Buses et dalots
Retrouvez ce cours sur les ouvrages de franchissement buses et dalots, avec les Données nécessaires pour le dimensionnement des ces ouvrages hydrauliques.
** Les buses:
- béton: au moins 80 cm de remblai au dessus
- métal: la hauteur du remblai admissible est fonction de l'épaisseur de la
buse
** Les dalots:
- pas de remblai ou faible épaisseur
- 3types: *ordinaire: coulés sur place
* cadre: préfabriqués (dalle+ radier +voiles)
* portique: préfabriqués (dalle+voiles)
Pour dimensionner ces ouvrages, il faut connaitre la condition de
fonctionnement dont on distingue deux types:
- La sortie noyée: pour mes zones inondables ou l'écoulement est souvent en
charge (càd H2>D)
- La sortie dénoyée: pour les zones non inondables ou l'écoulement est à
surface libre ou à pleine section (càd H2=<D)
la discussion du type d'écoulement dans ce cas est fonction de la hauteur d'eau
en amont H1.
Si H1/D =< 1,25 : c'est un écoulement à surface libre
Si H1/D > 1,25 : c'est un écoulement à pleine section
Avec: H1 est la hauteur d'eau en amont, H2 est la hauteur de l'eau dans la
partie aval et D est le diamètre de la buse ou la hauteur du dalot;
La figure suivante explique les types de fonctionnement:
Données nécessaires pour le dimensionnement:
- Débit de crue du projet: Q (m3/s)
- La côte de la ligne rouge au droit du franchissement H (m)
- La cote du fond du talwegs hmin (m)
- La côte max d l'eau hmax(m)
- La pente des talus (1/1,1/2 et 2/1 ou 2/3 et 3/2)
- La largeur de la plateforme L0
- nature de la buse (métal ou béton) si on va utiliser des buses.
- La vitesse maximale d'écoulement des eaux Vmax (m/s) qui dépend de la nature des matériaux elle est au maximum égale à 3m/s et au minimum égale à ces valeurs ci dessous
- Conditions d'entrée en amont pour déterminer le coefficient de perte de charge à l'entrée Ke
Les figures suivantes expliquent les conditions d'entrée des buses et des dalots respectivement:
Méthode de travail:
Il existe deux méthodes: une analytique et une autre graphique. Pour le moment, je vais traiter la première étant donnée que la deuxième nécessite de nombreuses abaques que je l'ai pas sur support numérique (en attendant que je trouve une solution).
* Méthode analytique:
On a Q=V*S avec Q et Vmax connus => S=Q/V (m²) c'est la section minimale à travers laquelle les eaux vont transiter.
S= pi*R² = pi* (D²/4) => D=√(4*S/pi)= Dmin (m)
Si on compte faire une batterie de buses (série de buses) on doit déterminer le D d'une de ces buses par la formule suivante:
Dmin (pour une seule buse)=√(4*S/nombre des buses*pi) et il ne faut jamais oublier de diviser le débit de projet Qp/nombre de buses.
Sachant que ces diamètres calculés ne correspondent pas forcément aux diamètres commerciaux qui sont fournit par les constructeurs.Donc, il faut prendre le diamètre commercial le plus proche de la valeur calculé pour terminer les calculs.
- Pour une sortie noyée:
On a applique le théorème de Bernoulli pour avoir:
∆H= Q²/(2*g*S²) [Ke+(2*g*L)/(K²*Rh^(4/3) )+1]
avec:
Q²/(2*g*S²)*Ke: la perte de charge à l'entrée
Q²/(2*g*S²) *[(2*g*L)/(K²*Rh^(4/3) )] : PDC le long de l'ouvrage du au frottement
Q²/(2*g*S²)*1:PDC à la sortie
K étant le coefficient de rugosité de Manning. On retient que pour le béton K=67 et pour le métal K=37
L étant la longueur de l'ouvrage;
L= L0+2L'= L0+2*(Hmr-D/2) avec Hmr:hauteur max du remblai=L.R-talweg; Hmr=H-hmin pour une pente des talus de 1/1
Rh étant le rayon hydraulique qui est égale à:
Rh = R/4 pour une buse circulaire
Rh = A/P (Section mouillée/ périmètre mouillé) pour une buse arche(il y a un tableau fourni par le constructeur contenant A,P,Rh,D et B)
Rh = 2 D*B/(2D+B) pour un dalot
Après avoir déterminer Dmin, on l'introduit dans la formule de PDC.
En déterminant ∆H, on en tire le PHE amont(Plus hautes eaux en amont) PHE amont=hmax+∆H
On doit vérifier maintenant la sécurité contre le débordement: sécurité ou revanche=cote L.R- PHE amont=H-PHE amont. Celle ci doit être égale 0,8 à 0,9 m au minimum pour éviter le débordement.
Ainsi, le résultat sera présenter de cette façon ci dessous:
- Pour une sortie dénoyée:
Les abaques sont nécessaires pour la sortie dénoyée car elles facilitent trop le calcul.
Elle se fait en trois étapes:
- Détermination de H1 amont
H1*=H1/D => H1= D x H1*
Or H1*= f (Q*) avec H1* est la charge amont réduite et Q* est le débit de projet réduit
Q*=Q/√(2*g*D^5) pour une buse circulaire
Q*=Q/A*√(2gD) pour une buse arche
Q*=Q/A*√(2gD) pour un dalot
- Détermination de la pente longitudinale critique Ic (I du projet doit être >= Ic trouvée)
Ic*= f (Q*) avec Ic* est la pente critique réduite.
Ic*=Ic (k²*R^(1/3))/g => Ic=g Ic*/(k²*R^(1/3)) pour une buse circulaire
Ic*=Ic/√(g*Rh^5) => Ic=(Ic*)x√(g*(D/2)^5) Ic*pour une buse arche
Ic*=Ic(k²*B^(1/3))/g => Ic=g Ic*/(k²*B^(1/3)) pour un dalot
Q*=Q/√(g*R^5) pour une buse circulaire
Q*=Q/√(g*(D/2)^5) pour une buse arche
Q*=Q/√(g*B^5) pour un dalot
- Détermination de la vitesse d'écoulement Vmax
V*= f (Q*) avec V* est la vitesse maximale réduite.
V*=V/(K*R^(2/3)*√I ) => V=(K*√I*R^(2/3) x V* pour une buse circulaire
V*=V/(K*(D/2)^(2/3)*√Ic) => V=(K*√I*(D/2)^(2/3) x V* pour une buse arche
V*=V/(K*B^(2/3)*√Ic) => V=(K*√I*B^(2/3) x V* pour un dalot
Q*=Q/(K*R^(8/3)*√Ic) pour une buse circulaire
Q*=Q/(K*(D/2)^(8/3)*√Ic) pour une buse arche
Q*=Q/(K*B^(8/3)*√I) pour un dalot
Ainsi, le résultat à présenter sera comme suit:
