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.
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