Chapitre 4 - Dimensionnement Des Reseaux de Distribution [PDF]

Zitiervorschau

CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT D’UN RÉSEAU DE DISTRIBUTION D’EAU Rôle du système de distribution

Transport de l’eau du stockage aux usagers

Assurer la distribution 1

Accessibilité technique et financière aux usagers

Pression de service suffisante, sans surpression

Quatre exigences recherchées

Qualité eau répondant aux normes de potabilité

Continuité du service 2

Classification des réseaux • dessert principalement les zones de distribution Réseau primaire

• Minimiser les points de faiblesse sur ces conduites • réseau primaire ne comporte pas de points de livraison.

• assure la répartition des débits à l’intérieur d’une zone de distribution Réseau secondaire

• dispositifs de défense contre l’incendie • raccordements des points de livraison toléré.

• transporte et distribue l’eau aux usagers Réseau tertiaire

• points de livraison installés : branchements privés, bornes fontaines

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Le réseau ramifié

Construit sous forme primaires aux tertiaires

d’arbre

allant

adapté aux réseaux de faible densité des points de livraison et une continuité de service peu exigée

Ecoulement de l’amont vers l’aval dans les conditions normales de fonctionnement. Coût relativement bas à l’investissement

Frais de pompage sont relativement peu élevés par rapport au r maillé 4

Pertes de charge élevées du système

Le réseau ramifié Désavantages

Création de grandes zones d’interruption de la fourniture d’eau en cas de défaillance

Apparition de zones mortes en cas d’arrêt ou de baisse de consommation 5

Le réseau maillé Sens de l’écoulement de l’eau à l’intérieur des mailles dépend fortement de la demande. Pas de zones mortes tant qu’il y a un minimum de consommation; ce qui contribue à préserver la qualité de l’eau Chaque point du réseau maillé peut être alimenté par deux nœuds. Sécurité dans la distribution et la qualité du service plus grandes.

Interruption de service limité à la portion de réseau concernée en cas de Rupture de conduite, 6

TRACÉ DU RÉSEAU DE DISTRIBUTION Principes du tracé des réseaux Objectif du tracé: assurer l’accès du réseau aux usagers tout en prévenant les difficultés d’exploitation et d’entretien.

PRINCIPES

-fonctionnement hydraulique simple et efficace - continuité du service en évitant la création de points de faiblesse ou en prévoyant des alternatives en cas de rupture 7

PRINCIPES

- optimisation de la longueur du réseau par le choix des

rues et le choix de leur emplacement

- équipement minimum afin de faciliter la maîtrise du réseau et son entretien

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DISPOSITION PHYSIQUE réseau posé le long des voiries ; pas de conduites sous la chaussée

formellement interdit d’utiliser les domaines privés Occupation des voiries par les réseaux divers déjà organisée Adoption du tracé définitif: repérage des installations et zones suivantes qui ont une importance pour le bon fonctionnement du réseau Stockage, gros consommateurs, bornes fontaines, bouches et poteaux d’incendie, Pôles d’extensions futures de la localité.

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EMPLACEMENT Réseaux

Eaux usées Eaux pluviales Eau potable Electricité Téléphone gaz

Profondeur (hauteur au-dessus de la génératrice sup. de la canalisat.) en m 1.50 1.00 0.80 0.75 0.80 0.78

Grillage Sous chaussés avertisseur (repère pour trav. de rép.)

bleu rouge vert jaune

ok ok déconseillé déconseillé déconseillé interdit

Espace privatif

possible possible déconseillé Possible. Inter. Possible.

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ESPACEMENT ENTRE RESEAUX Service subissant Assainissement Eau potable Electricité la contrainte ►

Téléphone

Gaz

Service créant la contrainte ▼ Eau potable

40

Electricité

20

20

Téléphone

20

20

Eclairage public

20

20

Gaz

40

40

Assainissement

40

40

40 20

50

20 40

40

20

40

Pas de contrainte

Unités : cm 11

Nœuds, boucles, saignée, tronçon Nœud : points de jonction de 2 ou plusieurs conduites Boucle : système constitué de 3 ou plusieurs conduites formants un circuit fermé Saignée : les débits soutirés le long de la conduite et comptabilisés au niveau du nœud Tronçon: portion de conduite entre deux nœuds

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Etudes Préliminaires Voir les réseaux existants - Réseaux d’égouts - Réseaux de distribution d’eau - Réseaux de distribution d’électricité - Réseaux de distribution de téléphone - Réseaux de distribution de gaz

Etude du milieu physique et identification des besoins actuels et à venir : • Topographie • Géologie • Source d’eau • Plan d’urbanisme • Démographie et types de population •Consommation d’eau • Industries gros consommateurs d’eau

Identification des choix possibles et étude économique 13

Etude hydraulique Notion de conduites équivalentes Conduites en série H = K Q m

Qeq = Q1 = Q2 = .......... ... = Qn

H eq = H1 + H 2 + H 3 + .......... ... + H n

K eq = K1 + K 2 + K 3 + .......... ... + K n K=

 L 1.852 C HW D 4.871

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Etude hydraulique Notion de conduites équivalentes Conduites en parallèle

H eq = H1 = H 2 = H 3 = .......... ... = H n Qeq = Q1 + Q2 + .......... ... + Qn

 1  K  eq

1 m

1 m

1 m

  1  1   1   =  +   + .......... .. + K  K  K   1  2  n 

  

1 m

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Exercice 1: Remplacer deux conduites en parallèle ayant chacune 150 m de longueur par une conduite équivalente de même longueur.

Proposer un diamètre commercial pour cette conduite équivalente. On donne D1 = 205mm, D2=150mm, CHW1 = CHW2 = CHWeq = 120 Exercice 2: Déterminer le diamètre commercial De de la conduite équivalente à 3 conduites en série ayant les propriétés suivantes : Conduite 1 diamètre D = 250 mm Longueur L = 1200 m CHW= 130 Conduite 2 diamètre D = 350 mm Longueur L = 1200 m CHW = 140 Conduite 3 diamètre D = 300 mm Longueur L = 1200 m CHW = 120 On supposera que pour la conduite équivalente Le = 3250 m CHW = 140

Diamètres commerciaux en mm: 200, 250, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000

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Lois décrivant l’écoulement • Loi

des nœuds (Première Loi de Kirchhoff,

équation de continuité)

La somme des débits qui aboutissent à un nœud est égale à la somme des débits qui s’en éloignent.

• Loi

 Qi = 0

des mailles (Deuxième Loi de Kirchhoff , équation des pertes de

charges)

La somme des pertes de charge est nulle le long du périmètre d’une maille du réseau en équilibre ainsi la pression au niveau d’un nœud est unique.

(HL) = 0 17

Réseau ramifié Conception d’un réseau ramifié • Les paramètres hydrauliques - Le débit

de dimensionnement Qph généré pour chaque tronçon

- La pression

de service.

C’est la pression minimale à laquelle l’eau est fournie à l’usager pour un

confort d’utilisation. Elle est fixée suivant les normes en vigueur par le gestionnaire du service d’eau. -Les conditions

de vitesse 18

Les modes de desserte

Service en route

Desserte ponctuelle 19

• Génération des débits Après avoir tracé le réseau,

Le débit desservi à un nœud est la somme des débits ponctuels soutirés à ce nœud. Le débit desservi sur chaque tronçon peut être déterminé de deux manières : -

une desserte uniforme sur la longueur de la conduite

-

une desserte uniforme sur la surface du secteur

Le débit de calcul d’un tronçon

: le débit initial de calcul de chaque tronçon

comporte deux éléments : - le débit transité par le tronçon pour desservir la demande du nœud situé à son aval ; - le débit desservi par le tronçon lui-même une répartition de ce débit entre les deux nœuds ou un service en route.

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Analyse d’un réseau ramifié L’analyse d’un système de distribution se limite à celle de sa fonction transport.

Réseau ramifié existant. Déterminer sa capacité face à une augmentation de la demande ou une extension du réseau.

Débits, diamètres connus

Analyse consiste à déterminer - la vitesse dans chaque conduite - les pertes de charge - la pression aux différents nœuds faire les modifications si nécessaires pour les conformer à des normes préétablies :

Hr =Zr = Hi+ Hr-i

Zr = Zi + Yi+ Hr-i

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Exercice: Soit un réseau ramifié défini par la longueur de ses tronçons, la côte des nœuds et les débits soutirés. Choisir des diamètres par la formule de Bresse [D(m) =1.5*Q1/2(m3/s)] puis vérifier les pressions aux points B, B1, D2, E2 et F. Données: Ks = 95, Diamètre minimal = 80 mm Côte des points R= 262,30m B=220.70m B1=239.00 m E2=220.90m F= 219.40

D2= 242,00m

Diamètres commerciaux en mm: 80, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500

22

23

Le projeteur donne:

Analyse d’un réseau neuf les débits à soutirer aux nœuds du réseau

côte géométrique de chaque nœud

La ou les pression(s) de service

Diamètres des conduites, Détermination: Côte du radier du réservoir. 24

Après le tracé du réseau la conception se fait en quatre étapes:

Détermination des débits de prélèvements aux différents nœuds

Détermination des données de dimensionnement

Calcul des débits des différents tronçons en respectant la loi des nœuds

Calcul des diamètres intérieurs des conduites.

choix de la pression de service aux points de livraison

Choix des diamètres nominaux des conduites et du type de conduites 25

26

Détermination de la côte piézométrique nécessaire au stockage.

Optimisation technico-économique : Modification de certains diamètres de conduites pour optimiser les vitesses, la pression en certains points, ainsi que la hauteur du réservoir.

Vérification des pressions aux nœuds : Calcul de la ligne de charge d’amont vers l’aval pour vérifier l’efficacité des ajustements de diamètres de conduites 27

Choix définitif des diamètres de conduites suivant quatre règles : - minimiser le nombre de diamètres de conduites pour

réduire les stocks de réparation - faire des raccordements hydrauliquement favorables entre les conduites aux ramification - Choisir un diamètre minimal en dessous duquel on considère qu’on a le raccordement d’un point de livraison. - optimiser économiquement et financièrement l’ensemble 28

Exercice:

Les débits sont en l/s Les conduites sont à choisir en PVC Ks = 120 Tronçons RA L(m) 250

AB 280

Points Altitude (m)

A 87

R 90

BC 380 B 88

AD 360 C 85

BE 250 D 84

E 86

Choisir les diamètres à poser Déterminer la hauteur du radier du réservoir Pression de service = 1bar Diam com (mm) : 92,4 ; 75,8 ; 63,2 29

Calcul d’un réseau ramifié neuf

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Le réseau maillé Conception d’un réseau maillé Etapes de la conception d’un réseau maillé identiques à celles d’un réseau ramifié neuf, sauf en

ce qui concerne le calcul piézométrique en tête du réseau.

de

la

côte

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Analyse d’un réseau maillé par la méthode de Hardy - Cross Méthode d’Hardy Cross - la plus ancienne et la plus utilisée des techniques d’analyse de réseau de distribution. - Méthode par itération successive et permet le calcul des débits dans les tronçons. - Estimation des débits de départ

Qi

qui vont être corrigés à chaque itération par

−  (H L )i Q = (H L )i m Qi

Q

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Méthode Hardy Cross: procédure de calcul - choix d’une formule de calcul de perte de charge - choix d’un sens de circulation pour le calcul de perte de charge: en général le sens positif est celui des aiguilles d’une montre - répartition provisoire des débits, respectant la loi des nœuds - calcul itératif d’ajustement des débits pour respecter la loi des mailles. Le calcul sera répété jusqu’à ce que l’ensemble du réseau respecte la loi des mailles avec une certaine précision. -Vérification des vitesses par rapport à l’optimum prédéterminé

- Calcul des pressions et calage du radier du réservoir

33

34

- Les débits des tronçons ramifiés du réseau sont reportés à leur nœud d’attache du réseau maillé. - Les débits de service en route sont répartis entre les deux nœuds les plus proches - Le calcul de Q est fait pour chaque maille - Le débit est affecté d’une double correction pour les tronçons adjacents à deux mailles. 35

Cas où Q1 et Q2 ont même sens

Cas où Q1 et Q2 sont de sens opposés

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Analyse de réseaux par Hardy-Cross répartition équitable aux nœuds.

Formule du service en route B

6

4L/s

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Cas de deux ou plusieurs réservoirs n = nombre de réservoirs n- 1 conduites fictives reliant les différents réservoirs entre eux n-1 mailles fictives, supplémentaires par rapport au réseau.

le débit d’une conduite fictive est nul ∆H =0 pour cette même conduite fictive

différence de niveau entre les deux réservoirs est fixe

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Mailles 1

2

Cond Diam (mm) AD CD BC AB RA–A AD CD RB–C

300 200 150 200 400 300 200 150

CHW 110 110 110 110 110 110 110 110

L (m) 250 100 250 100 250 250 100 250

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Tracé en plan Conduites posées le long des voies de communication existantes pour: - des raisons économiques, - de facilités de pose,

- de maintenance ultérieure des installations.

Profil en long Conduites enterrées: protection, commodité d’exploitation, régularité de la température

Objectifs d’un profil en long : -

Minimiser les terrassements à l’exécution

-

Vidanger des tronçons de conduite en cas de maintenance curative ou

préventive -

Evacuer l’air 40

Profil en long Disposition à prendre en pratique : -

Créer des pentes minimales supérieures à 0,3%

-

Réduire le nombre de changements de pente dû au relief du terrain naturel

-

Profil du terrain naturel horizontal:

Création de pentes artificielles 0,2 à 0,3% 0,4 à 0,6%

100m

50m

41

Pose des conduites

Hmin ≥ 0,5 + Dext Lmin ≥ 0,4 + Dext

De façon pratique, les profondeurs de la tranchée seront comprises entre 0,8 et 5 mètres et une moyenne de 1 mètre

conduite à même le sol ou suspendue pour le franchissement d’obstacles tels que les ponts, les ravins, les talus des montagnes 42

Pose des conduites angles doivent être correctement butés à tous les changements de direction observables sur le tracé en plan pour reprendre les poussées hydrauliques résultantes

F = K.P.S F : force de poussée (N) P : pression intérieure maximale (pression d’essai sur chantier) (Pa) S : section transversale intérieure K : coefficient fonction de la géométrie de l’élément de canalisation concerné

43 Verrouillage

Essai de pression Protocole dans les Cahiers de charge

Vérification de l’étanchéité et la stabilité des conduites avant le remblai Caractérisation d’un composant de canalisation d’eau - PFA : c’est la pression interne en régime permanent. - PMA : Pression supportable de façon sure en service y compris le coup de bélier. PMA = 1,2 PFA

- PEA : Pression max supportable par un composant nouvellement mis en œuvre pendant un temps relativement court. PEA = PMA + 5bars Baisse de pression ≤ 2 m après une attente de 30 mn

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Notion de coup de bélier

Phénomène de variation de pression qui consiste en une alternance de dépressions et de surpressions qui se propagent dans la conduite Modification brusque du régime d’écoulement Arrêt/marche brusque d’une pompe

Ouverture et fermeture brusque d’une vanne

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Notion de coup de bélier Une onde de célérité met un temps t = 2L/C pour parcourir une conduite de longueur L en sens aller retour

Soit Tf le temps de fermeture /ouverture d’une vanne ou d’un groupe de pompage, on distingue deux cas de figure: Variation brutale du régime d’écoulement du à la fermeture rapide d’une vanne ou à l’arrêt brutal du fonctionnement d’un groupe électropompe 𝟐𝑳 𝑻𝒇 ≤ 𝑪 Variation lente du régime d’écoulement due à la fermeture lente d’une vanne ou au démarrage progressif d’un groupe électropompe 𝟐𝑳 𝑻𝒇 ≥ 𝑪

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Notion de coup de bélier

En variation brutale du régime d’écoulement, la surpression ou dépression est donnée par la formule d’Allievi 𝑽 ∆𝑷 = 𝑪 𝒈 En variation lente du régime d’écoulement, la surpression ou dépression est donnée par la formule de Michaud

𝟐𝑳 𝑽 ∆𝑷 = 𝑻 𝒈 47

Notion de coup de bélier

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Anti bélier ∆𝑷 + 𝑷𝑭𝑨 > 𝑷𝑴𝑨

𝑲=

V: L: HMT: K:

𝑳𝑽 𝑯𝑴𝑻

> 70

vitesse dans la conduite de refoulement (m/s) Longueur de la conduite de refoulement (m) Hauteur manométrique de la pompe (m) paramètre de vérification de mise en place d’un anti bélier 49

HMT

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CAHIER DES NŒUDS

Le cahier des nœuds permet de faciliter la mise en place du réseau sur le terrain

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