Proposition d'un système d'alimentation en eau potable d'une agglomeration peri-urbaine

IV.3.3. Hypothèses d'alimentation par le réseau de la Lukaya

Avec sa production de 39 000 m³/jour, l'usine de Lukaya alimentent les zones de distribution Ngafula 1&2 qui se composent de la partie sud de la commune de Ngaliema, le sud de Selembao et de la commune de Mont Ngafula. Voir figure 4.5

A l'heure actuelle, l'hypothèse de la connexion de COGELOS au réseau de Lukaya n'est pas faisable parce que, d'une part il y aurait un déficit de pression du fait que Cogelos est situé à une altitude relativement élevée par rapport au réservoir de Ngafula 1 et d'autre part la possibilité de construire un réservoir couplé d'un surpresseur risquerait de perturber la demande de Mont-Ngafula ainsi que des zones convenablement par desservies par Lukaya.

La Regideso projette de construire une nouvelle usine de production d'eau à Ozone de capacité de 330 000 m³/jour par (3) phases de 110 000 m³/jour.

En effet l'existence de cette nouvelle usine nécessitera la reconfiguration du réseau AEP de Kinshasa-ouest. Pour ce, nous proposons les recommandations ci-après :

? L'usine de Lukaya alimente la zone de distribution de Ngafula 1. Déconnecter la liaison Ngafula 1 et Ngafula 2 et Ngafula 1 et Météo HP2.

? Que Ngafula 2 soit alimenter par Météo HP2

? Extension de la station de Djelo-Binza qui devra être alimentee régulièrement par l'usine d'Ozone.

A long terme, l'hypothèse de l'alimentation de COGELOS serait donc possible à condition que la future usine d'Ozone vient suppléer l'usine de Lukaya suivant les propositions ci-dessus. Dans ce cas Lukaya se consacrerait totalement à Ngafula 1 et Gombele HP.

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Fig. 4.5. Croquis de la reconfiguration du système AEP de Kinshasa-Ouest

PIQUAGE AU RESEAU DE LUKAYA (Débit espéré : 2000 m³/jour)

SOLUTION A LONG TERME

COUPLE AUX FORAGES

SOLUTION A COURT TERME
FORAGE

(Production : 100 m³/h pendant 12h)

RESERVOIR D'EAU

COGELOS & NZENGI
Besoin en eau 2017 : 779 m³/jour)
(Besoin en eau 2027 : 1056 m³/jour)
(Besoin en eau 2047 : 3326 m³/jour)

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Schémas hydraulique du système

Schéma hydraulique du système d'AEP de COGELOS et NZENG

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IV.4. ETUDES TECHNIQUES

IV.4.1. Dimensionnement du réservoir

· . Choix du réservoir

Pour son bon fonctionnement, un réservoir doit être étanche et conçu de manière à éviter les contaminations extérieures.

Dans notre étude nous avons porté notre choix sur le réservoir en béton armé de forme parallélépipédique. Notre choix est porté sur un réservoir rectangulaire parce que le coffrage des parois planes est plus facile à exécuter, par rapport aux parois circulaires, et le ferraillage s'est fait par quadrillage.

Ce choix est motivé par la durabilité su béton. L'eau dite <<potable >> propre à la consommation humaine n'attaque pas le béton puisqu'elle est presque toujours ou franchement alcaline. Il convient seulement que les cuves soient étanches. Pour ce, nous utiliserons 3 procédés :

> L'étanchéité sera obtenue dans la masse du béton avec un dosage (de l'ordre de 400 Kg/m³), une granulométrie et une mise en oeuvre appropriée (exécuter la couverture puis la cuve à l'ombre de celle-ci).

> Enduit au mortier de ciment de 15 à 25 mm d'épaisseur exécuté en deux couches (avec un dosage de 1200Kg/m³ de ciment par m³ ciment).

> Enduit au mortier de ciment incorporé d'hydrofuge et de plastifiant avec de l'eau de gâchage incorporer de produits spéciaux.

· . Emplacement

L'emplacement du réservoir sera fait en fonction de la topographie de notre région d'étude en tenant compte du fait que la desserte sera gravitaire. L'endroit choisis pour la pose du réservoir est situé à une altitude relativement élevée par rapport à la zone à desservir soit à une altitude de 472 m.

· . Données géotechnique : Voir annexe.

· . Dimensionnement hydraulique

La capacité de stockage sur les réseaux de distribution est comprise entre 25% et 50% de la consommation journalière de pointe.

A l'horizon 2047 : Qdmax = 7185 m³/jour

%		Volume de stockage
		(l)	25
1796.25		1796250	35
2514.75		2514750	50
3592.5		3592500

Tableau n° 4.9: Volume possible de stockage du réservoir

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Nous retenons un volume de stockage équivalent à 35% de la consommation journalière maximale donc 2514.75 m³. Ce choix est motivé d'autant plus qu'un réservoir en béton armé économique n'atteint pas le 3000 m³.

? Caractéristiques géométriques

Le volume d'un réservoir parallélépipédique est donné par la formule ci-dessous :

??= ??* ??* ??

Avec L et l respectivement la longueur et la largeur de la base. H la hauteur.

??

Pour une base rectangulaire dont : ?? = ?? * ?? , on obtient :

??=

* ???? * ??

??

??

Partant de cette formule et comme variable la hauteur, nous déduisons les différentes

valeurs possibles de la hauteur et de la longueur.

V (m?)	1796.25			2514.75		Hauteur (m)
Longueur (m)	Largeur (m)		Longueur (m)	Largeur (m)	7
18.497104	13.872828		21.8860686	16.4145515	7.5
17.8699	13.4024252		21.1439511	15.8579633	8
17.302456	12.9768424		20.4725426	15.3544069	8.5
16.785848	12.5893863		19.8612837	14.8959627	9
16.312912	12.2346843		19.3016983	14.4762737	9.5
15.877823	11.9083672		18.7868935	14.0901701	10
15.475788	11.6068407		18.3111988	13.7333991

Tableau n° 4.10: Pré dimensionnement du réservoir Le réservoir possède les dimensions suivantes résumé dans le tableau ci-après :

Matériaux		Réservoir en béton			Volume total
2820		m?		Volume utile
2550		m?		côte de terrain
472		m		côte de radier
472		m		cote surface libre (réservoir rempli)
480.5		m		Hauteur d'eau
8.5		m		Dimensions
Longueur		20	m
		15	m
		9.4	m

Tableau n° 4.11: Dimensions caractéristique du réservoir

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? Dimensionnement structurel

Il consiste à la détermination des sections de béton et d'armatures pour résister aux différentes actions auxquelles l'ouvrage en place sera soumis.

· Quelques considérations générales

- Du fait que le réservoir à une grande hauteur verticale, notre choix est porté sur un réservoir à nervures orthogonales.

- Une paroi sera constituée de 4 nervures horizontales de 3 m d'entraxe de 3 m et de 5 nervures verticales de 4.95 m d'entraxe.

- La dalle des parois verticales est pré dimensionnée avec une épaisseur de 25 cm (30 cm si l'on tient compte des enduits).

- Les actions à considérer sont : la charge permanente due au poids propre du béton et la charge d'exploitation due à la pression hydrostatique de l'eau.

- La surcharge d'exploitation est négligeable (les escaliers ne s'appuieront sur l'ouvrage).

- Les effets du vent négligeable et l'influence de la variation de la température négligeable à cause de l'inertie thermique de la masse d'eau.

Fig. 4.6 : Entraxe des nervures verticales. Fig. 4.7 : Entraxe des nervures horizontales.

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(a) (b)

Fig. 4.8 : Répartition de la pression hydrostatique sur la paroi.

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· Méthode de calcul

-- La paroi

La paroi est une dalle continue, constituées de panneaux rectangulaires (3m*4.95m) considérés comme encastrés à leur bord. On utilise la Méthode forfaitaire qui consiste à trouver les moments dans les panneaux réels en prenant les moments isostatiques multiplies par des coefficients forfaitaires (voir BAEL 91).

Le dimensionnement organique suit les étapes suivantes :

Cas de panneau de dalle compris entre les axes A et B, 1 et 2.

1. Charges

· Permanente : le poids propre du béton peut être négligé, du fait qu'il n'intervient pas comme action accentuant la flexion du panneau.

· De service : q = 68.5 KN/m² (la moyenne de la pression repartie trapézoïdale ) .

· Ultime : q_u = 1.35 * 68.5 = 92.475KN/m²

2. Sollicitations

1_x= 3m 1_y= 4. 95 m a= i^x= 0.606

y

u_x= 0. 08116 u_y=0.3348.

ELS : Mx,s = u_x* q* l_x² = 50. 034KNm/m My,s = u_y * M_x = 16.755 KNm/m

ELU : Mx,u = u_x * q_u * l_x² = 67.547KNm/m My,u = u_y * M_x = 22.611 KNm/m

Nous considérons ce panneau parce qu'il est le plus chargé. Puisque c'est une travée intermédiaire le coefficient forfaitaire est de 0.85.

ELS : M_x = 0.85 * Mx,s = 42.529 KNm/m M_y = 0.85 * My,s = 14. 242 KNm/m

ELU : M_x = 0.85 * u_x * q_u * l_x² = 57.415 KNm/m M_y = 0.85 * u_y * M_x = 19.22 KNm/m

3. Verification des contraintes tangentielles L'effort tranchant ultime est obtenu sur le premier appui par :

Vu,mCIx =

0. 5* Mx,u+ 0. 75* Mx,u lx / 4

= 112. 513KN/m

Avec d_x = 0.25 - enrobage = 0.235 m (hauteur ultile), b = 1 m

Tu,mCIx =

Vu,max b. d

0.112513 = 0.235

= 0.478 MPa

En se référant au diagramme de vérification des dalles en fissuration préjudiciables (voir BAEL 91), on constate que le point de coordonnées h = 25 cm et Tu,max = 0.478 MPa se trouve dans la zone indiquant qu'il n'y a pas besoin d'armatures transversales dans cette dalle.

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4. Détermination des armatures longitudinales

· Suivant ????

-- Calcul à ELU

Soit ?? le moment réduit ;

?? =	???? = ????*??????	??. ??* ????	??. ?? * ????. ?????? * ????-?? = ??.?????? * ????		= ??.????????

??= ??.??* ????* (??+ v??- ??* ??) = ??.??????

????

???? = ??* ??????

??.????* ???? ??. ???? * ????. ?????? * ???? = = ??. ?????? * ?????? = ??.?? ??????/

??

?? * ??????

-- Vérification des contraintes à l'ELS

??=	????* ????	????* ????		????* ????.??????* ??.?????? ??. ???????? * (??.?? * ??????) =??.????????

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Pour ?? = 0.577, on trouve dans les tables après interpolation : ??= ??.????????.

Or la contrainte dans le béton e service est :

????= ??* ???? = ??.????????* ??.??* ??????= ??.???? ?????? reste à la valeur admissible qui est de 15MPa.

· Suivant ????

En procédant comme précédemment, on retrouve à l'ELU

???? = ??.?????? ??????/ ??

Les nervures verticales

Les nervures verticales sont calculées comme des poutres continues. Nous avons calculé la nervure verticale la plus chargée, et ce sont ceux qui sont comprises entre les axes 1 et 5, ensuite nous avons uniformiser ces résultats aux autres (Voir dessins et notes de calcul en annexe).

Les nervures horizontales

Les nervures horizontales sont calculées comme des poutres continues. Nous avons calculé la nervure horizontale la plus chargée qui coïncide avec l'axe B, et nous avons uniformiser ces résultats à tous les autres nervures. (Voir dessins et notes de calcul en annexe)

Le radier

Le calcul d'un radier de réservoir rectangulaire est quelque chose d'extrêmement complexe si on veut obtenir les contraintes exactes. La solution exacte est mal connue puisqu'elle dépend théoriquement des conditions de déformation du sol que l'on ignore la plupart de temps. Les contraintes introduites par le radier sur le sol de fondation ne peuvent être qu'approchées d'où l'approximation du problème même.

Nous avons considéré notre radier étant rigide (paroi encastré dans la dalle) et reposant sur un sol moyen (c'est-à-dire pas du type de rocher et pas du type sol très

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compressible). L'utilisation des différentes hypothèses nous autorise à considérer la dalle comme une poutre de bande de largeur unitaire (1m), soumise à un effort de traction N aux extrémités dû à la pression hydrostatique sur les parois, à un moment M1aux extrémités dû à N, le moment M2 due à la réaction des parois verticales encastrées ( de grande inertie) et leurs couvertures sur le radier et le moment M3dû au poids du radier et de l'eau contenue dans le réservoir. Donc une flexion composée. (Voir dessins et notes de calcul en annexe)

NB : En effet, M3 n'est de même sens que M1 et M2, tout au moins au moins théoriquement car, en aussi en pratique, la flèche du radier calculée dû à M3 est toujours plus forte que celle, de signe contraire, introduite par les moments d'extrémités. Le radier ne peut donc se soulever.

? Finalement, le calcule en flexion simple d'un panneau donne une section d'armatures suivant le sens de x (1^er lit) égale 580 ????² / ( 6HA12) et

??

suivant le sens de y (2^ème lit) de 194.32mm2/ (8HA6).

m

NB : On doit s'assurer qu'est bel et bien placée sur la fibre tendue des zones d'appui ou de rencontre de deux panneaux. Cette section se prolongera avec une longueur de recouvrement qui respecte les règles de l'art.

? Pour les nervures horizontales, après calculs en flexion simple due à la pression hydrostatique puis à son poids propre, auront une section d'armatures égale à 3333 mm² (9HA22).

? Pour les nervures verticales, après calcul en flexion simple due à la pression hydrostatique de l'eau puis à la résistance à la compression du volume de béton de sa surface d'influence, auront une section d'armatures égale à 2079 mm² (7HA20).

? Pour le radier, avec un épaisseur de 600 mm, le calcul en flexion simple et à la traction donne une section d'armatures égale à 1979.49 mm² (8HA18) selon le sens de x et 4422.13 mm² /m (8HA28) par unité de largeur du radier selon le sens de y.

NB : voir les notes de calcul en annexe.