Dimensionnement EP [PDF]

Zitiervorschau

SUPPORT DE FORMATION v10 Dimensionnement EP

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Sommaire 1.

PREAMBULE ............................................................................................................... 4

2.

MAITRISER LES NOTIONS DE BASE EN HYDRAULIQUE URBAINE ..................... 5 Les recommandations techniques ............................................................................... 5 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6

L'instruction technique de 1977 ................................................................................................... 5 Les normes NF EN 752 et NF EN 16933-2 ................................................................................. 6 Le Fascicule 70 ............................................................................................................................ 6 La ville et son assainissement ..................................................................................................... 7 Le Memento Technique ............................................................................................................... 9 Les guides techniques locaux .................................................................................................... 10

Les paramètres d’une étude hydraulique .................................................................. 11 2.2.1 Les modèles hydrologiques ....................................................................................................... 11 2.2.2 Le calcul d’un débit de pointe .................................................................................................... 11 2.2.2.1 Méthode rationnelle ........................................................................................................... 12 2.2.2.2 Méthode superficielle / formule de Caquot........................................................................ 13 2.2.2.3 Ce qu’il faut retenir ............................................................................................................ 14 2.2.3 Les données pluviométriques .................................................................................................... 14 2.2.3.1 Choix de la pluie ................................................................................................................ 14 2.2.3.2 La durée d’observation ...................................................................................................... 16 2.2.3.3 La période de retour .......................................................................................................... 17 2.2.4 Le coefficient de ruissellement / d’apport .................................................................................. 19

3.

DIMENSIONNER UN COLLECTEUR ........................................................................ 22 Le principe ................................................................................................................... 22 Le choix des paramètres ............................................................................................. 22 3.2.1 3.2.2

Les différentes formules existantes ........................................................................................... 22 Le coefficient de rugosité ou coefficient d’écoulement .............................................................. 23

Cas n°1 : Projet d’une surface totale entre 0.5 et 1ha ............................................... 24 3.3.1 Utilisation de la calculatrice hydraulique .................................................................................... 25 3.3.1.1 Calcul du débit de pointe ................................................................................................... 25 3.3.1.2 Calcul du diamètre du collecteur ....................................................................................... 27 3.3.2 Utilisation de la méthode graphique .......................................................................................... 29 3.3.2.1 Paramétrage du réseau .................................................................................................... 29 3.3.2.2 Saisie du tronçon à dimensionner ..................................................................................... 31 3.3.2.3 Paramétrage de l’étude ..................................................................................................... 32 3.3.2.4 Saisie du bassin versant ................................................................................................... 34 3.3.2.5 Saisie du cheminement hydraulique ................................................................................. 36 3.3.2.6 Edition du résultat des débits des bassins ........................................................................ 37 3.3.2.7 Calcul du diamètre ............................................................................................................ 38

Cas n°2 : Projet d’une surface totale > 1ha selon la méthode graphique ................ 40 3.4.1.1 3.4.1.2 3.4.1.3 3.4.1.4 3.4.1.5 3.4.1.6 3.4.1.7

4.

Saisie des tronçons à dimensionner ................................................................................. 41 Paramétrage de l’étude ..................................................................................................... 42 Saisie des bassins versants .............................................................................................. 43 Saisie des cheminements hydrauliques ............................................................................ 47 Assemblage des bassins versants .................................................................................... 48 Edition des résultats .......................................................................................................... 49 Calcul du diamètre des collecteurs ................................................................................... 50

DIMENSIONNER UNE RETENTION.......................................................................... 51 Utilisation de la calculatrice hydraulique................................................................... 51 4.1.1 4.1.2

Renseignement des paramètres ................................................................................................ 51 Calcul du volume de rétention ................................................................................................... 52

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Utilisation de la méthode graphique .......................................................................... 53 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4

Paramètrage de l’étude .............................................................................................................. 53 Saisie du bassin élémentaire ..................................................................................................... 54 Saisie du bassin de retenue....................................................................................................... 54 Edition d’un tableau de résultats ................................................................................................ 56

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1. PREAMBULE Mensura permet de dimensionner des diamètres de canalisations et des volumes de bassins de rétention grâce au module Assainissement. Avant tout calcul de dimensionnement il est important de bien comprendre les notions de base de l’hydraulique. Le chapitre 2 du présent support est un rappel des grands principes de l’hydraulique urbaine et des documents de référence à connaître. Le chapitre 3 est consacré au calcul de dimensionnement de réseaux d’eaux pluviales selon la méthode rationnelle ou superficielle. Le résultat permet d’obtenir des débits de bassins élémentaires, en fonction de quoi Mensura peut proposer les diamètres des canalisations à mettre en place. Le chapitre 4 traite du dimensionnement d’un volume de rétention.

Les méthodes et les procédures de dimensionnements préconisées dans ce document ont été validées en janvier 2019 par M. Cyril Gachelin, Ingénieur hydraulique de l’OIE (Office International de l’Eau).

Il faut s’assurer de la bonne application des formules.

Le résultat, personne ne le connait, tout dépend des hypothèses de départ, et de la conception du réseau.

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2. MAITRISER LES NOTIONS HYDRAULIQUE URBAINE

DE

BASE

EN

Les recommandations techniques 2.1.1 L'instruction technique de 1977 L’instruction technique relative aux réseaux d’assainissement des agglomérations ou IT77.284 est une circulaire interministérielle. Elle décrit la méthode superficielle dite Formule de Caquot qui est toujours applicable aujourd’hui. Elle reste la plus adaptée aux projets d’aménagements urbains. En revanche, les données de pluie utilisée dans les formules sont obsolètes. En effet, en 1977, les stations météo sont encore peu nombreuses et les données pluviométriques en nombre insuffisant. La France a donc été découpée en 3 grandes zones pour lesquelles une moyenne a été calculée : les régions I, II, III. Par exemple, pour une étude hydraulique à Brest, on utilisait les mêmes données de pluie que pour une étude à Strasbourg, les deux villes se situant dans la même région I. Plus de 40 ans après, les moyens techniques ont évolué et les stations météorologiques se sont multipliées. Les données pluviométriques peuvent aujourd’hui être obtenues sur le secteur d’une agglomération.

Les régions I, II et III ne doivent plus être utilisées (utilisation absurde aujourd’hui)

Les régions pluviométriques de l’IT 77

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2.1.2 Les normes NF EN 752 et NF EN 16933-2 Ces normes spécifient les objectifs des réseaux d’évacuation et d’assainissement à l’extérieur des bâtiments. Elles remplacent la norme NF EN 752 de 2008, scindée en 2 en 2017. NF EN 752 : Gestion du réseau d’assainissement NF EN 16933-2 : Conception hydraulique La norme n’est que très rarement rendue obligatoire par la loi. Ce n’est pas le cas pour celles-ci. Si le CCTP la demande, alors elle devient obligatoire. Cette norme est intéressante car elle préconise des périodes de retour de pluie selon la nature de l’aménagement.

2.1.3 Le Fascicule 70 Les prescriptions techniques du fascicule 70 sont utilisées dans le code de la commande publique. C‘est la loi, donc obligatoire pour les marchés publics d’assainissement. Le Fascicule 70 a été révisé et adressé par l’ASTEE (Association Scientifique et Technique pour l’Eau et l’Environnement) le 21 janvier 2019 aux ministères de l’économie et des finances et de la transition écologique et solidaire, pour approbation. Il se décompose en deux volets : Le Fascicule 70-1 concerne « la fourniture, la pose et la réhabilitation de canalisations d’eaux à écoulement à surface libre ». Ce document intègre les évolutions de l’état de l’art, du dispositif normatif et du contexte législatif et réglementaire depuis la parution de la version précédente (Ouvrages d’assainissement : Réseaux) datée d’avril 2003. Le Fascicule 70-2 traite des ouvrages de gestion des eaux pluviales (bassins enterrés et à ciel ouvert, chaussées à structure réservoir, noues, tranchées drainantes, puits d’infiltration) et des différentes phases liées à la réalisation des ouvrages. L’ASTEE a mis en ligne l’ensemble de ces documents en accès libre sur son site : FASC 70-1 : https://www.astee.org/publications/fascicule-n70-i-du-cctg-travaux-de-genie-civil/ FASC 70-2 : https://www.astee.org/publications/fascicule-n70-ii-du-cctg-travaux-de-genie-civil/

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2.1.4 La ville et son assainissement La ville et son assainissement : Principes, méthodes et outils pour une meilleure intégration dans le cycle de l’eau, est un guide technique réalisé par le CERTU et date de juin 2003.

Complet mais « difficile d’accès » (Lisibilité, synthèse, trop de théorique et peu de concret), ce document explique, dans l’idéal, que la maitrise d’ouvrage doit donner les paramètres de la pluie, voire imposer son « modèle ». Il prône l’intégration de l’eau dans l’urbanisme (et non l’inverse), la limitation de l’imperméabilisation des sols, la réduction des émissions polluantes à la source et surtout introduit la notion de Niveaux de service.

Niveau 0 – Temps sec • Pas de rejet d’eau non traitée • Fonctionnement des ouvrages au rendement nominal • Minimum d’eaux parasites Niveau 1 – Pluies faibles • Maintien de la qualité du traitement • Pas de rejet d’eau non traitée par les déversoirs d’orage • Pas de mise en charge des réseaux Niveau 2 – Pluies moyennes • Surverses acceptées avec impact limité et contrôlé • Mise en charge localisée sans débordement Niveau 3 – Pluies fortes • Débordements localisés et limités sans dégât important • Acceptation d’une détérioration de la qualité • Priorité à la gestion du risque inondation Niveau 4 – Pluies exceptionnelles • Débordements généralisés des réseaux avec dégâts économiques importants • Abandon de tous les objectifs sur la qualité du milieu • La seule priorité est d’éviter les dommages aux personnes

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2.1.5 Le Memento Technique Faisant suite à une demande des ministères concernés, l’ASTEE a entrepris d’écrire un memento technique opérationnel pour répondre aux questions pratiques sur la réglementation, la conception et le dimensionnement des systèmes de gestion des eaux pluviales et de collecte des eaux usées pour des opérations d’aménagements d’envergure et de complexité limitées. Ce travail a nécessité la mobilisation d’experts issus d’organismes publics et privés rassemblés au sein de deux groupes de travail : un groupe ad hoc et le groupe de travail Hydrologie Urbaine, commun à l’ASTEE et à la SHF (Société Hydrotechnique de France). Un travail d’endurance de plus de dix années, de concertations d’idées et de savoirs, trouve ici sa concrétisation grâce à l’énergie d’une équipe active et de la communauté de relecteurs. Contrairement à la ville et son assainissement, il présente davantage d’éléments concrets (et donc applicables) : - L’impact et la détermination du coef de Manning Strickler - Choix de la durée d’observation des pluies - Infiltration des eaux pluviales -… L’instruction technique IT 77-284 a constitué pendant des décennies une référence pour les bureaux d’études publics et privés, qui y trouvaient des principes généraux de conception et des outils pratiques de dimensionnement adaptés à la collecte des eaux usées et à l’évacuation des eaux pluviales. L’IT « poussiéreux » de 1977 se voit donc enfin renouvelé quarante ans plus tard grâce à ce guide. En téléchargement sur le site de l’Astee : Le Memento Technique : http://www.astee.org/production/memento-technique-2017

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2.1.6 Les guides techniques locaux Depuis le 1er janvier 2016, la loi GEMAPI (GEstion des Milieux Aquatique et Prévention des Inondations) attribue aux collectivités et aux élus une responsabilité et une compétence exclusive et obligatoire relative à la gestion des milieux aquatiques et la prévention des inondations. La commune a donc la compétence pluviale par défaut. Si elle fait partie d’une communauté de communes, l’intercommunalité peut faire le choix d’endosser ces responsabilités. Dans le cas d’une communauté d’agglomération et d’une métropole, cela devient obligatoire. Des guides techniques locaux sont donc rédigés, intégrant les recommandations techniques sur l’intégration des eaux pluviales dans les aménagements urbains : - Détermination des niveaux de services - Exemple de période de retour associée - Gestion de l’infiltration - Etc… De grandes agglomérations comme Paris, Toulouse Métropole, Le GrandLyon et Lille Métropole ont leur guide technique relatif à la gestion des eaux pluviales.

Il est donc primordial de consulter ces guides techniques avant de se lancer dans une étude de dimensionnement EP.

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Les paramètres d’une étude hydraulique 2.2.1 Les modèles hydrologiques Un modèle hydrologique, ou modèle pluie-débit, est un outil numérique de représentation de la relation pluie-débit à l'échelle d'un bassin versant. Il permet de transformer des séries temporelles décrivant le climat d'un bassin versant donné en une série de débits. Les modèles en hydrologie : •

Modèle global Réalisable manuellement, via Excel ou des logiciels tel que Mensura : Méthode rationnelle Méthode superficielle (formule de Caquot) Méthode des pluies (courbes enveloppes)

•

Modèle détaillé Nécessite des compétences et des outils d’hydraulicien : Méthode des réservoirs Méthode du laminage de l’hydrogramme de crue

2.2.2 Le calcul d’un débit de pointe Mensura permet de calculer le débit de pointe d’un bassin versant dans un modèle global selon la méthode rationnelle ou superficielle. Alors quelle méthode choisir pour une étude EP ? La méthode de calcul peut-être imposée par la maîtrise d’ouvrage (CCTG, CCTP, etc…) mais dans le cas contraire, le projeteur doit faire un choix qu’il doit justifier. Pour cela, les différents ouvrages cités au chapitre 2 de ce document lui seront utile pour le guider dans son choix. Nous suggérons de se référer au Memento technique 2017 de l’ASTEE, guide de recommandations récent et facile d’accès. Dans les paragraphes suivants, le logo de l’ASTEE suivi d’un numéro de page permettra de se référer au Memento technique :

n°page

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2.2.2.1 Méthode rationnelle C’est la formule la plus élémentaire de calcul d’un débit produit par un bassin versant. Elle permet de calculer un débit produit sur une surface pour une durée de pluie et une période de retour données :

p61

•

Intérêt / Limite / Domaine d’emploi - Utilisée un peu partout dans le monde - Simplicité d’expression et d’utilisation - Formule élémentaire pour le calcul d’un débit de pointe (débit par excès) - En milieu urbain, à défaut en milieu rural - Surface totale : entre 1ha et quelques dizaines d’hectares - Taille de bassin versant : de l’ordre de l’hectare p62

Avantage

→ facile à appliquer, simple à comprendre

Inconvénient → multiples méthodes de calcul du temps de concentration (pas assez cadré)

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2.2.2.2 Méthode superficielle / formule de Caquot La formule de Caquot est une adaptation de la formule rationnelle intégrant la loi de Montana et une estimation du temps de concentration. L’intensité de la pluie disparait pour être remplacée par des variables intervenant dans l’estimation du temps de concentration :

p62

•

Intérêt / Limite / Domaine d’emploi - Utilisée en France (parfois adaptée dans autre pays) - Pas de détermination explicite du temps de concentration - Débit moins surévalué que la formule rationnelle - En milieu urbain uniquement - Surface totale : entre 1ha et quelques dizaines d’hectares - Taille de bassin versant : de l’ordre de l’hectare p63 et 64

Avantage

→ méthode bien cadrée pour le calcul du temps de concentration (pas de choix de formule)

Inconvénient → assemblage des bassins versants en série ou en parallèle dans le Memento, l’ASTEE recommande d’éviter les montages complexes de bassins versants en parallèle et en série.

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2.2.2.3 Ce qu’il faut retenir ➢ La superficie maximum de l’étude : Quelques dizaines d’hectares Au-delà de cette superficie, la pluie ne peut plus être considérée comme homogène sur l’ensemble de l’étude ou du bassin. ➢ La superficie d’un bassin versant : De l’ordre de l’hectare Les données météorologiques ne considèrent une pluie qu’à partir de 6min. Un bassin trop petit génèrera un temps de concentration plus faible que 6 min, ce qui induirait une incohérence.

p63

➢ Toutes les formules sont faites pour des zones de taille importante, pour assainir des villes et non une parcelle, d’où la détermination de bassin versant de l’ordre de l’hectare. Un bassin versant de 300m² dans une étude n’a pas de sens

2.2.3 Les données pluviométriques 2.2.3.1 Choix de la pluie Les régions de pluie I, II et III étant obsolètes, il est indispensable de se procurer des données fiables c’est-à-dire récentes et locales. Pour démarrer une étude hydraulique il est nécessaire d’acquérir de telles données auprès de Météo-France sur leur site internet. Lien : http://services.meteofrance.com/e-boutique/climatologie/coefficient-montana-detail.html

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-

Choix de la ville : Choisir la station météo la plus proche de l’opération

-

Choix du pas de temps : Une étude hydraulique doit se faire avec un jeu de plusieurs pluies o différentes durées d’observation o différentes périodes de retour Il est important dans une étude de pouvoir faire plusieurs simulations de dimensionnement avec différentes hypothèses de départ afin d’apprécier au mieux le résultat final. le calcul d’un débit de pointe pour le dimensionnement de collecteur ne se réalise pas avec les mêmes données de pluie que pour le calcul d’un volume de rétention.

Exemples de document fourni par Météo-France •

Hauteur de pluie sur une période donnée.

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•

Coefficients de Montana Il s’agit d’une courbe ajustée en fonction des hauteurs de pluies. L’équation de cette courbe correspond au coefficient de Montana.

2.2.3.2 La durée d’observation - Pour le calcul du débit de pointe donc pour le dimensionnement du réseau ➢ Utilisation de durées d’observations courtes : Cette durée correspond au début de la courbe, car c’est dans ce laps de temps qu’évolue le plus rapidement la hauteur d’eau. L’objectif du réseau étant d’être en capacité d’évacuer une pluie courte mais intense. Exemples : 6mn-30mn , 6mn-1h - Pour le calcul d’un volume de rétention ➢ Utilisation de durées d’observations longues : Ces durées permettent d’appréhender un volume de pluie à stocker, sachant que le remplissage et la vidange du bassin peuvent s’étaler dans le temps. L’objectif du bassin étant d’être en capacité de stocker une pluie longue, pas spécialement intense. On privilégie plusieurs durées d’observation afin de limiter l’effet de l’ajustement (dans les cas des coef de Montana) Exemples : 30mn-2h , 2h-6h , 6h-24h p225

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2.2.3.3 La période de retour La notion de période de retour est destinée à caractériser la fréquence d’apparition d’un phénomène. La période de retour T d’une pluie représente le nombre d’années au cours duquel cette pluie surviendra en moyenne une fois. Il faut observer une pluie sur un nombre d’année 5 à 7 fois la période de retour pour obtenir un maximum de fiabilité. Exemple : pour une période de retour de 10ans, il faut 50 années d’observation

Le choix de la période de retour doit être fait par la maîtrise d’ouvrage en fonction du niveau de protection à assurer → Niveaux de service (cf chapitre 2.4). Exemples de Niveaux de service

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Dans le cas où il n’y a pas de prescription de la maîtrise d’ouvrage, se référer à la norme NF-EN 752 :

Norme NF EN 752 version 2017 – p29

LA PERIODE DE RETOUR 10 ANS NE DOIT ABSOLUMENT PLUS ETRE CONSIDEREE COMME LA REFERENCE

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La période de retour (Pr) d’une pluie n’est pas identique pour le calcul d’un débit de pointe et pour le calcul d’un volume de retenue. - Pour le calcul du débit de pointe donc pour le dimensionnement du réseau ➢ Suivre les prescriptions selon le niveau de service à assurer. o Généralement 0.5 < Pr < 5 (pour un niveau de service 1) o Simulations avec Pr = 10, 20, 30… - Pour le calcul d’un volume de rétention ➢ Des périodes de retour plus élevées seront utilisées. o Simulations avec Pr = 30, 50, 100

2.2.4 Le coefficient de ruissellement / d’apport Le coefficient de ruissellement (Cr) est le rapport entre le volume ruisselé et le volume de la pluie (pluie nette/pluie brute) allant vers les avaloirs ou les techniques de rétention. Il dépend : -

Du bassin versant (occupation du sol, pente, perméabilité…)

-

De la pluie (intensité, durée…)

Pour une même surface, le coefficient de ruissellement peut varier dans le temps. Exemple 1 : Au début d’une pluie sur un sol perméable, l’infiltration est maximum. Le ruissellement est donc très faible voir quasi nul. Après plusieurs minutes ou plusieurs heures de cette même pluie, la saturation du sol ne permet plus l’infiltration de l’eau. Le ruissellement devient donc de plus en plus important. Exemple 2 : Une pluie de très faible intensité (crachin) sur une surface enrobée engendre un ruissellement très faible voir quasi nul vers l’avaloir. Une pluie de très grande intensité (grosse averse) sur la même surface engendre après seulement quelques minutes un fort ruissellement dans les caniveaux vers l’avaloir. Conclusions : •

Le coefficient de ruissellement est donc impacté par 2 paramètres :

•

➢ Le type de surface, ou le type d’occupation des sols ➢ Le niveau de service recherché donc la période de retour Le choix du coefficient de ruissellement est très important : ➢ Sur un espace vert, 0.1 ou 0.2 → impact important : simple au double ➢ Sur une voirie, 0.9 ou 0.95 → impact très faible, quasi nul

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Exemple de variabilité du coefficient de ruissellement

Exemple de coefficient de ruissellement décennal de zones homogènes

Exemple de valeur du coefficient de ruissellement suivant le type de surface

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Le coefficient de ruissellement (Cr) est calculé pour des pluies courtes (inférieures à 1 heure) pour calculer des débits de pointe. Le coefficient de ruissellement prend le nom de coefficient d’apport (Ca) s’il est calculé sur des durées de pluies plus longues (quelques heures voire quelques jours). Il est utilisé pour dimensionner les volumes de rétention. p51

PRECONISATIONS MEMENTO ASTEE

p52

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3. DIMENSIONNER UN COLLECTEUR Le principe Un réseau est composé de collecteurs et de branchements. ➢ Seul le collecteur à vocation à être dimensionné ➢ Les branchements seront automatiquement dimensionnés avec une valeur définie sans calcul Les guides techniques concernant la pose d’un réseau d’assainissement recommandent la mise en place de diamètre minimaux : ▪

Ø200 mm en eaux usées

▪

Ø300 mm en eaux pluviales

Ces diamètres minimaux ne découlent pas directement d’un calcul hydraulique, mais tiennent compte des contraintes d’exploitation : passage des matières pouvant entrer dans le réseau (engouffrement amont), des contraintes de raccordement des branchements et des possibilités de réhabilitations futures. p84

Le choix des paramètres 3.2.1 Les différentes formules existantes La formule de Bazin est mentionnée et préconisée pour le dimensionnement des collecteurs dans l’IT 77-284, il y a donc plus de 40 ans. Il n’est donc plus conseillé à ce jour d’utiliser la formule de Bazin. La formule de Colebrook est une formule générale applicable à de nombreux domaines, dont l’assainissement urbain. Elle prend en compte la nature des parois ainsi que la nature du fluide via sa viscosité cinématique. La formule de Manning-Strickler ne prend pas en compte la nature du fluide transporté. Cette dernière est intégrée directement dans le coefficient de débit. La formule de Manning-Strickler est donc intéressante et couramment employée. p84

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3.2.2 Le coefficient de rugosité ou coefficient d’écoulement Le coefficient d’écoulement dépend très peu de la nature du tuyau. Les paramètres plus importants qui entrent en jeu sont : -

Qualité de pose des tuyaux

-

Points singuliers sur le réseau (branchements, regards, …)

-

Eventuels dépôts accumulés dans la canalisation p88

On trouvera dans la NORME NF EN 16933-2 et dans Le Memento Technique de l’ASTEE les recommandations suivantes concernant le coefficient K de Manning-Strickler : Kst = 70 à 90 p88 et 89

Le choix du coefficient de rugosité a un impact important sur le résultat de la section de collecteur. Il faut considérer le réseau dans sa globalité et prendre en compte l’influence des branchements et la fréquence des ouvrages d’accès dans le réseau de collecte : -

Peu de points singuliers, pose de qualité = 90

-

Beaucoup de points singuliers, condition de pose difficile = 70

Ne pas tenir compte des coefficients fournis par les industriels, car ils sont généralement surestimés (obtenus en condition de « laboratoire »).

!! ATTENTION !! Un coefficient surestimé engendre un sous-dimensionnement des canalisations donc un risque de débordement ou d’inondation p88

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Cas n°1 : Projet d’une surface totale entre 0.5 et 1ha Dans ce premier cas de figure, un lotissement de 0.7ha, la taille de l’opération ne permet pas de définir plusieurs bassins versants (BV). Un seul BV est donc défini par la surface totale du projet et le dimensionnement du réseau consiste à calculer la canalisation à l’exutoire.

Deux méthodes peuvent être utilisées: -

La calculatrice hydraulique (pas de saisie graphique)

-

La méthode graphique (saisie des différents éléments de l’étude)

Pour dimensionner un réseau, la modélisation 3D des surfaces terrain et projet n’est pas nécessaire. Il est donc possible de lancer un dimensionnement à partir d’une image ou d’un pdf à condition d’avoir toutes les indications nécessaires (altitudes, pentes…).

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3.3.1 Utilisation de la calculatrice hydraulique  Lancer la commande : Réseaux / Calculatrice hydraulique Pour dimensionner un diamètre de canalisation il est impératif de calculer le débit de pointe généré par l’opération, c’est-à-dire le débit récupéré par le collecteur en sortie du lotissement. Ce débit de pointe peut être calculé avec la calculatrice dans l’onglet « Débit bassin ».

3.3.1.1 Calcul du débit de pointe Hypothèses choisies pour cette étude : • Utilisation de la méthode superficielle • Assurer le niveau de service 1 • Période de retour 5ans • Durée d’observation 6 à 30min • a=3.587 et b=0.382 • Cr=40 1 1

Choisir la méthode pour le calcul du débit de pointe.

2 Renseigner les coefficients de Montana. b doit être renseigné en valeur négative (-0.382)

2 Le bouton permet d’accéder à la bibliothèque des pluies. 3

3 Renseigner les différents paramètres liés au projet : • Surface : celle du BV (ici la surface du lotissement) Le bouton permet de sélectionner un contour dessiné dans l’affaire • Coefficient de ruissellement • Pente : correspond moyenne en surface.

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à

la

pente

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Pour ce projet, l’eau de pluie ruisselle essentiellement sur la chaussée, c’est donc la pente moyenne du profil en long voirie qui sera utilisée, soit 1% • Longueur Il s’agit du cheminement hydraulique le plus long sur la globalité du bassin versant donc du point haut au point bas.

Il est possible, sans fermer la calculatrice, de mesurer cette longueur sur la vue en plan :  Lancer la commande : Clic droit Easyclic / Interroger gisement-distance

Ici la distance mesurée est de 94,66m elle sera arrondie à 95m pour le calcul. Une fois l’ensemble de ces données remplies, le débit de pointe du bassin versant apparaît dans la case « Débit ».

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Il est possible désormais de calculer le diamètre du collecteur recevant ce débit, c’est-à-dire la canalisation à l’exutoire. Le bouton permet de basculer dans l’onglet « Collecteur » pour dimensionner la section en fonction du débit calculé précédemment.

3.3.1.2 Calcul du diamètre du collecteur Hypothèses choisies pour le dimensionnement : • • • •

Utilisation de la formule de Manning Strickler Pente du collecteur à dimensionner : 1% Taux de remplissage : 90% Coefficient d’écoulement : 80

1 2

3

Procédure : 1- Choisir ce qui doit être calculé, ici le diamètre intérieur d’une canalisation. 2- Choisir la méthode de calcul. 3- Renseigner les différents paramètres liés au projet : •

Débit Affichage automatique de la valeur calculée dans l’onglet « Débit bassin ».

•

Pente : définir (ou estimer) à quelle pente sera posé le collecteur.

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•

Taux de remplissage Il est possible de calculer une section à taux plein (100%). Mais il est préférable de conserver une marge de sécurité de 10 à 20%.

•

Coefficient de Manning

Une fois l’ensemble de ces données remplies, les résultats apparaissent :

Il ne s’agit que d’un arrondi à la centaine supérieure et cela ne correspond pas forcément à la première section commerciale valide pour le projet. Pour le résultat du dimensionnement, un Ø300 135A ou un Ø315 PVC (Ø intérieur 289) sera retenu à l’exutoire du lotissement. Les recommandations des ouvrages hydrauliques seront respectées (cf.§ 4.1) donc cette section sera posée sur toute la longueur du réseau.

Une fois les tronçons saisis au bon diamètre, les branchements peuvent être saisis et raccordés aux regards ou aux collecteurs (piquage). Leurs diamètres ne seront pas calculés avec des formules mathématiques mais seront définis avec du bon sens, toujours dans le respect des recommandations (cf.§ 4.1). Pour les grilles par exemple le diamètre minimum recommandé (Ø300) peut être descendu au Ø250. Cela assure un bon fonctionnement du branchement dans le temps même avec des éventuels rentrées de matière (terre, sable, cailloux, feuilles, etc…) dans le collecteur. Pour les branchements des particuliers (si pas de système autonome) du Ø200 permettra également d’assurer un bon fonctionnement dans le temps et surtout facilitera l’accessibilité pour l’entretien de la canalisation (curage, passage caméra, etc…)

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La calculatrice hydraulique a de multiples fonctions. L’onglet « Collecteur » permet de calculer entre autres, la pente ou le débit dans un collecteur en fonction de plusieurs paramètres. Le menu déroulant permet de choisir ce qui doit être calculé.

3.3.2 Utilisation de la méthode graphique Avec cette méthode, les différents éléments d’une étude doivent être saisis, à commencer par le ou les collecteurs à dimensionner.

3.3.2.1 Paramétrage du réseau Les canalisations à dimensionner doivent faire partie d’un réseau paramétré en tant que « Réseau EP ». Celles à ne pas prendre en compte pour le calcul, doivent être saisies dans un réseau paramétré en tant que « Réseau neutre ». Par défaut, le réseau EP est paramétré en tant que « Réseau EP ». Les collecteurs saisis dans ce réseau sont donc paramétrés par défaut pour être dimensionnés.  Lancer la commande : Réseaux / Gérer les réseaux

Cliquer sur « Propriétés »

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Pour créer un réseau :  Lancer la commande : Réseaux / Gérer les réseaux

Cliquer sur « Nouveau »

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1 2

3

Procédure : 1- Renseigner le nom du réseau 2- Choisir le type de réseau (selon si le réseau a vocation à être dimensionné) 3- Paramétrer l’aspect graphique du nouveau réseau : type de ligne, couleur…

3.3.2.2 Saisie du tronçon à dimensionner

Vérifier que la pente du collecteur soit saisie dans le bon sens d’écoulement.

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3.3.2.3 Paramétrage de l’étude Hypothèses choisies identiques au chapitre 3.3.1.1 Renseigner les paramètres de l’étude :  Lancer la commande : Etude EP / Paramètres / Etude

1

2 3

Procédure : 1- Choisir la méthode pour le calcul du débit de pointe. 2- Choisir la formule pour le calcul de l’abattement spatial. 3- Créer (et choisir) la région de pluie avec les coefficients de Montana obtenus auprès de Météo-France. Cliquer sur le bouton

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Cliquer sur « Nouveau »

1

2

3

Procédure : (avec l’exemple des données du § 2.2.3.1) 1- Renseigner le nom de la pluie. 2- Indiquer la durée d’observation de la pluie. 3- Renseigner les périodes de retour et les coefficients a et b correspondants. Le bouton

permet de créer une ligne supplémentaire dans le tableau

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b doit être renseigné en valeur négative. La colonne Coeff doit impérativement être remplie avec la valeur 1. Une fois créée, cette nouvelle pluie peut être choisie comme paramètre de l’étude.

Cocher la pluie à utiliser

Cliquer sur « Fermer »

3.3.2.4 Saisie du bassin versant  Lancer la commande : Etude EP / Bassin élémentaire / Saisir ou Clic droit Easyclic– Saisir bassin élémentaire Saisir les points définissant le contour du bassin élémentaire. Comme tout contour dans Mensura, le contour du BV peut se fermer avec Clic droit / Clore

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•

Le regard amont du collecteur doit se situer à l’intérieur du BV

•

Le contour du BV ne doit pas passer par le nœud du regard amont

•

Le regard servant d’exutoire doit être placé en dehors du BV.

BON

FAUX

Si le contour est dessiné dans l’affaire, le BV peut être saisi par sélection : Etude EP / Bassin élémentaire / Saisir par sélection

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La boite de dialogue suivante apparaît :

1

2

Procédure : 1- Renseigner le coefficient de ruissellement. 2- Renseigner la période de retour. Ces deux valeurs peuvent être affectées par défaut à la saisie du BV. Cela se détermine dans les paramètres de l’étude EP.

3.3.2.5 Saisie du cheminement hydraulique  Lancer la commande : Etude EP / Cheminement hydraulique / Saisir ou Clic droit Easyclic – Saisir Cheminement hydraulique Le cheminement hydraulique permet de renseigner la pente moyenne du BV en surface. Si aucune modélisation 3D n’a été effectuée, il faut renseigner un Z à chaque nœud du cheminement. A la saisie du cheminement hydraulique, certaines règles doivent être respectées : • • •

Saisie de l’amont vers l’aval. Raccordement à l’aval sur le nœud 3D du regard (utiliser l’accrochage F3). La saisie de plusieurs cheminements par BV est possible : Mensura retiendra seulement le plus long.

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Toutes les données sont à présent réunies pour calculer le débit du bassin versant

3.3.2.6 Edition du résultat des débits des bassins  Lancer la commande : Résultats / Débits des bassins élémentaires

Remarque : Cette méthode graphique donne le même résultat qu’avec la calculatrice hydraulique, à condition d’utiliser les mêmes hypothèses de départ.

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3.3.2.7 Calcul du diamètre Hypothèses choisies pour le dimensionnement identiques au chapitre 3.3.1.1  Lancer la commande : Résultats / Calcul et dimensionnement EP

1

2

3

4

Procédure : 1- Choisir la méthode de calcul. 2- Définir le taux de remplissage pour le calcul de la section. L’option Section mini correspond à un taux de remplissage de 100%. 3- Choisir le type de collecteur souhaité en fonction du diamètre calculé Cette fonction fait référence à la Bdd des collecteurs. Exemple (ci-dessus) : Du PVC CR16 est demandé pour les sections calculées jusqu’au Ø289 int (Dans la Bdd cela correspond au 315 PVC CR16 EP). Au-delà du Ø289 int, du collecteur Béton 135A est demandé. 4- Mensura propose automatiquement de dimensionner les tronçons saisis dans les réseaux paramétrés en tant que « Réseau EP ».

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Pour que le calcul ne donne pas un résultat inférieur au Ø315 PVC, le paramétrage du type de collecteur peut se faire comme ceci :

Dans la Bdd le Ø229 int correspond au Ø250 PVC

Le tableau de résultat suivant apparaît :

Comme avec la calculatrice hydraulique, le résultat donne le diamètre intérieur calculé (théorique). En revanche, la première référence commerciale valide est proposée (lien avec la Bdd). Avec cette méthode graphique, la référence donnée par le résultat est automatiquement affectée au tronçon saisie sur la vue en plan.

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Cas n°2 : Projet d’une surface totale > 1ha selon la méthode graphique Lorsque la surface totale de l’opération est supérieure à 1ha, alors il est possible de définir plusieurs bassins versants. Ce deuxième cas de figure est un lotissement de 4.6ha et le réseau EP à dimensionner comprend une branche principale et deux branches secondaires.

La méthode graphique va permettre dans ce cas de saisir une étude avec plusieurs BV.

La modélisation 3D du terrain et des surfaces projets permettront la détection automatique des altitudes en surface lors de la saisie des différents éléments de l’étude mais n’est pas obligatoire.

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3.4.1.1 Saisie des tronçons à dimensionner Comme pour le chapitre 3.3.2.2, seuls les tronçons à dimensionner peuvent être saisis. Pour cela, il faut déterminer le découpage des BV sur l’opération. Le découpage des BV doit toujours se faire dans le respect du domaine d’application de la formule de Caquot (ordre de grandeur des BV). Il sera déterminé en fonction de la configuration du réseau. Dans le cas de ce lotissement le réseau peut se décomposer en 5 parties :

Il est donc possible de déterminer les surfaces collectées par chacune des parties.

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Le réseau peut donc être saisi comme ceci :

3.4.1.2 Paramétrage de l’étude Hypothèses choisies pour cette étude : • • • • • •

Utilisation de la méthode superficielle Assurer le niveau de service 2 Période de retour 20ans Durée d’observation 6 à 30min a=4.286 et b=0.378 Cr : à définir

Renseigner les paramètres de l’étude :  Lancer la commande : Etude EP / Paramètres / Etude

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3.4.1.3 Saisie des bassins versants Les tronçons de ces différentes parties collectent les eaux d’une certaine surface : lots, voiries, espaces communs, etc…  Lancer la commande : Etude EP / Bassin élémentaire / Saisir ou Clic droit – Saisir bassin élémentaire Il y a deux façons de définir le Coefficient de ruissellement d’un bassin versant : • Avec une valeur générale lié au type de projet et définie dans les hypothèses de l’étude comme dans le cas n°1. •

Avec une valeur pondérée en fonction des différentes revêtement de surfaces à l’intérieur du bassin versant. Pour le calcul du Cr, il s’agit de définir dans un premier temps une valeur générale pour le BV, par exemple, le coefficient correspondant à la surface la plus rencontrée à l’intérieur du BV et toujours en fonction de la période de retour donc du niveau de service à assurer. Dans cet exemple, il s’agit de surfaces engazonnées correspondant aux jardins des lots et pour un niveau de service 2, période de retour 20 ans. Lors de la saisie, un Cr de 0.2 peut donc être affecté par défaut dans les propriétés des BV (à définir dans les paramètres de l’étude.)

La couleur du BV est paramétrable selon la valeur du Cr par tranche de 0.1.  Lancer la commande : Etude EP / Paramètres / Couleurs

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Dans un deuxième temps, il faut définir les surfaces autres que de l’engazonnement à l’intérieur du BV, c’est-à-dire celles dont le Cr est différent : bâtiments, voiries, zones pavées, etc...  Lancer la commande : Etude EP / Zone à C différent / Saisir ou Clic droit – Saisir Zone à C différent Saisir les points définissant le contour de la zone à coefficient différent. Comme tout contour dans mensura, la zone peut se fermer avec Clic droit / Clore La zone à coefficient différent peut chevaucher plusieurs bassins élémentaires. Mensura calcule les intersections de surfaces automatiquement et pondère les Coefficients C des bassins concernés.

Ici les 3 zones de voirie (surfaces d’enrobés) sont saisies pour l’ensemble du projet. La zone de voirie principale chevauche 3 bassins versants.

1 2

Procédure : 1- Renseigner un nom pour la ou les zones 2- Renseigner le Cr correspondant à la zone

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Pour saisir les zones de toitures si les maisons ne sont pas dessinées sur le plan, déterminer une surface de toiture moyenne puis dessiner un rectangle correspondant. Copier le rectangle dans chaque lots puis :

 Lancer la commande : Etude EP / Zone à C différent / Saisir par sélection

La couleur des BV a changée car le Cr moyen a été calculé en fonction des zones à C différent dans chaque bassin. Par exemple pour le BV4, le Cr a doublé, il est passé de 0.2 à 0.4.

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Dans un BV, un seul nœud du réseau doit être désigné comme étant le point à partir duquel les tronçons avals seront impactés par le bassin. Dans Mensura, ce nœud est appelé « Point absorbant ». Pour le vérifier :  Lancer la commande : Etude EP / Afficher les points absorbants Les nœuds désignés « Point absorbant » sont représentés par une pastille bleue.

Dans ce cas de figure, le BV2 contient deux « Points absorbants ». Aller dans les propriétés d’un nœud pour cocher ou décocher l’option Point absorbant.  Lancer la commande : Réseaux / Regards / Modifier ou Clic droit – Modifier Regard

Ici l’option est décochée pour le regard N° EP 5.

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Il n’y a plus qu’un « Point absorbant » dans le BV2.

L’affichage des « Points absorbants » permet également de vérifier que le nœud se situe bien à l’intérieur du BV, comme ici le nœud du BV4.

3.4.1.4 Saisie des cheminements hydrauliques  Lancer la commande : Etude EP / Cheminement hydraulique / Saisir ou Clic droit – Saisir Cheminement hydraulique

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3.4.1.5 Assemblage des bassins versants En méthode superficielle l’assemblage des BV est obligatoire. Ils s’assemblent entre eux en série ou en parallèle, toujours de l’amont vers l’aval pour n’obtenir qu’un seul assemblage de toute l’étude.  Lancer la commande : Etude EP / Assemblages / Saisir Sélectionner les deux BV les plus en amont du projet, ici BV3 et BV5

Puis dans la boîte de dialogue, choisir « série » ou « parallèle » selon la configuration du réseau.

L’assemblage obtenu doit être assemblé avec le BV suivant, ici [BV3+BV5] avec BV2.

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Choisir « série » ou « parallèle » selon la configuration du réseau.

Et ainsi de suite jusqu’à obtenir un seul assemblage de tous les bassins.

3.4.1.6 Edition des résultats Avant de lancer les résultats, il est possible d’exécuter une vérification de l’étude :  Lancer la commande : Etude EP / Vérifier l’étude

Editer les débits des BV :  Lancer la commande : Résultats / Débits des bassins élémentaires

Vérifier que Qc soit bien calculé pour chaque BV.

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Editer les débits des assemblages :  Lancer la commande : Résultats / Débits des assemblages

Vérifier que Qc soit bien calculé pour chaque assemblage.

3.4.1.7 Calcul du diamètre des collecteurs Hypothèses choisies pour le dimensionnement : • • •

Utilisation de la formule de Manning Strickler Taux de remplissage : 90% Coefficient d’écoulement : 80

 Lancer la commande : Résultats / Calcul et dimensionnement EP Les hypothèses et la procédure sont identiques au Cas n°1 Le tableau de résultat suivant apparaît :

En méthode Rationnelle, les procédures sont identiques à la méthode superficielle à la différence qu’il n’y a pas d’assemblage des BV à effectuer.

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4. DIMENSIONNER UNE RETENTION Ce chapitre indique les différentes procédures qu’il est possible de suivre dans Mensura pour dimensionner des volumes de rétention. Pour dimensionner un volume de retenue il n’est pas forcément nécessaire d’avoir saisi le réseau, créé des bassins élémentaires ni même d’avoir modélisé un terrain et des surfaces projet. Comme pour le dimensionnement des collecteurs, il est possible d’utiliser la calculatrice hydraulique pour le calcul d’un volume de rétention (pour un résultat rapide), mais également une méthode graphique.

Utilisation de la calculatrice hydraulique 4.1.1 Renseignement des paramètres Le choix des données pour le calcul d’un volume de rétention est primordial (cf.§ 3) Hypothèses choisies pour cette étude : • • • •

Période de retour 50ans Durée d’observation 15 à 360min a=8.358 et b=0.519 Débit de fuite du bassin : 3 l/s (0.003 m3/s)

1

2

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Procédure : 1- Renseigner les paramètres dans l’onglet 2- Cocher l’option

pour faire apparaître l’onglet

4.1.2 Calcul du volume de rétention

1

Procédure : 1- Renseigner le débit de fuite du bassin Le débit de fuite est une valeur donnée par la Maitrise d’ouvrage ou le gestionnaire local du bassin versant. Il n’est en aucun cas le fruit du choix du projeteur. Avec l’ensemble de ces données, le volume de rétention nécessaire pour l’opération est calculé ainsi que le temps de remplissage du bassin.

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Utilisation de la méthode graphique 4.2.1 Paramétrage de l’étude Avant toute saisie, les paramètres de l’étude doivent être renseignés : les données de pluie et la méthode à utiliser pour le calcul du volume de rétention.  Lancer la commande : Etude EP / Paramètres / Etude Dans l’onglet

choisir la région de pluie ainsi que la période de retour.

Dans l’onglet sélectionner la méthode de calcul choisie pour l’étude et l’expression des paramètres de la pluie.

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4.2.2 Saisie du bassin élémentaire La saisie du bassin élémentaire correspond à la surface totale récupérée dans le bassin, ce qui équivaut bien souvent à la surface totale de l’opération.

4.2.3 Saisie du bassin de retenue Cette étape permet de calculer le volume de rétention  Lancer la commande : Etude EP / Bassin de retenue / Saisir ou Clic droit Easyclic / Saisir Bassin de retenue Indiquer un point d’insertion à l’écran pour positionner un bloc symbolisant le bassin. Attention ce bloc ne représente ni la position finale du bassin ni sa forme définitive.

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1 2 3

4

5

Procédure : 12345-

Indiquer le nom du bassin Renseigner le débit de fuite Renseigner la période de retour Sélectionner le BV (surface récupérée) à l’aide du bouton Cliquer sur pour obtenir les résultats.

Différents résultats apparaissent dans la boîte de dialogue : • • •

Le volume calculé Le temps de remplissage à la hauteur maxi Le graphique de la courbe enveloppe (uniquement avec cette méthode)

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Courbe enveloppe : Représente la hauteur d’eau précipitée en fonction des coefficients de Montana. Débit de fuite : Représente le débit de fuite du bassin en fonction de la valeur indiquée lors du calcul. h max : Représente à quel moment la hauteur maximum d’eau dans le bassin est atteinte C’est à partir de h max que Mensura détermine le volume à stocker.

•

Avec la méthode de la courbe enveloppe uniquement : un message d’alerte très intéressant en rouge peut être donné au-dessus du graphique. Il indique que le temps écoulé au moment où la hauteur maximale est atteinte est supérieur à la durée d’observation de la pluie choisie pour l’étude.

Il faut alors utiliser une pluie avec une durée d’observation plus importante pour le calcul. •

Dans tous les cas, relancer les calculs avec un jeu de pluie de temps d’observation différent pour apprécier au mieux le volume de rétention projet.

4.2.4 Edition d’un tableau de résultats  Lancer la commande : Résultats / Bassins de retenue

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Septembre 2020