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CHAPITRE IV CALCUL ET DIMENSIONNEMENT DES OUVRAGES HYDRAULIQUES

Introduction

L’objectif principal de ce chapitre est de bien mener les calculs de dimensionnement des ouvrages hydrauliques et de distribution afin d’assurer une alimentation en eau potable jusqu’à tous les points souhaités c'est-à-dire de l’amont jusqu’à l’aval (du lieu de captage jusqu’au lieu de distribution)

Rôle des réservoirs

Les réservoirs ont pour rôle :

-restituer de l’eau au moment des heures de pointe,

-régulation des consommations journalières,

-réserve de sécurité en cas d’incendie,

-régulation de la pression dans le réseau de distribution.

Classification des réservoirs

La classification des réservoirs se fait selon :

  • La nature des matériaux ;
  • La position de l’emplacement ;
  • La forme de la base.

Selon la nature des matériaux de construction :

  • Les réservoirs en béton armé ;
  • Les réservoirs en maçonnerie ;
  • Les réservoirs métalliques.

Selon la position de l’emplacement :

  • Les réservoirs enterrés ;
  • Les réservoirs semi-enterrés ;
  • Les réservoirs surélevés.

Selon la forme de la base :

  • Les réservoirs à base carré ;
  • Les réservoirs à base circulaire ;
  • Les réservoirs à base rectangulaire ;
  • Les réservoirs à base conique.

Le choix des réservoirs dépendra de la nature du fluide, de sa capacité et de son emplacement. Pour notre étude nous proposons des réservoirs circulaires (R1, R2, R3, et R4) et des réservoirs carrés  pour la bâche d’aspiration et le réservoir de refoulement. 

Capacité des réservoirs

Un réservoir est généralement calculé pour satisfaire aux variations journalières de consommations en tenant compte des heures de plus forte consommation. Il doit prévoir emmagasiner ce qui arrive en trop d’une part et d’autre part le volume destiné à être distribué.

Soit QE et QS, respectivement la quantité d’eau qui entre dans le réservoir par unité de temps et la quantité d’eau qui en sort par unité de temps. Pendant les heures de pointe QS > QE et pendant les heures creuses QS < QE.

Soit également  VS et VE respectivement le volume sortant et le volume entrant et Vres la capacité du réservoir, nous pouvons écrire ce qui suit :

VE=QE*t=                                                                                                  (IV.1)     

Vs=Q s*t=                                                                                                   (IV.2)                    

VRés= QS(t)) dt                                                                                       (IV.3)     

Avec: QE : débit entré du réservoir

QS : débit sorti du réservoir

Le débit horaire sortant du réservoir moyen sera :

Qmoy/h=                                                                                           (IV.4)     

Qmoy/h =

Qmoy/h = 5,171m3/h

Pour avoir la capacité du réservoir, un coefficient de 1,5 sera appliqué à la consommation journalière afin de remédier soit à une consommation exceptionnelle, soit à une interruption d’adduction suite à un accident ou à un entretien éventuel.

Vres = volume journalier*1,5

Une autre chose qui influence la capacité du réservoir, c’est le facteur variation horaire suivant la catégorie des bénéficiaires.

Notre réseau d’étude s’étend exclusivement sur une zone rurale, d’où nous utilisons les coefficients horaires ci-dessous:

Temps(h)

0-2

2-6

6-7

7-12

12-14

14-19

19-22

22-24

coefficient

0,0

0,3

2

1

1,5

1,7

0,15

0,0

Tableau 14 : coefficient horaire

Les tableaux ci-après sont calculés  selon les formules et symboles suivants:

QSP=QSh*ch                                                                                                                          (IV.5)     

QEP=QE*T                                                                                                                            (IV.6)     

QSC=∑ QSP                                                                                                                                                                     (IV.7)     

QEC=∑ QEP                                                                                                                                                                     (IV.8)    

Avec:

T(h):tranche en une heure

QSh: quantité sortie en une heure

QSP: quantité sortie partielle

QSC : quantité sortie cumulée

QEP: quantité entrée partielle

QEC: quantité entrée cumulée

QE: quantité entrée

Calcul de la capacité des réservoirs

Bâche d’aspiration

Pour déterminer la capacité de la bâche d’aspiration, nous utilisons le débit de la source qui est 2,5l/s diminué de 0,2l/s pour la biodiversité. Nous avons donc un débit de 2,3l/s.

  • durée de pompage : 8h
  • débit moyen de pompage: 15,513m3/h
  • débit moyen de la source: 8,28m3/h

Elle sera construite en béton armé à côté  de la station de pompage.

T(h)

∆t

QSh

QSP

QSC

QE

QEP

QEC

QEC-QSC

0-2

2

15,513

31,026

31,026

8,28

16,56

16,56

-14,466

2-6

4

15,513

62,052

93,078

8,28

33,12

49,68

-43,398

6-7

1

-

-

93,078

8,28

8,28

57,96

-35,118

7-12

5

-

-

93,078

8,28

41,4

99,36

6,282

12-14

2

-

-

93,078

8,28

16,56

115,92

22,842

14-19

5

-

-

93,078

8,28

41,4

157,32

64,242

19-22

3

-

-

93,078

8,28

24,84

182,16

89,082

22-24

2

15,513

31,026

124,104

8,28

16,56

198,72

74,616

Tableau 15 : calcul de la capacité de la bâche d’aspiration

La capacité de la bâche d’aspiration est de:89,082+|-43,398|=132,48m3

Soit une bâche d’aspiration de 135m3

Réservoir de refoulement RR

T(h)

∆t

Ch

QSM  (m3/h)

QSP (m3/h)

QSP     (m3)

Vsc         (m3)

QE    (m3/h)

QEP(m3)

VEC

VEC-VSC

0-2

2

0

5,171

0

0

0

15,513

31,026

31,026

31,026

2-6

4

0,3

5,171

1,5513

6,2052

6,2052

15,513

62,052

93,078

86,8728

6-7

1

2

5,171

10,342

10,342

16,5472

-

-

93,078

76,5308

7-12

5

1

5,171

5,171

25,855

42,4022

-

-

93,078

50,6758

12-14

2

1,5

5,171

7,7565

15,513

57,9152

-

-

93,078

35,1628

14-19

5

1,7

5,171

8,7907

43,9535

101,8687

-

-

93,078

-8,7907

19-22

3

0,15

5,171

0,77565

2,32695

104,19565

-

-

93,078

-11,1176

22-24

2

0

5,171

0

0

104,19565

15,513

31,026

124,104

19,9083

Tableau 16 : calcul de la capacité du réservoir de refoulement

La capacité théorique du réservoir de refoulement est de:86,8728+|-11,1176=97,9904m3

La capacité pratique du réservoir de refoulement est de : 97,9904*1,5=146,9856m3

Soit un réservoir de refoulement de 150m3

Colline Muyange R1 (QE=1,94m3/h)

T(h)

∆t

ch

QE   (m3/h)

QSP  (m3/h)

VSP (m3)

Vsc (m3)

VEP (m3)

VEC

VEC-VSC

0-2

2

0

1,94

0

0

0

3,88

3,88

3,88

2-6

4

0,3

1,94

0,582

2,328

2,328

7,76

11,64

9,312

6-7

1

2

1,94

3,88

3,88

6,208

1,94

13,58

7,372

7-12

5

1

1,94

1,94

9,7

15,908

9,7

23,28

7,372

12-14

2

1,5

1,94

2,91

5,82

21,728

3,88

27,16

5,432

14-19

5

1,7

1,94

3,298

16,49

38,218

9,7

36,86

-1,358

19-22

3

0,15

1,94

0,291

0,873

39,091

5,82

42,68

3,589

22-24

2

0

1,94

0

0

39,091

3,88

46,56

7,469

Tableau 17 : calcul de la capacité du réservoir R1

La capacité théorique du réservoir est de : 9,312+|-1,358|=10,67m3

La capacité pratique du réservoir est de : 10,67*1,5=16,005m3

Soit un réservoir est de 20m3

Colline Gitwa R2 (QE=1,16m3/h)

T(h)

∆t

ch

QE   (m3/h)

QSP  (m3/h)

VSP (m3)

Vsc (m3)

VEP (m3)

VEC

VEC-VSC

0-2

2

0

1,16

0

0

0

2,32

2,32

2,32

2-6

4

0,3

1,16

0,348

1,392

1,392

4,64

6,96

5,568

6-7

1

2

1,16

2,32

2,32

3,712

1,16

8,12

4,408

7-12

5

1

1,16

1,16

5,8

9,512

5,8

13,92

4,408

12-14

2

1,5

1,16

1,74

3,48

12,992

2,32

16,24

3,248

14-19

5

1,7

1,16

1,972

9,86

22,852

5,8

22,04

-0,812

19-22

3

0,15

1,16

0,174

0,522

23,374

3,48

25,52

2,146

22-24

2

0

1,16

0

0

23,374

2,32

27,84

4,466

Tableau 18 : calcul de la capacité du réservoir R2

La capacité théorique du réservoir est de : 5,568+|-0,812|=6,38m3

La capacité pratique du réservoir est de : 6,38*1,5=9,57m3

Soit un réservoir est de 10m3

Zone Gashoho R3 (QE=0,57m3/h)

T(h)

∆t

ch

QE   (m3/h)

QSP  (m3/h)

VSP  (m3)

Vsc (m3)

VEP (m3)

VEC

VEC-VSC

0-2

2

0

0,57

0

0

0

1,14

1,14

1,14

2-6

4

0,3

0,57

0,171

0,684

0,684

2,28

3,42

2,736

6-7

1

2

0,57

1,14

1,14

1,824

0,57

3,99

2,166

7-12

5

1

0,57

0,57

2,85

4,674

2,85

6,84

2,166

12-14

2

1,5

0,57

0,855

1,71

6,384

1,14

7,98

1,596

14-19

5

1,7

0,57

0,969

4,845

11,229

2,85

10,83

-0,399

19-22

3

0,15

0,57

0,0855

0,2565

11,855

1,71

12,54

0,685

22-24

2

0

0,57

0

0

11,855

1,14

13,68

1,825

Tableau 19 : calcul de la capacité du réservoir R3

La capacité théorique du réservoir est de : 2,736+|-0,399|=3,135m3

La capacité pratique du réservoir est de : 3,135*1,5=4,7m3

Soit un réservoir est de 5m3

Colline Gashoho R4 (QE=1,46m3/h)

T(h)

∆t

ch

QE   (m3/h)

QSP  (m3/h)

VSP (m3)

Vsc(m3)

VEP (m3)

VEC

VEC-VSC

0-2

2

0

1,46

0

0

0

2,92

2,92

2,92

2-6

4

0,3

1,46

0,438

1,752

1,752

5,84

8,76

7,008

6-7

1

2

1,46

2,92

2,92

4,672

1,46

10,22

5,548

7-12

5

1

1,46

1,46

7,3

11,972

7,3

17,52

5,548

12-14

2

1,5

1,46

2,19

4,38

16,352

2,92

20,44

4,088

14-19

5

1,7

1,46

2,482

12,41

28,762

7,3

27,74

-1,022

19-22

3

0,15

1,46

0,219

0,657

29,419

4,38

32,12

2,701

22-24

2

0

1,46

0

0

0

2,92

35,04

5,621

Tableau 20 : calcul de la capacité du réservoir R4

La capacité théorique du réservoir est de : 7,008+|-1,022|=8,03m3

La capacité pratique du réservoir est de : 8,03*1,5=12,045m      Soit un réservoir est de 15m3

Calculs hydrauliques

 

Tronçon

Distance

Débit

Conduite

Vitesse

j

J

     Altitude (m)

      H Piézo (m)

Pression (m)

réelle (m)

(m3/s)

Type

DE

PN

DI (m)

(m/s)

(m/m)

(m)

Amont

Aval

Amont

Aval

Amont

Aval

CD-BA

34.5

0.0023

PVC

63

6

0.058

0.859078

0.01698

0.58595

1588

1587

1588

1587.414

0

0.414053

BA_P

5

0.0043

PVC

110

16

0.092

0.641585

0.00577

0.0283

1587

1586.43

1587.414

1587.386

0.414053

0.956

P_RR

1971

0.0043

PVC

110

16

0.092

0.641586

0.00577

11.364

1586.4

1683.3

1587.386

1576.022

0.956

-107.278

RR-R1

617.5

0.0009

PVC

50

16

0.042

0.621055

0.01431

8.83557

1683.3

1669.3

1683.3

1674.464

0

5.164433

R1-R2

629.1

0.0003

PVC

40

10

0.036

0.31454

0.00517

3.2528

1669.3

1670.3

1674.464

1671.212

5.164433

0.911637

RR-R3

813.3

0.0006

PVC

50

16

0.042

0.41163

0.0069

5.61009

1683.3

1665.9

1683.3

1677.69

0

11.78991

R3-CP

526.6

0.0004

PVC

40

16

0.034

0.462632

0.01116

5.87496

1665.9

1630.3

1677.69

1671.815

11.78991

41.51495

CP_CV

375

0.0004

PVC

40

16

0.034

0.462632

0.01116

4.18365

1630.3

1664.4

1671.815

1667.631

41.51495

3.231296

CV-R4

62

0.0004

PVC

40

16

0.034

0.462632

0.01116

0.6917

1664.4

1666.5

1667.631

1666.94

3.231296

0.4396

                              Tableau 21: Détails des calculs hydrauliques

Schéma de fonctionnement du réseau Kabizi- Hôpital Gashoho

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