Manuel Técnique. Systéme D assainissement. Tuyaux à double paroi en Polypropylène SN 8 kn/m 2 avec tulipe intégrée. Manuel Técnique D assainissement

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1 Systéme D assainissement Manuel Técnique Tuyaux à double paroi en Polypropylène SN 8 kn/m 2 avec tulipe intégrée 1

2 Index CHAPITRE I : CHAPITRE II : CHAPITRE III : LE SYSTÈME PLOMYSAN DIMENSIONEMENT HYDRAULIQUE DU RÉSEAU PROGRAMME DE CALCUL PLOMYSAN 2

3 CHAPITRE I 1.1 LE SYSTÈME PLOMYSAN Plomysan est un système d assainissement intégral avec une gamme assortie de tuyaux annelés à double paroi de PP bloc copolymère avec tulipe intégrée réalisée dans la même ligne de fabrication et avec une rigidité annulaire SN 8 kn/m 2 sur les diamètres extérieurs DN/OD suivants: 160, 200, 250, 315, 400, 500 et 630 mm. Les diamètres 800 et 1000 sont dans leur développement final. Le diamètre nominal de ces tuyaux est extérieur (DN/OD), donc, ils sont appropriés pour avoir des connexions avec des accessoires d assainissement, des coffrets d inspection et des puits de registre de matériel plastique Le matériel. Les tuyaux PLOMYSAN sont fabriqués avec Polypropylène copolymère bloc (PP) Les dernières années, ce matériel a subi un accroît d utilisation considérable, arrivant même â doubler sa consommation kt Année Fig. 1.1 matériel PP Fig. 1.2 Consommation de PP pour des tuyaux en Europe Critères pour l utilisation de PP dans les tuyaux d assainissement - Plus grande résistance chimique (ph2 à ph12) - Résistance au choc à -10º C - Plus grande résistance à la température (-20ª C à 95º C) - Basse densité, bas poids - Ami de l environnement et recyclable - Résistance à l abrasion (rugosité 0,0007 mm) - Plus grande croissance européenne - Longue vie utile (de 50 à 100 ans) Avantages PP versus PVC - Plus grande résistance l abrasion - Plus grande résistance au choc - Plus grande résistance à la température - Soudure parfaite entre couches - Plus petite densité, plus petit poids - Plus grande croissance européenne - Écologique - Facilement recyclable Fig. 1.3 Résistance à la température Grès Béton PVC plomysan nº ciclos Fig. 1.4 Résistance à l abrasion Grès Béton PVC PP 3

4 Avantages PP versus PE - Plus grande résistance à la température - Plus grand module d élasticité - Plus grand diamètre intérieur - Plus petite densité, plus petit poids - Couleur tuile= matériel vierge - Avec tulipe annelée intégrée - Plus grande croissance européenne H PP H PE H PP < H PE > Dint PP > Débit PP Fig. 1.5 Hauteur de construction Fig. 1.6 Équipe d annelage 4

5 1.2 DESSIN DES JOINTS L étanchéité est la condition la plus importante aujourd hui dans un système d assainissement car, d un côté nous évitons les fuites qui contaminent les aquifères et de l autre nous évitons des infiltrations dans le réseau, avec, en plus, un coût moins élevé, car il ne faut pas dépurer le débit non nécessaire. Selon les essais réalisés par des laboratoires indépendants, les tuyaux PLOMYSAN réussissent dans les contrôles d étanchéité requis dans le norme européenne EN 13476, y compris la déformation extrême, déviation angulaire, étanchéité pour gravité et vide. Cela est possible aussi pour le parfait annelage des tuyaux comme pour le dessin du joint d étanchéité, tous les deux avec une fonction de compression et étanchéité spécialement dessinée pour des tuyaux PLOMYSAN. En plus, dû aux propriétés des tuyaux et au dessin des embouchures, les réactions sont homogènes face à une éventuelle déformation ou mouvement du terrain. Fig. 1.7 Système de joints des tuyaux PLOMYSAN L étanchéité 5

6 Facile à unir Quand nous coupons un tuyau il n est pas nécessaire de réaliser un biseau pour l unir de nouveau à un autre tuyau ou accessoire PLOMYSAN. Le joint doit se placer à la première vallée de l annecien. Le joint fait la fonction d une bande élastique, car il est naturel pour le joint de se loger autour de la surface intérieur. On doit utiliser des lubrifiants comme de la vaseline industrielle, aussi sur le joint qu à l intérieur de l embouchure. Il n y a pas de risque de sortir le joint de son logement donc on évite les possibles fuites. Pour unir le tuyaux et/ou accessoires, il suffit de les introduire jusqu au fond de l embouchure. Il n est pas nécessaire de laisser des distances pour des contractions pour des dilatations thermiques, car les tensions sont supportées par les anneaux du tuyau qui ont aussi la fonction de créer de points fixes sur le terrain. Le système de joints ne réduit pas la section intérieure du tuyau, ce qui pourrait créer une vitesse très élevée du fluide. Procédure d union de tuyaux PLOMYSAN 1. Nettoyer le joint et l embouchure 2. Lubrifier le joint et le début de l embouchure 3. Marquer la longuer á introduire 4. Introduire le tuyau jusqu à la marque On introduit le tuyau jusqu à la signal en utilisant un levier et en protégeant l extrême du tuyau avec un morceau de bois ou avec un «tractel», mais il faut toujours faire l effort dans le sens axiale et que les tuyaux soient alignés, sans réaliser des actions qui créent une déviation angulaire de l effort qui pourrait pincer le joint et ne pas faire une étanchéité absolue. Un autre système encore plus sûr et fiable consiste à, après le pas 3, utiliser notre pratique INTROTUYAU selon on peut voir à continuation. 4. Monter l intro-tuyau 5. Serrer l intro-tuyau 6. Introduire le tuyau 7. Démonter l intro-tuyau 6

7 CHAPITRE II 2.1 DIMENSIONEMENT HYDRAULIQUE DU RÉSEAU Critères préalables Normalement les tuyaux des réseaux d assainissement des eaux résiduelles, fonctionnent à section partiellement pleine et en régime de lame libre qui entre en charge selon certaines périodes, dans des conditions déterminées de simultanéité ou d excès de débits sur ceux du dessin et dans de situations de nettoyage ou dégorgement à pression des conductions. Une fois déterminés les débits des eaux résiduelles et pluviales il faut effectuer les calculs hydrauliques spécifiques pour dimensionner le réseau, c est-à-dire, déterminer les sections des conductions nécessaires pour évacuer ces débits. Préalablement à ces calculs il faut fixer des critères préalables sur les conditions sur lesquelles nous désirons que ce réseau fonctionne. Ces critères préalables doivent être, au moins, les suivants : - Diamètre minimal des tuyaux - Vitesses maximale et minimale pour la circulation de l eau dans les égouts - Pentes maximales et minimales des conductions - Matériaux à employer, affin d utiliser les coefficients de frottement appropriés - Dans les réseaux unitaires, le coefficient de dilution pour le fonctionnement des dépouilles - Coefficients de sécurité. Défenses Diamètre minimal Dans la construction d un égout, quand les diamètres sont petits, le coût de la livraison du tuyau représente un pourcentage réduit dans le coût final des travaux. L entretien du réseau est beaucoup plus effectif et économique à partir d une certaine taille de tuyau. Pour ces raisons on établit un diamètre minimal dans les réseaux d assainissement. Dans les réseaux d assainissement avec des tuyaux en béton, les diamètres minimaux qui sont recommandés sont de 400 mm. pour les égouts des rues et 300 mm. pour les écoulements. Quand on utilise des tuyaux avec un coefficient de frottement plus petit comme ceux en plastique, les diamètres sont de 300 mm. pour les rues et 200 mm. pour les écoulements et les branchements Vitesses L eau circule par le réseau en régime de lame libre, pour gravité. La limite supérieure de la vitesse se fixe pour éviter des érosions dans les conductions, car l eau traîne des sables et matériaux solides, et elle dépend de la résistance à l abrasion du matériel avec lequel sont fabriqués les conductions. Tenant compte de la grande résistance à l abrasion des tuyaux en plastique et de la gamme de diamètres qui constitue son cadre d utilisation ( mm), on peut admettre, dans ce type de tuyaux, des vitesses de circulation de jusqu à 5 m/s. Pourtant, dans le cas des conductions en béton, il convient de limiter la vitesse maximale de circulation à une valeur de 3 m/s. Quand à la limite inférieure de la vitesse, qui s établit pour garantir la capacité de traînage et éviter des sédimentations sur les conductions, il faut tenir compte que pour qu il y ait de la vitesse il faut qu il y ait du débit, et celui-ci manque dans de nombreuses branches, en saison sèche et à certaines heures. En effet, dans les réseaux séparatifs, et aussi dans les unitaires, quand il ne pleut pas, il existe de nombreux égouts, surtout dans les têtes du réseau, qu à certaines heures, ne transportent pas d eau, car les consommateurs ne produisent pas de décharges (heures nocturnes). Dans les petits ensembles ruraux ce 7

8 fait s étend, quelques fois, à tout le réseau pendant beaucoup d heures, car la consommation est peu diversifiée et se concentre sur très peu d heures (hauts coefficients de pointe) Pour cette raison, on considère inutile d établir des valeurs minimales pour la vitesse de circulation, car cette valeur minimale, comme on a déjà vu, est zéro. Il semble beaucoup plus approprié de fixer des valeurs minimales pour les pentes des conductions, de façon à garantir la capacité de traînage dès qu il se produiront des débits, et, en même temps, établir des éléments appropriés pour le nettoyage du réseau sur les têtes des branches (chambres de décharge, puits de nettoyage, etc.) Quand nous trouverons des collecteurs dont la pente soit très basse il faut essayer d augmenter la vitesse de l eau, soit en utilisant des matériaux avec un coefficient de frottement bas (par exemple plastique), soit en projetant des sections avec un plus grand rayon hydraulique Pentes On devrait adapter les pentes, autant que possible, à la topographie de la zone. Normalement on prend comme critère général que la pente ne surpasse pas 4m/km, mais quelque fois il est très difficile à le maintenir. Il est fréquent d avoir recours à des puits avec ressaut ou rapides pour réduire la pente, mais quand cela ne soit pas possible, il faut prévoir des matériaux résistants à l abrasion. La pente du réseau des égouts doit s adapter à deux conditions extrêmes. D un côté, elle doit être telle que, à de bas débits, il ne se produise pas de sédimentations et, d un autre côté, à de grands débits, on doit éviter les grandes vitesses qui, en présence de matériaux abrasifs traînés, puissent détériorer les conductions. À continuation, on indique les pentes recommandées en fonction du diamètre de la conduction. Diamètre de la conduction DN (mm) Grille 2.1 Pentes recommandées Pente minimale recommandable (m/km.) Il faut observer que, à plus grand diamètre, la pente minimale exigée est plus petite, car pour de grands diamètres on atteint des vitesses très hautes avec de petites pentes. Donc, par exemple, à section pleine, un tuyau de 315 mm. de diamètre a besoin d une pente de 14 m/km pour atteindre une vitesse de 2 m/s, alors que pour atteindre cette même vitesse, un tuyau de mm. de diamètre peut le faire juste avec une pente de 3,25 m/km. Aussi, la pente maximale (v<5m/s) qui peut avoir une conduction de 315 mm de diamètre est de 75 m/km, alors que si la conduction est de mm. de diamètre, sa pente maximale est de seulement 17,50 m/km Matériaux à employer Le matériel à choisir dépendra des caractéristiques des eaux à évacuer, des dimensions des conductions, des pentes des collecteurs et des caractéristiques des travaux. Dans les réseaux séparatifs on recommande d employer des plastiques, car ils sont résistants à la corrosion par acide sulfhydrique (effet couronne). On ne recommande pas du béton car il a une faible résistance à cette corrosion. Dans les réseaux de pluviaux jusqu à maintenant on installait des tuyaux en béton, mais l augmentation de la gamme de fabrication de tuyaux plastiques sur de grands diamètres fait que, de plus en plus, on utilise ce 8

9 matériel et surtout dans les cas de collecteurs avec très peu de pente. Quelques fois il vaut mieux d installer des matériaux plastiques pour la facilité d installation Coefficients de dilution Les collecteurs concentrateurs des réseaux unitaires doivent pouvoir accueillir les eaux résiduelles et une partie des pluviales, pour que les décharges dans les dépouilles aient une certaine dilution et ne soient pas excessivement polluants. Avant on dessiné les dépouilles de telle façon que la décharge se produisait quand le débit était 3 fois supérieur au débit des eaux résiduelles. Actuellement on applique un coefficient de dilution de 1 :5. En fonction des particularités du point de décharge et des caractéristiques de la dépuratrice, ce coefficient peut être modifié Coefficients de sécurité et défenses Au moment de projeter un réseau d assainissement il faut dimensionner les collecteurs avec un certain coefficient de sécurité pour être couverts face aux circonstances imprévues qui puissent se présenter. Les sections des collecteurs concentrateurs ou d eaux résiduelles ne sont pas calculées pour qu elles fonctionnent à section pleine. Normalement elles sont dimensionnées pour un débit de 20% supérieur au débit de dessin. Dans les collecteurs d eaux pluviales ou dans les grands collecteurs unitaires on laisse toujours une défense jusqu a la clé du collecteur ou le toit de la section en boîte. Le minimum recommandé est de 20 cm., mais dans les grandes sections est normalement de 50 cm Programme de calcul mécanique et hydraulique PLOMYSAN Ce programme réalise de façon rapide et simple les calculs mécaniques et hydrauliques des tuyaux PLOMYSAN. 9

10 Manuel Técnique D assainissement /s) ) mm ieu r( int ér Dia mè tre Vit ess e( m/s ) Perte de charge 0/00 Débit L/s Vit es s Din t ( mm ) Diagramme de Colebrook pour le calcul hydraulique e( m

11 Exemple de calcul hydraulique de tuyaux: PP-PLOMYSAN versus béton. On expose à continuation un exemple quantitatif de la capacité de transport d un tuyau en béton DN 400 (diamètre intérieur) et un tuyau d assainissement de PP annelé à double paroi DN 400 (diamètre extérieur) a) conditions du calcul Application de la formule de Manning-Strickler pour le calcul de vitesses de fluide et débit d écoulement : V 1 = n 2 3 Rh j 1 2 V = vitesse de circulation du fluide (m/s) n = coefficient de Manning Rn = rayon hydraulique (m) j = Pente de l installation ou perte de charge unitaire (m/m) Le rayon hydraulique est la relation entre la section mouillée par le fluide et le périmètre mouillé. Pour des sections circulaires, le rayon hydraulique équivaut à Di / 4 : S Rh = = P Di 4 S = Section intérieur du tuyau = π. Di 2 / 4 (m 2 ) P = Périmètre intérieur du tuyau = π. Di (m) Di = diamètre intérieur du tuyau (m) La perte de charge s exprime en mètres de colonne d eau, ou en mètres de dénivellement par mètre d installation. j = Pente de l installation ou perte de charge unitaire (m/m) Le débit est calculé à partir de la section et de la vitesse du fluide. Q = S v Q = débit transporté (m) S = Section intérieur du tuyau = π. Di 2 / 4 (m 2 ) V = vitesse de circulation du fluide (m/s) b) Conditions de l installation - Installation avec une pente de 0 5 %, (5 mètres de dénivellement pas kilomètre en ligne de tuyau) - Calcul hydraulique pour un tuyau en béton de DN/ID 400 mm - Calcul hydraulique pour un tuyau de PP- annelé à double paroi PLOMYPLAS raccordé DN/OD 400 mm 11

12 c) Calcul hydraulique Grille 8.2 Exemple de calcul Rayon Hydraulique (Rh) Rh = (Aire mouillée /Périmètre mouillé) BÉTON DN/ID 400 PP-PLOMYSAN DN/OD 400 (Pour des débits en tuyaux pleins) Introduire Di 0,400 (m) Introduire Di 0,348 (m) Section circulaire : Rh = S/P = Di / 4 Rh Calculé 0,100 (m) Rh Calculé 0,087 (m) Perte de charge unitaire (j) j = pente en mètres/mètres Introduire j 0,005 (m/m) Introduire j 0,005 (m/m) (5 par mille = 0,005 m/m en ligne) Coefficient de Mainning n n = adimensionnel de grilles Mainning Introduire n 0, Introduire n 0, Vitesse du fluide V V = 1/n. R 2/3. j 05 Vitesse 0,952 (m/s) Vitesse 1,735 (m/s) Débit transporté Q Débit = Section x Vitesse Débit 0,120 (m 3 /s) Débit 0,165 (m 3 /s) 120 l/s 165 l/s CONCLUSSIONS: - Le coefficient de Manning n des tuyaux de PP- PLOMYSAN est la moitié de celui des tuyaux en béton. - C'est-à-dire, en termes relatifs les tuyaux de PP- PLOMYSAN présentent 2 fois plus de surface plane interne que ceux en béton. - Les tuyaux de PP-PLOMYSAN permettent 38% plus de débit que les tuyaux en béton, avec un diamètre intérieur plus petit (0,348 m face à 0,400 m). - Une variable de ces points c est que «à égalité de débit, les tuyaux de PP-PLOMYSAN ont besoin d une pente moins prononcée», avec, en plus, l économie de mouvements de terre, donc de coûts. - Les tuyaux PP-PLOMYSAN ont un diamètre extérieur plus petit que ceux en béton, donc on peut réduire la largeur de la tranchée avec, évidemment, une économie de coûts. Debit (L/s) Hormigón Béton PP-PLOMYSAN Grille 8.2 Camparison debits 12

13 Dans les canalisations des eaux résiduelles interviennent des facteurs spécifiques qui ne se trouvent pas dans les eaux propres, comme des dépôts sur le fond et les parois des conductions, des puits de registre et un plus grand nombre de joints, ce qui fait que fait que la rugosité uniforme équivalente k a d un même tuyau soit différente en fonction de la circulation des eaux propres ou des eaux résiduelles. Grille 8.4 Valeurs de rugosité EAUX PROPRES EAUX RÉSIDUELLES Coefficient n de Matériel Coefficient k a (mm) Coefficient k a (mm) Manning Polypropylène PP Polyester PRFV Béton Béton armé Grès Fonte Fibro-ciment Ces valeurs inférieures sont applicables à des tuyaux droits et longs entre puits de registre, collecteurs et émissaires. Les valeurs supérieures au cas contraire Concept d auto nettoyage dans une ligne d assainissement DN tuyau (mm) Débit (l/s) Vitesse (m/s) Perte de charge 0/00 Fig. 8.4 Diagramme de flux 13

14 Le diagramme de flux est basé sur un coefficient de rugosité de 0,25 mm. dans la formule de Prandtl- Colebrooke. Ce coefficient tient compte des joints des tuyaux, les connexions aux accessoires et les coffrets d inspection dans une ligne d assainissement normale. Le coefficient de rugosité du tuyau est de 0,06 mm. Exemple de calcul : Le diagramme de flux est utilisé pour déterminer la relation de la pente (perte de charge) et du débit, ainsi que la vitesse du flux. - Débit : Q=20 l/s - Perte de charge : 5 pour mille (5mm/m) =0.005 m/m Si on se rapporte au diagramme de flux nous avons besoin d un tuyau PLOMYSAN de DN Et la capacité de la ligne sera de : Q t = l/s - La vitesse sera de : v t = 0.9 m/s Ces deux données sont tirées du diagramme de flux. Si le débit minimale estimé était par exemple de 5 l/s, le degré de remplissage serait de : Q/ Q t = 5/25.5 = 0.2 Hauteur de remplissage relatif, h/di Débit et vitesse relative, Q/ Q t et v/v t Vitesse relative, v/v t Débit relatif Q/ Q t Rayon hydraulique relatif, R/R t Fig. 8.5 Diagramme de remplissage partiel Avec le degré de remplissage donnée de 0.2 et le diagramme de remplissage partiel nous pouvons voir que pour ce degré de remplissage, l hauteur relatif de la superficie de l eau est de : h/d i = 0,3 La vitesse de flux relative : v/v t = 0,81 Le rapport de rayon hydraulique : R/R t = 0,72 En se basant sur ces rapports, nous pouvons calculer la vitesse de flux, l hauteur de remplissage dans le tuyau et le rayon hydraulique. Pour calculer les deux derniers il faut connaître le diamètre intérieur du tuyau : D i = 174 MM 14

15 Alors, la valeur des trois paramètres indiqués sera de : - Vitesse de flux : v = vt x 0.81 = 0.9 x 0,81 = 0,73 m/s - Hauteur de remplissage : h = 0,3 x d i = 0.3 x 174 = 52.2 mm - Rayon hydraulique : Rt = S/P = π D 2 / 4 : πd = D / 4 R = 0,72 x R t = 0.72 x 174 / 4 = mm = m Les propriétés d auto nettoyage dans une ligne d assainissement peuvent être estimées en calculant la tension de frottement à travers la formule : T = σ x g x j x R où : T = Tension de frottement σ = Densité de l eau (1000 kg/m 3 ) g = Accélération de la gravité (9,8 m/s 2 ) j = Perte de charge (m/m) R = Rayon hydraulique (m) Dans notre exemple, la tension de frottement sera de : T = 1000 x 9,81 x 0,005 x 0,03132 T = 1,536 N/m 2 D accord avec plusieurs recherches, une ligne d assainissement satisfait la condition d auto nettoyage si : T > 1,0 N/m 2 Valeurs de Q/ Q t et v/v t 15

16 3.1 PROGRAMME DE CALCUL PLOMYSAN Introduction CHAPITRE III Le programme PLOMYSAN de calcul hydraulique et mécanique dans des tuyaux annelés de polypropylène copolymère bloc (PP- B) pour des systèmes d assainissement sans pression, a été mis en place tenant compte des études réalisées dans le bilan UNE 53,331 de janvier 1997, basé surtout sur le document Arbeitsblatt ATV-DVWK-A 127 Statische Berechnung von Abwasserkanälen und leitungen 3. Auflage (Feuille de travail ATV-DVWK-A 127). Calcul statistique des égouts et conductions des eaux résiduelles) pour le calcul mécanique et le bilan UNE IN, pour le calcul des actions hydrauliques. Le programme de calcul permet d obtenir des actions mécaniques et hydrauliques de façon globale ou individuelle, de refléter les résultats dans des bilans et importer ceux-ci à un format de texte facilement personnalisable. De cette façon on facilite la réalisation des calculs préalables à l exécution d une installation de façon rapide, simple et exacte, en épargnant du temps à faire de longs calculs ou estimations approximatives peu fiables. Le programme PLOMYSAN a été développé dans le langage de programmation Visual Basic 6.0 De cette façon on arrive a avoir une compatibilité totale avec des systèmes opératifs Microsoft Windows (95, 98, Me, 2000, NT et XP) ainsi qu une totale intégration avec le software Microsoft, le plus répandu au monde. Le dessin du programme a été réalisé avec l objectif d être très simple à installer et utiliser, en évitant des écrans séquentiels qui compliquent le fait de pouvoir modifier à n importe quel moment les paramètres du calcul ou les conditions de celui-ci. Le programme PLOMYSAN est structuré essentiellement dans les sections suivantes : - Section d introduction de paramètres - Section de visualisation de résultats Section d introduction de paramètres Dans cette section l usager peut accéder dans une unique fenêtre aux familles de paramètres nécessaires, soit pour le calcul mécanique, soit pour le calcul hydraulique. Ces catégories sont accessibles à travers un système de «touches». Ce type d interface essaie d éviter qu on doive introduire les paramètres de l installation dans de différentes fenêtres qui suivent un ordre préétabli par le programme. De cette façon l accès aux différentes familles de paramètres est rapide ce qui facilite le processus de recalculer des actions. Le programme s accompagne d une aide complète orientée à résoudre dans n importe quel moment les doutes sur l utilisation du programme ou sur les paramètres à utiliser lors d une installation. En tout moment le programme montre un système «d Aide sur l écran» qui est formé par des images schématiques accompagnées de texte explicatif des types de paramètres à utiliser dans le calcul. On insère aussi un archive d aide avec tous les détails sur l installation, utilisation et options disponibles dans le programme. 16

17 3.1.4 Section de visualisation de résultats Après avoir introduit tous les paramètres nécessaires pour le calcul mécanique et/ou hydraulique, le programme calculera des actions juste en appuyant sur la touche «Calculer». À continuation, si on n a pas omis aucun paramètre essentiel, le programme montrera à usager un résumé des actions calculées en montrant très visiblement si l installation a atteint les critères de sécurité établis. Une fois obtenus les résultats, le programme permet d imprimer les bilans de ceux-ci, les exporter à de formats ofimatiques Microsoft Word et/ou HTML, ainsi que garder les paramètres employés pour de futurs calculs. 17

18 3.1.5 Index Programme plomysan A. Présentation et installation A.1 Présentation plomysan A.2 Installer plomysan B. Employer plomysan B.1 Écran d introduction de paramètres B.2 Paramètres nécessaires pour le calcul B.2.1 Calcul mécanique : Géométrie B.2.2 Calcul mécanique : Appui et remplissage B.2.3 Calcul mécanique : Modules de compression B.2.4 Calcul mécanique : Charges sur l installation B.2.5 Calcul hydraulique : Paramètres hydrauliques C. Calculer des actions C.1 Types d actions à calculer C.2 Erreurs dues aux paramètres C.3 Visualisation des résultats du calcul D. Fonctionnalités du programme D.1 Sauvegarder et ouvrir des archives D.2 Matériaux D.3 Exporter des données D.4 Imprimer le bilan D.5 Aide A. Présentation et installation A.1 Présentation plomysan Le programme de calcul mécanique et hydraulique sur tuyaux annelés en polypropylène copolymère (PP-B) pour des systèmes d assainissement PLOMYSAN sans pression se présente avec l objectif de prêter une aide complète aux projeteurs et installateurs de systèmes de tuyaux PLOMYSAN. Fig. 1. Image initiale du Programme PLOMYSAN 18

19 A.2 Installer PLOMYSAN Pour sa correcte exécution, le programme PLOMYSAN a besoin du suivant système : Ordinateur PC compatible Système opératif Windows 95, 98, Millenium, 2000, XP ou supérieur 16 MB de mémoire RAM ou supérieur MB d espace libre sur la mémoire de l ordinateur ou supérieur 256 couleurs en résolution minimale de 600x800 ou supérieure Lecteur de cd-rom Pour installer le Programme PLOMYSAN sur votre PC vous devez suivre ces pas : 1. Insérez le CD qui contient le programme dans votre unité CD-ROM 2. Patientez quelques instants pour que le programme d installation commence automatiquement dans votre ordinateur ou bien exécutez l archive «Setup.exe». Pour cela accédez à l explorateur de directoires de Windows, accédez à l unité de cd-rom et exécutez «Setup.exe» ou bien appuyez sur «Debut» et à continuation «Exécuter», écrivez «<unitécd> :setup.exe» et finalement appuyez sur «intro». 3. Suivez les pas de l installation 4. Une fois installé le programme sur votre PC, accédez à «Debut» - «Programmes» (Sur Windows XP vous verrez «tous les programmes») et sélectionnez «PLOMYSAN». B. Utiliser Programme PlomySAN B.1 Écran d introduction de paramètres Sections et touches d action L interface de usager du programme PLOMYSAN se trouve structuré en 2 sections différenciées : Section d introduction de paramètres nécessaires pour le calcul Section de visualisation de résultats Lorsqu on accède au Programme PLOMYSAN la fenêtre qui apparaît sur l écran au début montre la section d introduction de paramètres nécessaires pour le calcul. Dans celle-ci on peut distinguer quatre parties ou zones essentielles (voir image) : a.- Menu de type de données : Dans la partie centrale de la fenêtre apparaît un cadre où vous pourrez sélectionner, en appuyant sur les différentes touches de la partie supérieur, les types de paramètres nécessaires pour le calcul : Géométrie (du tuyau et de l installation) Appui et remplissage (du tuyau dans la tranchée) Modules compression (du remplissage de la tranchée ainsi que du terrain où elle se trouve) Surcharges (situées sur l installation) Paramètres hydrauliques (du fluide transporté par l installation) Remarque : Le calcul d actions mécaniques et hydrauliques est indépendant. Elle peut être réalisé de façon conjointe ou individuelle. b.- Cadre d introduction de données : Il occupe une grande partie de l écran dans la zone centrale. Sur cette zone on verra les formulaires avec les champs de texte pour remplir les données nécessaires pour le calcul. c.- Cadre d aide : Situé sur la partie supérieure de la fenêtre, nous montre des explications sur les données qu on doit introduire aux différentes sections de même que les schémas explicatifs. Dans le cadre d aide il 19

20 existe des liens pour d autres contenus. Pour accéder à ces contenus, appuyez sur le lien. Pour retourner appuyez sur le lien «<<retourner». d.- Menu d actions du programme : Calculer des actions : une fois introduits tous les paramètres, appuyez sur cette touche pour déterminer les actions. S il existe des données erronées le programme vous le communiquera sur l écran. Sauvegarder : Elle stocke sur un archive les paramètres qui existent sur les différentes sections dans un archive d extension «.pca». Indiquer sur la fenêtre «sauvegarder comme» l emplacement du fichier. Effacer : Elle efface toutes les données existantes dans ce moment sur les caisses de texte. Ouvrir : Elle ouvre un archive avec des données d une installation préalablement gardées. Pour ouvrir les archives, faire double clic sur l archive avec extension «.pca». Matériaux : Elle permet de modifier les propriétés physiques du matériel du tuyau. Si on modifie les valeurs du module d élasticité et/ou résistance à la flexo-traction, le programme montrera dans tous les bilans créés le suivant message : «ATTENTION : LES VALEURS DE LA RESISTENCE À LAFLEXO-TRACTION ET/OU LES MODULES D ÉLASTICITÉ DU MATÉRIEL ONT ÉTÉ MODIFIÉS POUR L USSAGER, CES VALEURS DOIVENT AVOIR ÉTÉ ACCRÉDITÉES POUR LE MATÉRIEL UTILISÉ» Aide : Accès à l archive d aide du programme. Plomyplas/Samaplast : Information sur le programme et le fabricant Quitter : Elle finalise l exécution du programme. Fig. 2. Vue générale du Programme PLOMYSAN 20

21 B.2 Paramètres nécessaires pour le calcul Le programme PLOMYSAN réalise des calculs mécaniques sur des tuyaux enterrés ainsi que des calculs hydrauliques de perte de charge. Tous les deux peuvent être réalisés de façon conjointe ou bien séparément. Dans la section d introduction de paramètres on trouve les différents types de paramètres pour réaliser les calculs mécaniques et hydrauliques. Pour réaliser le calcul mécanique il faut remplir les paramètres suivants : Géométrie de l installation Appui et remplissage Modules de compression Charges sur l installation Pour le calcul hydraulique il faut remplir : Paramètres hydrauliques B.2.1 Calcul mécanique : Géométrie Il existe cinq types d installation possible dans le calcul mécanique Installations avec un tuyau Installation en tranchée (étroite et/ou moyenne) Installation en terre-plein Installation en tranchée en terre-plein Installations avec deux tuyaux Installation des tuyaux au même niveau (on considère le tuyau 1 et le tuyau 2 comme installation sous tranchée). Installation des tuyaux à différent niveau (on considère le tuyau comme installation en tranchée en terre-plein et le tuyau 2 comme installation en tranchée). En plus, dans cette section on doit indiquer les caractéristiques géométriques de la tranchée et le tuyau ou tuyaux à utiliser. Installation d un seul tuyau H1 (m) : Hauteur du remplissage sur la génératrice supérieur du tuyau. B1 (m) : Largeur de la tranchée au niveau de la génératrice supérieure du tuyau Hterr (m) : Hauteur du terre-plein (au cas d installation en tranchée en terre-plein) Ha (m) : Hauteur de la nappe phréatique au dessus de la clé supérieure du tuyau Béta (º). Angle d inclination de la paroi de la tranchée (talus) Dn (mm) : Diamètre nominale du tuyau. Pour la série de tuyaux PLOMYSAN cette valeur coïncide avec le diamètre extérieur du tuyau. Si l installation possède deux tuyaux il faudra ajouter les caractéristiques de la tranchée du deuxième tuyau à installer. H2 (m) : Hauteur du remplissage sur la génératrice supérieur du tuyau. B2 (m) : Largeur de la tranchée au niveau de la génératrice supérieure du tuyau Ha (m) : Hauteur de la nappe phréatique au dessus de la clé supérieure du tuyau Dn (mm) : Diamètre nominale du tuyau. Pour la série de tuyaux PLOMYSAN cette valeur coïncide avec le diamètre extérieur du tuyau. 21

22 B.2.2 Calcul mécanique : Appui et remplissage Fig. 3. Section de Géométrie Dans cette section usager devra sélectionner, pour le tuyau (ou tuyaux) les paramètres suivants : Type d appui Appui type A : Il consiste à une couche continuelle de matériel granuleux sur laquelle repose le tuyau. Appui type B : Le tuyau repose directement sur le fond de la tranchée ou sur un sol naturel, lorsqu il s agit d une installation sous terre-plein. Angle d appui du tuyau dans la tranchée (2 alfa) : 60º, 90º, 120º, 180º. Type de remplissage Remplissage de la tranchée tassé par couches sur toute l hauteur de la tranchée Remplissage de la tranchée tassé par couches sur la zone du tuyau et sans tasser dans le reste de la tranchée. Remplissage de la tranchée avec tassement postérieur. Tranchée entubée. Matériel de remplissage On pourrait établir un ordre d idonéité du remplissage en commençant par le plus convenable : Non cohérent: Cela comprend les graviers et sables non compactes et peu argileuses ou fangeuses. Pourcentage de fin (diamètre plus petit ou égal à 0,6 mm) inférieur au 5%. Peu cohérent: Cela comprend les graviers et sables peu argileuses ou fangeuses Pourcentage de fin (diamètre plus petit ou égal à 0,6 mm) entre 5% et 15%. Moyennement cohérent: Cela comprend les graviers et sables argileuses ou fangeuses Pourcentage de fin (diamètre plus petit ou égal à 0,6 mm) entre 15% et 40% et les boues peu plastiques. Cohérent : Cela comprend les argiles, les boues et les sols avec mélange de composants organiques. 22

23 Poids spécifique du remplissage de la tranchée: Prendre, si on ne connaît pas la valeur, 20kN/m 3 Poids spécifique du remplissage du remblayage (au cas d installation en tranchée en terre-plein ou de deux tuyaux à différent niveau pour le tuyau 1): Prendre, si on ne connaît pas la valeur, 20kN/m 3. B.2.3 Calcul mécanique: Modules de compression. Fig. 4. Section d appui et remplissage Pour le calcul de charges des sables, il faut connaître les modules de compression du remplissage autour du tuyau, au dessus de celui-ci, sur les parois et au sol de la tranchée. E1 (N/mm 2 ): module de compression du remplissage sur la partie supérieure du tuyau. E2 (N/mm 2 ): module de compression du remplissage autour du tuyau, jusqu à 30 cm. Au dessus du couronnement. E3 (N/mm 2 ): module de compression du terrain sur les côtés du tuyau. E4 (N/mm 2 ): module de compression du terrain dans la zone inférieure du tuyau. Détermination des modules de compression Si on ne réalise pas d essais, les valeurs de E1 et E2 peuvent être prises de la grille adjointe selon le degré de compactation spécifié pour le remplissage et selon le type de sol. On doit prendre E1 = E2 quand le matériel et/ou le tassement, dans l une et l autre zone de celui-ci, du remplissage soit le même. Modules de compression en fonction du type de sol (terrain et remplissage) TYPE DE SOL 85 % t.p.n 90 % t.p.n 92 % t.p.n 95 % t.p.n 97 % t.p.n 100 % t.p.n G1, non cohérent G2, peu cohérent G3 moyennement cohérent (cohérents mixtes) G4 cohérent t.p.n. : tassement proctor normal 23

24 Les valeurs de E3 et E4 doivent être choisies en rapport avec les conditions réelles du terrain de la tranchée. Si on ne connaît pas ces valeurs, on peut prendre E3 = E2. Aux cas d installation sous terre-plein, on prendra en général, E1 = E2 = E3. Pour des sols normaux, on peut prendre la valeur de E4 de la grille, pour tassements proctor normaux du 100%. B.2.4. Calcul mécanique: Charges sur l installation Fig. 5. Section de modules de compression Pression verticale due aux surcharges concentrées. On considère comme charges concentrées celles qui sont créées surtout pour les charges de trafic ponctuelles localisées sur les roues. Au cas des charges concentrées il est déterminant la valeur du coefficient de choc. Les valeurs qui prend ce coefficient sont montrées dans la grille suivante: Type de trafic Chaussée normale Chaussée irrégulière Trafic léger (inférieur ou égal à 12 t) 1.50 jusqu à 1.85 Trafic moyen (entre 12 t et 39 t) 1.40 jusqu à 1.75 Trafic lourd (égal ou supérieur à 39 t) 1.20 jusqu à 1.50 Grille de coefficients de choc Remarque importante: Le coefficient de choc pour chaussée irrégulière est pris automatiquement par le programme comme la plus grande valeur possible. Le coefficient de choc est calculé automatiquement lorsqu on sélectionne le type de circulation de la grille de véhicules. Fig. 6. Caractéristiques de la circulation 24

25 Une fois sélectionné le type de trafic, le programme connaîtra les données suivantes : Pc. Valeur de la surcharge concentrée en kn (charge maximale par roue) Nombre d axes du véhicule. a : distance entre roues. b : distance entre axes. Appuyez sur le lien «Véhicules» pour obtenir les différents types de véhicules, sa charge maximale par roue, le nombre d axes, la distance entre roues et la distance entre axes. Pression verticale due aux surcharges partagées. Fig. 7. Section de Charges sur l installation. Charges concentrées. On considère surcharges partagées celles qui sont créées, surtout, pour les matériels entassés, véhicules avec chaînes, etc. Les données qu on doit connaître: Pd (KN/m 2 ): valeur de la surcharge partagée L (m): longueur de la surcharge A (m): largeur de la surcharge Fig. 8. Section de charges dans l installation. Charges partagées. 25

26 Revêtement Pour déterminer le type de revêtement il faut connaître : EF1 et Ef2 (N/mm 2 ) :Modules de compression de la première et la deuxième couche de revêtement. h1 et h2 (m) : Hauteur de la première et deuxième couche de revêtement. Les modules de compression pour de différents types de revêtement peuvent être obtenus en appuyant sur matériaux dans la section de Revêtement. Pour connaître les valeurs de revêtement les plus communs, appuyez sur «matériaux revêtement» : Fig. 9. Matériaux de revêtement B.2.5. Calcul hydraulique : Paramètres hydrauliques Les paramètres nécessaires pour le calcul hydraulique sont présentés en appuyant sur «Param. Hydrauliques». Les données de départ pour déterminer la perte de charge dans le tuyau sont : Diamètre intérieur du tuyau (mm) : Cette valeur est connue lorsqu on sélectionne le diamètre nominale, soit dans la section de calculs mécaniques, soit dans celle de calcul hydraulique (REMARQUE IMPORTANTE : cette valeur sera la même pour les deux calculs donc si elle est modifiée dans une section elle sera automatiquement modifiée dans l autre) Type d eaux : cela permet de sélectionner s il s agit d eaux de surface ou résiduelles Température moyenne des eaux circulantes (ºC) Pourcentage approximatif de remplissage du tuyau. On peut sélectionner des pourcentages de 5 à 100% dans des tranches de 5%. En plus on devra connaître un des trois paramètres suivants : Pente approximative de l installation en tant pour mille. Vitesse du fluide transporté en m/s Débit du tuyau en l/s Le résultat du calcul hydraulique est obtenu dans la section de résultats avec les résultats du calcul mécanique (s ils ont été réalisés). 26

27 Fig. 10. Section de Paramètres hydrauliques C. Calculer des actions C.1 Types d actions à calculer Une fois introduits tous les paramètres nécessaires dans les boîtes de texte, on doit appuyer sur «CALCULER» au menu situé sur la partie de gauche de la fenêtre d introduction de paramètres. Le programme demandera les types de calculs à réaliser ainsi que les coefficients de sécurité à appliquer sur le calcul mécanique (le calcul hydraulique n a pas de coefficients de sécurité). Coefficients de sécurité Fig. 11. Types d actions à calculer. On devra indiquer le type de sécurité qu on désire appliquer au résultat du calcul mécanique : Sécurité Type A : Elle doit être appliquée dans des installations avec risque de nappe phréatique où les conséquences de rupture impliquent réduction du service et conséquences économiques remarquables. Elle emploie un coefficient de sécurité 2,5. Sécurité Type B : Elle doit être appliquée dans des installations où il n y ait pas de risque de nappe phréatique et où les conséquences de rupture impliquent une faible réduction du service et des conséquences économiques peu remarquables. 27

28 C.2 Erreurs dues aux paramètres Une fois remplies les données pour le calcul d actions mécaniques et/ou hydrauliques et en appuyant sur la touche «calculer», si on n a pas omis aucun des paramètres essentiels, on verra la fenêtre de résultats En cas d erreur, on verra la section d erreurs sur la fenêtre d introduction de paramètres. En cas d erreur, on doit faire attention à l information sur l écran. Appuyez sur les touches supérieures pour corriger les paramètres mal introduits. C.3 Visualisation de résultats du calcul Fig. 12. Erreurs dues aux paramètres S il n y a pas d erreurs, le programme commencera à calculer les actions indiquées. On peut observer trois parties : Résultats du calcul Une fois réalisés les calculs sollicités on pourra voir le résultat de ceux-ci en indiquant : RESULTAT ADMISIBLE : Les actions atteignent les taux marqués par les coefficients de sécurité employés. RESULTAT NON ADMISIBLE : Une ou plusieurs actions mécaniques n atteignent pas les taux marqués par las coefficients de sécurité employés. Fig. 13. Section de résultats du calcul d actions Lorsqu on appuie sur la touche «détails» on verra une fenêtre où deux grilles laissent voir le résultat du calcul mécanique et/ou hydraulique sur la partie centrale de la fenêtre. 28

29 Fig. 14. Détails du calcul d actions. Lorsqu on obtient un RESULTAT NON ADMISIBLE on verra la touche «voir erreurs» où on montre quelles actions n ont pas atteint les critères de sécurité A ou B. Les résultats des actions mécaniques qui n atteignent pas les coefficients de sécurité seront marqués en rouge sur la grille de résultats Options de l écran de résultats Sur la partie inférieure on peut voir les touches avec les actions suivantes : Recalculer : Elle permet de retournera l écran d introduction de paramètres pour pouvoir les modifier et calculer de nouveau les actions. Sauvegarder : Elle garde les paramètres du calcul dans un archive d extension «.pca». Imprimer : Elle imprime un bilan avec les données employées et les résultats du calcul. Il existe deux possibilités : Bilan abrégé : Il contient les paramètres du calcul et les actions assujetties aux restrictions du coefficient de sécurité (A ou B) Bilan étendu (complet) : Il contient les paramètres du calcul et toutes les actions calculées. Exporter à Word : Elle crée un archive de texte avec extension «.doc» (Word) avec les paramètres utilisés et le résultat du calcul. Il existe, comme dans l option antérieure, deux possibilités : bilan abrégé et étendu. Aide : Elle ouvre l archive d aide. D. Fonctionnalité du programme. D.1 Sauvegarder et ouvrir des archives Le Programme PLOMYSAN peut garder les paramètres introduits dans un archive de texte avec extension «.pca». Pour garder les paramètres dans un archive «.pca» appuyez sur la touche «Sauvegarder» située sur la partie inférieure de la section d introduction de paramètres, sélectionnez l emplacement et le nom de l archive et appuyez sur «sauvegarder» sur la fenêtre de dialogue qui se montre à continuation. 29

30 Fig. 15. Sauvegarder des archives de données. Pour ouvrir un archive «.pca» préalablement gardé, appuyez sur la touche «ouvrir», sélectionnez l emplacement de l archive et appuyez sur «ouvrir» dans la fenêtre de dialogue. D.2. Matériaux Le Programme PLOMYSAN permet de modifier les propriétés physiques des tuyaux de polypropylène, PP- B. Il faut tenir compte, que quand on modifie ces valeurs le résultat du calcul peut varier remarquablement par rapport aux résultats avec les valeurs par défaut, donc les nouvelles valeurs introduites doivent être accréditées pour le matériel employé. Si les valeurs du module d élasticité et/ou résistance à la flexo-traction sont modifiées, le programme montrera dans tous les dossiers générés le message suivant : «ATTENTION : LES VALEURS DE LA RESISTENCE À LA FLEXO-TRACTION ET/OU LES MODULES D ÉLASTICITÉ DU MATÉRIEL ONT ÉTÉ MODIFIÉES PAR L USSAGER. CES VALEURS DOIVENT AVOIR ÉTÉ ACCRÉDITÉS POUR LE MATÉRIEL UTILISÉ» Fig. 16. Propriétés du matériel 30

31 D.3. Exporter des données. Le Programme PLOMYSAN peut réaliser l exportation des résultats du calcul à des formats de document. Il existe deux types de format : - HTML. - Microsoft WORD. Le format HTML permet de publier les résultats sur une page web, les imprimer directement ou éditer et personnaliser les résultats avec un éditeur HTML (MS Word, MS Front Page, etc.) Le format MS Word permet d éditer les résultats et les personnaliser en employant l éditeur de texte Microsoft Word. Fig. 17. Exporter des résultats Une fois réalisé le calcul et situé sur la fenêtre de résultats appuyez sur «Exporter» et vous verrez la fenêtre d exportation. Elle doit indiquer : Résultats à exporter Le type de bilan (abrégé, qui contient uniquement les résultats assujettis aux coefficients de sécurité ou complet, qui contient toutes les actions calculées pour le programme) Format d exportation (HTML ou WORD) Données en rapport avec les calculs réalisés (Nombre du bilan, date, etc.) Appuyez sur «Exporter» et sur la fenêtre de dialogue qui apparaît sur l écran, sélectionnez un emplacement pour l archive et appuyez sur «Sauvegarder». D.4. Imprimer le bilan Le Programme PLOMYSAN peut imprimer sur l imprimante présélectionnée du système un bilan avec les données et résultats des calculs. Pour cela sur la fenêtre de résultats du calcul, appuyez sur la touche «imprimer» et indiquez les données qui vous montre la figure suivante : 31

32 Fig. 18. Imprimer bilan de résultats D. 5. Aide Cet archive d aide contient toutes les indications nécessaires pour la correcte utilisation du Programme PLOMYSAN. Pour accéder à cet archive d aide, appuyez sur la touche d aide située sur la partie inférieure de la fenêtre d introduction de paramètres. Pour naviguer sur les différents contenus de l archive d aide, appuyez sur les index du menu situé sur la partie gauche et déployez les différentes sections. Fig. 19. Fichier d aide. 32

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