Cours 2 Module 5 Méthode de terrassement

Méthode de terrassement

       Cours 2
       Module 5

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

 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 x volumes de refoulement
                         Durée d’un cycle

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

Les tracteurs

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 pousseurs

Le pousseur sur pneus:

 Moins bonne flottaison et adhérence
 Force appliquée moins importante
 Meilleure vitesse – transport plus longue distance

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

 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: sur pneus ou à chaînes?

Choix d’une pelle
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 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).

Les pelles

 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

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

Solution

 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.

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

 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

        Articulation centrale

  Chargeuse articulée
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)

Les chargeuses
   Utilisation principale: Manutention, chargement et le transport sur des
      courtes distances.

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

Les camions

 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.

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.

Solution
 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

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

Solution
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

Les compacteurs
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)

Terrassement

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

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.

Compaction versus paveuse
 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

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.