMINATION DU DEBIT DE REJET

En faisant varier la hauteur d’eau dans l’ouvrage (par itération),

on peut ainsi déterminer le débit de rejet :

Niveau 1 : Q cap1 ⇒⇒⇒⇒ V1 ⇒⇒⇒⇒ Tc1 ⇒⇒⇒⇒ I1 ⇒⇒⇒⇒ Q app1 Niveau 2 : Q cap2 ⇒⇒⇒⇒ V2 ⇒⇒⇒⇒ Tc2 ⇒⇒⇒⇒ I2 ⇒⇒⇒⇒ Q app2 Si on trace sur un graphique le débit d’apport du projet et le débit

de l’ouvrage en fonction de la hauteur d’eau, l’intersection des

deux courbes nous donne le débit maximum au rejet.


METHODE DES TEMPS DE CONCENTRATIONDETERMINATION DU DEBIT DE REJET

Débit de projet en fonction du débit capable de l'o uvrage

28

80

141

209

280

354

429

506

257

320

353375

390402 410 417

0

100

200

300

400

500

600

5 10 15 20 25 30 35 40Hauteur d'eau (cm)

Déb

its (l

/s)

Débit capable de l'ouvrage

Débit du projet

H=34cm

Q=408 l/s

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METHODE DES TEMPS DE CONCENTRATIONASSEMBLAGE DE BASSINS

Le regroupement de bassins se fait :

• Soit en série lorsqu’une zone s’écoule vers une autre zone,

• Soit en parallèle lorsque deux zones se regroupent en un point



Calcul des débits en série:Le temps de concentration Tc devient :

Alors : i = a (Tc) -b

A = ΣΣΣΣ AjC = (ΣΣΣΣ Cj.Aj ) / ΣΣΣΣ Aj

Donc : Qa = (1/3600) x C x i x A

∑+= Tc2Tc1Tc

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Calcul des débits en parallèle:

On prend l’intensité du bassin qui a le temps de concentration leplus long et on l’applique sur la totalité de l’impluvium considérée.

Exemple :On a : Q1 et Q2 avec i1 < i2 et Tc1 > Tc2

Donc :

i = i1 A = ΣΣΣΣ AjC = (ΣΣΣΣ Cj.Aj ) / ΣΣΣΣ Aj

D ’où : Qa = (1/3600) x C x i1 x A

DIR Assainissement routier

CETE Nord Picardie 44

LES BASSINS VERSANTS NATURELS

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BASSINS VERSANTS NATURELSGENERALITES

• Les bassins concernés par ces méthodes sont majoritairement des bassins dits « courants » de petite taille (jusqu’à quelques dizaines de km²),

• Pour certains types de bassins rencontrés, ces méthodes ne conviennent pas et demandent la réalisation d’une étude spécifique :

-Les bassins versants karstiques-Les bassins versants comportant de grandes zones de stockage-Les bassins versants urbains



• Les bassins versants karstiques

Il existe une incertitude sur les contours du B.V. réel par rapport au B.V. apparent

B.V. réel

B.V. apparent

R

R

R: Résurgences

Exutoire

Bassinversantkarstique

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• Les bassins versants comportant de grandes zones de stockage

Les débits sont écrêtés par ces zones de stockage aussi les méthodes proposées surestiment le débit.

Barrage

étang

coteau

ZONE INONDABLE

Bassinversant avecretenues d'eau



• Les bassins versants urbainsSelon l’Instruction Technique Relative à l’Assainissement des Agglomérations un bassin est réputé « urbain » si son taux d’imperméabilisation est < à environ 20 %.Ce taux est le rapport de la totalité des surfaces imperméabilisées à la superficie totale du B.V.Conditions de superficie du bassin versant urbain :SBVU ≤ 2 km² (limite d’utilisation des formules de l’Instruction)

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BASSINS VERSANTS NATURELSDETERMINATION DES CARACTERISTIQUES

• ---- Morphologique :Morphologique :Morphologique :Morphologique :* Superficie* Superficie* Superficie* Superficie en km²en km²en km²en km²* Pente moyenne* Pente moyenne* Pente moyenne* Pente moyenne en m/m ou % (dénivelée, longueur d’écoulement en m/m ou % (dénivelée, longueur d’écoulement en m/m ou % (dénivelée, longueur d’écoulement en m/m ou % (dénivelée, longueur d’écoulement

en m)en m)en m)en m)• ---- Occupation du solOccupation du solOccupation du solOccupation du sol ::::

. Zones boisées, zones urbanisées, autres (cultures, prairie. Zones boisées, zones urbanisées, autres (cultures, prairie. Zones boisées, zones urbanisées, autres (cultures, prairie. Zones boisées, zones urbanisées, autres (cultures, prairies, .)s, .)s, .)s, .) en km²en km²en km²en km²

• ---- GéologieGéologieGéologieGéologie ::::• ---- Nature du réseau hydrographiqueNature du réseau hydrographiqueNature du réseau hydrographiqueNature du réseau hydrographique :::: sections des lits et des ouvrages sections des lits et des ouvrages sections des lits et des ouvrages sections des lits et des ouvrages

existants, érosions, zones inondables ou retenues d’eau ….existants, érosions, zones inondables ou retenues d’eau ….existants, érosions, zones inondables ou retenues d’eau ….existants, érosions, zones inondables ou retenues d’eau ….• ---- Moyens d’étude :Moyens d’étude :Moyens d’étude :Moyens d’étude :

. Cartes topographiques. Cartes topographiques. Cartes topographiques. Cartes topographiques : 1/25.000ème IGN principalement: 1/25.000ème IGN principalement: 1/25.000ème IGN principalement: 1/25.000ème IGN principalement

. Plans topographiques du projet routier. Plans topographiques du projet routier. Plans topographiques du projet routier. Plans topographiques du projet routier

. Carte géologique. Carte géologique. Carte géologique. Carte géologique

. Reconnaissance pédestre. Reconnaissance pédestre. Reconnaissance pédestre. Reconnaissance pédestre


BASSINS VERSANTS NATURELSMETHODES DE CALCUL


Pour l’estimation des débits des bassins versants n aturels, il existe trois grandes familles de méthodes :

- méthodes statistiques :Elles nécessitent la connaissance de données observé es sur de longues périodes.

- méthodes analytiques :Elles consistent à quantifier le passage du hyétogra mme (pluie) à l’hydrogramme (débit)

- méthodes déterministes :Elles consistent à rechercher une relation entre les facteurs (climat, topographie, géologie etc..) et les caract éristiques des crues

Chaque formule a son propre domaine de validité

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Les méthodes utilisées dans le G.T.A.R. sont :- méthode rationnelle- méthode CRUPEDIX- méthode de transition (rationnelle, CRUPEDIX)

D’autres méthodes existent en exemple :- méthode SOGREAH- méthode SOCOSE- méthode KIRPICH - méthode de BURKLI-ZIEGLER




• METHODE RATIONNELLE

Données:- C :Coefficient de ruissellement

- source : évaluation par l’utilisateur

- A : Surface du Bassin versant

- source : caractéristiques topographiques du bassin versant en km²

- Tc : Temps de concentration du Bassin versant

- source : module de détermination de tc en minutes- a et b : Paramètres de Montana

- source : tables régionales ou imposés par l’utilisateur.

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• METHODE RATIONNELLE

Formulation Q 10 =(1/3,6)x C x I x A

Q10 : Débit décennal en m3/s A : Surface du bassin versant naturel en km2

I : intensité de la pluie en mm/h calculée par la formule de Montana : I = a Tc-b

C : coefficient de ruissellement• LIMITE DE VALIDITE :

-Superficie comprise entre 0 et 10 km² en France métropolitaine sauf façade méditerranéenne-Jusqu’à quelques dizaines de km² sur la façade méditerranéenne




• COEFFICIENT DE RUISSELLEMENT C pour T 10ans

On pourra adopter suivant la couverture végétale, l a forme, lapente et la nature du terrain les valeurs de C :

Couverture végétale

Morphologie Pente (%) Terrain sable grossier

Terrain limoneux

Terrain argileux

Bois Presque plat Ondulé

Montagneux

0-5 5-10 10-30

0,10 0,25 0,30

0,30 0,35 0,50

0,40 0,50 0,60

Pâturage Presque plat Ondulé

Montagneux

0-5 5-10 10-30

0,10 0,15 0,22

0,30 0,36 0,42

0,40 0,55 0,60

Culture Presque plat Ondulé

Montagneux

0-5 5-10 10-30

0,30 0,40 0,52

0,50 0,60 0,72

0,60 0,70 0,82

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• COEFFICIENT DE RUISSELLEMENT CEn présence de zones de perméabilités différentes, la valeur du

coefficient à prendre en compte est :

Aj étant les surfaces élémentaires auxquelles correspondent les

coefficients Cj

C(Cj Aj)

Aj=

×∑∑




• VARIATION DU COEFFICIENT C pour T > 10ansLe coefficient de ruissellement croît avec la pério de de retour etselon le degré de perméabilité et de rétention des sols. • La rétention initiale peut-être évaluée par la rela tion ci-après :

avec : -C (10) : coefficient de ruissellement depériode de retour 10 ans-P (10) :pluie 24h, T = 10 ans en mm-P (0) :seuil de ruissellement en mm

• Et la valeur de C (T) pour T > 10

avec C (10) < 0,8 , si C (10) ≥≥≥≥ 0,8, on admettra : P (0) = 0 et C (T) = C (10)

10)10(

0 8,01 P

CP ×

−=

−=

)(

0)( 18,0

TT P

PC

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• VITESSE D’ECOULEMENT SUR LES BASSINS VERSANTS NATURELS

La vitesse ( V en m/s) se détermine en fonction du type d’écoulement observé et de la pente ( p en mm/s) :

2/115 pV ×=2/14,1 pV ×=Écoulement concentréÉcoulement en nappe

écoulement en nappe




• POUR UN TEMPS DE CONCENTRATION T =10ansavec Lj : Longueur d’écoulement sur un

tronçon de pente constante en m.Vj : vitesse d’écoulement correspondante

en m/s.tc : temps de concentration en mn.

• POUR UN TEMPS DE CONCENTRATION T > 10ansavecavecavecavec : : : : . . . . tctctctc(T)(T)(T)(T) : temps de concentration pour la: temps de concentration pour la: temps de concentration pour la: temps de concentration pour la

crue de temps de retour T, en crue de temps de retour T, en crue de temps de retour T, en crue de temps de retour T, en mnmnmnmn....tctctctc10101010 : temps de concentration décennal, : temps de concentration décennal, : temps de concentration décennal, : temps de concentration décennal,

en en en en mnmnmnmn....PPPP((((TTTT)))) : pluie journalière non centrée de temps de retour T, en mm.: pluie journalière non centrée de temps de retour T, en mm.: pluie journalière non centrée de temps de retour T, en mm.: pluie journalière non centrée de temps de retour T, en mm.

P(P(P(P(10) : pluie journalière non centrée décennale, en mm.10) : pluie journalière non centrée décennale, en mm.10) : pluie journalière non centrée décennale, en mm.10) : pluie journalière non centrée décennale, en mm.P(P(P(P(0)0)0)0) : seuil de ruissellement, en mm.: seuil de ruissellement, en mm.: seuil de ruissellement, en mm.: seuil de ruissellement, en mm.

∑

×=

Vj

Lj

60

1tc

23,0

010

0)(10)(

−

−−

×=PP

PPtctc T

T

30



• INTENSITE DE LA PLUIE

i (T) = a (T) t-b (T)

Avec : - I (T)

:pluie critique en mm/h, pour une période de retour T.

- t : temps en mn égal au temps de concentration du bassin versant

routier en fonction de la période de retour T retenue.- a et b : paramètres pluviométriques données par le s Services

Météo selon la région d’étude et la période de retou r T.



• METHODE CRUPEDIXFormulation

Données:- Surface du bassin versant ( S) en km²- Coefficient régional ( R) carte nationale (sans unité)- Pluie décennale journalière ( P(10)) donnée Météo France en

mm (voir carte ci-après)- LIMITE DE VALIDITE :- - à partir de quelques km2 ou plusieurs dizaines de km2. - - formule valable pour le seul débit décennal

RP

SQ ×

×=

2

)10(8,010 80

31


METHODE CRUPEDIX

Carte pourl’application du

coefficient régional



• FORMULE DE TRANSITIONCette formule permet d’ajuster les débits fournis par les formules rationnelle et CRUPEDIX.

La formule de transition s’écrit : avec :

Q (T) : débit de projet de temps de retour T,Q (R (T) : débit fourni par la formule

rationnelle, temps de retour T,Q (C (T) : débit fourni par la formule Crupédix, temps de retour T,αααα, ββββ : coefficients de pondération avec 0 < αααα < 1 et 0 < ββββ < 1 et αααα + ββββ = 1

αααα varie linéairement de 1 à 0 lorsque la superficie (S) croît de 1 à 10 km², d’où :

αααα = France sauf façade méditerranéenne etββββ = 1 - αααα

αααα varie linéairement de 1 à 0 lorsque la superficie (S) croît de 10 à 50 km²

αααα = Façade méditerranéenne et ββββ = 1 - αααα

)()()( TCTRT QQQ ×+×= βα

9

10 S−

40

50 S−

32



• PLAGES D’UTILISATION POUR CHACUNE DES TROIS FORMULES

Formule

CRUPEDIX

Formule

de transition

Formule

rationnelle

Formule

rationnelle

France méditerranéenne

Formule

CRUPEDIX

Formule

CRUPEDIX

Formule

de transition

Formule

rationnelle

France sauf façade méditerranéenne

Km2Km2 50Km2 101

Superficie du bassin versant


CALCUL DES DEBITS DES BASSINS VERSANTS NATURELS

• METHODE SOGREAH (abaque de synthèse)Données:- Surface du bassin versant : caractéristiques topographiques du

bassin en km²- Pente du bassin versant : caractéristiques topographiques du

bassin en %- Pluie décennale (P10) : Météo France en mm - Perméabilité du sol : caractéristiques géologiques du bassin

(sans unité, sols assez imperméables ou semi-perméables

- LIMITE DE VALIDITE : 1 à 100 km2,voire 200 km2, P10 entre 50 et 200 mm.

-

33


ABAQUEABAQUEABAQUEABAQUEDEDEDEDESYNTHESESYNTHESESYNTHESESYNTHESESOGREAHSOGREAHSOGREAHSOGREAH

Exem pleS = 23 kmp% = 3P = 100 m msem i-perm éableQ = 17 m 3/s

So l assez im perm éab le (sab les et lim ons arg ileux) M arnes

Cas généra l de so lsem i-perm éab lesur des gran ites gneissroches volcan iquessch is tes g rés calca ires

aba que des d ébits des bassins versants

de 1 à 100 km 2

S kmp %P m m

et la perm éabilité


FORMATION ASSAINISSEMENT FORMATION ASSAINISSEMENT ROUTIERROUTIER

RETABLISSEMENT DES ECOULEMENTS NATURELS

34


On parle d’écoulement pour désigner le mouvement d’une masse d’eau à la surface du sol, dans un bief, un réseau…

Le régime d’écoulement caractérise quant à lui les conditions dans lesquelles s’effectue l’écoulement.

Il est déterminé:– D’une part par la pente, la forme et la rugosité de

la conduite– D’autre part par le débit et la viscosité du liquide

LES REGIMES D’ÉCOULEMENT


LES REGIMES D’ÉCOULEMENTIl existe différentes classifications des régimes d’écoulement, qui peuvent tous se rencontrer dans les réseaux d’assainissement urbains.

On peut ainsi différencier :–Les Les Les Les écoulements laminaires et les coulements laminaires et les coulements laminaires et les coulements laminaires et les écoulements turbulents,coulements turbulents,coulements turbulents,coulements turbulents,–Les Les Les Les écoulements permanents et les non permanents,coulements permanents et les non permanents,coulements permanents et les non permanents,coulements permanents et les non permanents,–Les Les Les Les écoulements coulements coulements coulements à surface libre et les surface libre et les surface libre et les surface libre et les écoulements en coulements en coulements en coulements en

charge,charge,charge,charge,–Les Les Les Les écoulements uniformes et les coulements uniformes et les coulements uniformes et les coulements uniformes et les écoulements varicoulements varicoulements varicoulements variés,s,s,s,–Puis en fonction de la pente, les Puis en fonction de la pente, les Puis en fonction de la pente, les Puis en fonction de la pente, les écoulements fluviaux, les coulements fluviaux, les coulements fluviaux, les coulements fluviaux, les

écoulements critiques ou les coulements critiques ou les coulements critiques ou les coulements critiques ou les écoulements torrentiels.coulements torrentiels.coulements torrentiels.coulements torrentiels.

35


LES REGIMES D’ÉCOULEMENTLes relations possibles entre les différents régimes d’écoulement apparaissent sur le schéma suivant:


LES REGIMES D’ÉCOULEMENTRégimes laminaires et turbulents

Physiquement, les deux régimes se distinguent par l a nature des interactions qui se produisent entre les particules de liquide.

Dans un régime laminairelaminairelaminairelaminaire les trajectoires suivies par les particules élémentaires du fluide restent toujours strictement parallèles et indépendantes, l’écouleme nt ne présente aucun brassage.

Au contraire dans un régime turbulentturbulentturbulentturbulent, les particules du fluide ne sont jamais strictement parallèles, elles ont tendances à s’entrechoquer dans des tourbillons de formation aléatoire. L’écoulement apparaît comme ag ité. Il y a donc un brassage permanent conduisant une dissipation plus importante de l’énergie.

36


LES REGIMES D’ÉCOULEMENTLa distinction entre les régimes laminaire et turbu lent se fait selon la valeur d’un nombre sans dimension iss ue d’une condition de similitude dans l’équation de Na vier Stokes :Le nombre de Reynolds dans une conduite d’assainissement

Avec :D :Diamètre de la conduite en m (ou diamètre hydrau lique : D = 4 Rh)V :Vitesse moyenne du fluide en m/sνννν :Viscosité cinématique en m²/sSi Re < 2000, l’écoulement est laminaireSi Re > 2300, l’écoulement est turbulentSi 2000 < Re < 2300, on est en régime de transitio n

υ= D.V

Re


37




• Régimes permanent et non permanent

Le régime permanentpermanentpermanentpermanent désigne un écoulement dont les caractéristiques ne varient pas dans le temps. Dans ces conditions, les différentes grandeurs hydrauliq ues (hauteur, vitesse et débit) conservent toujours la même valeur en un point donné.

Dans le cas contraire, on parle de régime non non non non permanentpermanentpermanentpermanent, de régime transitoire, ou encore parfois de régime évolutif.

38



39



• Écoulements en charge et à surface libreL’écoulement est dit à surface libresurface libresurface libresurface libre lorsqu’il se produit dans un canal à ciel ouvert ou dans une conduite fermée avan t que celle-ci ne soit pleine, et temps que la pression de l’ai r au dessus de la veine liquide est voisine de la pression atmosphéri que.

Il est dit en chargechargechargecharge lorsqu’il se produit dans une conduite fermée et que celle-ci est pleine. Il n’y a plus d’air dan s la conduite et la section mouillée de l’écoulement est égale à la sect ion totale de la conduite.

Les écoulements en charge sont théoriquement except ionnels dans les réseaux d’assainissement qui doivent être dimensionnés pour écouler à surface libre les débits correspondan t à la période de retour choisie comme référence.


LES REGIMES D’ÉCOULEMENT• Régime uniforme et régimes variés

Le régime uniformeuniformeuniformeuniforme correspond à un écoulement dont les caractéristiques hydrauliques (vitesse, hauteur , débit) sont strictement indépendantes du temps et d e la position.

Dés que l’une des caractéristiques de l’écoulement présente une variation dans l’étendue du tronçon étudié, le régime est dit varivarivarivarié.On distingue alors le régime graduellement varigraduellement varigraduellement varigraduellement varié, pour lequel les caractéristiques de l’écoulement varient lentement dans l’espace. Et le régime rapidement varié, pour lequel les caractéristiques de l’écoulement varient rapidement.

40




Schéma de représentation des différents régimes d’écoulement variés

Ligne d ’écoulement uniforme

Ligne de remous

ECOULEMENT GRADUELLEMENT VARIEECOULEMENT GRADUELLEMENT VARIE ECOULEMENT RAPIDEMENT VARIEECOULEMENT RAPIDEMENT VARIE

41



Écoulements à pente forte ou à pente faible

Les propriétés hydrauliques d’une rivière ou d’une conduite différent considérablement suivant les valeurs relatives de sa pente i et de la pente critique ic.

Si i < ic , le tronçon est dit à pente faible;Si i = ic , le tronçon est dit à pente critique;Si i > ic , le tronçon est dit à pente forte.


42



43


LES REGIMES D’ÉCOULEMENT• Régime fluvial et régime torrentiel

La distinction entre le régime fluvial et le régime torrentiel se fait selon la valeur d’un nombre sans dimension apparais sant dans l’équation de Navier : Le nombre de Froude

Avec : Fr : Nombre de FroudeB : Largeur au miroir en m (B=dS/dh)g : Accélération de la pesanteur en m/s²h : La hauteur d’eau en mV : La vitesse moyenne du fluide en m/sS : La section moyenne du fluide en m²Q : Débit en m 3/s (Q=V.S)

Si F < 1, le régime d ’écoulement est dit fluvial,Si F = 1, le régime d’écoulement est dit critique,Si F > 1, le régime d’écoulement est dit torrentiel.

3

22

S.gB.Q

g.hV

Fr ==



Si le régime d’écoulement est torrentiel, alors la hauteur d’eau est inférieure à la hauteur critique. Dans ces condition s, la céléritédes ondes est inférieure à la vitesse de l’eau et un e perturbation n’affecte les conditions d’écoulement qu’à l’aval de son point de départ.

Diffusion des ondes générées par l’enfoncement d’un caillou en régime torrentiel

44



45



Si le régime d’écoulement est fluvial, alors la hau teur d’eau est supérieur à la hauteur critique. Dans ces conditions, les ondes se propagent plus vite que l’ eau et toute perturbation affecte les conditions de l’écoulement à la fois à l’amont et à l’aval de son po int de départ.

Diffusion des ondes générées par l’enfoncement d’un caillou en régime fluvial


46



Les rétablissements d’écoulements naturels

Les rétablissements d’écoulements naturels font appel à la théorie des écoulements à surface libre. Un écoulement est dit libre si, à sa partie supérieure, le liquide est soumis à la pression atmosphérique ; la ligne piézométrique est confondue avec le niveau du liquide.

47


Les écoulements sont classés selon deux types:

- les écoulements uniformes

- les écoulements graduellement variés


- les écoulements uniformes :Un écoulement est uniforme si la pente, la section transversale (forme et nature des parois) et la vitesse sont constantes.

(ex : ouvrages d’assainissement de plate-forme)

Dans de telles conditions, on peut appliquer la formule de MANNING - STRICKLER :

Q K Rh I S= × × ×2 3 1 2/ /

48


- les écoulements graduellement variés : Un écoulement est graduellement varié si ses différents paramètres (pente, section transversale et vitesse) varient de façon continue, progressive et lente.

Dans de telles conditions, on applique l’équation de BERNOUILLI :

H z yV

gC te= + + =

2

2


L’équation de BERNOUILLI :

avec :H : charge en mètre z : cote d’un point quelconque du fondy : hauteur piézométrique V : vitesse de l’eau en m/sg : accélération de la pesanteur

H z yV

gC te= + + =

2

2

49



( )V

g

1

2

2( )V

g

1

2

2

Plan de référence

H

1 2

( )V

g

2

2

2

y1

z1

Ligne de charge

Ligne piézométrique :surface libre

fond

y2

z 2

∆ H

50


• Ligne de charge écoulement uniforme

Ligne de charge

Surface libre

z

h

2g

V 2

λ

Fond du canal

Niveau de référence

Fond

Z1

H1

H2

Z2

h1

h2

λV2g

22λ

V2g

12

E1 E2

∆E

Surface libre

Ligne de charge

• Ligne de charge écoulement graduellement varié


On peut écrire que la charge H entre le point 1 et 2 est constante aux pertes de charges près soit :

Pour simplifier, si on considère le fond comme plan de référence, l’équation devient :

Hs représente la charge spécifique.

Comme on obtient

H z yV

gz y

V

gH= + + = + + +1 1

1

22 2

2

2

2 2( ) ( )∆

VQ

S= H s y

Q

g S= +

2

22

Hs yV

gCte= + =

2

2

51


Hs

Hc

y1 yc y2

Q = co

nstan

te

Torrentiel Fluvial

y2

yc

y1

L

45

H


52


On constate que la charge spécifique passe par un minimum pour une hauteur d’eau yc appelée hauteur critique .

La profondeur critique est racine de l’équation :

Si la charge H est supérieure à la charge critique, l’écoulement peut se faire de deux manières : y1 et y2.

Si la profondeur de l’eau est faible : y1 < yc alors la vitesse est grande.

Si la profondeur de l’eau est forte : y2 > yc alors la vitesse est faible.

On définit ainsi deux régimes d’écoulement possibles :- le régime torrentiel (y < yc) - le régime fluvial (y > yc).

Q L

g S

2

3 1=


53



Régime fluvial : l’énergie cinétique est faible, la hauteur d’eau est importante, la vitesse est faible, on dit qu’on se trouve en contrôle aval .

Régime torrentiel : l’énergie cinétique est importante, la hauteur d’eau est faible, la vitesse est forte, on dit qu’on se trouve en contrôle amont .

54


Lorsqu’on passe du régime torrentiel aurégime fluvial, il y a création d’un ressautqui est générateur d’affouillements, etpeut mettre en péril la stabilité del’ouvrage. Cela montre l’importance de connaître lanature du régime d’écoulement résultantde l’ensemble thalweg amont - ouvragehydraulique - thalweg aval.


55



56



57


La hauteur critique yc ne dépend, ni de la pente,ni de la rugosité du canal. Elle ne dépend quede la forme du canal et du débit Q à évacuer. Donc pour un débit donné Q, yc est déterminéetandis que yn dans l’ouvrage varie avec la pente I,on peut pour ce débit déterminer une pente critique Ic pour laquelle la profondeur normale yn( ) est égale à la profondeur critique yc ( )

D’où :Ic

g S

K Rh Lcritique= 2 4 3/

Q K Rh I S= × × ×2 3 1 2/ /

Q L g S2 3=


On peut donc affirmer que le débit capable d’un ouvrage n’est plus fonction de sa pente dès que celle-ci est supérieure à la pente critique.

Un ouvrage ne peut débiter plus qu’il ne peut absorber.

Le « débit capable » réel reste constant dès que l’on a atteint la pente critique.

58


Les différents régimes d’écoulement

Plusieurs cas de figures peuvent seprésenter :

- Régime fluvial dans le cours d’eau

- Régime torrentiel dans le cours d’eau


Régime fluvial dans le cours d’eau

Cas 1 : régime fluvial dans l’ouvrage yn > ycLa ligne d’eau dépend des conditions aval

-sous-cas 1.1 : haval < yc

On compare alors H2 à la hauteur admissible et on modifiel’ouvrage le cas échéant. Cette surélévation des ea ux est appeléeremous d’exhaussement et la ligne d’eau est la lign e de remous .

Régime fluvial dans l'ouvrage

hayc yn

Régime fluvial aval

h11 2

h2 H2

( )H h KeV

g2 1 1

2

2

= + +

59


-sous-cas 1.2 : haval > yc- si haval est supérieure à la génératrice supérieure de la bu se, l’écoulement se fait en charge et il faut modifier l’ouvrage.- suivant que haval est supérieure ou non à yn , on aura des lignes d’eau différentes :si ha 1 < yn ligne d’eau 1 avec

si ha 2 > yn ligne d’eau 2 avec

( )H h KeV

g2 1 1

2

2

= + +

( )H ha KeV

g2 2 1

2

2

= + +

yc

avec Réaction Aval si ha > ynOuvrage en Régime Fluvial

1

ha1

F

yn h1

2

ha2

2


Cas 2 : régime critique dans l’ouvrage yn = yc

Nous sommes en présence d’un régime critique instable, ce cas de figure est à éviter à priori.

60


Cas 3 : régime torrentiel dans l’ouvrage yn < ycLa ligne d’eau dans la buse dépend des conditions

amont.

Dans ce cas de figure, il se forme un ressaut qui e st à éviter. Cephénomène est observé lorsqu‘une partie tranquille succède à unepartie torrentielle. On augmentera l’ouverture ou o n diminuera lapente de l’ouvrage afin d’obtenir un régime fluvial dans l’ouvrage.

yn

Régime Aval Fluvial

ha Ressautyc

h1h2 H2


Régime torrentiel dans le cours d’eau

Cas 1 : régime torrentiel dans l’ouvrage yn < ycLa ligne d’eau dépend des conditions amont

Le calcul de H2 est inchangé mais on prendra pour hauteur d’eau dans la buse h1 = yc d’où la charge à l’amont.

Ouvrage en Régime Torrentiel

Régime Aval Torrentiel

ha yn

1

yc h1

2

h2 H2

61


Cas 2 : régime fluvial dans l’ouvrage yn < yc

Ce cas de figure est à proscrire, il se forme un ressaut à l’entrée de l’ouvrage qui en se dissipant risque de détruire notre ouvrage routier.


Choix du coefficient d’entonnement

Les pertes de charge par rugosité sont négligées pour lesouvrages courts (Longeur < 30 m) dans les calculspar rapport à la perte de charge singulière due à l’entonnement quis ‘écrit :

Le coefficient de forme Ke varie selon le type de l’entrée de l’eaudans l’ouvrage. On peut prendre les valeurs dans le tableausuivant :

p d c K eV

g. . . =

2

2

TYPE DE L’ ENTREE KeExtrémité en saillie (schéma1) 0,9Extrémité taillée en sifflet (schéma 2) 0,7Extrémité avec mur de tête et murs en aile (schéma 3) 0,5

62


Ke = 0,9 Ke = 0,7

Ke = 0,5

Schéma 3 - Extrémité avec mur de tête et murs en aile

Ces coefficients de forme Ke repris ci-dessus ne tiennent pas compte d’un rétrécissement parfois important de l’écoulement dû au remblai routier et à l’ouvrage . Aussi pour ces cas de figures plus complexes, on peut utiliser la formule de BRADLEY. En effet, Ke peut atteindre des valeurs beaucoup plus élevées ( de 2 à 3 ).

Schéma 2 - Extrémité taillée en sifflet

Schém a 1 - Extrém ité en sa illie

R adie rfacu lta tif

re tou r

M u r p ara fo u illefacu lta tif

M u r e n


Méthode de calcul :

1 - Nature de l’écoulement dans le fossé aval parcomparaison de hn et hc.

Si l’écoulement aval est fluvial conserver un régime fluvial dans l’ouvrage.

2 - Choisir un ouvrage :pente et dimension

Cela dépend des contraintes propres au projet.

3 - Vérifier la nature de l’écoulement dans l’ouvrage. Éventuellement modifier le choix

63


Méthode de calcul :

3 - Vérifier la nature de l’écoulement dans l’ouvrage. Eventuellement modifier le choix

4 - Calculer la section mouillée

5 - Calcul de la vitesse: Vérifier V < 4 m/s.

6 - Calcul de la hauteur amont

Ham = y + (1 + ke) V²2g

Vérifier que la hauteur amont est acceptable vis à vis des contraintes du projet.


LES BASSINS DE RETENUELES BASSINS DE RETENUELES BASSINS DE RETENUELES BASSINS DE RETENUE

64


HISTORIQUE• Atteintes des limites de l’assainissement

classique�� Gestion de débits plus importantsGestion de débits plus importants�� Augmentation des diamètres des Augmentation des diamètres des

canalisationscanalisations�� Développement de l’urbanisationDéveloppement de l’urbanisation• Conséquences de l’assainissement

classique�� InondationInondation�� PollutionPollution�� Nappes non alimentéesNappes non alimentées


DéfinitionLes bassins de retenue sont des ouvrages destinés à régulariser les débits reçus de l’amont afin de restituer à l’aval un débit compatible avec la capacité de l’exutoire.

65


Principes de fonctionnementAu niveau des principes, ces ouvrages sont à consid érer selon trois

fonctions :-écrêtement des pointes d’orage-rétention temporaire destinée à maîtriser les débo rdements-restitution des volumes stockés à faible débit

Variation de débitsen l /s

Tempsen heure

Débit de vidange

Debit de pointeEcrétement de l’hydrogramme

Restitutiondans le temps

Schéma du mécanisme de la retenue


DIMENSIONNEMENT HYDRAULIQUE : Les DIMENSIONNEMENT HYDRAULIQUE : Les DIMENSIONNEMENT HYDRAULIQUE : Les DIMENSIONNEMENT HYDRAULIQUE : Les modmodmodmodèles globauxles globauxles globauxles globaux

• Méthode des pluies et méthode des volumes :

Ces méthodes, conseillées par l'Instruction technique de 1977, ont pour objectif de permettre de dimensionner facilement les volumes des ouvrages de stockage.

66


Le coefficient dLe coefficient dLe coefficient dLe coefficient d’apportapportapportapport

Le coefficient d’apport Ca permet de calculer le volume d’ouvrages de stockage. Il indique la fraction de la pluie tombée sur le bassin versant parvenant à l’exutoire.

L’évaluation précise de Ca est délicate et doit tenir compte des conditions hydrogéologiques locales. Sa détermination reposera de préférence sur le rapport entre la mesure des volumes écoulés par l’émissaire et la mesure de volume de pluie brute.


• Détermination du coefficient d’apport :

avec :Vb : volume de pluie brute sur l'unité hydrologiqueVr : volume de ruissellement récupéré à l'exutoire de l'unité

hydrologique au cours d'un épisode pluvieux

b r / VV=Ca


67


Dès lors que le bassin est hétérogène et contient d es zones naturelles son évaluation est délicate.

A défaut d’étude spécifique : – On peut considérer pour un bassin versant routier

que Ca est équivalent au coefficient de ruissellement pondéré de la plate-forme routière.

– Pour la reprise d’un bassin versant naturel, la détermination du Ca peut être évaluer par l’utilisation d’un nomogramme ( cf ci-après).



Autre exemple d’évaluation du coefficient d’apport (Ca) pour des bassins versants naturels

•Pour l’ utilisation du nomogramme, on divise le bassin en éléments homogènes auxquels on affecte des Ca en fonction de la nature géologique des sols et du pourcentage de couverture végétale

(1) Sols imperméables

(2) Sols plutôt imperméables

(3) Sols plutôt perméables

(4) Sols perméables0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

Formule de pondérationdes coefficients

(1)

(2)

(3)

(4)

Pourcentage de couverture végétale

Val

eurs

ap

pro

chée

s d

es c

oef

fici

ents

d

' app

ort

SSC

=Caii∑


68


MMMMéthode des pluiesthode des pluiesthode des pluiesthode des pluies

Hypothèses:

- débit de fuite de l'ouvrage de stockage constant

- transfert instantané de la pluie àl'ouvrage de retenue (méthode applicable que pour des bassins versants relativement petits : quelques dizaines d’hectares, et ne contenant aucun ouvrage de stockage et de régulation existant)

- événements pluvieux indépendants


Application de la méthode des pluies :1. Etablissement de la courbe « hauteur - durée - fréquence »

locale pour la période de retour choisie avec la formule de Montana :

h (k.∆t,T) = im(k.∆t,T) × k.∆t= a × (k.∆t)(1-b)

h (k.∆t,T) : Hauteur d’eau en mmk.∆t : intervalle de temps en minutes de pluie (∆∆∆∆t est le

pas de mesure) im: intensités moyennes maximales de pluiea et b : coefficients de montana (a et b > 0)T : Période de retour de la pluie


69




hauteur précipitée

d

T=2 ans

T=5 ans

T=10 ans

Courbe Hauteur-durée-fréquence


70


2. Etablissement de la courbe de la hauteur d’eau vidangée cumulée en fonction du temps à partir du débit de fuiteQssupposé constant avec :

avec :qs : débit spécifique en mm/hQs : débit de fuite constant de l’ouvrage en m3/sSa : surface active de ruissellement alimentant

l'ouvrage de stockage en haSa = Ca . S

avec :S : surface totale du bassin versant drainéCa : coefficient d'apport

a

ss S

Q360=q



hauteur d'eau évacuée

h (k.

q .k.s

h (q ,T)max s

k.

∆ t

∆ t

∆ t ,T)

La hauteur d'eau évacuée par le système de vidange du bassin s'écrit :

courbe de la hauteur d’eau évacuée cumulée H(k. ∆t)

H (k.∆t) = qs ×××× (k.∆t)


71


3. Détermination de la plus grande valeur de∆hmax (différence maximale entre la hauteur vidangée et la hauteur précipitée)

hauteur d'eau évacuée

h (k.

q .k.s

h (q ,T)max s

k.

∆t

∆t

∆t ,T)

Superposition de la courbe Hauteur-durée pour une fréquence choisie et de la

courbe de la hauteur d ’eau vidangée cumulée



4. Calcul du volume utile de stockage V en m3

avec :V : volume d'eau à stocker en m3

∆∆∆∆hmax : hauteur totale à stocker en mmSa : surface active de ruissellement alimentant l'ouvrage

de stockage en ha

amax S ∆h 10 =V ××××××××


72


Application de la méthode des pluies : Méthode numérique

Calcul de tmax :( )( )

0dt

t.q-thd s =( )

0dt

t.q-a.td sb-1

= ( ) 0q-tb-1a s-b =

( )b

smax b-1a

qt

1−

=


b1

a

smax )b1(aS

Q60000t

−

−×××=

d’où

avec : tmax : temps de remplissage du bassin en minutesQs : débit de fuite constant de l’ouvrage en m3/sSa : surface active de ruissellement alimentant l'ouvrage de stockage en m2

a et b : coefficients de montana (a et b > 0) pour une intensité de pluie i exprimée en mm/min.Remarque importante: Le temps de remplissage doit être dans l’intervalle de validité des coefficients de Montana utilisés.

donc


Calcul de ∆hmax:

D’où le volume d'eau à stocker en m3 :

(((( )))) maxsmaxmax t.qtHH −−−−====∆∆∆∆

(((( )))) maxs-b

maxmax tq-taH ××××××××====∆∆∆∆

( ) 10××××= amaxs-b

max Stq-taV


maxs

b

a tQta

SV ××−××=−

601000

1

Soit :avec : tmax : temps de remplissage du bassin en minutesQs : débit de fuite constant de l’ouvrage en m3/sSa : surface active de ruissellement alimentant l'ouvrage de stockage en m2

a et b : coefficients de montana (a et b > 0) pour une intensité de pluie i exprimée en mm/min.

73


MMMMéthode des volumesthode des volumesthode des volumesthode des volumes

Hypothèses:

- le débit de fuite de l'ouvrage de stockage constant

- transfert instantané de la pluie à l'ouvrage de retenue


Application de la méthode des volumes :1. Etablissement de la courbe des hauteurs cumulées sur la

durée d'analysehauteurs cumulées

temps

Année

Episode 1

Episode 2

Episode j

qs

qsh ( )i j

i


74


Réalisation d’un classement fréquentiel de ces valeurs maximales∆hmax

avec :α α α α et ββββ : coefficients empiriques.r : rang de l’événementTi : période de retour empirique de l'événementN : nombre d’années d’observation

ββββ++++αααα−−−−====

Nr

Ti



2. Etablissement des courbes permettant la détermination

de la hauteur spécifique

T=10 ans

T=5 ans

T=2ans

qsh ( ,T)max

q s

Courbes permettant la détermination de la hauteur spécifique


75


3. Détermination du débit spécifiqueà partir du débit de fuite Qssupposé constant et de la surface active avec :

avec :qs : débit spécifique en mm/hQs : débit de fuite constant de l’ouvrage en m3/sSa : surface active de ruissellement alimentant l'ouvrage

de stockage en haSa = Ca . S

avec :S : surface totale du bassin versant drainéCa : coefficient d'apport

a

ss S

Q360=q



4. Détermination de la capacité spécifique de stockage ∆hmax avec :

T=10 ans

T=5 ans

T=2ans

qsh ( ,T)max

q s

∆∆∆∆hmax

en mm

qs en mm/h


76


5. Calcul du volume utile de stockage V en m3

avec :V : volume d'eau à stocker en m3

∆∆∆∆hmax : hauteur totale à stocker en mmSa : surface active de ruissellement alimentant l'ouvrage

de stockage en ha

amax S ∆h 10 =V ××××××××



Abaque Ab7 de l'Instruction technique de 1977 :

Le guide conseille de ne plus utiliser cet abaque Ab7

77


LIMITES D’UTILISATION DE CES METHODES• La méthode des volumesne définit que 3 régions

pluviométriques et ne prend pas en compte la pluviométrie locale.

• La méthode des pluiesutilise des courbes enveloppes définies à partir de courbes IDF en fonction de données locales pluviométriques.

• Ces méthodes sont applicables pour des surfaces de bassins versants de taille modeste < 200 à 300 ha.

• La méthode des débits consiste à simuler les écoulements au travers de modèles mathématiques (logiciels de calcul) et n’a pas de contrainte de surface.


REGULATION DU DEBIT SORTANT

Il existe deux possibilités :- par la mise en place d’un orifice calibré- par l’installation d’un régulateur de débit

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DIMENSIONNEMENT D’UN ORIFICE CALIBRE

Il s’agit d’un simple ajutage délivrant un débit de fuite en fonction d’une hauteur d’eau amont

Formules utilisées :

d’où

avec :Qf = débit de fuite en m 3/s= coefficient de contraction égal à 0,6 à 0,8

S = Surface de l’orifice en m²h = hauteur moyenne de charge en mg = accélération de la pesanteur soit 9,81 m.s -2

Qf S gh= × ×µ 2

µ

SQf

gh=

µ 2


DIMENSIONNEMENT D’UN ORIFICE CALIBRE

Le diamètre de l’orifice calibré est obtenu en

utilisant les formules suivantes :

d’où

avec D : diamètre de l’orifice calibré en mS : surface de l’orifice calibré en m²

SD

=π 2

4D

S=

4

π

79


REGULATEUR DE DEBIT

Il s’ agit d’un appareil couramment utilisé, permettant de contrôler le débit de fuite à une valeur constante.

Il existe différents types de régulateurs :- La prise d’eau s’effectue en surface par un

avaloir maintenu par des flotteurs - la régulation est réalisée par un obturateur

à flotteur


remarques :Le régulateur de débit permet d’obtenir un débit de

fuite constant dès le début de l’épisode pluvieuxPar contre, pour un orifice calibré, le débit de fu ite

varie selon la charge d’eau dans le bassin. Pour tenir compte de ce problème, on majore le volume utile.

*

• formule utilisable qu’en région I

V Vu= × 123,

80


PROFIL HYDRAULIQUE D’UN BASSIN DE RETENUE

Mar

nage

fond de bassin

Cloison siphoide

Zone de SédimentationBassin versant routier

Arrivée

Radierd'entrée

Bassin de rétention

Débit de fuite

( pollution accidentelle )

Vanne d'obturation

P = 1%0,3

m

Ouverture Calibrée

P 1%

0,2

m

arrivée duby pass

Regard de By passmuni de vannes

Rejet


Coupe type d’un orifice calibré

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RRRRégulateur de dgulateur de dgulateur de dgulateur de débit bit bit bit à seuil flottantseuil flottantseuil flottantseuil flottant


Obturateur variable à flotteur

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Obturateur variable à flotteur (vue en plan)


Bassin d’eaux pluviales autoroutier étanche par géomembrane, avec débit régulé par seuil flottant

Documents

03-Assainissement Routier (Dimensionnement)