L’objectif principal de ce chapitre est de passer aux calculs hydrauliques et au dimensionnement du réseau de distribution après avoir déterminé les besoins des bénéficiaires de tout le réseau afin de vérifier si l’eau à distribuer arrivera à tous les points souhaités.
Pour cela, nous allons analyser tous les détails nécessaires partant de l’amont au lieu de captage jusqu’au lieu de distribution en aval.
Le stockage est assuré par le « Réservoir ». Par définition, le réservoir est un ouvrage destiné à emmagasiner l’eau dans le but de l’utiliser en cas de panne ou d’entretien éventuel. Il constitue une sécurité pendant les heures de pointes et peut servir de secours lors des incendies.
Les réservoirs ont pour rôle de :
On distingue les différents réservoirs selon les matériaux de construction, la position d’emplacement et la forme de la base :
Dans notre étude, nous avons proposé d’utiliser des réservoirs en maçonnerie de moellons semi-enterrés avec une forme circulaire, car ce dernier résiste mieux à la pression hydrostatique et consomme moins de matériaux de construction surtout trouvés sur place.
Avant de passer au dimensionnement du réservoir, il faut d’abord connaître la capacité qu’il peut contenir. Cela dépend de la différence entre la quantité d’eau fournie par la source et la quantité d’eau nécessaire à la consommation. La détermination de la capacité du réservoir est conditionnée par les variations du débit en fonction du temps selon les besoins journaliers en eau. Il existe deux sortes de capacité du réservoir à savoir :
Soit QE, débit entrant dans un réservoir pendant une unité de temps, et QS, le débit sortant également par unité de temps.
QS > QE : Pendant les heures de pointe, c’est-à-dire au moment où la consommation d’eau est maximale.
QS < QE : Dans les heures creuses où la consommation d’eau est minimale.
Soient VS et VE respectivement le volume d’entrée et de sortie au niveau du réservoir, on aura :
Avec : VR = volume du réservoir
La capacité théorique d’un réservoir est définie comme étant la somme de VE et VS quand elles atteignent leur maximum exprimé en valeur absolue.
Un réservoir emmagasine l’eau en quantité suffisante pour les bénéficiaires sans qu’elle passe de jours dans la cuve. C’est pour cela que nous allons tenir compte d’un coefficient de 1,5 (valeur donnée par la REGIDESO) afin d’avoir une bonne consommation d’eau. D’où en pratique, la capacité d’un réservoir est prise à 1,5 fois la capacité théorique. Selon la destination du réservoir, des coefficients horaires sont appliqués aux consommateurs pour tenir compte des variations horaires comme le montrent les tableaux fournis par la REGIDESO :
Tableau 9 : Coefficients horaires en milieu rural
Temps (h) |
0 - 2 |
2 - 6 |
6 – 7 |
7 - 12 |
12 – 14 |
14 – 19 |
19 - 22 |
22 - 24 |
Coefficient |
0,0 |
0,3 |
2,0 |
1,0 |
1,5 |
1,7 |
0,15 |
0,0 |
Tableau 10 : Coefficients horaires en milieu urbain
Temps (h) |
0 - 2 |
2 - 6 |
6 – 7 |
7 - 12 |
12 – 14 |
14 – 19 |
19 - 22 |
22 - 24 |
Coefficient |
0,2 |
0,3 |
2,0 |
1,2 |
2,1 |
1,8 |
1,0 |
0,5 |
Les tableaux ci-après sont établis selon les formules suivantes :
VEP = QE × T
VEC =
VSP = QSP × T
VSC =
QSP = QE × Ch
Avec :
T : Temps en heures ;
Ch : Coefficient horaire ;
QE : Débit entrant en m3/h ;
VEP : Volume entrant partiel en m3 ;
VEC : Volume entrant cumulé en m3 ;
VSP : Volume sortant partiel en m3 ;
VSC : Volume sortant cumulé en m3 ;
QSP : Débit sortant partiel m3/h.
D’après les formules énumérées ci-haut, les tableaux suivants donnent les résultats ci-après :
Période (h) |
Ti (h) |
Ch |
QE (m³/h) |
VEP (m³) |
VEC (m³) |
VSP (m³) |
VSC (m³) |
VEC-VSC (m³) |
QSP (m³/h) |
0 - 2 |
2 |
0 |
0,45 |
0,9 |
0,9 |
0 |
0 |
0,9 |
0 |
2 - 6 |
4 |
0,3 |
0,45 |
1,8 |
2,7 |
0,54 |
0,54 |
2,16 |
0,135 |
6 - 7 |
1 |
2 |
0,45 |
0,45 |
3,15 |
0,9 |
1,44 |
1,71 |
0,9 |
7 - 12 |
5 |
1 |
0,45 |
2,25 |
5,4 |
2,25 |
3,69 |
1,71 |
0,45 |
12 - 14 |
2 |
1,5 |
0,45 |
0,9 |
6,3 |
1,35 |
5,04 |
1,26 |
0,675 |
14 - 19 |
5 |
1,7 |
0,45 |
2,25 |
8,55 |
3,825 |
8,865 |
-0,315 |
0,765 |
19 - 22 |
3 |
0,15 |
0,45 |
1,35 |
9,9 |
0,2025 |
9,0675 |
0,8325 |
0,0675 |
22 - 24 |
2 |
0 |
0,45 |
0,9 |
10,8 |
0 |
9,0675 |
1,7325 |
0 |
Tableau 11 : Capacité des réservoirs R1, R2, R3, R5, R6.
Tableau 12: Capacité du réservoir R4.
Période (h) |
Ti (h) |
Ch |
QE (m³/h) |
VEP (m³) |
VEC (m³) |
VSP (m³) |
VSC (m³) |
VEC-VSC (m³) |
QSP (m³/h) |
0 - 2 |
2 |
0 |
1,17 |
2,34 |
2,34 |
0 |
0 |
2,34 |
0 |
2 - 6 |
4 |
0,3 |
1,17 |
4,68 |
7,02 |
1,404 |
1,404 |
5,616 |
0,351 |
6 - 7 |
1 |
2 |
1,17 |
1,17 |
8,19 |
2,34 |
3,744 |
4,446 |
2,34 |
7 - 12 |
5 |
1 |
1,17 |
5,85 |
14,04 |
5,85 |
9,594 |
4,446 |
1,17 |
12 - 14 |
2 |
1,5 |
1,17 |
2,34 |
16,38 |
3,51 |
13,104 |
3,276 |
1,755 |
14 - 19 |
5 |
1,7 |
1,17 |
5,85 |
22,23 |
9,945 |
23,049 |
-0,819 |
1,989 |
19 - 22 |
3 |
0,15 |
1,17 |
3,51 |
25,74 |
0,5265 |
23,576 |
2,1645 |
0,1755 |
22 - 24 |
2 |
0 |
1,17 |
2,34 |
28,08 |
0 |
23,576 |
4,5045 |
0 |
Dans le dimensionnement d’un réservoir, on doit tenir compte du diamètre intérieur et extérieur du réservoir et de la hauteur totale du réservoir.
Calcul du diamètre
Le diamètre du réservoir est calculé sur base du volume du réservoir (capacité pratique du réservoir). La formule couramment utilisée dans le calcul du diamètre est celle de FONLLADOSA qui est la suivante :
Avec : D= Diamètre intérieur en m ;
V= Volume du réservoir en m3.
La hauteur totale du réservoir est donnée par la somme de la hauteur utile (Hu) et la hauteur libre (Hl).
Ht= Hu +Hl
La hauteur utile c’est la hauteur du niveau d’eau dans le réservoir et elle est comprise entre 3 et 6m et dans certains cas, elle peut atteindre 8m. D’après FONLLADOSA, la hauteur utile est déterminée par la formule suivante :
Hu= 0,46 D
Avec : Hu= Hauteur utile en m ;
D= Diamètre intérieur en m.
La hauteur libre est la hauteur entre le niveau d’eau et la paroi intérieure du couvercle. Elle est comprise entre 0,2 et 0,5m. On considère que la tranchée d’air est de 0,4m pour permettre une bonne aération dans le réservoir.
Tableau 13 : Dimensions des réservoirs du projet
Volume (m3) |
Diamètre |
Epaisseur des parois |
Hauteur |
||
Intérieur (m) |
Extérieur (m) |
Utile (m) |
Total intérieur (m) |
||
5 |
2,40 |
3,20 |
0,4 |
1,1 |
1,5 |
10 |
3,02 |
3,82 |
0,4 |
1,39 |
1,79 |
Les grandes parties des réservoirs circulaires que nous aurons à dimensionner sont :
La dalle de couverture d’un réservoir est un ouvrage qui protège l’eau potable contenue dans le réservoir contre les intempéries et d’autres éléments nuisibles. Le dimensionnement tiendra compte des éléments ci-après :
Pour notre dimensionnement, nous utilisons la norme française BAEL 91 (Béton Armé aux Etats Limites). Un état limite est un état au-delà duquel une structure cesse de remplir ses fonctions ou ne satisfait plus aux conditions par lesquelles elle a été conçue. Comme la dalle est circulaire, elle sera étudiée comme un carré dont le coté est égal au diamètre du cercle.
Il existe deux types de dalles selon la direction où elle porte :
Pour notre cas, la dalle est de : 3,2 + (0,1×2) = 3,4m la dalle porte dans deux directions (bidirectionnelles).
Avec : lx : longueur de la dalle dans la direction de la petite portée ;
ly : longueur de la dalle dans la direction de la grande portée.
Selon la norme française BAEL, l’épaisseur de la dalle pour un panneau isolé est déterminée comme suit :
h
Adoptons h = 12cm
La masse volumique du béton est 25 kN/m3 tandis que la masse volumique du mortier de revêtement est de 20 kN/m3.
G = 34,68KN + 4,624KN = 39,304KN
Pu = 1,35 G + 1,5 Q
Avec Pu : poids ultime
Pu = 1,35 (39,304KN) + 1,5 (23,12KN) = 87,74KN
Pu/m2 = = 7,58KN/m2
Pour la bande d’1m : Pu/m = = 7,58KN/m
Mox = × Pu × lx2
Avec
Mox = 0,036 × 7,58KN/m × (3,4m)2 = 3,15KNm
Moy = × Mox
Avec : =
= (1)2 = 1
Moy = 3,15KNm
Mtx = Mty = 0,85 × Mox
Mtx = Mty = 0,85 × 3,15KNm = 2,677KNm
Le calcul de la section des armatures se fait uniquement en travée car la couverture reposera sur les parois du réservoir
Avec : Mu : moment ultime
fbu : résistance du béton à la compression
bo : bande d’1m
d : enrobage où d = 0,9 × h
d = 0,9 × 0,12 = 0,108m
fbu =
Avec : fc28 : la résistance du béton à l’âge de 28 jours pris égal à 25MPa
: coefficient de prise en fonction de la durée d’application des charges ( = 1)
: coefficient de sécurité pris égal à 1,5
fbu = = 14,16MPa
= = 0,0166
= 0,0166 = 0,30
= 0,0166 = 0,030
fed =
Avec Fe : limité d’élasticité des aciers
: Contrainte limite des aciers (= 1,15)
fed : résistance de calcul de contrainte de déformation des aciers
Calcul de la section minimal des armatures : Amin
Amin =
Avec ft28 : résistance du béton à la traction
ft28 = 0,6 + 0,06 × fc28
Amin =
Pour la dalle de couverture, l’acier utilisé aura comme diamètre nominal 6mm (Ф6) de section A = 0,283cm2.
Nombre de Ф6 : = 4,59
Adoptons 5 Ф6 Fe E400/m HA
AS = 0,283cm2 × 5 = 1,415cm2/m
Un radier est un ouvrage qui reçoit les surcharges transmises par l’eau (pression de l’eau), par les parois supportant la dalle de couverture et les transmettent à son tour au sol. Le radier sera dimensionné comme un plancher dalle (dalle de couverture).
D = max (l1/20 ; 30cm)
Avec D : débord
D = max (320cm/20 ; 30cm)
D = max (16cm ; 30cm)
Adoptons D = 30cm
Pression de l’eau sur le radier = masse volumique de l’eau × Hu
Pression de l’eau sur le radier = 10KN/m3 × 1,1m = 11KN/m2
Charge totale que l’eau exerce sur le radier = (2,4m)2 × 11KN/m2 = 63,36KN
Volume du mur = volume total – capacité du réservoir
Volume total = (3,20m)2 × 1,50m = 15,36m3
Volume du mur = 15,36m3 – 5m3 = 10,36m3
Poids propre du mur = 22,6KN/m3 × 10,36m3 = 234,136KN
G = 72,2KN + 2,304KN + 63,36KN + 234,136KN + 34,68KN = 406,68KN
Pu = 1,35 G + 1,5 Q
Pu = 1,35 (406,68KN) + 1,5 (28,88KN) = 592,338KN
Pu/m2 = = 41,02KN/m2
Pour la bande d’1m : Pu/m = = 41,02KN/m
Mox = × Pu × lx2
Avec
Mox = 0,036 × 41,02KN/m × (3,8m)2 = 21,32KNm
Moy = × Mox
Avec =
= (1)2 = 1
Moy = 1× 21,32KNm = 21,32KNm
Mtx = Mty = 0,85 × Mox
Mtx = Mty = 0,85 ×21,32KNm = 18,12KNm
d = 0,9 × 0,2m = 0,18m
= = 0,039
= 0,039 = 0,30
Déterminons Astrx
Astrx =
Avec Zb = d (1 – 0,4)
Zb = 0,18 (1 – 0,4 × 0,049) = 0,176m
fed =
Avec Fe : limité d’élasticité des aciers
: Contrainte limite des aciers (= 1,15)
fed : résistance de calcul de contrainte de déformation des aciers
fed = = 348MPa
Astrx = = 0,00029m2 = 2,9cm2
Pour le radier du réservoir de 10m3, l’acier utilisé aura comme diamètre nominal 8mm (Ф8) de section A = 0,5cm2.
Nombre de Ф8 : = 5,8
Adoptons 6 Ф8 Fe E400/m HA
AS = 0,5cm2 × 6 = 3cm2/m
PLAN TYPE : Réservoir de 5m3
Figure 12 : coupe d’un réservoir de 5m3
Pour ces dalles, nous avons : 0,4 1
Avec : D = 1,405
D = 1,405 = 3,02m, où D : diamètre intérieur
D' = 3,02m + (0,4 × 2) = 3,82m, où D' : diamètre de la dalle
lx = ly = 3,82 + (0,1 × 2) = 4,02m, d’où = 1 (la dalle porte dans les deux directions)
La dalle de couverture a 4,02m de côté.
Selon la norme française BAEL, l’épaisseur de la dalle pour un panneau isolé est déterminée comme suit :
h
Adoptons h = 15cm
La masse volumique du béton est de 25KN/m3 tandis que celle du mortier de revêtement est de 20KN/m3.
G = 61,6KN + 6,46KN = 67,06KN
Pu = 1,35 G + 1,5 Q
Avec Pu : poids ultime
Pu = 1,35 (67,06KN) + 1,5 (32,32KN) = 139,01KN
Pu/m2 = = 8,60KN/m2
Pour la bande d’1m : Pu/m = = 8,60KN/m
Mox = × Pu × lx2
Avec
Mox = 0,036 × 8,60KN/m × (4,02m)2 = 5KNm
Moy = × Mox
Avec : =
= (1)2 = 1
Moy = 1 × 5KNm = 5KNm
Mtx = Mty = 0,85 × Mox
Mtx = Mty = 0,85 × 5KNm = 4,25KNm
Le calcul de la section des armatures se fait uniquement en travée car la couverture reposera sur les parois du réservoir
Avec : Mu : moment ultime
fbu : résistance du béton à la compression
bo : bande d’1m
d : enrobage où d = 0,9 × h
d = 0,9 × 0,15 = 0,135m
fbu =
Avec : fc28 : la résistance du béton à l’âge de 28 jours pris égal à 25MPa
: coefficient de prise en fonction de la durée d’application des charges ( = 1)
: coefficient de sécurité pris égal à 1,5
fbu = = 14,16MPa
= = 0,0166
= 0,0166 = 0,30
= 0,0166 = 0,030
fed =
Avec Fe : limité d’élasticité des aciers
: Contrainte limite des aciers (= 1,15)
fed : résistance de calcul de contrainte de déformation des aciers
Calcul de la section minimal des armatures : Amin
Amin =
Avec ft28 : résistance du béton à la traction
ft28 = 0,6 + 0,06 × fc28
Amin =
Pour la dalle de couverture, l’acier utilisé aura comme diamètre nominal 6mm (Ф6) de section A = 0,283cm2.
Nombre de Ф6 : = 5,76
Adoptons 6 Ф6 Fe E400/m HA
AS = 0,283cm2 × 6 = 1,698cm2/m
D = max (l1/20 ; 30cm)
Avec D : débord
D = max (343cm/20 ; 30cm)
D = max (17,15cm ; 30cm)
Adoptons D = 30cm
Pression de l’eau sur le radier = masse volumique de l’eau × Hu
Pression de l’eau sur le radier = 10KN/m3 × 1,39m = 13,9KN/m2
Charge totale que l’eau exerce sur le radier = (3,02m)2 × 13,9KN/m2 = 126,77KN
Volume du mur = volume total – capacité du réservoir
Volume total = (3,82m)2 × 1,79m = 26,12m3
Volume du mur = 26,12m3 – 10m3 = 16,12m3
Poids propre du mur = 22,6KN/m3 × 16,12m3 = 364,312KN
G = 97,68KN + 3,64KN + 126,77KN + 364,312KN + 60,6KN = 653,002KN
Pu = 1,35 G + 1,5 Q
Pu = 1,35 (653,002KN) + 1,5 (39,07KN) = 940,157KN
Pu/m2 = = 48,12KN/m2
Pour la bande d’1m : Pu/m = = 48,12KN/m
Mox = × Pu × lx2
Avec
Mox = 0,036 × 48,12KN/m × (4,42m)2 = 33,84KNm
Moy = × Mox
Avec =
= (1)2 = 1
Moy = 1 × 33,84KNm = 33,84KNm
Mtx = Mty = 0,85 × Mox
Mtx = Mty = 0,85 ×33,84KNm = 28,764KNm
d = 0,9 × 0,2m = 0,18m
= = 0,0626
= 0,0626 = 0,30
Déterminons Astrx
Astrx =
Avec Zb = d (1 – 0,4)
Zb = 0,18 (1 – 0,4 × 0,08) = 0,174m
fed =
Avec Fe : limité d’élasticité des aciers
: Contrainte limite des aciers (= 1,15)
fed : résistance de calcul de contrainte de déformation des aciers
fed = = 348MPa
Astrx = = 0,000475m2 = 4,75cm2
Pour le radier du réservoir de 10m3, l’acier utilisé aura comme diamètre nominal 8mm (Ф8) de section A = 0,5cm2.
Nombre de Ф8 : = 9,5
Adoptons 10Ф8 Fe E400/m HA
AS = 0,5cm2 × 10 = 5cm2/m