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Installations intérieures d’alimentation en eau pour l’extinction des incendies

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1.1.           Installations intérieures d’alimentation en eau pour l’extinction des incendies



          L’eau est utilisée très suivant pour l’extinction des incendies parce que, sous forme de jet ou pulvérisée en gouttes fines, en contact avec le feu, elle absorbe une grande quantité de chaleur en refréchissant les corps qui brûlent.

          Selon le type des armatures de service, les installations de distribution d’eau pour l’extinction d’incendies peuvent être: à robinets d’incendie intérieurs, à sprinklers, à drencheres ou à pulvérisateurs.

          Pour établir le type et le nombre d’équipements d’alimentation en eau pour l’extinction d’incendies dans un batiment, on tient compte des normes légales de prévention et d’extinction des incendies (respectivement le degré de résistance au feu et la catégorie de danger d’incendie).

          Les réseaux d’alimentation en eau pour l’extinction des incendies peuvent être distincts ou communs avec les réseaux d’alimentation en eau potable ou industrielle.

          Le degré de résistance au feu représente la capacité globale d’une construction de résister à l’action d’un incendie.

          Suivant la combustibilité et la limite de résistance au feu des matériaux de construction il y a 5 degrés de résistance au feu des batiments.

          La catégorie de danger d’incendie défine l’ensemble des opérations d’un processus technologique ou d’autres activités du point de vue  du comportement au feu des matériaux et des substances utilisées.

          En fonction du danger d’incendie d’un processus technologique, les zones, les locaux, les sections et les batiments de production et de dépôt ainsi que les installations technologiques montées en plein air, se classent en 5 catégories.

          Les batiments d’habitation administratifs, sociaux - culturels et civiles auxiliaires à l’industrie, ne sont pas classés  par catégories de danger. Les mesures pour leur prévention contre les incendies s’établissent en fonction du danger virtuel en tenant compte de leur destination; de protéger la vie des hommes et la sécurité des biens qu’ils abritent.

1.1.1.      Installations à robinets d’incendie intérieures contre les incendies

1.1.1.1.Description.

          Le robinet d’incendie intérieur pour les batiments (STAS 2501, fig. 1) est un robinet à soupape; il est muni à l’entrée  d’un filet extérieur pour le raccorder à un tuyau en acier de 2” de diamètre, et à la sortie d’un autre filet extérieur pour visser un raccord fixe (STAS 701) auquel est raccordé le tube et la lance d’arrosage servant à la formation et à la pulvérisation du jet d’eau sur l’objet incendie.

          Le robinet d’incendie intérieur et son équipement auxiliaire sont montés dans une boite métallique (STAS 3081-74) fixée au 1,35 - 1,50 m de hauteur. La boite métallique est pourvue d’une vitre mate, où est maqué  en rouge, le numéro de robinet d’incendie affin d’être aisément contrôlé en service ou d’être rapidement identifier en cas d’incendie.

          Afin d’établir la zone que peut couvrir le jet d’eau lors de l’emplacement des robinets d’incendie, on doit tenir compte des recommandations concernant les lieux de montage, les positions des murs, des portes et des voies d’évacuation qui dépendent des caractéristiques constructives du batiment et de l’emplacement des machines, du mobilier ou des matériaux qui y sont déposés.

          Les robinets d’incendie sont installés dans des emplacements visibles afin d’être aisément accessibles et utilisables. A cet effet, il est recommandé de les installer dans les cages d’escaliers, dans les halles ou vestibules, dans les couloirs, ou dans les pièces situées près de l’entrées etc. dans des endroits protégés contre le gel, en veillant à ce que les jets formés éteignent tous les points combustibles de l’intérieure du batiment.

          Le nombre des robinets d’incendie intérieurs est déterminé en fonction du nombre de jets qui doivent atteindre chaque point combustible et du rayon d’action de robinet d’incendie. Il faut faire distinction entre le nombre des robinets d’incendie intérieurs montés dans l’installation et le nombre de jets en action simultanée, qui sont déterminés en fonction du caractère aléatoire de l’apparition et de la propagation de l’incendie dans un batiment.

          Chaque point combustible de l’intérieur d’un batiment  doit être atteint d’un jet d’eau.

          Pour certains batiments, afin d’assurer les conditions normales d’extinction des incendies est nécessaire que chaque point intérieur soit atteint d’au moins deux jets. Il s’agit des: pièces ou groupes de pièces communiquant entre elles par des creux non protégés; les pièces entrant dans les catégories A, B, C, de danger d’incendie et ayant un volume de plus de 1000 m3, qui ne sont pas équipées d’installations de sprinklers; les dépôts commerciaux ou industriels; les salles de spectacle où, conformément STAS 1478-90  on prévoit le fonctionnement simultané des deux ou de plusieurs jets.

          Les robinets d’incendie intérieures devrant atteindre chaque point combustible avec deux jets simultanés sont nécessairement situés au même niveau et dans le même compartiment d’incendie du batiment.

          S’il ne pas indispensable que chaque point combustible soit touché par deux jets simultanés, les robinets d’incendie qui fonctionnent simultanément peuvent être installées  à n’importe quel niveau du batiment.

Le rayon d’action des robinets d’incendie est déterminé avec la relation:

                                               [m]                          (1.65)

:

          R - le rayon d’action des robinets d’incendie exprimé en m (fig. 1.26.a)

          Lj - la projection sur l’horizontale de la longueur du jet  compact donné par la relation:

                                                   (1.66)

:

          Lc - la longueur du jet compact, en m;

          h - la hauteur du local où est posé le robinet d’incendie, en m;

          Lj - 4m, la distance minime de sécurité;

          lf - la projection sur l’horizontale de la longueur du tuyau flexible, en m (elle tient compte des sinuosités dans les plans horizontal et vertical du tuyau)

           Les robinets d’incendie sont équipés d’un tuyau de 20 m de long; pour les salles de spectacles, le tuyau a 10 m de long (Lf = la longueur du tuyau dont on soustrait 2,5 à 3,0 m dus aux sinuosités).

Fig. 1.26 -  Schéma pour la détermination du rayon d’action d’un robinet d’incendie

a - robinet d’incendie en fonctionnement; b - zone d’action du robinet; 1 - canalisation d’alimentation en eau froide; 2 - niche; 3 - robinet d’incendie; 4 - raccord mobile; tuyau flexible; lance d’incendie; 7 - jet d’eau.

          Pour les locaux ayant 3,0 à 3,5 m de hauteur, le rayon d’action du robinet d’incendie sera de 1 à 2 m supérieur à la longueur du tuyau flexible.

          La zone théorétique d’action d’un robinet d’incendie est un cercle dont le rayon est égal au rayon d’action du robinet (voir fig.126b).

          Le rayon d’action d’un tel robinet doit être établi en fonction de la nécessité d’atteindre chaque point combustible du batiment et de la longueur des couloirs d’accès.

          Les canalisations d’alimentation en eau des robinets intérieurs d’incendie seront réalisées en acier et auront 2’’ de diamètre.

          Les canalisations à robinets d’incendie ne seront pas munies de robinets d’arrêts. Par contre, à la partie supérieure, il faut prévoir un consommateur, un lavabo, par exemple, afin de renouveler l’eau de cette canalisation.



1.1.1.2.         Calcul hydraulique des canalisations d’alimentation en eau des robinets intérieurs d’incendie

          a. Caractéristiques hydrauliques du jet d’eau. Le jet qui se forme à l’ajutage d’une lance d’incendie est un jet non noyé.

          Un tel jet comprend trois zones (fig. 1.27.a):

           - la zone compacte (I) où le jet est transparent et ne comporte pas des vides. Dans cette zone, il y a un noyau central et la distribution des vitesses est la même qu’à la sortie de l’ajutage. Sur le contour du jet, qui est presque cylindrique, l’effet du frein de l’air se manifeste en modifiant les vitesses et en formant dans le jet une couche limite. Dans cette zone, dans une section normale à l’axe du jet, il y a à peu près 90% du débit total du jet dans la section initiale ( à la sortie de l'ajutage);

           - la zone de dissipation (dispersion) II où à cause du frottement avec l’air et la turbulence intérieure, le jet perd sa compacité et des bulles d’air pénètrent à son intérieur en le dissipant;

-         la zone de gouttelettes où le jet est complètement dissipé sous forme de gouttelettes;

Figure 1.27

          - Pour le jet vertical (fig.1.27.b) on note par: Hc la hauteur de la zone compacte, par Ht, la hauteur totale atteinte par le jet d’eau qui comprend les trois zones et par Hi, la hauteur théorétique du jet qui est égale à l’hauteur cinétique à la sortie de l’ajutage:

                                                                                  (1.67)

v est la vitesse moyenne de l’eau dans la section de l’ajutage ayant le diamètre de l’aire superficielle A:

                                                A = pd2/4                                 (1.68)

et g est l’accélération gravitationnelle.

          Pour la détermination des longueurs des trois zones du jet d’eau n’existe pas de solution théorétique, et, en pratique, on utilise des formules de calcul basées sur des données expérimentales. En appliquant la méthode de l’analyse dimensionnelle, on détermine la différence DH entre l’hauteur cinématique Hi et l’hauteur totale Ht du jet d’eau, en fonction des grandeurs Ht, d, v, et g, en choissent pour grandeurs fondamentales du système propre des unités de mesure v et g; on obtient:

                                                  (1.69)

et de l’équation dimensionnelle:

                                            [DH] = [v]x[g]y                            (1.70)

ou:

                                          L = (LT-1)x(LT-2)y                                                      (1.71)

donc:

         

                                      L = Lx+yT-x-2y                                      (1.72)

résulte:

                                       x+y = 1

                                      -x-2y=0                                             (1.73)

donc:

                   x=2, y=-1, de sorte que la relation (1.69) devient:

         

                                                (1.74)

          Expérimentalement on constate que:

                                                                       (1.75)

K est une constante expérimentale, donc:




                          (1.76)

relation où l’on a tenu compte que:

                                                                      (v.rel. 1.67)

          De la relation (1.76) on déduit que:

                                                               (1.77)

          Pour l’extinction des incendies, seule la zone du jet compact est utile; la longueur Lc=Hc s’exprime en fonction de la hauteur totale, Ht, par la relation:

                                                                         (1.78)

a est un coefficient expérimentale donné par la relation:

                                      a = 1,19 + 80(0,01Lc)4                                  (1.79)

On note:

                                                j  = 2K/d                                 (1.80)

le coefficient expérimentale qui dépend du diamètre d de l’ajutage de la lance d’incendie de l’eau, calculé par la relation:

                                                                            (1.81)

          Si l’on introduit les relations (1.78) et (1.80) dans la relation (1.77) on obtient:

                                                                             (1.82)

d’où l’on détermine:

                                                                         (1.83)

relation qui permet de calculer la pression nécessaire à l’ajutage de la lance de pulvérisation de l’eau.

          Le débit qih du jet d’eau, également nommé débit spécifique du robinet d’incendie est le débit évacué par l’orifice de l’ajutage de la lance de pulvérisation de diamètre d. Il est déterminé à l’aide de la relation:

                    [m3/s]                (1.84)

ou, si l’on exprime le diamètre d en mm et qih en l/s et on fait  on obtient:

                              [l/s]                       (1.85)

m = 0,97-0,98 est le coefficient du débit de l’ajoutage du tuyau de refoulement de l’eau. En pratique, le jet de l’eau a pendant l’utilisation des différents angles d’inclination y par rapport à l’horizontale (fig. 1.28a); en ce cas, l’extrémité du jet compact décrit  une trajectoire abcd (fig. 1.28b) très rapproché à une circonférence de longueur  Lc=Hc, et l’extrémité décrit la trajectoire a’b’c’d’.

Fig. 1.28

          Ce phénomène se constate aussi à d’autres paramètres  du jet et pour cela, on prise la longueur de la zone compacte du jet compact d’eau verticalement.

          La longueur du jet d’eau formé dans la zone I et dans la zone II dans la figure 1.28b, se calcule s en fonction de Ht à l’aide de la relation:

                                                 LI = bHt                                         (1.86)



b est un coefficient qui dépende de l’angle y d’inclination du jet par rapport à l’horizontale          (voir fig. 1.28a)

          b. Calcul hydraulique des conduits d’alimentation en eau des robinets d’incendie intérieures

          Le débit spécifique d’un robinet d’incendie intérieur, qih, et  le débit de calcul de l’installation sont déterminés en fonction de la longueur du jet compact Lc, nécessaire lors de l’intervention, et en fonction de la destination et des caractéristiques de la construction protégée.

          La longueur du jet compact, mesurée sur sa trajectoire, est choisie à partir du STAS 1478 - 90,  de manière è pouvoir assurer l’intervention pour l’extinction des points combustibles les plus éloignés des locaux.

          Le débit spécifique, la longueur du jet compact et le nombre des jets en fonctionnement simultané ne doivent pas être inférieurs aux valeurs indiquées  dans le STAS 1478-90.

          La pression minime de l’eau nécessaire au robinet d’incendie doit supplier les pertes de charge totales dans le tuyau et doit assurer la formation de jets compacts ayant les caractéristiques données par  le STAS 1478.

          Le débit de calcul nécessaire au dimensionnement des conduits d’alimentation en eau des robinets d’incendie intérieurs est déterminé comme suit:

          - quand l’alimentation en eau de ces robinets d’incendie est faite par le même réseau que l’alimentation en eau potable ou industrielle, le débit de calcul est déterminé en ajoutant au débit d’incendie, le débit maximum d’eau potable ou industrielle établi conformément du STAS 1478 - 90 ou à d’autres instructions technologiques, à l’exception de 85% du débit de calcul nécessaire pour des douches et du débit pour les lavages technologiques des planchers qui ne sont pas prises dans le calcul;

           - quand l’alimentation en eau des robinets d’incendie est faite par un réseau séparé, le débit de calcul et le nombre de jets en fonctionnement simultané sont déterminés conforme STAS 1478-90.

          A mentionner que dans le cas du fonctionnement simultané de deux robinets d’incendie, le réseau sera dimensionné en considérant: les deux robinets d’incendie sont installés au même niveau du batiment mais sur des colonnes jointes.

          La méthodologie de calcul pour dimensionner les conduits de l’installation comprend les étapes suivantes:

          - vérifier si le batiment respecte les normes actuelles relatives aux robinets d’incendie intérieurs;

          - établir le nombre de jets en fonctionnement simultané et la nécessité d’atteindre de chaque point combustible du batiment par un ou deux jets; le débit spécifique de chaque jet et le débit de calcul; la longueur du jet compact, la longueur du tuyau et les distances de sécurité ;

          - placer les robinets d’incendie sur les plans d’architecture du batiment ;

          - établir le type du réseau d’alimentation en eau des robinets d’incendie: commun pour tous les réseaux d’alimentation ou séparé:

          - établir les débits de calcul pour tous les tronçons du réseau de distribution d’eau;

          - pour dimensionner les conduits, on utilise les nomogrammes pour les tuyaux d’eau froide en acier zingué et pour les tuyaux en PVC - G (utilisés dans le cas des réseaux communs d’alimentation en eau de consommation ménagère ou industrielle et d’incendies), en tenant compte que la vitesse maxima de l’eau est de 3 m/s;

          - les pertes de charge totales sont déterminées avec la relation:

                                      hr = hrc + hrf         [mH2O]                 (1.87)

:

hrc représente les pertes totales de charge (linéaires et locales sur le tracé du réseau de conduits de robinet d’incendie vers le point d’alimentation en eau de l’installation);

hrf - MfQ2 = AflfQ2 = iflf - la perte de charge linéaire dans le tuyau de raccord du robinet d’incendie jusqu’a la lance de pulvérisation, en mH2O;

Mf = Aflf    - le module de résistance hydraulique du tuyau;

Af - la résistance hydraulique unitaire du tuyau;

lf  - la longueur du tuyau;

Q - le débit d’eau évacué par le tuyau;

if - la perte de charge linéaire unitaire de l’eau qui passe par le tuyau en chanvre ;

          - le charge hydrodynamique nécessaire Hnec pour l’alimentation en eau d’une installation à robinets d’incendie est déterminée à l’aide de la relation:

                                      Hnec = Hgh + Hi + hr             [mH2O]       (1.88)

:

Hgh est la hauteur géodésique de robinet d’incendie installé à la plus grande cote par rapport à un plan de référence uniquement admis;

Hi - la pression nécessaire à l’ajutage de la lance de pulvérisation;

hr - la somme des pertes de charge totales calculées à l’aide de la relation (1.87).








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