Cours 2

Module 5

Méthode de terrassement

Le rendement

Opérations selon une séquence d’opérations répétitives =

cycle

Le temps effectif de travail ( temps que l’appareil est en

mouvement) sans le temps de repos de l’opérateur, le plein, la

coordination etc. 45 à 55 minute par heure

Le rendement d’une machine est généralement calculé en divisant la quantité de travail

accompli (m, m², m³, ha, tonnes, etc.) par la durée de temps pour effectuer ce travail.

Production horaire = temps effectif de travail par heure

Le rendement

Durée d’un cycle x volumes de refoulement

Les pousseurs ( bulldozer)

Le bouteur se compose d’un tracteur équipé, à l’avant,

d’une lame (bouclier) que l’on peut relever et abaisser.

L’équipement de l’arrière, utilisé pour ouvrir le sol, n’est

pas toujours présent.

Les pousseurs ( bulldozer)

Le pousseurs, aussi appelé bouteur ou « bulldozer » est un outil

essentiel pour la plupart des ouvrages de terrassement.

Sa robustesse lui permet de s’accommoder à la majorité des surfaces de

roulement.

Ou séparera cet équipement en 2 catégories:

Les pousseurs à chenilles

Les pousseurs sur pneus

Le Le pousseur sur chenilles: bouteur (bulldozer):

Tracteur équipé d’une lame refoulante à l’avant

Bonne force de traction sur sol mou et roc

Utilisé pour :

Déplacement de terre (max 200 m)

Défrichage et nettoyage

Défonçage du roc

Poussée de renfort pour décapeuse

Sur l’image : refoulement en tranchée permet

de déplacer plus de matériel à la fois, en raison

de la retenue

offerte par les rebords. Le bouteur passe

toujours au même endroit.

Les tracteurs

Le pousseur sur pneus:

Moins bonne flottaison et adhérence

Force appliquée moins importante

Meilleure vitesse – transport plus longue distance

Les pousseurs

EXEMPLES

On utilise un pousseur pour réaliser du décapage de sol

organique et du refoulement. La lame de type universel « U »,

possède une capacité de 14 m³. La distance de refoulement est

de 220 m. L’inversion de marche prend 1,5 seconde. Le

refoulement se réalise en première vitesse (3,8 km/h) tandis

que la marche arrière se fait en troisième (7,9 km/h). On

demande la production journalière de ce pousseur sachant que

le taux de travail est de 55 minutes par heure et que la durée

de travail journalier est de 8 heures.

EXEMPLES Analyse du cycle

Refoulement + inversion de marche + recul + inversion de marche

Durée du cycle

Durée en minute = (220 m ÷ 3 800 m/60 min) + (1,5 s/60 s/min) + (220 m ÷ 7 900 m/60 min) + (1,5 s/60 s/min) = 3,47 + 0,025 + 1,67 + 0,025 = 5,19 minutes

Production horaire

Production = 55 min ÷ 5,19 min/cycle x 14 m³ x 0,95 = 141,0 m³/h

Production journalière

Production = 141,0 m³/h x 8 h/j = 1 127 m³/j

EXEMPLES

Les pelles sont classés en 2 types différents:

La pelle en bute

La pelle en fouille (rétrocaveuse)

Ces engins, montés sur chenilles ou sur pneus sont stationnaires durant

le chargement et leur fonctionnement peut être mécanique ou

hydraulique.

Les pelles

Les pelles en fouille ou rétrocaveuses ont une capacité normale de 1 à 5

m³. Elle sont utilisées pour creuser sous la surface de roulement et

charger tous les types de véhicules.

La force de pénétration par mm de lame de coupe est beaucoup

plus grande que celle des chargeuses.

Les pelles

Les pelles: sur pneus ou à chaînes?

Sur pneus ou à chaînes ?

À chaîne : - Si faible déplacement

- Productivité supérieure si repositionnement

fréquent (pas de stabilisateur).

- Meilleure portance et adhérence.

Sur pneus : - Déplacement plus rapide et permis sur les

chaussées pavées.

- Meilleur (avec stabilisateur) : longueur de

portée, profondeur de fouille, hauteur de

chargement, capacité de levage.

Choix d’une pelle

Choix du Godet En règle générale, les godets larges sont utilisés pour

les matériaux faciles à creuser, tandis que les modèles étroits et courts sont préférés dans les matériaux résistants.

D’autres facteurs peuvent influencer le choix du godet : type de matériau excavé, largeur de la tranchée, dimensions des caissons, nécessité de conserver une couche de matériau protectrice (donc type de godet choisi pour ne pas remanier ou « abimer » le sol en place).

On choisi le bon modèle de pelle mécanique ou de pelle hydraulique selon les conditions de travail: Hauteur de butte

Profondeur d’excavation

Capacité et hauteur des camions

Capacité de levage

Selon ces conditions on choisi alors la bonne machine en fonction de: Rayon maximal d’excavation

Rayon maximal de déchargement

Hauteur maximale d’attaque

Hauteur maximale de déchargement

Profondeur maximale d’excavation

Les pelles

Durée du cycle

Sols légers (granulaire) : 0,35 min

Sols ordinaires (terres organiques) : 0,40 min

Sols compacts (sols argileux) et blocs de roc : 0,45 min

Facteur de remplissage

incidence sur le volume de remplissage du godet.

les sols granulaires 100%

les sols argileux et organiques 95 %

les débris rocheux 85 %

les blocs de rocher 70%.

Exemples

On utilise une pelle hydraulique sur chenille pour excaver un

sol argileux. Le godet de la pelle a une capacité de 2 500

litres. La rotation pour le chargement des bennes de camion

est de 90°. On demande la production horaire théorique de

cette pelle sachant que le taux de travail est de 50 minutes

par heure.

Solution

Durée du cycle = 0,45 min

Nombre de cycles par heure = 50 min ÷ 0,45 min/cycle =

111,11 cycles

Production horaire théorique = 111,11 cycles x 2,5m³ x

0,95 = 263,9 m³/h

Il s’agit ici de la production théorique, car dans ce calcul, on

ne prend pas en compte le temps requis pour la mise en place

de la benne des camions sous la portée du godet de la pelle.

Solution

Exemples 2

La pelle charge des camions de type « 10 roues » ayant une

capacité de chargement de 12,65 m³. Le temps requis pour

évacuer un camion plein et installer un camion vide sous le

godet de la pelle est de 0,5 minute. Calculons la production

horaire réelle de cette pelle.

Solution Nombre de coups de godet requis pour remplir une benne de camion = 12,65 m³ ÷ (2,5 m³ x

0,95) = 5,32 coups soit 5 coups pour 11,875 m³

Durée de chargement = 5 coups de godet x 0,45 min/cycle = 2,25 minutes

Durée de la mise en place de la benne = 0,5 minute

Durée totale du chargement = 2,25 min + 0,5 min = 2,75 minutes

Nombre de chargements à l’heure = 50 min ÷ 2,75 min/chargement = 18,18 chargements

Production horaire réelle = 18,18 charges. x 11,875 m³/charge. = 215,9 m³/h

Pour des raisons d’efficacité, un coup de godet

partiellement rempli sera donné dès que le volume

à combler dépasse 50% de la capacité du godet.

Les chargeuses (loaders) sont utilisées principalement pour la

manutention, le chargement et le transport sur de très courtes

distances.

On séparera cet équipement en 2 catégories:

Les chargeuses sur chenilles

Les chargeuses sur pneus

130 à 150% plus performantes que les chargeuses sur chenilles

Elles peuvent être articulées ou non et le godet peut se vider sur l’avant

ou sur le côté, ce qui nécessite moins d’espace pour travailler.

Les chargeuses

Les chargeuses

Chargeuse articulée

Articulation centrale

Source: http://www.weidemann.de/french/produits/chargeuse-articulee.php

Les chargeuses

Vidage latéral

Les chargeuses

Chargeuse avec pneus protégés par des chaînes (utilisés généralement dans le chargement du roc dynamité)

Utilisation principale: Manutention, chargement et le transport sur des

courtes distances.

Les chargeuses

Source: http://www.casece.com/fr_ca/Equipment/Wheel-Loaders/Pages/821F.aspx

Durée du cycle

Tout comme les pelles hydrauliques, le cycle des chargeuses

sur roues varie selon la nature du matériau à charger. Les

valeurs suivantes sont souvent utilisées :

Sols légers (granulaire) : 0,40 minute

Sols ordinaires (terres organiques) : 0,45 minute

Sols compacts (sols argileux) : 0,50 minute

Blocs de roc ou débris rocheux: 0,60 minute

Facteurs de remplissage

Matériaux foisonnés : 100%

Terre ordinaire : 95%

Terre compacte : 85%

Roc bien dynamité : 75%

Blocs de rochers : 60%

Exemples On utilise une chargeuse sur roue pour exploiter une gravière utilisée comme banc

d’emprunt. Le godet de la chargeuse a une capacité de 4 450 litres. Le gravier

exploité a une teneur moyenne en eau de 10%, sa masse volumique sèche en place est

de 1,8 t/m³ et ses foisonnements initial et final sont respectivement de 14% et de 2%.

On demande la production horaire théorique de cette chargeuse sachant que le taux

de travail est de 55 minutes par heure.

La chargeuse alimente des camions de type « 10 roues » ayant des bennes d’une

capacité de chargement de 16 m³ ou de 24 tonnes. Le temps requis pour évacuer un

camion plein et installer un camion vide sous le godet de la chargeuse est de 0,4

minute. On demande la production horaire de cette chargeuse.

Solution Masse volumique en place (W=10%) = 1,8 t/m³ x 1,1 = 1,98 t/m³

Masse volumique foisonnée (W=10%) = 1,98 t/m³ ÷ 1,14 = 1,737 t/m³

Volume effectif de chargement = le moindre de 16 m³ ou de 24 t ÷ 1,737 t/m³ = 13,82 m³

Durée du cycle de la chargeuse = 0,40 minute

Facteur de remplissage = 100%

Nombre de godets requis pour remplir un camion = 13,82 m³ ÷ 4,45 m³/godet = 3,1 godets soit 3 godets

pour 13,35 m³ = (3 x 4,45m³ x 100%)

Durée du cycle de remplissage des camions = (3 x 0,40 min/godet) + 0,4 min = 1,6 min/chargement

Production horaire = 55 min ÷ 1,6 min/chargement x 13,35 m³ = 458,9 m³/h

Les décapeuses

La décapeuse appelée aussi scraper est généralement utilisée pour

l'arasement des sols. Cet engin possède une benne avec tiroir éjecteur

pouvant se surbaisser et qui, par l'effet du déplacement de la machine,

permet d'extraire les matériaux. Ceux-ci seront ensuite transportés sur le

lieu de déchargement pour finalement y être répandus en couches.

Durée du cycle

se calcule en additionnant les temps de transport entre les

points de chargement/déchargement et les temps fixes pour

le chargement, le déchargement, les manœuvres de virages

et d’accélérations/le freinage

Temps Fixes

Exemple On utilise une flotte de 8 décapeuses de 16 m³ et de 28 tonnes pour

la construction d’une digue d’un complexe hydro-électrique. La distance moyenne entre le point de chargement et de déchargement est de 4,83 kms. Le sol à transporter possède une masse volumique foisonnée de 1,554 t/m³. Remplies, les décapeuses auront des vitesses moyennes de 18 km/h tandis qu’une fois vidée, leur vitesse moyenne sera de 28 km/h.

On demande la production horaire de cette flotte sachant que le taux de travail est de 45 minutes par heure et que les conditions générales de chantier sont moyennes.

Solution Charge utile de la benne = le moindre de 16 m³ ou de 28 t ÷ 1,554t/m³ = 16 m³

Vitesse moyenne = (28 km/h + 18 km/h) ÷ 2 = 23 km/h

Temps fixes = 2,3 min

Durée du cycle

Temps fixes = 2,3 min

Pleine charge 4,83 km ÷ 18 km/h x 60 min/h = 16,10 min

Vide 4,83 km ÷ 28 km/h x 60 min/h = 10,35 min

= 28,75 min

Production horaire pour une décapeuse = 45 min ÷ 28,75 min/cycle x 16 m³ =

25,04 m³/h

Production horaire de la flotte = 25,04 m³/h x 8 décapeuses = 200,3 m³/h

Les niveleuses

Une niveleuse est un véhicule de génie civil constitué

essentiellement de six roues, d'une lame de grande largeur qui

permet de régler en hauteur des couches de matériaux ;

éventuellement, elle est équipée également d'une lame frontale

(appelée lame bull en rapport avec la lame du bulldozer ou bouteur),

et d'un ripper (sorte de dents qui permettent de décompacter des

couches de matériaux en place).

Exemple

On demande la production horaire d’une niveleuse qui doit

réaliser quatre passes de profilage pour chaque tronçon de 100 m

de route en construction. L’inversion entre la marche avant et

arrière ainsi que l’ajustement de la hauteur de la lame requiert 4

secondes. La vitesse avant moyenne sera de 3,8 km/h tandis que

celle arrière sera en moyenne de 18,6 km/h. L’habilité de

l’opérateur permettra de passer directement de la quatrième

passe à la première passe du tronçon suivant. Le taux de travail

est de 55 minutes par heure.

Solution Analyse du cycle

vitesse avant profilage de la 1re passe, inversion de marche et ajustement de la hauteur de la lame vitesse arrière recul, inversion de marche et ajustement de la hauteur de la lame

vitesse avant profilage de la 2e passe, inversion de marche et ajustement de la hauteur de la lame vitesse arrière recul, inversion de marche et ajustement de la hauteur de la lame

vitesse avant profilage de la 3e passe, inversion de marche et ajustement de la hauteur de la lame vitesse arrière recul, inversion de marche et ajustement de la hauteur de la lame

vitesse avant profilage de la 4e passe

Durée du cycle pour le profilage de 100 m

[((0,1 km ÷ 3,8 km/h x 60min/h) + (4 s ÷ 60 s/min) + (0,1 km ÷ 18,6 km/h x 60 min/h) + (4 s ÷ 60 s/min)) x 3 passes] + (0,1 km ÷ 3,8 km/h x 60min/h) = 7,684 min

Production horaire réelle de profilage = 100 m/cycle x 55 min / 7,684 min/cycle = 715,8 m/h

Exemple Lorsqu’on désire exprimer la production de profilage de la

niveleuse en m³/h, ce qui est quelques fois utile pour comparer

des productivités ou déterminer le nombre d’équipements requis,

il est possible de le faire pourvu que nous connaissions la longueur

de la route et le volume foisonné total.

À partir des résultats obtenus à l’exemple d’application précédent,

on supposera que l’axe longitudinal des travaux routiers est de 2

890m et que le volume total foisonné de 17 455m³. Quelle serait

la production horaire en m³/hr ?

Solution

Production horaire = 17 455m³ ÷ (2 890m ÷ 715,8m/h) = 4

323m³/h

Il existe deux types de camions, ceux qu’on rencontre sur les routes et

ceux montés sur des pneumatiques géants qu’on appelle camions hors-

route.

La capacité des camions hors-route peut atteindre 300 tonnes pour des

projets particuliers, mais habituellement elle varie de 35 à 100 tonnes.

Les camions

Parmi les camions hors-route, il y a ceux à benne basculante et ceux qui

se vident par le fond appelés tombereaux. Il peuvent être articulés ou

non selon les besoins.

Les camions

Le rendement des camions est fonction de deux choses, leur capacité

de chargement et la durée du cycle (remplissage-transport-vidage-

retour).

La durée du cycle comprend:

Les temps fixes (mise en place, chargement, virage, accélération, déchargement)

Les temps variables (aller, retour, attentes et autres détails)

Les camions

Avantages des petits camions (10 roues):

Plus maniables et plus rapides

Moins de perte de rendement à l’arrêt

Facilité d’arriver au bon nombre de camion selon le chargeur

Moins de dommages aux routes

Accès aux voies publiques

Accès aux pièces de rechange et coût moindre

Avantages des gros camions (hors-route)

Moins de camion (moins d’opérateurs et moins de circulation)

Facilité de chargement avec un gros excavateur

* Note: idéalement on choisi des camions de 3 à 6 fois la capacité de l’excavateur.

Les camions

Temps fixes

Exemple

On demande le nombre de camions de 14 m³ requis pour

desservir une pelle hydraulique 1,2 m³ de capacité effective

sachant que la durée du cycle de la pelle est de 0,45 minute

et que celui du camion est de 12 minutes.

Durée de remplissage = nombre de coups de godet X durée du cycle de

l’équipement de chargement

Solution

Nombre de godets requis = 14 m³ ÷ 1,2 m³/godet = 11,66 godets soit 12 pour 14 m³

Durée de remplissage = 12 godets x 0,45 min = 5,4 min.

Nombre de camions requis = 12 min ÷ 5,4 min = 2,22 camions soit 3 camions

NOTE: lorsque le nombre de camions est inférieur à 7, on complète jusqu’à l’unité supérieure. Lorsque le nombre de camions varie entre 7 et 13, on complète jusqu’à l’unité supérieure et on ajoute un camion. Finalement, pour des cas plus rares, lorsque le nombre de camions dépasse 13, il faut compléter à l’unité près et ajouter 2 camions.

Exemple

On demande le nombre de camions-remorques de 20 m³

requis pour desservir une chargeuse sur pneu de 6 m³ de

capacité effective sachant que la durée du cycle de la

chargeuse est de 0,4 minute et que celui du camion est

de 14 minutes.

Nombre de godets requis = 20 m³ ÷ 6 m³/godet = 3,33

godets soit 3 pour 18 m³

Durée de remplissage = 3 godets x 0,4 min = 1,2 minutes

Nombre de camions requis = 14 min ÷ 1,2 min = 11,66

camions soit 13 camions

Solution

Exemple

On demande la durée du cycle, le nombre ainsi que la

production horaire théorique de camions-remorques

équipés de benne de 22 m³ ayant une capacité de 34

tonnes. Ces camions-remorques seront remplis de terre

compacte (argile humide (W% =37,5%)) à l’aide d’une

chargeuse équipée d’un godet de 4,3 m³. Les camions

ont des vitesses à vide et chargé de 54 km/h et de 32

km/h. La distance jusqu’au lieu de déchargement est de

17,8 km. Le taux de travail sur ce chantier est de 50

minutes par heure et les conditions sont moyennes.

Solution Chargeuse

Facteur de remplissage du godet de la chargeuse = 85%

Volume effectif d’un coup de godet = 4,3 m³ x 85% = 3,655 m³

Masse volumique de la terre compacte = 2,2 t/m³ ÷ 1,35 = 1,63 t/m³

Charge utile des camions-remorques = le moindre de 22 m³ ou de 34 t ÷

1,63 t/m³ = 20,86 m³

Nombre de coups de godet requis = 20,86 m³ ÷ 3,655 m³ / godet =

5,71 soit 6 godets pour 20,86 m³

Durée du cycle de la chargeuse = 6 coups de godet x 0,5 min = 3 mins

Camions-remorques

Durée du cycle Temps fixes = 1,8 min

Durée de chargement = 3 min

Temps condition vide = 17,8 km ÷ 54 km/h x 60 min/h = 19,78 min

Temps condition plein = 17,8 km ÷ 32 km/h x 60 min/h = 33,38 min

Durée totale = 57,96 min

Production horaire théorique = 50 min/h ÷ 57,96 min/cycle x 20,86

m³ = 18 m³/h

Nombre de camions-remorques requis = 57,96 min ÷ 3 min = 19,32

soit 22 camions

Solution

Compactage des sols:

La compaction doit se faire couche par couche et avec la

teneur en eau optimale si possible.

Le sol ne doit pas être sur-compacté, il pourra par la suite

gonfler et créer des tassements différentiels.

Les méthodes de compactage les plus utilisées sont: Vibration (sols sans cohésion)

Roulage (déplacement d’une charge statique)

Chocs successifs (dames de compactage)

Les compacteurs

Équipement de compactage couramment utilisé:

Rouleau à pied de mouton Sols plastiques (argiles)

Rouleau à pneus Sols argilo-sableux

Rouleau à jantes lisses Sols non cohésifs

Dames et pilons

Terrassement

Exemple

On demande de calculer la production horaire théorique

en m³/h d’un compacteur à rouleaux lisses et vibrants. Le

compacteur qui sera utilisé à une largeur de rouleau de

1035 mm. Afin de compacter adéquatement la pierre

concassée (0-20mm avec foisonnement initial de 11,1%), le

compactage se fera par couche compactée de 270mm

d’épaisseur, à une vitesse de 2,1 km/h et en 4 passes.

Solution

Épaisseur foisonnée de la couche = 270mm x 1,111 =

299,97mm soit 300mm

Production horaire théorique (m³/h) = 1,035 m x 2,1 km/h

x 300 mm x 70% ÷ 4 = 114,1 m³/h

Les paveuses

Exemple

On demande de calculer la production journalière d’une paveuse sachant que sa vitesse de 0,12km/h, que la largeur de sa largeur de table d’épandage est de 8’ et que sa hauteur est ajustée à 100 mm. Le taux de travail sur le chantier est de 45min/h et qu’une journée de travail est constituée de 9 heures.

Solution

Production Horaire Théo. (m²/h) = La x Vmoy. x Fo

Production Horaire Théo. = (8pi x 0,3048m/pi) x 120m/h x

60% = 175,6m²/h

Production journalière = 175,6m²/h x 45min/60min x 9h

= 1 185m²/j

Compaction versus paveuse

Production Horaire Théo. (m²/h) = (La x Vmoy. x Fo) ÷ N

où

La : Largeur de compaction en mètre

Vmoy. : Vitesse moyenne de déplacement en mètre par heure lors

du compactage

Fo : Facteur d’opération qui prend en compte l’inversion de

marche, le déplacement du compacteur et la superposition des

couches. La valeur de 70% est souvent utilisée pour les

compacteurs de mélange bitumineux.

N : Nombre de passes requises pour atteindre le degré de

compaction requise.

La valeur de N est conditionnée par l’épaisseur de la couche à

compacter et par les caractéristiques du mélange bitumineux.

L’expérience de l’opérateur et du contremaître sont souvent les

indicateurs les plus précis que l’on puisse utiliser pour déterminer

le nombre de passes nécessaires à une bonne compaction.

À défaut de ces informations, on peut utiliser la formule suivante

élaborée selon des observations empiriques.

N = (ép. ÷ 20) + 2

où

ép. : Épaisseur non compactée de la couche de mélange

bitumineux ou hauteur de la table de régalage de la paveuse en

millimètre

Compaction versus paveuse

Exemple

On demande de calculer le nombre de compacteurs requis

pour fournir la paveuse du problème précédent. On se

servira de compacteur Caterpillar CB 34 à une vitesse de 1,8

km/h et dont la largeur de compaction est de 1,3 m.

Solution

N = (100 ÷ 20) + 2 = 7

Production horaire théorique = (1,3 m x 1 800 m/hr x 70/100)

÷ 7 = 234 m²/h

Production réelle = 234 m²/h x 45min/60min = 175,5 m²/h

Nombre de compacteurs requis = Production paveuse ÷

Production compacteur

(175,6m²/h x 45min/60min) ÷ (234 m²/h x 45min/60min) =

0,7504

Un seul compacteur sera suffisant.