An integrated approach to perforation analysis and design for corrugated drainage pipes

Les systèmes de drainage souterrains, constitués de tuyaux perforés enterrés, peuvent être conçus pour fonctionner à la fois en mode drainage et en mode irrigation souterraine. L'utilisation de trous circulaires comme perforations pour augmenter le débit des tuyaux ondulés dans des conditions de drainage a suscité un intérêt croissant. Cependant, la résistance à l'entrée (αe) des tuyaux ondulés avec des trous de taille et de configuration variables n'a pas été établie. Les fabricants de tuyaux annoncent également des zones d'ouverture plus grandes avec des fentes rectangulaires, mais on ne sait pas comment la forme et la taille des perforations affectent la concentration des contraintes dans les tuyaux ondulés enterrés qui peuvent conduire à une défaillance structurelle. En outre, l'effet de la perforation sur l'irrigation souterraine n'a pas été étudié en profondeur. Cette recherche a étudié les effets des caractéristiques de la perforation sur les réponses hydrauliques et structurelles des tuyaux ondulés soumis à des conditions de sol, de nappe phréatique et de trafic présentes dans les champs agricoles.La première étude a porté sur les effets de la géométrie de la perforation sur l'αe des tuyaux ondulés exploités en mode drainage. Un modèle tridimensionnel (3D) par éléments finis de la région d'écoulement radial autour des tuyaux enterrés a été utilisé pour simuler les effets des caractéristiques des perforations sur l'αe. Le modèle a été calibré avec des données provenant d'expériences en bac à sable et de tuyaux perforés avec des trous et des fentes. Les résultats ont montré que les tuyaux avec des trous avaient deux fois l'αe de ceux avec des fentes ayant la même surface, indiquant que les fentes étaient hydrauliquement plus avantageuses que les trous pour les tuyaux ondulés. La deuxième étude a examiné la réponse structurelle des tuyaux ondulés en polyéthylène haute densité (PEHD). Un modèle de mécanique structurelle par éléments finis a été développé pour des tuyaux ondulés en PEHD de 100 mm de diamètre afin de simuler la contrainte exercée sur les parois dans des conditions de chargement variables, comprenant 12 textures de sol, deux positions de nappe phréatique et trois charges de roues représentatives du trafic sur les terres agricoles. Les résultats ont montré que les tuyaux perforés de trous de 0,56 cm de diamètre produisaient des contraintes supérieures à la limite d'élasticité à des profondeurs d'enfouissement inférieures à 0,9 m. En revanche, les fentes présentaient un risque de défaillance structurelle inférieur à celui des trous lorsque la largeur de la fente était inférieure à la moitié de la largeur de la vallée de l'ondulation. La troisième étude a examiné la résistance à la sortie (αx) des tuyaux ondulés avec des perforation variables dans des conditions d'irrigation souterraine. Le modèle d'écoulement radial 3D a été modifié afin de simuler l'écoulement ascendant de l'eau du sol à partir du tuyau perforé. Les résultats ont montré que αx était plus grand et statistiquement différent de sa contrepartie αe. En général, la configuration des fentes sur la paroi du tuyau avait le plus grand impact sur αx.La dernière étude a examiné l'impact des perforations sur la montée de la nappe phréatique dans la zone non saturée pour des systèmes d'irrigation souterrains. Les flux d'eau dans le sol ont également été calculés pour le système lorsqu'il fonctionne dans des conditions stables. Les résultats ont montré que l'augmentation du nombre et de la longueur des fentes peut réduire le temps de réponse de la nappe phréatique pour atteindre le niveau cible de 15 heures dans les sols limoneux et de 25 heures dans les sols argileux. Cette thèse conclut que les fentes sont à la fois hydrauliquement et structurellement plus avantageuses que les trous comme perforations pour les tuyaux ondulés HDPE enterrés afin d'améliorer la performance des systèmes de drainage et d'irrigation souterrains

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