Préambule et domaine d'application
Le présent document a été créé dans le but pour permettre le dimensionnement des installations de plomberie sanitaire. C'est un document de synthèse, Il reprend partiellement les notes de calculs indiquées dans le DTU plomberie 60.11.
Type de réseaux
Le réseau unitaire est constitué d'un seul collecteur qui assure le transport des eaux usées, des eaux vannes et des eaux pluviales. En principe, toutes les eaux arrivent à la station d'épuration qui reçoit alors un effluent de quantité et de qualité très variables.
Le réseau séparatif est constitué de deux réseaux, l'un pour évacuer les eaux pluviales, l'autre pour évacuer les eaux usées et les eaux vannes. En principe, seules les eaux usées arrivent à la station d'épuration pour traitement. L'effluent est théoriquement brut de qualité et de débit relativement bien déterminé.
On retrouve généralement les réseaux séparatifs dans les petites et moyennes agglomérations ou dans les extension des villes.
Évacuation des eaux EU et EV
Évacuation individuelle d'appareils
Le diamètre intérieur des branchements de vidange doit être au moins égal à celui des siphons qu'il reçoit.
Toutefois, cette disposition ne concerne pas les baignoires raccordées individuellement par un collecteur de longueur inférieure à 1 m.
La pente recommandée est de 1 cm/m
Les diamètres indiqués dans les tableaux ci-dessus sont prévus pour des pentes de canalisation comprises entre 1 et 3 cm/m.
Évacuation d'appareils groupés
La pente recommandée est de 1 cm/m.
Jusqu'au collecteur, se reporter aux tableaux suivants :
Une douche peut être assimilée à une baignoire.
Lorsque des appareils sanitaires sont en attente, on dimensionne les collecteurs en prenant les mêmes hypothèses que s'ils existent.
COMMENTAIRE
Les diamètres indiqués dans le tableau ci-dessus sont prévus pour des pentes de canalisations comprises entre 1 et 3 cm/m.
Hormis ces possibilités de regroupements tous les autres appareils doivent être évacués indépendamment les uns des autres.
Le débit des groupes de sécurité n'est pas pris en compte dans le dimensionnement des collecteurs quand celui-ci est déterminé par le calcul.
Chutes d'eaux usées
Les diamètres intérieurs des tuyaux de chute d'eaux usées doivent être choisis conformément au tableau 4.
Ces diamètres seront constants sur toute la hauteur des colonnes.
Les tuyaux de chute d'eaux usées doivent être prolongés en ventilation primaire dans leur diamètre, jusqu'à l'air libre et au-dessus des locaux habités.
Pour un groupe d'appareils sanitaires (bâtiments scolaires, casernes, bureaux, ...) lorsque les tuyaux de chute et de descente ne peuvent être prolongés en ventilation primaire, jusqu'à l'air libre et au-dessus des locaux habités, le collecteur du groupe d'appareils doit être ventilé par une canalisation d'un diamètre au moins égal au diamètre maximal de l'évacuation piqué à la partie supérieure du collecteur principal lui-même ventilé.
Les ventilations primaires de plusieurs chutes peuvent être regroupées en une seule immédiatement au-dessus du dernier branchement. Le diamètre de cette sortie étant le diamètre immédiatement supérieur au diamètre de la plus grande des ventilations avant regroupement, la ventilation secondaire n'est exigée en aucun cas.
Les parcours d'allure horizontale des ventilations devront comporter une pente pour assurer l'évacuation vers une chute des eaux de condensation.
Le tableau ci-dessous indique les diamètres intérieurs minimaux, exprimés en millimètres, des tuyaux de chute ou de descente en fonction du nombre des appareils desservis.
Tuyaux collecteurs d'appareils
Le diamètre d'un collecteur principal est calculé comme suit :
Faire la somme des débits individuels des appareils desservis (voir tableau 5);
Multiplier le chiffre obtenu par un coefficient de simultanéité pour obtenir le débit probable ;
Calculer le diamètre du collecteur en utilisant la formule de Bazin :
Q : débit (m³/s)
RH : rayon hydraulique (m)
SM : surface mouillée (m²)
i : pente (m/m)
j : coefficient de frottement - (m 1/2 ) = 0,16,
Simulation de fonctionnement d'une usine d'assainissement des eaux
COMMENTAIRE
Le rayon hydraulique RH est le rapport de la surface mouillée sur le périmètre mouillé.
La surface mouillée SM est définie comme le montre le schéma (section droite du liquide).
Tuyaux collecteurs d'appareils
Le périmètre mouillé est la partie du périmètre de la section mouillée qui est en contact avec les parois de la conduite.
La hauteur d'eau maximale normale dans les tuyaux doit, pour l'évacuation des eaux usées, être égale à la moitié du diamètre.
Toutefois, pour tenir compte de l'évacuation des eaux pluviales en cas de gros orage dont le débit à prévoir, sauf indications particulières, est de trois litres à la minute par mètre carré de projection, on admet une section d'écoulement d'une hauteur égale au 7/10 du diamètre.
Lorsque le calcul donne, pour le collecteur, un diamètre inférieur au diamètre de la chute, le diamètre à prendre en considération est celui de la chute.
Les vitesses d'écoulement dans les réseaux d'évacuation horizontaux doivent être si possible situées entre 1 à 3 m/s.
Les vitesses d'écoulement ne doivent pas être :
inférieures à 0,6 m/s (risque de dépôt ou d'engorgement)
Supérieures à 3 m/s (risque de dégradation des joints ou d'érosion)
Évacuation des eaux pluviales
Le présent texte ne s'applique pas aux ouvrages publics et, par convention, ne traite que les installations jusqu'à 0,50 m du nu du mur extérieur.
Il a été établi d'après la nouvelle formule de Bazin (ci-dessous) relative à l'écoulement de l'eau dans les canaux en supposant un coefficient de déversoir égal à 0,38 et en admettant un débit maximal de 3 litres à la minute et par mètre carré de projection horizontale :
Q : débit (m³/s)
RH : rayon hydraulique (m)
SM : surface mouillée (m²)
i : pente (m/m)
j : coefficient de frottement (m1/2 )
Il indique les sections en centimètres carrés à donner en basse pente.
Pour les chéneaux et gouttières de section rectangulaire, trapézoïdale, les sections indiquées sur ce tableau devront être augmentées de 10 % et pour ceux de section triangulaire, elles seront augmentées de 20 %.
Dans un chéneau comportant des ressauts, la section calculée est celle située au-dessous du ressaut inférieur.
Tuyaux de descente
Pour éviter les risques d'obstruction, le diamètre intérieur minimal des tuyaux de descente est fixé à 60 mm.
Couvertures ne comportant pas de revêtements d'étanchéité (telles que définies par les DTU de la série 40).
Les diamètres des tuyaux de descente seront déterminés d'après les indications des tableaux suivants en fonction de la surface en plan de la toiture ou partie de toiture desservie.
Les tableaux 2 et 3 , établis en admettant un débit maximal de 3 litres à la minute et par mètre carré, indiquent les diamètres suivant lesquels les tuyaux de descente des eaux pluviales doivent être établis.
Pour ce cas, compte tenu du faible diamètre du tuyau de descente, les raccordements par large cône ou cuvette, ou par moignon cylindrique, sont considérés comme équivalents.
Terrasses et toitures comportant un revêtement d'étanchéité (telles que définies par les DTU de la série 43).
surfaces collectées inférieures ou égales à 287 m² par descente avec entrées d'eau à moignon cylindrique pour les toitures non accessibles établies sur éléments porteurs en maçonnerie (type A, B, C ou D, voir DTU 20.12 ).
COMMENTAIRE
Selon les DTU de la série 43, les toitures non accessibles sont celles qui ne reçoivent qu'une circulation réduite à l'entretien du revêtement d'étanchéité ou d'accessoires de toiture.
Trop-pleins
COMMENTAIRE
Certains DTU rendent les trop-pleins obligatoires.
La section d'écoulement des orifices de trop-plein sera au moins égale à celle des tuyaux de descente.
Pour les ouvrages d'étanchéité, les DTU de la série 43 définissent les cas où les trop-pleins sont obligatoires ainsi que leurs dimensions.
Regroupement des descentes
Regroupement des descentes pour les couvertures ne comportant pas de revêtements d'étanchéité (telles que définies par les DTU de la série 40).
Dans le cas de regroupement de plusieurs descentes, le diamètre du tuyau commun de descente sera déterminé par la méthode suivante : cette méthode consiste à calculer le débit total à évacuer en multipliant la valeur obtenue pour le cumul des surfaces desservies par le débit de 3 l/min.m².
La détermination du diamètre du tuyau de descente correspondant est ensuite effectuée comme s'il s'agissait d'un collecteur de pente 5 cm/m (soit en utilisant la formule de Bazin, soit à l'aide du tableau 7 de la partie I).
Si cette détermination conduit à un tuyau commun de descente d'une dimension inférieure à l'une des descentes, on adoptera pour ce tuyau commun le diamètre de cette descente.
Regroupement des descentes pour les terrasses et toitures comportant un revêtement d'étanchéité (telles que définies par les DTU de la série 43).
Les DTU 43.3 et 43.4 imposent un nombre minimal de descentes d'évacuation des eaux pluviales.
Cette exigence résulte du maintien de la stabilité des ouvrages en cas d'engorgement des descentes.
Dans le cas de regroupement de plusieurs descentes, le diamètre du tuyau commun de descente sera déterminé par la méthode suivante : cette méthode consiste à calculer le débit total à évacuer en multipliant la valeur obtenue pour le cumul des surfaces desservies par le débit de 3 l/min.m².
La détermination du diamètre du tuyau de descente correspondant est ensuite effectuée en utilisant la formule de Bazin ou à l'aide du tableau 5 de la partie II.
Collecteurs
Le diamètre des collecteurs est calculé en utilisant la formule de Bazin en considérant un taux de remplissage de 0,7 et un coefficient de frottement de 0,16) ;
Les vitesses d'écoulement dans les réseaux d'évacuation horizontaux doivent être si possible situées entre 1 à 3 m/s.
Les vitesses d'écoulement ne doivent pas être :
Inférieures à 0,6 m/s (risque de dépôt ou d'engorgement)
Supérieures à 3 m/s (risque de dégradation des joints ou d'érosion)
Programme de calcul des réseaux d'assainissement
Collecteurs
Le programme de calcul détermine automatiquement
Le diamètre théorique d'écoulement en fonction de la pente du réseau, du débit instantané et du type de réseau (EP, EU/EV ou écoulement regroupé EP/EU/EV).
La vitesse de passage du fluide en fonction du diamètre et du type de réseau (EP, EU/EV ou écoulement regroupé EP/EU/EV)
La sélection de la nature des canalisations (Réseau en PVC, fonte, acier, cuivre)
Le diamètre d'écoulement avec des réseaux normalisés dans le commerce.
La vitesse réelle d'écoulement dans les réseaux normalisés dans le commerce.
Le contrôle des vitesses de passage (les vitesses de transit inférieures à 0,6 m/s ou supérieures à 3 m/s sont systématiquement signalées)
Les diamètres des canalisations d'écoulement en réseaux unitaires avec remplissage au 5/10 ou au 7/10 sont dimensionnés automatiquement.
Si par exemple le débit instantané des EU/EV est supérieur ou égal à 50% par rapport au débit total des EU/EV/EP, le diamètre de la canalisation sera déterminé avec un remplissage à 5/10ème du réseau d'écoulement. Dans le cas contraire si le débit des EP est supérieur à 50% par rapport au débit total des EU/EV/EP, le diamètre du réseau de la canalisation sera déterminé avec un remplissage à 7/10ème du réseau d'écoulement.
Débits instantanés pour les EU et les EV
Le programme dispose d'un menu déroulant permettant de sélectionner un coefficient de simultanéité le cas échéant concernant le calcul du débit instantané des EU et EV faisant référence au DTU Plomberie, 60.11 :
Installation standard = 0,8 / (x-1)^0,5
Hôtels = (0,8 / (x-1)^0,5) * 1,25
Restaurants = (0,8 / (x-1)^0,5) * 1,5
Chutes EP
Une feuille de calcul complémentaire permet de dimensionner les chutes d'eaux pluviales. Le dimensionnement des chutes d'eaux pluviales s'effectue généralement sur un débit de base de 3 l/min.m² (0,05 l/s.m²). Le programme peut effectuer les calculs avec un débit de base autre que les 0,05 l/s.m2
Les chutes d'eaux pluviales sont déterminées en fonction de :
La surface de recueillement des eaux de pluie (plan horizontal)
La sélection des canalisations normalisées dans le commerce (Réseau en PVC, fonte, acier, cuivre) du type de moignon (moignon conique ou cylindrique) du débit de base
Module tables des canalisations
L'affichage et l'imputation éventuelle des types de réseaux se font par l'intermédiaire d'un module spécifique.
Les types de canalisations intégrées dans le programme Evacuation pour le calcul des pertes de charge, sont :
Tube acier - Diamètre 1/2" à 30" - 50 à 750 mm
Tube cuivre (usage courant) - Diamètre DN30 à DN 267
Tube PVC - Diamètre DN 25à DN 1400
Tube fonte ductile - Diamètre DN 80 à DN 2000
Soit l'équivalent de 85 tubes indexés dans le programme.
Module de calcul du moteur de pompe de relevage
Voir thématique : Calcul moteur de pompe
Pour un débit d'eau de 200 m3/h et une perte de charge de 1 bar, l'énergie utile absorbée sur l'arbre moteur est de 10,28 kW.
La puissance nominale du moteur doit être supérieure ou égale à cette valeur. Les puissances moteurs sont normalisées.
Le dimensionnement de l'installation électrique sera effectué avec :
une puissance nominale moteur de 11 kW
une puissance électrique disponible de 15,148 kVA (puissance apparente) en Tri 400 V + terre
un câble d'alimentation déterminé sur la base d'un courant électrique de 21,87 A
Dans le cas présent le moteur ne fonctionnera pas à pleine charge, il fonctionnera à 93,54 % de sa puissance nominale.
La consommation réelle d'énergie électrique sera de 14,17 KVA (Kilo Volt Ampère par heure). C'est cette valeur qui sera utilisée si l'on veut effectuer un bilan annuel de consommation d'énergie électrique.
Cela est bien entendu qu'une évaluation (les rendements des pompes varient selon les fabricants), mais ces données seront très utiles lors d'un avant projet ou d'une estimation de prix.