Cours d'Assainissement EMG (1)
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RESEAUX D’ASSAINISSEMENT
LIQUIDE
A. R. BEN OSMANE Ingénieur Expert Assermenté près le
tribunal de Rabat
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SOMMAIRE
Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées
Chapitre 3 : Détermination des débits d’eauxpluviales
Chapitre 4 : Dimensionnement des réseauxd’assainissement
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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
Natures des eaux d’assainissement.
Type de système d’assainissement, leursavantages et inconvénients.
Schémas des réseaux d’assainissement
Définition de l’assainissement.
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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
Natures des eaux d’assainissement:
Les eaux d’assainissement sont de trois types:
Eaux de ruissellement,
Eaux usées d’origine domestiques,
Eaux industrielles.
Ces eaux peuvent être séparées ou mélangées.
Définition:
L’assainissement des agglomérations a pour objet d’assurerl’évacuation de l’ensemble des eaux pluviales et usées ainsi que leurrejet dans les exutoires naturels sous des modes compatibles avec lesexigences de la santé publique et de l’environnement.
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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
Eaux de ruissellement:
Les eaux de ruissellement comprennent essentiellement leseaux de pluie.
La pollution des eaux de ruissellement est variable dans le temps, plusforte au début des précipitations qu’à la fin par suite de nettoyage desaires balayées par l’eau.
Eaux usées d’origine domestiques:
Les eaux usées d’origine domestiques comprennent:
- les eaux ménagères (eaux de cuisine, de lessive, de douches,…),
- Les eaux vannes (en provenance des toilettes, matières fécales eturines).
Eaux industrielles:
Les eaux industrielles sont celles en provenance de divers usines defabrication ou de transformation.
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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
Types de systèmes d’assainissement, leurs avantageset inconvénients:
Les systèmes d’assainissement les plus rencontrés sont:
o Le système séparatif;
o Le système unitaire;
o Le système pseudo-séparatif;
o Le système individuel.
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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
o Système séparatif :
- Deux réseaux d’évacuation : un réseau d’eaux uséeset un réseau d’eaux pluviales.
- La collecte séparative des eaux usées domestiquesnécessite des ouvrages de section réduite en raison duvolume limités des effluents. C’est un systèmeéconomique si l’évacuation des eaux pluviales nenécessite pas un autre réseau complet c’est-à-direqu’elle puisse être réalisée en faisant un large appel auruissellement dans les caniveaux.
- Le recours à un assainissement séparatif peut êtreavantageux si la réalisation peut être effectuéeprogressivement.
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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
o Système unitaire :
Il s’impose lorsqu’il n’y a pas de possibilité deconcevoir économiquement un réseau des eauxpluviales de surface, c’est-à-dire:
• Si l’exutoire est éloigné des points de collecte;
• Lorsque les pentes du terrain sont faibles, ce quiimpose de grosses sections aux réseaux d’égoutsséparatifs.
Il est reconnu que le système unitaire est intéressantpar sa simplicité, puisqu'il suffit d’une canalisationunique dans chaque voie publique et d’un seulbranchement pour chaque habitation.
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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
o Système pseudo-séparatif :
Les eaux météoriques y sont divisées en deux parties :
• Les eaux provenant des voiries, cours et jardins s’écoulent par des ouvragesconçus à cet effet : caniveaux , fossés, etc….;
• Les eaux des toitures déversent dans le réseau d’assainissement à l’aide desmêmes branchements que ceux des eaux domestiques.
Ce système est intéressant lorsque les surfaces imperméabilisées collectives(voiries, parking, etc …) représentent une surface importante avec de fortespentes.
Il constitue alors une alternative au réseau séparatif, en réduisantle nombre debranchements par habitation à un.
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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
o Système individuel:
L’assainissement individuel est le système utilisé dans les zones urbaines à faible
densité dans lesquelles les eaux usées d’une habitation sont éliminées au niveau
même de cette habitation (fosse sceptique) ou à l’extérieur dans un terrain
limitrophe (déversement).
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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
o Avantages et inconvénients des systèmes d’assainissement:
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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
Schéma des réseaux d’assainissement:
Un réseau d’assainissement est conçu comme un réseau ramifié.
On peut classé les divers ossatures entre un nombre de schémas types:
Le schéma perpendiculaire:
On l’appelle également schéma à écoulement direct. Il convientpar exemple aux réseaux des eaux de pluie en système séparatif.
Cours d’eau (rivière – oued)
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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
Schéma d’équipement par déplacement latéral:
Il est également appelé schéma à collecteur latéral. Ses eaux sontrecueillies dans un collecteur parallèle au cours d’eau. Ilpermet dereporter l’effluent à l’aval de l’agglomération. Son désavantageprincipal est qu’il nécessite souvent des relèvements.
Cours d’eau (rivière – oued)
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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
Schéma d’équipement à collecteur transversal ou oblique:
Le ou les collecteurs orientés par rapport à la pente topographique et àla direction de l’écoulement de la rivière comporte des égoutsramifiés; ces derniers reportent par gravité le débouché duréseau plusloin à l’aval que dans le schéma précédent.
Cours d’eau (rivière – oued)
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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
Schéma par zones étagées ou schéma par interception:
Le schéma est une transposition du schéma par déplacement latéral,mais avec multiplication des collecteurs longitudinaux; il permet dedécharger le collecteur bas des apports en provenance du haut del’agglomération.
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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
Schémas sectionnels:Ils sont divisés en deux groupes
G1 : Schéma sectionnel à centre collecteur unique:
Le réseau converge sur un centre. A partir de cecentre l’effluent est refoulé dans un émissaire detransport.
G2 : Schéma d’équipement radial (ou à secteurs multiples)
Le système comporte plusieurs schémas en éventail.
Les schémas sectionnels conviennent spécialement aux régionsuniformément plates.
Le système séparatif s’applique bien dans de tels schémas à causede la multiplicité des rejets.
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Eaux usées domestiques.
Eaux usées industrielles.
Généralités.
Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées
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Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées
Généralités:Les calculs des débits d’eaux usées portent essentiellement sur l’estimation desquantités et la qualité des rejets liquides provenant des habitations et lieuxd’activité.
Les rejets unitaires à considérer dépendent des facteurs socio-économiques quel’on peut intégrer dans les catégories d’occupation des sols, en fonction del’importance de l’agglomération et de son activité dominante, sa spécificité.
Après les différents usages, les principes d’assainissement sont l’évacuationrapide, sans stagnation des eaux pour éviter les formations et les rejets quipourraient provoquer la contamination du milieu récepteur, tout en tenant comptedes contraintes économiques d’équipement.
D ’une manière générale, les eaux usées sont d’origine:
- Domestique (y compris Equipements publics);
- Industrielle;
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Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées
Eaux usées domestiques:Les eaux usées domestiques contiennent, en général, les matières que nouspouvons classer comme suit:
o Des matières solides;
o Des nutriments;
o Des métaux lourds;
o Des organismes pathogènes.
Matières solides:
C’est l’ensemble des matières en suspension et des sels dissous généralementexprimés en masse après évaporation de l’eau. Ces matières sont divisés en deuxparties:
Les matières en suspension qui flottent à la surface ou sont en suspension dans lamasse d’un liquide et que l’on peut enlever par filtration;
Les matières dissoutes et colloïdales contenues dan l’eau et obtenues pardifférence entre les matières solides et les matières en suspension.
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Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées
Nutriments:
Ce sont les éléments essentiels à la croissance des plantes. Leur déversement dansun cours favorise la croissance des plantes aquatiques indésirables.
Les deux nutriments les plus importants sont l’azote (N) et le phosphore (P). Leseaux usées en contiennent de façon significative.
Métaux lourds:
Les métaux lourds (Plomb Pb, Cadmium Cd, Chrome Cr, etc) sont toxiqueslorsqu’ils sont présents en quantités appréciables. Ils peuvent nuire à la vieaquatique dans les cours d’eau ou empêcher le fonctionnement normal destraitements biologiques. Ils proviennent généralement des rejets industriels.
Organismes pathogènes:
Les organismes pathogènes proviennent d’êtres humains infectés. Ils peuventcauser des maladies telles que la diarrhée, le choléra, etc… Ils sont présents engrand nombre dans les eaux usées.
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Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées
Eaux usées industrielles:Les eaux industrielles proviennent :
o Eaux de refroidissement des machines et autres;
o De lavages des produits;
o Résultant de certains processus.
Ces eaux doivent théoriquement être traitées, ou détoxiquées avant rejet dans leréseau.
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Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées
Calcul des débits des eaux usées:La production moyenne des eaux usées dépend de la consommation d’eau potable,du taux de retour à l’égout (Tres) ainsi que du taux de branchement au réseaud’égout (Trac). Elle est calculée comme suit:
Qm,EU = Tres x Trac x Qm,AEP
Avec Qm,AEP = Consommation moyenne d’eau potable.
Le calcul des besoins de consommation d’eau potable se fait sur la base de laformule suivante:
Qm,AEP = qpb x Ppb + qAdm x Ptot + qInd x Ptot + ….
- qpb : dotation en eau de la population branchée,- Ppb : population branchée au réseau d’eau potable,- qAdm : dotation des administrations;- Ptot : population total de la ville,- qInd : dotation des industries.
Ppb = TB x Ptot avec TB taux de branchement au réseau d’eau potable.
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Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées
Débit de pointe journalière:
Le calcul du débit de pointe lors du jour de production maximaleQmax,j est faiten se basant sur la pointe journalière relative à la consommation en eau potable. Ledébit maximal journalier se calcule de la manière suivante:
Qmax,j = Cpj x Qm,EU
Qm,EU : La production moyenne des eaux usées.
Cpj : Le coefficient de la pointe journalière qui est le rapport du volume moyend’eau potable des trois journées successives les plus chargées de l’année sur levolume moyen annuel.
Cpj = Vm,AEP,3j / Vma
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Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées
Débit de pointe horaire:
Le débit de pointe horaire tient compte de la variation de la production en eaux usées lorsd’une journée. L e débit maximal horaire de temps sec se calcul de la manière suivante:
Qmax,h = Cpj x Cph x Qm,EU24
Le coefficient de pointe horaire,Cph, se définit comme rapport du débit maximum dansl’heure la plus chargéeQmax,EU sur le débit moyen journalierQm,EU d’eaux usées EU.
Cph = Qmax,EUQm,EU
Le coefficient de pointe horaire est déterminé par la formule ci-dessous, en cas d’absence destatistiques:
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Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées
Le débit maximal de temps sec exprimé en l/s se calcul de la manière suivante:
Qmax,EU = Cpj x Cph x Qm,EU (m3/j) x 1000 (l/s)
24 x 36000
Expression générale du débit de pointe horaire:
L’expression générale de ce débit de pointe en tenant comptede la répartition spatiale desusagers de l’eau est:
Qmax,j = Cpjx Cph x ∑(Si x di x dNG ) x Tres x Trac (l/s)
24 x 3600
Cpj : Coefficient de pointe journalière;
Cph : Coefficient de pointe horaire;
Si : Superficie (ha) du sous bassin correspondant à la zone homogène i;
di : Densité brute en hab/ha de la zone homogène i;
Trac : Taux de raccordement à l’égout;
Tres : Taux de branchement à l’égout;
dNG : Dotation en eau (l/j/hab).
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Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées
Calcul des débits des eaux industrielles:Les eaux industrielles sont celles en provenance des diverses usines de fabricationou de transformation
- Qualité des eaux industrielles:
Les eaux industrielles sont extrêmement variées selon le genre de l’industrie dontelles proviennent. Elles contiennent les substances les plus diverses, pouvant êtreacides ou alcalines, corrosives ou entartrantes à température élevée, souventodorantes et colorées.
Ces eaux peuvent nécessiter un prétraitement en usine car il faut éviter d’accueillirdans le réseau général, des eaux dont le traitement se révélerait difficilementcompatible avec celui des effluents urbains.
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Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées
- Quantité à évacuer:
Les quantités d’eaux évacuées par les industries dépendent de plusieurs facteurs;
• Nature de l’industrie;
• Procédure de fabrication utilisée;
• Taux de recyclage effectivement réalisé.
Il ne peut être indiqué que des fourchettes de quantités évacuées, une étude étant àentreprendre dans chaque cas particulier.
Une étude de consommation d’eau a permis de dégager trois types de zones :
• Zones d’entrepôts ou de haute technicité : 10 à 12 m3/j/ha lot;
• Zones d’emplois, petites industries et ateliers : 20 à 25 m3/j/ha lot;
• Zones d’industries moyennes : 50 à 150 m3/j/ha lot;
En ce qui concerne le rapport du débit de pointe horaire au débit moyen horairecalculé sur le nombre d’heures de travail, celui-ci, se situe généralement entre lesvaleurs 2 et 3.
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Exercice d’application N°1
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Exercice d’application N°2
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Paramètres utilisés.
Méthode rationnelle.
Introduction.
Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
Formule générale du modèle Caquot(ajustée par DESBORDES).
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Introduction .
On distingue deux principales méthodes de calcul des débits pluviaux:
La méthode la plus ancienne et la plus utilisée en dehors du Maroc et de laFrance (essentiellement dans les pays anglophones) est la méthode dite« rationnelle » dont la formule de base est très simple, mais elle devientbeaucoup plus complexe à utiliser manuellement si on intègre tous lescorrectifs et si on procède à une décomposition analytique fine .
La plus utilisée en France et au Maroc et nommée « méthode superficiellede Caquot ». Elle permet de calculer en un certain nombre de points dusystème l’écoulement des débits maxima pour un orage donné.
(La méthode n’indique pas les temps auxquels ces débits seront atteints)
Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Paramètres utilisés.Un certain nombre de paramètres interviennent dans l’établissement des formulesprécitées parmi lesquels on distingue:
o L’intensité et la durée de l’averse;
o La durée de stockage sur le sol et dans les canalisations au moment del’averse;
o Le temps de concentration du bassin versant.
Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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o L’intensité et la durée de l’averse;
L’intensité moyenneI se définit par le rapport de la hauteur d’eau tombée∆hpendant une durée∆t, soit :
I = ∆h / ∆t
L’intensité de précipitationI ( en mm/mn ou en mm/h) est déterminée à partirdes courbes Intensité – Durée – Fréquence(IDF) pour une durée égale au tempsde concentration.
L’intensité s’exprime en fonction des paramètresa et b par la formule de« Montana »:
I (mm/mn) = a . tb
Avec t en mn obtenu à partir des courbesIDF .
Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Le temps de concentration peut donc avoir trois aspects:
Le bassin ne comporte pas de canalisation :tc = t3
Le bassin comporte un parcours superficiel puis une
canalisation : tc = t3 + t1
Le bassin est urbanisé et comporte une canalisation
principale et des branchements tertiaires :tc = t2 + t1
Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
o Cefficient de ruissellement (Suite): Exemple 1
C1 = 0,20 ; A1 = 2 ha C2 = 0,30 ; A2 = 1,5 ha
C3 = 0,05 ; A3 = 1,8 ha C4 = 0,10 ; A4 = 2,5 ha Trouver Ceq ?
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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
o Cefficient de ruissellement (Suite):
Valeurs de C qui sont couramment utilisées
Zone C
Habitat continu à RDC 0.50
Immeuble 0.60
villas 0.30
industrielle 0.40
voirie 0.80
Ecole 0.50
Administrative 0.50
Commerce 0.60
Souk 0.25
Sport 0.15
Jardin 0.05
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Méthode rationnelle.
La méthode rationnelle consiste à estimer les débits à partir d’un découpagedubassin versant en secteurs A1,A2, ………, Aj,….....An limités par des lignesisochrones telles que l’eau tombant sur le secteur A1 (respectivementA2,…..AJ,……An) arrive à l’exutoire au bout d’un temps∆t (respectivement 2∆t,……….,n∆t). Le pas de temps∆t qui sépare deux isochrones consécutivesdépend de la précision voulue
(isochrones: lignes situées à la même distance hydraulique c’est-à-dire au mêmetemps de parcours jusqu’à l’exutoire).
Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Méthode rationnelle (suite).
Cette méthode soulève des critiques dont les principales sont les suivantes:
- La décomposition du bassin en aires isochrones ne peut se faire de façonprécise.
- On suppose Cj constant, ce qui est peu vraisemblable.
- On ne tient pas compte du stockage de ruissellement sur le bassin qui apour effet d’étendre la durée de base de l’hydrogramme élémentaire etcorrélativement, de réduire le débit de pointe: tout se passe dansl’application de la méthode, comme si l’apport de ruissellementprovenant d’un point donné s’écoulait à l’exécutoire en un temps égal àla durée de l’averse qui le produit, ce qui n’est pas exact.
Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Méthode rationnelle (suite).Par ailleurs, pour tenir compte de la distribution de la pluie dans l’espace, il y a lieude lui appliquer un coefficient de répartition K de la pluie qui diminue lorsque l’ons’éloigne de l’épicentre.
Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
Le coefficient correctif k est donnéd’après la loi de Fruhling par :
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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Méthode rationnelle (suite) : Exemple 2Le débit de l’exemple précèdent transite par la conduite B-C de 200m. Quel est ledébit à la fin de la conduite ?
Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Méthode rationnelle (suite) : Exemple 3Bassin urbanisé (k=1)
Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
Point N ° A (ha) C Tc (mn) I (mm/h) Q (m3/s)
1 2 0,30 5,34 147,99 0,264
2 5 0,27 7 141,35 0,53
3 6,5 0,24 9,51 132,38 0,57
4 8,3 0,20 12,84 122,08 0,5653
Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Formule générale du modèle de Caquot (ajusté parDESORDES).
La formule de Caquot s’énonce comme suit:
Q(T) = K(T) . I U(T) . CV(T) . AW(T) . m(T)
Avec, Q : Débit en m3/s.
T : période de retour (années).
I : pente moyenne du bassin versant (m/m)
C : coefficient de ruissellement du BV.
A : superficie du BV en hectares.
m : coefficient correcteur d’allongement du BV.
Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Formule générale du modèle de Caquot (ajusté parDESORDES). Exemple:
La formule de Caquot pour la ville de BENI MELLAL s Ȏnonce comme suit:
Q(10 ans) = 0,749 . I0,3432. C1,2403. A0,7538. [L/2A0,5]-0,7032
Avec, Intensité de pluie / i(10 ans) = 3,275.t-0,675.
I : pente moyenne du bassin versant (m/m)
C : coefficient de ruissellement du BV.
A : superficie du BV en hectares.
L : allongement du BV.
Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Paramètres équivalents d’un groupe de bassins:La formule superficielle développée ci-avant est valable pour un bassin decaractéristiques physique homogènes. L’application du modèle à un groupement desous-bassins hétérogènes de paramètres individuels Aj, Cj, Lj (Longueur du drainprincipal). Qpj (débit de pointe du bassin considéré seul), nécessite l’emploideformules d’équivalence pour les paramètres « A, C, I et M » du groupement.
Ces formules, qui différent selon que les bassins constituant le groupement soiten« série » ou en « parallèle » sont exprimées comme suit:
Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
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SOMMAIRE
Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées
Chapitre 3 : Détermination des débits d’eauxpluviales
Chapitre 4 : Dimensionnement des réseauxd’assainissement
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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
Natures des eaux d’assainissement.
Type de système d’assainissement, leursavantages et inconvénients.
Schémas des réseaux d’assainissement
Définition de l’assainissement.
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Eaux usées domestiques.
Eaux usées industrielles.
Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées
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Paramètres utilisés.
Méthode rationnelle.
Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales
Formule générale du modèle Caquot(ajustée par DESBORDES).
68
Dimensionnement des ouvrages d’assainissement.
Dimensionnement des conduites d’assainissement.
Chapitre 4 : Dimensionnement des réseaux d’assainissement
69
Calcul des réseaux unitaires.
Calcul des réseaux séparatifs.
Base de calcul.
Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement
70
Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement
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Rayon hydraulique
On définit le rayon hydraulique comme étant le rapport de la surfacemouillée (section droite du liquide) sur le périmètre mouillé (périmètrede la conduite en contact avec le liquide). Rh = A/P
Le rayon hydraulique est le quart du diamètre hydraulique, alors que lerayon est la moitié du diamètre.Pour une section circulaire (typiquement : une conduite en charge), lerayon hydraulique Rh vaut la moitié du rayon géométrique r :Rh= (π r2) / (2 πr) = r / 2
Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement
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Calcul des réseaux unitaires.
Les ouvrages sont calculés pour pouvoir transiter les débits
pluviaux en fonction de la région d’implantation des ouvrages et
la période de retour d’insuffisance retenue;
(il ne sera pas tenu compte des débits d’eaux usée qui sont
négligeables par rapport aux débits d’eaux pluviales).
Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement
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Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement
Calcul des sections :
Le diamètre minimal des canalisations est fixé à 300 mm.En raison des dépôts quipeuvent se former, le coefficientγ de la formule de Bazin est pris égal à0,46d’où:
C = 60 RH1/4 V = 60. RH
3/4 . I1/2 Q = 60 . S . RH3/4 . I1/2
Au-delà de 0,60 m de diamètre, l’utilisation des tuyaux ovoïdes est parfoisjugéepréférable car leur section inférieure permet un meilleur écoulement duflot de tempssec.
La variation du débit transité est fonction de la hauteur de charge dans les ouvragesd’assainissement.
Pour le cas d’une conduite circulaire ou ovoïde, on a:
Pour un remplissage de l’ouvrage à 90%, on a Qh/QH = 1,06 d’où Qh= 1,06.QH
Avec Qh le débit calculé des eaux à faire évacuer par l’ouvrage. On doit dimensionnerpar QH= Qh / 1,06.
On peut utiliser les abaques ou faire un calcul direct:
S=π.D2/4 P= π.D RH=S/P= D/4 QH=60.S.RH3/4.I1/2 = 16,661.D11/4.I1/2
D’où
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Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement
Conditions d’écoulement :
Un réseau d’assainissement du type unitaire doit, dans la mesure du possible, être auto-cureur
c’est-à-dire qu’il doit être conçu de telle manière que:
Les sables soient automatiquement entraînés pour des débits pluviaux atteints assez
fréquemment.
Les vases fermentescibles soient également entraînées pour le débit des EU.
Ces conditions sont à peu près satisfaites dans les ouvrages calculés pour l’évacuation du
ruissellement de fréquence décennale en y réalisant des vitesses de 0,60m/spour 1/10 du
débit à plein section et de 0,30 m/s pour 1/100 de ce même débit. Ces vitesses sont toutes
deux obtenues avec des vitesses à pleine section de l’ordre de 1m/s sur les canalisations
circulaires et de 0,90 m/s sur les tuyaux ovoïdes.
Si les conditions d’auto-curage ne sont pas réalisées, il faut prévoir soit la mise en place de
chasses automatiques soit l’utilisation périodique d’engin de curage.
75
Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement
Conditions d’implantation et de fonctionnement des réseaux :
L’implantation des réseaux est étudiée en donnant aux canalisations amont des pentes
permettant l’auto-curage. La pente souhaitable est de 5 pour mille.
La profondeur des ouvrages doit permettre le raccordement des immeubles riverains au
moyen de branchements, dans la mesure du possible, un peu au dessus du plan d’eau de
temps sec.
Dans le souci de prévenir la dégradation des joints des ouvrages non visitables ou d’assurer
la sécurité du personnel des ouvrages visibles, la vitesse de l’eau ne devra pas dépasser 4m/s
à 5m/s.
Si la pente du terrain est trop forte, il y aura lieu de ménager des accrochements dans le profil
en long des ouvrages par l’introduction de cheminées déversantes.
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Calcul des réseaux séparatifs:
Ouvrages pluviaux :
Ces ouvrages sont, d’une manière générale, calculés comme les ouvrages unitaires et
ce pour un débit correspondant à l’averse dont la fréquence a été adoptée.
Les conditions de l’auto-curage moins impérieuses que sur les réseaux unitaires du
point de vue hygiène; les pentes limites pourront, de ce fait, être un peu plus faibles.
Les canalisations doivent être groupées par réseaux partiels, orientés selon les plus
grandes pentes et se dirigeant, au plus près, vers le milieu récepteur.
La profondeur des ouvrages peut être réduite, du fait qu’ils n’ont à évacuer que les
eaux superficielles mais ce, tout en respectant la question relative à leu résistance
mécanique.
Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement
77
Canalisations d’eaux usées:
Il faut évaluer les débits de pointes pour le calcul des sections des canalisations et aussi
les débits minimaux pour la vérification des conditions d’auto-curage.
- Sections:
Le diamètre minimal des canalisations est fixé à 200 mm eu égard à la pellicule grasse
qui se dépose à l’intérieur des ouvrages, le coefficientγ de la formule de Bazin est pris
égal à0,25d’où:
C = 70 RH1/6 V = 70. RH
2/3 . I1/2 Q = 70 . S . RH2/3 . I1/2
Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement
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- Conditions d’écoulement:
Les conditions d’auto-curage sont les suivantes:
* A pleine ou à demi-section, la vitesse d’écoulement doit être supérieur à
0,70 m/s, cette limite pouvant, à l’extrême rigueur être abaissée à 0,50 m/s.
* Le remplissage de la conduite doit être assuré au 2/10 du diamètre pour le
débit moyen, la vitesse d’écoulement étant alors au minimum de 0,30 m/s.
Les conditions d’auto-curage sont souvent délicates à réaliser dans les parties amont
des réseaux où les débits sont faibles; on est alors conduit à rechercher des pentes de 4
à 5 pour mille afin d’améliorer le régime des vitesses, tout en ne perdant pas devue la
nécessité du remplissage au 2/10 du diamètre.
A l’aval, il pourra être admis des pentes de 3 pour mille, le minimum de 2 pour mille
étant même admis moyennant une pose particulièrement soignée des canalisations.
Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement
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- Conditions d’implantation des réseaux:
Ces réseaux doivent être établis de manière à satisfaire aux conditions d’auto-curage et
ce en évitant au maximum les stations de relèvement; dans le cas contraire, et à défaut
de curages réguliers des canalisations, il faudra avoir recours aux chasses
automatiques.
S’il faut tenir compte des débits d’avenir, il faudra cependant, être prudent en la
matière car le surdimensionnement des canalisations crée des sujétions pour l’auto-
curage. Le raccordement des immeubles riverains doit être effectuer comme pour les
réseaux unitaires.
Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement
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Bassins de retenue.
Siphons à point bas.
Déversoirs d’orage.
Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement
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Déversoir d’orage:
Les déversoirs d’orages permettent de diminuer la charge des stations d’épuration, mais
de l’autre côté, ils déversent une grande quantité de matières polluantes provenant des
eaux usées dans le milieu naturel par temps de pluie.
Le calcul des déversoirs d’orage a trait :
• A la galerie proprement dite;
• Au seuil de déversement dont la cote conditionne le fonctionnement de l’ouvrage.
La galerie doit être calculée pour pouvoir transiter la totalité des débits amont.
Aucune règle générale ne peut être fournie quant à la fréquence de fonctionnementdes
déversoirs, celle-ci étant essentiellement fonction des conditions locales.
Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement
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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement
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Calcul d’un déversoir d’orage:
La procédure de dimensionnement des déversoirs d’orage est :
• Evaluation du débit maximal conservé à l’aval vers la station d’épuration, selon
une dilution admissible à la station. Ce débit est de l’ordre de 3 à 6 fois le débitde
temps sec.
• Détermination de la valeur du seuil de fonctionnement ainsi que la valeur de
remplissage de la conduite d’amenée, cette dernière valeur déterminant le niveau de
trop plein.
• Pour les débits de l’événement orageux considéré, on calcul ensuite la longueur du
déversoir par application des formules de seuil (fonction du type de l’ouvrage).
Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement
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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement
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Exemple:On peut déterminer le débit du collecteur principal s’amenant vers la station d’épurationlorsque la dilution 5 (1 partie d’eau usée pour 4 paries d’eau pluviale) est atteinte parrapport au débit de temps sec .
Diamètre du collecteur principal avant le déversoir d’orage : D 600 mm;Pente I=1,6 %;Débit par temps de pluie : QT= 800 l/s;Débit par temps sec : 60 l/s.
On demande de :• Calculer la longueur du déversoir.• Calculer le diamètre du tuyau d’étranglement (eau usée) après le déversoir sur une
longueur de 40m.
On utilise l’équation de Manning Strickler:
Q = Kst . A . RH2/3 . I1/2 avec Kst = 90.
Calcul de la longueur du seuil du déversoir (Formule de Poléni): (avec µ=0,6)
Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement
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Solution :a) Le débit du collecteur s’amenant vers la station d’épuration avec une dilution 5:
Q1= (60 . 4) + 60 = 300 l/s
Le débit rejeté directement dans le cours d’eau :Q2 = 800 – 300 = 500l/s.
• Calcul du niveau d’eau p1 dans la conduite d’arrivée:
D = 600 mm , I = 1,6% , Kst = 90
Le débit à pleine section est:
Qv = Kst . A . RH2/3 . I1/2 = 90 . (π.0,62 / 4). (0,6/4) 2/3 . (0,16)1/2 = 0,908 m3/s ≈ 900 l/s.
La hauteur partielle par temps de pluie est :
Rq= QT/Qv = 800/900 = 0,89
Ce qui est équivalent (en utilisant l’abaque) a un rapport de remplissage de h/H = 0,77.
Donc p1 = (h/H) . 600 = 462 mm.
Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement
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• La hauteur partielle p2 lorsque le débit = 5 . Le débit par temps sec = 300 l/s
Qr/Qv = 300/900 = 0,33
Ce qui est équivalent (en utilisant l’abaque) à un rapport de remplissage de h/H = 0,38.
Donc p2 = (h/H) . 600 = 0,38 . 600 = 228 mm.
La hauteur du seuil du déversoir est de 228 mm.
Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement
COUPE
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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement
PLAN HORIZONTAL
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• Calcul de la longueur du seuil du déversoir (Formule de Poléni)
Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement
Qd = 2/3 µ b hd3/2 √2.g
b = 3/2 . Qd / (µ . hd3/2 √2.g ) avec µ = 0,6
b = 3/2 . 0,5 / 0,6 . [(0,462 – 0,228)/2]3/2 √19,62
On choisi un déversoir à 2 espacements de 5,5 m (au total 11m).
90
b) Calcul du tuyau d’étranglement (EU).
Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement
Il doit être construit de telle façon que le débit ne dépasse pas 300 l/s.
Q = 300 l/s , Kst = 90 , I = 1,6%
Choisissons D 400
Qv = Kst . A . RH2/3 . I1/2 = 90 . [π.(0,4)2 / 4]. (0,4/4)2/3 . (0,016)1/2 = 0,308 m3/s ≈ 300 l/s.
Le diamètre choisi est validé.
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Bassin de retenue:Les bassins de retenue sont utilisés dans le cas où on cherche à réduire les dimensionsdes collecteurs projetés à l’aval en étalant les débits de pointe sur un temps imposé parles conditions d’écoulement à l’aval.
On peut utiliser les dépressions naturelles comme des bassins de rétention, si on lesrelies au réseau d’assainissement pour l’évacuation des débits de ruissellement stockéspendant un certain temps dans la dépression.
Ces bassins sont constitués par un corps de bassin et un ouvrage aval constitué par unseuil d’évacuation qui peut être un déversoir ou un orifice.
Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement
On peut obtenir l’hydrogramme de débit à l’entrée du bassin de retenue à partir de lacourbe intensité – durée de la pluie maximale pour la fréquence choisie.
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- Calcul du volume d’un bassin de rétention:
L’instruction technique Française CG 1333 cite une méthode dite « des volumes » pour calculerle volume utile d’un bassin de rétention.
L’application de cette méthode revient à calculer un volume V en fonction du temps t, le volumesera maximum quand dV/dt = 0.
La formule de base pour calculer la capacité d’un bassin de rétention s’écrit :
V = h.S.C – Qt
Dans laquelle :
V : est le volume de retenue en m3
h : est la hauteur d’eau tombant pendant un temps t, elle est donnée par la formule :
h = a . t(a-b)
Où a et b sont les paramètres de la formule de Montana I=a.tb
a : est à multiplier par 10-3 pour obtenir h en m;
S : Surface en m3.
C : Coefficient d’apport : fonction de volume d’eau précipitée qui arrive au bassin derétention.
Q : est le débit admissible à l’aval (débit de fuite) en m3/mn.
t : est le temps en mn.
Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement
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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement
La détermination de C est délicate, on pourra adopter en première approximation les valeurs ci-après pour des pourcentages de boisement variant de 0 à 100%
•Sol imperméable (argileux) - 0,60 à 0,15
•Sol plutôt imperméable - 0,40 à 0,10
•Sol plutôt perméable - 0,20 à 0,10
•Sol perméable (sableux) - 0,10 à 0,05
Le débit de sortie du bassin de rétention s’écrit :
Qs = m. Ω . √2ghQs : Débit sortant du bassin de rétention (m3/s)
h : hauteur de l’eau dans le bassin de rétention (m)
g : accélération de la pesanteur , g= 9,81 m/s2
m : constante caractéristique de l’orifice, m=0,7
Ω : Section de l’orifice (m2)
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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement
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Siphons à point bas:Ils ont pour rôle de franchir un obstacle à un niveau plus haut ou plus bas que celui ducollecteur principal. Un obstacle peut être un cours d’eau, un canal, une route, untunnel, une voie ferrée, une tranchée ou une conduite à grande dimension.
Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement
Les siphons à point bas fonctionnent toujours en charge, même s’ils transitent un débittrès faible (débit par temps sec).
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Afin d’éviter l’obturation par des résidus secs volumineux, on choisit le même
diamètre minimum que celui du réseau (∅ = 200 pour un réseau des eaux usées, ∅ =
300 pour un réseau unitaire ou pluvial) Le calcul hydraulique consiste à réaliser
une vitesse minimale (environ I m/s pour un collecteur des eaux usées, 1,20 à
1,50 m/s pour un réseau unitaire ou pluvial). Lorsqu’on ne peut pas réaliser les
vitesses minimales ci-dessues, il faut installer des chasses d’eau.
Un siphon à point bas doit avoir un regard de visite à chaque extrémité.
Le calcul consiste donc à:
• Déterminer les sections S1 et S2 pour les débits minima;
• Calculer les pertes de charge et la répartition des débits minima;
• Vérifier si l’ensemble peut évacuer les débits maxima et éventuellement augmenter
les sections S1 et S2.
Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement
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Ouvrages annexes.
Ouvrages principaux.
Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement
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Les éléments constitutifs d’un réseau d’assainissement sesubdivisent en :
Les ouvrages principaux comprenant :
Des tuyaux circulaires;
Des tuyaux ovoïdes préfabriqués;
Des ouvrages visitables de profils particuliers, limités aux grandscentre urbains;
Les ouvrages annexes comprennent:
Regard de visite;
Bouches d’égout;
Regards borgnes;
Branchements particuliers;
Stations de relèvement;
Déversoirs d’orage;
Bassin de rétention.
Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement
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Ouvrages principaux.
Un égout est considéré comme un aqueduc à écoulement libre dont la mise en
charge doit être exceptionnelle et limitée par le débordement éventuel des regards
et ouvrages annexes.
Du point de vue de l’étanchéité, il y a lieu de distinguer deuxcas:
• L’étanchéité parfaite aux eaux transitées qui était jadis peu recherché sauf
dans certains cas spéciaux, contamination d’une nappe , parexemple.
• L’étanchéité aux eaux extérieures, provenant de la remontée saisonnière
d’une nappe, doit être absolue, faute de quoi l’égout fonctionne comme
drain de ladite nappe, ce qui a pour effet de perturber, considérablement le
fonctionnement de la station d’épuration.
Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement
100
Les conduites d’assainissement existantes sur le marché peuvent être distinguées en
2 catégories selon leurs modes de fabrication:
• Conduite préfabriquées : elles sont généralement circulaires;
• Conduites coulées sur place et pouvant avoir les formes les plus diverses :
circulaires, ovoïdes normalisés ou non, dalots ou voûtes.
o Les tuyaux circulaires sont désignés par leur diamètre intérieur, dit diamètre
nominal, exprimé en millimètre.
o Les tuyaux ovoïdes sont désignés par leur hauteur intérieure, dite nominale,
exprimée en centimètres.
o Les joints furent d’abord réalisés en mortier de ciment sur chantier. Ces joints
cédèrent la place aux joints en élastomère, étanche tant auxeaux intérieures
qu’aux eaux extérieures.
Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement
101
• Conduite préfabriquées:
On distingue selon la nature des matériaux utilisés:
- les conduites en béton comprimé ou vibré non armé;
- les conduite en béton armé;
- les conduites en amiante-ciment;
- les conduites en P.V.C.
D’autres types de canalisations sont aussi utilisés:
- les conduites en fonte ductile;
- les conduites coulées sur place.
Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement
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- Les conduites en béton comprimé ou vibré non armé;
Elles figure parmi les plus anciens produits réalisés en béton.
Domaine d’utilisation:
Bien qu’elles continuent à être utilisées à l’heure actuelle, leur usage devient de
moins en moins courant au niveau de l’ossature des réseaux. Les conduites en béton
comprimé sont parfois utilisées pour la réalisation des branchements particuliers de
200 mm et les raccordements des bouches d’égout de diamètre 300 mm.
Caractéristiques:
Les diamètres fabriqués vont de 120 au 1000 mm dans les 3 classes suivantes : 30B,
60B et 90B.
Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement
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Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement
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- Les conduites en béton armé;
Parmi les conduites en béton armé fabriquées et largement utilisées au Maroc dans
le domaine de l’assainissement on trouvera :
o Les conduites en béton vibré armé;
o Les conduites en béton centrifugé ordinaire (CAO);
o Les conduites en béton précontraint.
L’usage du béton précontraint reste très restreint au Maroc.
Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement
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o Les conduites en béton vibré armé:
Procédés de fabrication :Le processus de fabrication utilisé est organisé de la manière suivante:Le cage d’armatures est montée verticalement sur un collet en acier sur lequel vientcoulisser le moule extérieur. Le béton est injecté par passemontantes parcentrifugation.A la fin de fabrication, la buse est soumise à une compressionqui permetd’améliorer sa compacité. La conduite ainsi fabriquée est transportée verticalementvers l’aire de stockage où elle est maintenue jusqu’à ce qu’elle atteigne unerésistance suffisante.
Caractéristiques:Les éléments fabriqués ont une longueur de 2,5 m en diamètresvariant de 300 à1000 mm et correspondent à deux classes (90A et 135A).
Les éléments de conduites sont montés à bout mâle et femelle.
Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement
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o Les conduites en béton Centrifugée Armé Ordinaire (CAO):
Procédés de fabrication :Les armatures sont obtenues à partir des fils d’acier en bottes et enroulés autour d’unmandarin. La fabrication se fait par centrifugation de la cage d’armaturehorizontalement avec insertion du béton durant la rotationde la buse. Cettecentrifugation confère à la buse une très bonne compacité, une bonne résistance àl’ovalisation et une bonne étanchéité.
Caractéristiques:Les buses se présentent sous forme d’éléments à joint torique ou d’éléments à boutsdroits. La jonction des tuyaux CAO (JT) se fait par l’intermédiaire d’un joint toriqueen élastomère qui autorise des déviations angulaires de plusieurs degrés; la jonctiondes tuyaux CAO à bout droit (BD) se fait par l’intermédiaire d’une bague matée aumortier sec.Les éléments fabriqués présentent des diamètres de 200 à 2200 mm correspondant à3 classes : 60A, 90A et 135A.
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