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Atelier de terrassement Terminale STI GC - 14/11/2004 18:18

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Atelier de terrassement

Introduction Calculer un atelier de terrassement, cest dimensionner et ventuellement optimiser (en dure et en cot) : le ou des engins de production le ou des engins de transport

tout en tenant compte : de certaines caractristiques du sol qui fait lobjet du terrassement (volume, masse volumique,

coefficient de foisonnement et de foisonnement rsiduel) des conditions du chantier (dlai, dure de travail journalire/hebdomadaire, distances des carrires)

Caractrisation du sol dplac Les caractristiques fondamentales du sol ncessaires llaboration dun atelier de terrassement sont : le volume des terres en 3m faisant lobjet du dblaiement ou du remblaiement (voir Dtermination

des volumes gomtriques) la masse volumique en 3kg/m des terres en place ou foisonnes (voir Masses volumiques) les coefficients de foisonnement et de foisonnement rsiduel en % (voir Dtermination des volumes

dplacs)

I Dtermination des volumes gomtriques Le pralable tout atelier de terrassement est la dtermination des volumes gomtriques quil sagisse

dune excavation raliser ou dun remblai. Ces calculs font appel aux rgles mathmatiques habituelles de calcul des volumes rappeles ci aprs.

Volume section trapzodale Remblai suffisamment long, profil en long B et b : largeurs infrieures et suprieures h : hauteur de lexcavation ou du remblai L : longueur de lexcavation ou du remblai

( ) LhbBV +=

2

Fouille talute (tronc de pyramide) Fouille classique infB et supB : surfaces infrieures et suprieures mB : surface mi-hauteur h : hauteur de lexcavation

Trapze

h

b

B

Binf

Bsup

Bm

h

h/2

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Formule approche dite des trois niveaux : ( )mBBBhV ++= 46 supinf 1 Remarque trs importante :

Dans le cas gnral

+ 2supinf BBBm voir les exercices dapplication pour connatre la mthode de

calcul de mB

II Masses volumiques La connaissance de la masse volumique du sol est une donne essentielle pour le dimensionnement des

engins (de production et de transport).

Soient placeV le volume en place du sol et M la masse correspondante de ce mme volume, il vient :

place

place VM

=

(idem pour le volume dun sol foisonn foisonnV , il vient : foisonn

foisonn VM

= avec foisonnplace > )

ATTENTION : le mlange des diffrent type de volume conduit des calculs faux. Ex :

foisonnplace V

M

III Dtermination des volumes dplacs Ds le dplacement dun sol, celui ci subit un remaniement qui se traduit par une augmentation de

volume ; cest le foisonnement. Ce mme sol est souvent destin tre mis en remblai et donc forcment compact conduisant alors une

rduction de volume.

1 Pour information : la formule vrai est telle que : ( )21213 BBBBhV ++= Mais celle ci nest applicable quaux troncs de pyramide rguliers ; gomtrie extrmement rare en BTP. NE PAS UTILISER


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La seule connaissance gomtrique des volumes est donc insuffisante : la prise en compte des

phnomnes de foisonnement et de compactage doivent imprativement tre intgrs la dmarche de calcul au risque de mal dimensionner latelier de terrassement. Deux coefficients spcifiques dits coefficient de foisonnement et coefficient de foisonnement

rsiduel sont introduits.

Vplace

vide

Vfoisonn>Vplace

Volume en place

Volume foisonn

Vcompact

Volume compact

...dont une partie est mettre en dptVolume en dpt

vers ledpt

ntfoisonnemecoeff

rsiduelntfoisonnemecoeff

Fig 1 : avant excavation

Fig 2 : aprs excavation

Fig 3 : aprs remblaiement

- vers un engin de transportou

- vers un dpt proximit{

Vfoisonn

Mise en vidence des coefficients de foisonnement et de foisonnement rsiduel

Avant excavation (fig. 1) Volume en place : placeV

Masse : M

place

place VM

=

Aprs excavation (fig. 2) : coefficient de foisonnement Le foisonnement est laugmentation du volume des terres aprs excavation2 masse gale. Volume foisonn : foisonnV

2 Le foisonnement est considr comme ralis ds la prise des terres par lengin de production.


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Masse : M

Coefficient de foisonnement : place

foisonnf VV

F = soit placeffoisonn VFV =

Aprs remblaiement (fig. 3) : coefficient de foisonnement rsiduel Lors de la remise en place du sol foisonn et malgr le compactage, le sol ne reprend pas le volume

initial. Deux cas se prsentent : un volume du sol reste en excdent ; il doit alors tre mis en dpt (cas gnral schmatis sur la

fig. 3), il manque un volume de sol ; il est alors ncessaire de complter le volume par lapport dun volume

complmentaire de sol. Volume compact : compactV

Masse : M

Coefficient de foisonnement rsiduel ou contre-foisonnement : place

compactc VV

F = soit placeccompact VFV =

Quelques ordres de grandeur3

Remarque trs importante Seuls des calculs mettant en uvre des volumes du mme type sont compatibles. Exemple : Pour dterminer la masse partir dun volume foisonn, il est ncessaire dutiliser la masse volumique

foisonne.

3 Pour information : il est aussi possible de travailler avec le coefficient de tassement tel que

fc

fp

cp

fC

FF

FVFV

VVtassementCoeff === *

*_


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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 dcapeuses (ci dessous)4

Note : les compacteurs et les niveleuses sont classs dans la catgorie dengins dassistance la

production.

II Caractristiques essentielles Les caractristiques des engins de production ncessaires llaboration dun atelier de terrassement sont

essentiellement : la capacit nominale ou thorique du godet5 (pour les pelles et les chargeuses) en 3m le facteur de remplissage du godet : il minore (et majore dans certains cas) la capacit thorique du

godet Le facteur de remplissage dpend directement de ltat que prsente le sol : terrain meuble = fort taux de remplissage terrain compact = taux de remplissage moyen blocs rocheux = faible taux de remplissage

4 Engin intermdiaire entre la production et le transport utilisable seulement lintrieur dun mme chantier et pour des chantiers linaires trs importants : terrassements routiers et ferrs essentiellement 5 La capacit du godet prend TOUJOURS en compte le volume de terres foisonn.


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Il vient alors : Capacit utile ou relle du godet = capacit nominale ou thorique *R/100 la dure du cycle : temps ncessaire pour effectuer une rotation complte

Le cycle dune pelle correspond aux phases suivantes : chargement du godet, rotation, vidage dans benne, rotation inverse. Des valeurs thoriques de dure de cycle sont donnes par le constructeur mais des estimations peuvent tre menes directement par chronomtrage sur le terrain.

le coefficient defficience. Il pondre (en laugmentant !) la valeur thorique de la dure du cycle pour prendre en compte les conditions relles du chantier savoir :

le type de terrain plus ou moins facile extraire les conditions atmosphriques, lexprience du conducteur, le temps de maintenance mcanique

courante les conditions dexcavation et de chargement du camion (situation de la pelle vis vis du front de

taille et vis vis du camion : voir la figure ci aprs)


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Positionnement idal dune pelleteuse

Il vient alors : Dure relle du cycle = dure thorique 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 reprsents) les tombereaux de chantier articuls ou rigides (ou dumper - ils ne peuvent circuler que sur chantier)

Tombereau articul Tombereau rigide

les dcapeuses (voir le Principaux engins de production page 5) non traits dans ce cours

II Caractristiques essentielles Les caractristiques des engins de transport ncessaires llaboration dun atelier de terrassement sont

essentiellement : la charge utile CU en kg ou tonnes

Cest le poids maximum quest autoris transporter le vhicule (CU=PTAC-PV : Charge utile = poids total en charge poids vide).

la capacit de la benne en 3m la dure du cycle de transport et de vidage

Le cycle dun camion correspond aux phases suivantes : chargement de la benne, transport aller, vidage, transport retour. La dure de cycle dpend, outre de la dure de remplissage, de la vitesse de dplacement, de la distance parcourir, des conditions de vidage.

le coefficient defficience Il pondre la valeur thorique de la dure du cycle pour prendre en compte les conditions relles du chantier.

Quelques ordres de grandeur CU (tonnes) Capacit ( 3m )

Camions routiers 2 essieux 1.5 et 12 tonnes 3 7 3m Camions routiers 3 essieux (les plus courants) 17 et 28 tonnes 10 et 14 3m

Tombereaux articuls 8 40 tonnes 5 29 3m Tombereaux rigides 11 218 tonnes 7.5 170 3m

Performances des engins de transport courants


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Principes de dimensionnement et vrification dun atelier de terrassement Etape 1 : calcul de la production minimum minP obtenir en fonction du dlai impos par le Matre

dOuvrage Etape 2 : choix dun couple engin de production/matriel de transport en fonction de : la nature du sol des distances parcourir du volume des terres excaver

Slection du couple engin de production/engin de transport

Etape 3 : choix du volume du godet de lengin de production en fonction de lengin de transport utilis et du taux de remplissage estim du godet, valuation de la capacit utile du godet retenu (taux de remplissage)


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Slection capacit de la benne en fonction de celle du godet

Etape 4 : dtermination du temps de cycle thorique puis rel de lengin de production Etape 5 : calcul du nombre de coups de godets ncessaires pour remplir une benne, dtermination du

temps rel ncessaire pour remplir une benne Etape 5 : calcul de la production moyenne moyP obtenu par latelier de terrassement comparer la

production minimum obtenue prcdemment. Etape 6 : dtermination du temps de cycle thorique puis rel de lengin de transport Etape 7 : calcul du nombre dunit de transport affect lengin de production pour exploiter lengin de

production plein (saturation de la pelle) Etape 8 : trac du diagramme chemin de fer reprsentant dans le temps et la distance la rotation de

chaque camion : dtermination du temps dattente des camions, optimisation du nombre de rotation, tude de prix

Temps

Distance

Lieudemprunt

Lieu dedpt

Etc...

Chargement

Transport aller

Dchargement

Transport retour

Temps dattente du 1er camion

Exemple type dun diagramme chemin de fer


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Annexes


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