Version actualisée pour l‘estimation des risques de ......30 18 24 19 60.0 79.2 23 17 20 20 73.9...

1Etienne Diserens | © Station de recherche Agroscope Reckenholz-Tänikon ARTPression au sol | Journées d’information en technologie agricole, 13./14.10.2009

Version actualisée pour l‘estimation des risques de dégradation du sol par les machines lourdes.

E. Diserens

Tyres/Track and Soil Compaction

Journées d‘information en technologie agricoleTänikon, 13/14 octobre 2009

V2.0.xls

Département fédéral de l‘économie DFEStation de recherche Agroscope Reckenholz-Tänikon ART


2. TASC V2.0 – Modules en survol

6. Conclusions

Contenu

3. Module 13.1. Application

3.2. Validation

4. Module 2

5. Modules 3 & 4

1. TASC – Principe de base et processus


Principe de base

F = Charge RpF1.8 = Seuil minimum toléré pF1.8

Charge àLa roue

Dimension dupneumatique

Pression degonflage

F RpF 1.8

Consistancedu sol

Profondeur max. d‘ameublissement

Texture

F RpF1.8<

Pression / Portance du solProfond.

F RpF1.8>Pression / Portance du sol

Profond.

Charge Sol


- Pneumatiques- Charge à la roue

- Pression de gonflage- Propagation des contraintes

- Portance

Elaboration du modèle(mesures propres au champ)

- Granulométrie- Densité effective

- Préconsolidation pF 1.8- Seuil de stabilité

Détermination des seuils(banque externe de données- indépendantes du modèle)

Estimation du risque de compactage sévère

- Granulométrie- Densité effective

- Pores grossiers pF 1.8

„Quittance“(propres mesures

- indépendantes, non intégrées au modèle)

Validation

Processus


TASCV2.0.xls - Modules

I/E: Imprimer / ExporterETRTO: European Tyre and Rim Technical Organisation

Start

Paramètres Résultats - TASC- Données pneumatiques

D/E

D/E

Saisie

Pneumatiques-Banque de données

Indice de vitesse

Indice de charge

Charges toléréesETRTO

Type de sol

Consistance du sol

Dimensions-pneu / chenille

Charge roue / chenille-

Pression de gonflage

Profondeur ameublis.

Surface de l‘empreinte

Pression de contact

Valeur des contraintes

Valeur – Lignes isobars

D/E

Valeur des contraintes D/E

Propagation des contraintes D/E

Danger pour le sol

Module 1-“Dangers sous-sol ”

Module 3 - “Pneumatiques” Module 4 - “Charges tolérées”

Distance au milieude la roue

Profondeur Lignes isobars 1+2+3+4 D/E

D/E

Module 2 - “Dangers sol en suface“

Dimensions et position des pneusLargeur de travail

D/E

Saisie

D/E

D/E

Part des surfaces foulées

Passages multiples

D/ECharge à 30 km/h

Module 1 Module 2 Module 3 Module 4NOUVEAU Guide

ΔΔ

Δ

ΔΔ

Δ

Δ

ΔΔ


A = f (B, D, F, P) / A = aBD + bF – cP / logA = alogBD + blogF – clog P

* Rapports FAT 582

TASC V1.0.xlsPneumatiqes de traction / de transport -indifférenciés*

1x Pneus standards D ≥ 130 cm / tendre1x Pneus basse taille D ≥ 130 cm / tendre1x Terra D ≥ 130 cm / tendre

=

Module 1 – Dangers sous-sol / application

Surface de l‘empreinte A

TASC V1.0.xlsPneumatiqes de traction / de transport - indifférenciés*


A = f (B, D) / A = (aBD)


** soumission Soil&Tillage, *** Soil&Tillage 103 (2009) 302-309

TASC V2.0.xlsPneumatiques de traction**

1x Petits pneumatiques D < 130 cm2x Pneumatiques standards D ≥ 130 cm - tendre / dur2x Pneus basse taille D ≥ 130 cm - tendre / dur1x Terra D ≥ 130 cm / tendre

Pneumatiques de transport***

1x Diagonal B < 50 cm - dur1x Diagonal B ≥ 50 cm - dur1x Radial standard / basse taille - dur1x Radial Terra - dur

≠

A = f (B, D, F, P) / A = aBD + bF – cP / logA = alogBD + blogF – clog PA = f (B, D, F, P) / A = aBD + bF – cP / logA = alogBD + blogF – clog P

* Rapports FAT 582

Module 1 – Dangers sous-sol / application

Surface de l‘empreinte A

TASC V1.0.xlsPneumatiqes de traction / de transport - indifférenciés*


A = f (B, D) / A = (aBD)

≠


Consistance du sol et contraintes de charge σZ

2222 zbaR ++=⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

++

++=

2222

11arctan2

zbzaRabz

Rzabq m

z πσ

σ mit

d‘après Boussinesq (formule de base):

Moissonneuse JD 2254

Stress propagation [kPa]

800/65R32 – 7485 daN – 250 kPa

valeurs avec écart type

dur (q = 1) calculé tendre (q = 2) mesuré +calculé

0

20

40

60

80100

0 100 200 300P

rofo

ndeu

r[cm

]Contraintes σZ [kPa]

Module 1 – Risques de compaction sévère sous-sol / Application


Consistance du sol et contraintes de charge σZ

2222 zbaR ++=⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

++

++=

2222

11arctan2

zbzaRabz

Rzabq m

z πσ

σ mit

d‘après Boussinesq (formule de base):


TASC V1.0.xls q: facteur de consistance du sol (1 = dur 9 kg; 1.5 = mi-dur 6.5 kg; 2 = tendre 4 kg)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0 5 10 15 20 25 30

Penetration resistance (daN)

q va

lue

(med

ian) linear function (Diserens, 2005)

y = -0.2x + 2.8

TASC V2.0.xls q: facteur de consistance du sol (1.73 = tendre 4 kg; 1.26 = mi-dur 7 kg; 0.81 = dur 12 kg)

y = -0.8387Ln(x) + 2.8782 R2 = 0.7283

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0 5 10 15 20 25 30

Penetration resistance (daN)

q va

lue

(med

ian)

(Soil&Tillage 102 (2009) 138-143)


Type de sol et portance [kPa] en zone limite (densitéef 1.7 g cm-3)

Lebert (1989)n = 118, pF 1.8

Qasem (2000)n = 45, pF 1.8

DVWK

Argile limoneux, argile

41-77% A22-48% U

Silt argileux, limoneux

9-42% A52-86% U

Limon argileux, limon

21-40% A29-37% U

Limon sableux, sable limoneux

11-20% A18-39% U

Sable limoneux, silteux, sable

1-9% A3-22% U

80 60–90 moyen

105 90–120 élevé

85 60-90 moyen

105 90-120 élevé

120 120-150 très élevé

(Int. Conference on Geo-Environmental Engineering, 9-10.12.2003,Singapore)

log σp = 0.534 + 0.912 LD eff - 0.006 T

R = 0.645

log σ p= 0.811 + 0.627 LD eff - 0.003 T + 0.003 U

R = 0.7805

69.8 78.3

49.8 61.8

107.6 105.968.9 83.7

89.1 85.170.1 74.1

119.9--

104.8--

94.0

107.6

Granulométrie TASCV1.0

TASCV2.0

/V2.0TASCV1.0



Charge à la roue trémie pleine avant 7630 kg

John Deere MD 2254 132 kW

Pression de gonflage 2.4 bar

Pneumatique avant 800/65 R 32

Sol en surface (devant la roue) dur / 12 kg (13.2) mi-dur / 7 kg (5.9) tendre / 4 kg

Profondeur maximale d‘ameublissement 25 cm

Limon sableux / 18% argile, 37% silt

Exemple: Risque en période de moisson (poids de la trémie)



Nb de mesuresNb de mesures valablesNb de cas concordants

Concordance (%)

33

3018

2419

60.0 79.2

2317

2020

73.9 100

7355

6756

4337

75.3 83.6 86.0

33 35 25 93 93 60

TAS

C V

1.0


Concordance (%)

33

3019

2419

63.3 79.2

2319

2020

82.6 100

7358

6758

4339

79.5 86.6 90.7

33 35 25 93 93 60

TASC

V2.

0 V/

C**

Sol de surface10 -15 cm

Totalsol

Densité effecitve

Valeurs indicatives [g/cm3] 1.7 1.6*

Sous-sol35 - 40 cm

Sous-sol55 - 60 cm

1.7 1.6*

Totalsous-sol

1.7 1.7 1.7

Validation


* Val. indicatives, sol de surface 1.6 g/cm3 , 0.1 g/cm3 weniger als im Unterboden (Petelkau, 1991)** Consistance / Texture – V: valeurs / C: classes


Module 2 – Risques en surface

Exemple: Surfaces foulées lors de la récolte de betteraves

Pneumatique arrière / droite / arrière 480/70 R 34 600/55-26.5 73x44-32

Largeur de travail 0.90 m / 1.00 m 2.70 m / 3.00 m

Décalage en position „crabe“ 0.94 m

Traction Stoll 202 (2 rangs) Holmer Terrados (6 rangs)

Pneumatique avant / gauche / avant 380/70 R 24 500/60-26.5 800/65 R 32


Conclusions

• Module 1 – Risques de compaction sévère, sous-sol

- Fonctions mieux adaptées pour:- l‘estimation des surfaces d‘empreinte

- l‘estimation des contraintes de charge dans le sol

- Concordance entre prognostics et observations mesurées s‘élève à plus de 80% pour le sous-sol entre 35 et 40 cm et à plus de 90 % pour le sous-sol antre 35 et 60 cm.

- Les valeurs de texture conduisent à une estimation qualifiée de plus prudente

• Module 2 – Risques en surface

- Distribution de la surface foulée avec passages multiples pour machines séparées, accompagnées ou engagées au niveau d‘une culture. Largeur minimum de travail: 12% de la largeur total des machines

• Modules 3 et 4 - Données techniques des pneumatiques et sécurité

- Mise à jour des données techniques (Tableau des pneumatiques, normes ETRTO), précisions au niveau des circonférences et des jantes


... un merci

• à

- J. Bertschi, Orsonnens /FR- S. Failletaz, Commugny /VD- D. Frei, Watt /ZH- C. Giger, Sevelen /SG- M. Hertach, Bellechasse /FR- C. Krebs, Sugiez /FR- F. Petermann, Lignerolles /VD- D. Prélaz, Givrins /VD- P. Trachsel, Witzwil /BE- D. Walter, Jussy /GE

... pour la saisie des mesures au champ (surfaces d‘empreinte)


... et un merci tout particulier

• à mes collègues de l‘ART, notamment

- Hellen Maria Bastgen (Mesures au champ, travaux de rédaction, auteur dans Soil & Tillage)- Carolin Antoni (Saisie des données techniques des pneumatiques, essais au chmap) - Robert Meier (Informatique et programmation)- Jacky Heusser et - Marc Wymann (support technique au champ)


Echos

World Soil and Tillage Show à l‘ Agritechnica 2007

„... avec l‘aide du programme grapho- analytique TASC, les visiteurs du salon de l‘Agritechnica seront à même de suivre (ceci sous nos directives) l‘effet dans le sol en profondeur des charges induites par les machines...“

Sarah Lütke Börding, FH Südwestfalen Soest, Haute Ecole technique et économique – 17.07.2007

„... avec le logiciel „TASC“ de la FAT, les facteus prépondérants au compactage sont pour la première fois regroupés en un outil d‘expertise: une aide intéressante pour „chausser“ le tracteur à sa juste pointure.“

Fritz Oppliger, Editorial, Landfreund 1/2006

„... avec empressement, j‘attends la nouvelle version TASC.“

U.Friedli, Développement / Construction Aebi&Co. AG Maschinenfabrik – 30.06.2006


Submitted in Soil&Tillage

Statistics Tyre structure

Hardness of topsoil 0.00-0.10 m

Equations Eq.Nr. n MD Cv

R2 F-value p-value

WD F Pi

A = (aWD) Undifferentiated

Firm soil*

A = (0.2690WD) 1 68 0.0519 26.52 0.9005 606.1 0.0000

Small tyres Soft soil** A = (0.2636WD) 2 22 0.0236 20.68 0.9246 257.6 0.0000 Normal profile Firm soil A = (0.2213WD) 3 14 0.0308 23.83 0.9203 150.2 0.0000 Low profile Firm soil A = (0.2761WD) 4 32 0.0783 27.90 0.9003 279.9 0.0000 Low profile W < 0.7 Firm soil A = (0.2485WD) 4a 23 0.0547 25.09 0.9559 232.8 0.0000 Low profile W ? 0.7 Firm soil A = (0.3031WD) 4b 9 0.1179 26.82 0.9061 77.2 0.0000 Normal + low profile W < 0.7 Terra

Firm soil Soft soil

A = (0.2428WD) A = (0.3148WD)

4c5

3718

0.04610.1077

24.9725.25

0.91290.9114

377.4181.7

0.00000.0000

A = (aWD) + (bF) + (cPi) Undifferentiated

Firm soil

A = (0.180WD) + (3.6·10-5F) - (14.0·10-5Pi) 6 68 0.0370 18.89 0.9528 437.0 0.0000

0.0000

0.1068

Small tyres Soft soil A = (0.193WD) + (5.1·10-5F) - (16.5·10-5Pi) 7 22 0.0165 14.47 0.9746 243.4 0.0000 0.0000 0.0355 Normal profile Firm soil logA = 0.478logWD + 0.126logF - 0.5476logPi 8 14 0.0123 9.53 0.9959 1122.5 0.0010 0.0485 0.0004 Low profile Firm soil A = (0.187WD) + (3.8·10-5F) - (29.2·10-5Pi) 9 32 0.0540 19.22 0.9543 201.9 0.0000 0.0000 0.2275 Low profile W < 0.7 Firm soil A = (0.095WD) + (11.0·10-5F) - (53.8·10-5Pi) 9a 23 0.0361 16.51 0.9611 164.6 0.0835 0.0002 0.0211 Low profile W ? 0.7 Firm soil A = (0.126WD) + (5.9·10-5F) - (75.7·10-5Pi) 9b 9 0.0558 12.69 0.9789 92.7 0.0526 0.0096 0.2342 Terra Soft soil A = (0.197WD) + (6.2·10-5F) - (86.8·10-5Pi) 10 18 0.0434 10.17 0.9870 379.3 0.0000 0.0000 0.0020

Synoptic representation - Multiple regression. Formulae for calculating the contact area in wet stale arable soil for farming traction tyres with corresponding statistics A (m2): contact area, W (m): width of tyre, D (m): total diameter of tyre, F (daN): tyre load, Pi (kPa): inflation pressure, MD (m2): mean deviation to the regression, Cv (%): variation or ratio between mean deviation to the regression and mean of measured values, R2 (%): coefficient of determination, F-value: index of significance of the coefficient of determination, p-value (%): probability of obtaining a result given that the null hypothesis is true

Kontaktfläche - Antriebsreifen


Synoptic representation - Multiple regression. Formulae for calculating the contact area in wet stale arable soil for farming trailer tyres with corresponding statistics - A (m2): contact area, W (m): width of tyre, D (m): total diameter of tyre, F (daN): load of tyre, Pi (kPa): inflation pressure, R (MPa): penetration resistance in 0.1 m depth, C: constant; Rd: radial, l.p. : low-profile, tr.: terra, undif.: undifferentiated, res.: residual

Statistics Tyre structure

Equations Eq. Nr. n res. SD R2

(C? 0)F Value (C? 0)

Value p WD F Pi

A = (a*WD) Undif. A = (0.2969*WD) 1 143 0.0584 0.5672 184.82 0.0000 Cross-ply A = (0.3127*WD) 2 56 0.0614 0.5249 59.65 0.0000 Rd undif. A = (0.2893*WD) 3 87 0.0562 0.6076 131.64 0.0000 Rd l.p. A = (0.2895*WD) 4 41 0.0441 0.4650 33.89 0.0000 Rd tr. A = (0.2928*WD) 5 46 0.0672 0.2320 13.29 0.0007 A = (a*WD) + (b*F) + (c*Pi) + C Undif. A = (0.1757*WD) + (4.5*10-5xF) - (18.0*10-5

*Pi) 6 143 0.0356 0.8679 304.30 0.0000 0.0000 0.0000 Cross-ply A = (0.1174*WD) + (6.6 *10-5

*F) - (18.3*10-5*Pi) 7 56 0.0237 0.9365 255.54 0.0000 0.0000 0.0000

C. W<0.5 C. W>=0.5 Rd undif.

A = (0.1728*WD) + (3.5 *10-5*F) - (1.32*10-5

*Pi) A = (0.1360*WD) + (6.7 *10-5

*F) - (32.2*10-5*Pi)

A = (0.1586*WD) + (3.4*10-5*F) - (28.8*10-5

*Pi) + 0.0718

8 9

10

20 36 87

0.0120 0.0250 0.0332

0.70290.93310.8645

12.62 148.79 176.49

0.0029 0.0000 0.0000

0.0043 0.0000 0.0000

0.8437 0.0002 0.0000

Rd l.p. A = (0.0691*WD) + (3.1*10-5*F) - (19.3*10-5

*Pi) + 0.0919 11 41 0.0215 0.8587 74.97 0.0166 0.0000 0.0001 Rd tr. A = (0.1775*WD) + (4.2*10-5

*F) - (42.4*10-5*Pi) + 0.0633 12 46 0.0311 0.8296 68.72 0.0001 0.0000 0.0000

Kontaktfläche - Transportreifen

≠ ≠

Soil&Tillage 103 (2009) 302-309

≥


Saisie

TableauxDonnées

pneumatiques

Imprimer / Exporter

Indice de vitesse

Indice de charge

Commentaires

Charge tolérée en fonction de la vitesse selon normes ETRTO Imprimer / Exporter

Charge à la roue30 km/h

Start

Type de sol

Consistance du solen surfaceDimension du pneu /chenilleCharge à la roue/chenille Pression de gonflage

Profondeur max.d’ameublissement

Surface de l’empreinte

Pression de contact

Contrainte en un point défini du sol Imprimer / Exporter

Valeurs - Bulbes de pression Imprimer / Exporter

Bulbes de pression 3+4

Valeurs-Propagation des contraintes Imprimer / Exporter

Propagation des contraintes Imprimer / Exporter

Vulnérabilité du sol

Module 1

Module 2 Module 3

Distance à l’axe passant par le mileu de la roue /chenilleProfondeur

Variables Résultats TASC Données pneumatiques

Bulbes de pression 1+2 Imprimer / Exporter

Imprimer / Exporter

TASCV1.0.xls - Modules

ΔΔΔ

ΔΔΔΔΔ

Δ

Δ

ΔGuide TASCV1.0.pdf



Totalsol

Densité effecitve


Sous-sol35 - 40 cm

Sous-sol55 - 60 cm

1.7 1.6*

* Val. indicatives, sol de surface 1.6 g/cm3 , 0.1 g/cm3 weniger als im Unterboden (Petelkau, 1991)

Totalsous-sol

1.7 1.7 1.7

Validation


Concordance (%)

33

3018

2419

60.0 79.2

2317

2020

73.9 100

7355

6756

4337

75.3 83.6 86.0

33 35 25 93 93 60

TAS

C V

1.0


Concordance (%)

33

3019

2419

63.3 79.2

2318

2020

78.3 100

7357

6757

4338

78.1 85.1 88.4

33 35 25 93 93 60

TASC

V2.

0 C

/C**

** Consistance / Texture – V: valeurs / C: classes




Concordance (%)

33

3018

2419

60.0 79.2

2317

2020

73.9 100

7355

6756

4337

75.3 83.6 86.0

33 35 25 93 93 60

TAS

C V

1.0

Nb de mesures 33 33 35 25 93 93 60

TASC

V2.

0 V/

V** Nb de mesures valables

Nb de cas concordants

Concordance (%)

3016

2419

53.3 79.2

2317

2020

73.9 100

7353

6756

4337

72.6 83.6 86.0


Totalsol

Densité effecitve


Sous-sol35 - 40 cm

Sous-sol55 - 60 cm

1.7 1.6*

Totalsous-sol

1.7 1.7 1.7

Validation





Concordance (%)

33

3018

2419

60.0 79.2

2317

2020

73.9 100

7355

6756

4337

75.3 83.6 86.0

33 35 25 93 93 60

TAS

C V

1.0


Concordance (%)

33

3017

2419

56.7 79.2

2314

2020

60.9 100

7351

6753

4334

69.9 79.1 79.1

33 35 25 93 93 60

TASC

V2.

0 C

/V**


Totalsol

Densité effecitve


Sous-sol35 - 40 cm

Sous-sol55 - 60 cm

1.7 1.6*

Totalsous-sol

1.7 1.7 1.7

Validation




- que cela signifie-t-il?ou

- pourquoi pas?

TASC clarifie

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