Atelier de terrassement
Terminale STI GC - 14/11/2004 18:18
Atelier de terrassement
Introduction
Calculer un atelier de terrassement, c’est dimensionner et éventuellement optimiser (en durée et en coût) :
le ou des engins de production
le ou des engins de transport
…tout en tenant compte :
de certaines caractéristiques du sol qui fait l’objet du terrassement (volume, masse volumique,
coefficient de foisonnement et de foisonnement résiduel)
des conditions du chantier (délai, durée de travail journalière/hebdomadaire, distances des carrières)
Caractérisation du sol déplacé
Les caractéristiques fondamentales du sol nécessaires à l’élaboration d’un atelier de terrassement sont :
le volume des terres en m 3 faisant l’objet du déblaiement ou du remblaiement (voir § Détermination
des volumes géométriques)
la masse volumique en kg/m3 des terres en place ou foisonnées (voir § Masses volumiques)
les coefficients de foisonnement et de foisonnement résiduel en % (voir § Détermination des volumes
déplacés)
Détermination des volumes géométriques
Le préalable à tout atelier de terrassement est la détermination des volumes géométriques qu’il s’agisse
d’une excavation à réaliser ou d’un remblai. Ces calculs font appel aux règles mathématiques habituelles de
calcul des volumes rappelées ci après.
Volume à section trapézoïdale
Remblai suffisamment long, profil en long
B et b : largeurs inférieures et supérieures
h : hauteur de l’excavation ou du remblai
L : longueur de l’excavation ou du remblai
Trapèze
b
V =
(B + b ) ⋅ h ⋅ L
h
I
2
B
Fouille talutée (tronc de pyramide)
Fouille classique
Bsup
Bm
Binf et Bsup : surfaces inférieures et supérieures
Bm
h
: surface à mi-hauteur
h : hauteur de l’excavation
h/2
Binf
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Formule approchée dite des « trois niveaux » : V = h ⋅(Binf + Bsup +4⋅Bm ) 1
6
Remarque très importante :
B +B
Dans le cas général Bm ≠ inf sup
2
calcul de Bm
II
voir les exercices d’application pour connaître la méthode de
Masses volumiques
La connaissance de la masse volumique du sol est une donnée essentielle pour le dimensionnement des
engins (de production et de transport).
Soient V place le volume en place du sol et M la masse correspondante de ce même volume, il vient :
ρ place = M
Vplace
M
avec ρ place > ρ foisonné )
V foisonné
ATTENTION : le mélange des différent type de volume conduit à des calculs faux. Ex :
ρ place ≠ M
V foisonné
(idem pour le volume d’un sol foisonné V foisonné , il vient : ρ foisonné =
III
1
Détermination des volumes déplacés
Dès le déplacement d’un sol, celui ci subit un remaniement qui se traduit par une augmentation de
volume ; c’est le foisonnement.
Ce même sol est souvent destiné à être mis en remblai et donc forcément compacté conduisant alors à une
réduction de volume.
Pour information : la formule vrai est telle que : V
=
(
)
h
⋅ B1 + B2 + B1 ⋅ B2 Mais celle ci n’est applicable qu’aux troncs de
3
pyramide réguliers ; géométrie extrèmement rare en BTP. NE PAS UTILISER
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La seule connaissance géométrique des volumes est donc insuffisante : la prise en compte des
phénomènes de foisonnement et de compactage doivent impérativement être intégrés à la démarche de calcul
au risque de mal dimensionner l’atelier de terrassement.
Deux coefficients spécifiques dits « coefficient de foisonnement » et « coefficient de foisonnement
résiduel » sont introduits.
Volume en place
Fig 1 : avant excavation
Vplace
Vfoisonné
Volume foisonné
Fig 2 : après excavation
{
Vfoisonné>Vplace
- vers un engin de transport
ou
- vers un dépôt à proximité
vide
× coeff − foisonnement
× coeff − foisonnement résiduel
Volume compacté
Fig 3 : après remblaiement
Vcompacté
...dont une partie est à mettre en dépôt
Volume en dépôt
vers le
dépôt
Mise en évidence des coefficients de foisonnement et de foisonnement résiduel
Avant excavation (fig. 1)
Volume en place : V place
Masse : M
ρ place =
M
V place
Après excavation (fig. 2) : coefficient de foisonnement
Le foisonnement est l’augmentation du volume des terres après excavation2 à masse égale.
Volume foisonné : V foisonné
2
Le foisonnement est considéré comme réalisé dès la prise des terres par l’engin de production.
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Masse : M
Coefficient de foisonnement : F f =
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V foisonné
V place
soit V foisonné = F f × V place
Après remblaiement (fig. 3) : coefficient de foisonnement résiduel
Lors de la remise en place du sol foisonné et malgré le compactage, le sol ne reprend pas le volume
initial.
Deux cas se présentent :
un volume du sol reste en excédent ; il doit alors être mis en dépôt (cas général schématisé sur la
fig. 3),
il manque un volume de sol ; il est alors nécessaire de compléter le volume par l’apport d’un volume
complémentaire de sol.
Volume compacté : Vcompacté
Masse : M
Coefficient de foisonnement résiduel ou contre-foisonnement : Fc =
Vcompacté
V place
soit Vcompacté = Fc × V place
Quelques ordres de grandeur3
Remarque très importante
Seuls des calculs mettant en œuvre des volumes du même type sont compatibles.
Exemple :
Pour déterminer la masse à partir d’un volume foisonné, il est nécessaire d’utiliser la masse volumique
foisonnée.
3
Pour information : il est aussi possible de travailler avec le coefficient de tassement tel que
Coeff _tassement =VC = Vp*Fc = Fc
V f Vp*Ff Ff
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Les engins de production
I
Principaux engins de production
Essentiellement au nombre de 5, les engins
de production sont :
les pelles hydrauliques
les chargeuses
les chargeuses pelleteuse
les bouteurs (avec ou sans scarificateur)
les décapeuses (ci dessous)4
Note : les compacteurs et les niveleuses sont classés dans la catégorie d’engins d’assistance à la
production.
II
Caractéristiques essentielles
Les caractéristiques des engins de production nécessaires à l’élaboration d’un atelier de terrassement sont
essentiellement :
la capacité nominale ou théorique du godet5 (pour les pelles et les chargeuses) en m 3
le facteur de remplissage du godet : il minore (et majore dans certains cas) la capacité théorique du
godet
Le facteur de remplissage dépend directement de l’état que présente le sol :
terrain meuble = fort taux de remplissage
terrain compact = taux de remplissage moyen
blocs rocheux = faible taux de remplissage
4
Engin intermédiaire entre la production et le transport – utilisable seulement à l’intérieur d’un même chantier et pour des chantiers
linéaires très importants : terrassements routiers et ferrés essentiellement
5
La capacité du godet prend TOUJOURS en compte le volume de terres foisonné.
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Il vient alors : Capacité utile ou réelle du godet = capacité nominale ou théorique *R/100
la durée du cycle : temps nécessaire pour effectuer une rotation complète
Le cycle d’une pelle correspond aux phases suivantes : chargement du godet, rotation, vidage dans
benne, rotation inverse.
Des valeurs théoriques de durée de cycle sont données par le constructeur mais des estimations
peuvent être menées directement par chronométrage sur le terrain.
le coefficient d’efficience. Il pondère (en l’augmentant !) la valeur théorique de la durée du cycle
pour prendre en compte les conditions réelles du chantier à savoir :
le type de terrain plus ou moins facile à extraire
les conditions atmosphériques, l’expérience du conducteur, le temps de maintenance mécanique
courante
les conditions d’excavation et de chargement du camion (situation de la pelle vis à vis du front de
taille et vis à vis du camion : voir la figure ci après)
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Positionnement idéal d’une pelleteuse
Il vient alors : Durée réelle du cycle = durée théorique du cycle/(k/100)
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Les engins de transport
I
Principaux engins de transport
Essentiellement au nombre de 3, les engins de transport sont :
les camions routiers de travaux publics (non représentés)
les tombereaux de chantier articulés ou rigides (ou dumper - ils ne peuvent circuler que sur chantier)
Tombereau articulé
Tombereau rigide
les décapeuses (voir le § « Principaux engins de production » page 5) non traités dans ce cours
II
Caractéristiques essentielles
Les caractéristiques des engins de transport nécessaires à l’élaboration d’un atelier de terrassement sont
essentiellement :
la charge utile CU en kg ou tonnes
C’est le poids maximum qu’est autorisé à transporter le véhicule (CU=PTAC-PV : Charge utile =
poids total en charge – poids à vide).
la capacité de la benne en m 3
la durée du cycle de transport et de vidage
Le cycle d’un camion correspond aux phases suivantes : chargement de la benne, transport aller,
vidage, transport retour.
La durée de cycle dépend, outre de la durée de remplissage, de la vitesse de déplacement, de la
distance à parcourir, des conditions de vidage.
le coefficient d’efficience
Il pondère la valeur théorique de la durée du cycle pour prendre en compte les conditions réelles du
chantier.
Quelques ordres de grandeur
CU (tonnes)
Capacité ( m3 )
Camions routiers à 2 essieux 1.5 et 12 tonnes
3 à 7 m3
Camions routiers à 3 essieux (les plus courants) 17 et 28 tonnes 10 et 14 m 3
Tombereaux articulés 8 à 40 tonnes
5 à 29 m 3
Tombereaux rigides 11 à 218 tonnes 7.5 à 170 m 3
Performances des engins de transport courants
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Principes de dimensionnement et vérification d’un atelier de terrassement
Etape 1 : calcul de la production minimum Pmin à obtenir en fonction du délai imposé par le Maître
d’Ouvrage
Etape 2 : choix d’un couple « engin de production/matériel de transport » en fonction de :
la nature du sol
des distances à parcourir
du volume des terres à excaver
Sélection du couple « engin de production/engin de transport »
Etape 3 : choix du volume du godet de l’engin de production en fonction de l’engin de transport utilisé et
du taux de remplissage estimé du godet, évaluation de la capacité utile du godet retenu (taux de remplissage)
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Sélection capacité de la benne en fonction de celle du godet
Etape 4 : détermination du temps de cycle théorique puis réel de l’engin de production
Etape 5 : calcul du nombre de coups de godets nécessaires pour remplir une benne, détermination du
temps réel nécessaire pour remplir une benne
Etape 5 : calcul de la production moyenne Pmoy obtenu par l’atelier de terrassement à comparer à la
production minimum obtenue précédemment.
Etape 6 : détermination du temps de cycle théorique puis réel de l’engin de transport
Etape 7 : calcul du nombre d’unité de transport affecté à l’engin de production pour exploiter l’engin de
production à plein (saturation de la pelle)
Etape 8 : tracé du diagramme « chemin de fer » représentant dans le temps et la distance la rotation de
chaque camion : détermination du temps d’attente des camions, optimisation du nombre de rotation, étude de
prix…
Distance
Déchargement
Lieu de
dépôt
Transport retour
Transport aller
Etc...
Lieu
d’emprunt
Temps
Temps d’attente du 1er camion
Chargement
Exemple type d’un diagramme chemin de fer
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Annexes
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