1.11-Dimensionnement D'un Déversoir Frontal [PDF]

Zitiervorschau

TD hydraulique à surface libre

2.13 Dimensionnement d’un déversoir frontal (R.P.U.) L’objectif de cette étude est le dimensionnement d’un déversoir d’orages de réseau d’assainissement appelé « déversoir frontal ». L’étude se fera au régime permanent et uniforme. La figure suivante représente une vue de dessus du déversoir. Toutes les canalisations sont circulaires.

Conduite amont

Conduite aval

On notera pour chaque canal : Q : le débit, I : la pente, Ks : le coefficient de Strickler, D : le diamètre, hn : la hauteur normale.

Seuil déversant Vue de dessus

 

D’un point de vue hydraulique, l’objectif d’un déversoir est de contrôler le débit aval de la façon suivante : tant que le débit amont n’atteint pas un débit seuil Qseuil (appelé aussi débit de référence), le débit amont est identique au débit aval, c’est-à-dire qu’il n’y a pas de déversement, dès que le débit amont est supérieur au débit seuil Qseuil, il y a déversement et on impose que le débit aval maximal Qaval.maxi soit proche du débit seuil Qseuil, c'est-à-dire que l’augmentation du débit aval pour le débit amont maximal Qamont.maxi doit être maitrisée et ne pas dépasser 120% du débit seuil. (Qaval.maxi=1,2. Qseuil) La figure suivante illustre le principe de fonctionnement d’un déversoir.

Qaval Qaval.maxi Qseuil

Qseuil

Qamont maxi

Qamont

Dimensionnement de la conduite amont L’objectif de cette partie est de dimensionner le diamètre et la pente de la canalisation amont. Le déversoir d’orage est sollicité par un débit amont maximal que l’on notera : Qamont.maxi On impose comme contrainte hydraulique au régime permanent et uniforme (R.P.U.) que : o Pour Qamont.maxi la hauteur normale hn.amont(Qamont.maxi) représente 80% du diamètre, o Pour Qamont.maxi le nombre de Froude soit de 0,75. José VAZQUEZ et Matthieu DUFRESNE

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TD hydraulique à surface libre o Déterminer une relation au R.P.U. entre Q, Ks, I, D et y n  o Déterminer une relation entre le Froude et Q, D et y n 

hn . D

hn . D

o En respectant les deux contraintes hydrauliques précédentes : o déterminer une relation entre D et Qamont.maxi, Froude=0.75 et y n  o déterminer une relation entre I et Qamont.maxi, Ks, D et y n 

hn , D

hn . D

Dimensionnement de la conduite aval : méthode 1 Principe : o Au débit seuil, la canalisation aval est à surface libre. o Au débit aval maximal, la canalisation aval est en charge.

L’objectif de cette partie est de dimensionner : o Le diamètre et la pente de la canalisation aval au débit seuil, o La longueur de la canalisation au débit aval maximal. Dimensionnement du diamètre et de la pente On impose comme contraintes hydrauliques au régime permanent et uniforme (R.P.U.) que : o Pour Qseuil la hauteur normale représente 80% du diamètre, o Quel que soit le débit aval, le nombre de Froude est inférieur ou égal à 0,75. o En se plaçant au R.P.U. au débit seuil, déterminer une relation entre le Froude et h Ks, I, D et y n  n . D 3 Ks I.D1/ 6 alors pour tout débit au o Montrer simplement que si on vérifie : 0.75  4 g R.P.U. le nombre de Froude est inférieur à 0,75. o En respectant les deux contraintes hydrauliques précédentes, déterminer : h o une relation entre D et Qseuil, Froude=0.75 et y n  n , D o une relation entre I et Ks, D et Froude=0.75. Dimensionnement de la longueur de la canalisation aval

Ligne piézométrique Seuil déversant

Conduite amont

A

Conduite aval B Longueur

José VAZQUEZ et Matthieu DUFRESNE

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TD hydraulique à surface libre On négligera les pertes de charge singulière. Les pertes de charge linéaire seront représentées par la relation de Manning-Strickler écrite en section pleine. On impose les contraintes hydrauliques suivantes au débit aval maximal : o La canalisation aval est en charge, o La conduite aval est à gueule bée, c'est-à-dire que la ligne piézométrique passe par le point B, o La ligne piézométrique à l’entrée de la canalisation aval passe par la hauteur normale de la canalisation amont correspondant au débit amont maximal : hn.amont(Qamont.maxi). o Montrer qu’en utilisant la perte de charge (J) par unité de longueur représentée par la relation de Manning-Strickler écrite en section pleine on 410 / 3.Q 2 a : J  2 2 16 / 3 Ks . .D o En écrivant Bernoulli dans la canalisation aval entre le point A et le point B, déterminer une relation entre la longueur de la canalisation aval et I, la hauteur au point A (hA), la hauteur au point B (hB) et la perte de charge linéaire dans la canalisation J. o En utilisant Bernoulli et les contraintes hydrauliques précédentes, déterminer une relation entre la longueur de la canalisation aval et I, hn.amont(Qamont.maxi), D, Qaval.maxi et Ks.

Dimensionnement de la conduite aval : méthode 2 Principe : o Au débit seuil et au débit aval maximal, la canalisation aval est en charge.

L’objectif de cette partie est de dimensionner : o la pente et la longueur de la canalisation aval au débit seuil et au débit aval maximal. On impose comme contraintes hydrauliques que : o Le diamètre de la canalisation est connu, o La sortie de la conduite aval est à gueule bée, c'est-à-dire que la ligne piézométrique passe par le point B, o Pour Qseuil, la ligne piézométrique au point A passe par une hauteur correspondant à 1.5 fois le diamètre aval, o Pour le débit aval maximal, la ligne piézométrique au point A passe par la hauteur normale de la canalisation amont correspondant au débit amont maximal : hn.amont(Qamont.maxi). o En écrivant Bernoulli au débit seuil entre le point A et le point B, déterminer une relation entre la longueur de la canalisation aval et I, D, Qseuil et Ks. o En écrivant Bernoulli au débit aval maximal entre le point A et le point B, déterminer une relation entre la longueur de la canalisation aval et hn.amont(Qamont.maxi), I, D, Qaval.maxi et Ks. o Déterminer la longueur de la canalisation aval en fonction de : D, Qseuil, Ks, hn.amont(Qamont.maxi), Qaval.maxi. o Déterminer la pente de la canalisation aval en fonction de : la longueur, D, Qseuil et Ks.

Dimensionnement du seuil José VAZQUEZ et Matthieu DUFRESNE

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TD hydraulique à surface libre On fera l’hypothèse que le fonctionnement de la crête du déversoir frontal fonctionne comme un seuil aéré sans contraction latérale à mince paroi et dénoyé. En fonction des contraintes hydrauliques précédentes, justifier et déterminer la hauteur du seuil : o Pour la méthode 1, o Pour la méthode 2. On rappelle les contraintes hydrauliques suivantes au débit amont maximal pour les méthodes 1 et 2 : o La canalisation aval est en charge, o La ligne piézométrique à l’entrée de la canalisation aval passe par la hauteur normale de la canalisation amont correspondant au débit amont maximal : hn.amont(Qamont.maxi). o L’écoulement dans le déversoir est fluvial. Déterminer le débit déversé maximal en fonction de Qamont.maxi et Qseuil. Déterminer pour ce débit la longueur de la crête en fonction de Cd, Qamont.maxi, Qseuil, w (hauteur de crête) et hn.amont(Qamont.maxi).

Application numérique On désire dimensionner un déversoir frontal ayant les caractéristiques hydrauliques suivantes : Qamont.maxi = 0.86 m3/s, Ks= 70 pour l’amont et l’aval, Qseuil = 0.095 m3/s, Qaval.maxi=1,2. Qseuil, On prendra Cd=0.42. Déterminer le diamètre et la pente de la canalisation amont. Méthode 1 : Déterminer le diamètre, la pente et la longueur de la canalisation aval. Dimensionner la hauteur et la longueur du seuil. Méthode 2 : On impose un DN300 à l’aval. Déterminer la pente et la longueur de la canalisation aval. Dimensionner la hauteur et la longueur du seuil.

José VAZQUEZ et Matthieu DUFRESNE

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