thème 3.0 : méthodes de terrassement

Thème 3.0 : Méthodes de terrassement

TABLE DES MATIÈRES 1.0 Principes d’organisation de chantier de terrassement

1.1 Principes et séquences des opérations de terrassement 1.2 Pente de talus 1.3 Foisonnement et masse volumique des sols 1.4 Charge utile 1.5 Calcul des volumes de terrassement

2.0 Choix des équipements et méthodes de terrassement

2.1 Méthodes de terrassement et facteurs relatifs à la production 2.2 Les pousseurs 2.3 Les pelles hydrauliques 2.4 Les chargeuses 2.5 Les décapeuses 2.6 Les niveleuses 2.7 Les camions 2.8 Les compacteurs

3.0 Estimation des coûts de terrassement

3.1 Coûts de l’équipement (possession et fonctionnement) 3.2 Louer ou acheter l’équipement ???? 3.3 Coûts unitaires et choix des équipements

4.0 Travaux pratiques – Étude d’un cas

4.1 Présentation des caractéristiques d’un projet de terrassement et de la flotte d’équipements disponibles 4.2 Explication du travail à produire par les étudiants 4.3 Appui/encadrement par le formateur 4.4 Remise du TP

Mario Robillard Formateur en génie civil

6 décembre 2006

MODULE: TRAVAUX DE TERRASSEMENT

1.0 PRINCIPES D’ORGANISATION DE CHANTIER DE TERRASSEMENT

Le terrassement consiste à modifier la topographie d’un site conformément aux indica-tions prescrites par des plans et des devis. Ces modifications peuvent être modestes (ex-cavation requise pour installer les fondations superficielles d’un bâtiment), linéaires (aménagement d’une structure routière, construction d’une digue) ou complexes (cons-truction des approches d’un échangeur routier multiple).

1.1 Principes et séquences des opérations de terrassement On distingue deux opérations majeures dans les activités de terrassement, le déblai et le remblai. Le déblai consiste à retirer et à transporter sur le site du projet ou à l’extérieur de celui-ci, des sols décapés ou excavés. Le remblai consiste à trans-porter à partir du site du projet ou de l’extérieur de ce dernier, notamment des bancs d’emprunt, des matériaux conformes à l’usage et aux spécifications prescri-tes par les plans et devis du projet. D’autres opérations complémentaires au déblai et au remblai, peuvent également être considérés lors du terrassement. Le débroussaillage consiste à abattre et à reti-rer les arbres et les arbustes qui se trouvent sur le site des travaux. L’essouchement est l’opération qui permet de retirer de la terre, les souches des arbres abattues. Cette opération peut se faire à l’aide de pousseur si le nombre de souches est important ou avec une pelle hydraulique lorsque le nombre de souches est modeste. Lors de l’opération de décapage on retire la couche de sol organique qui se trouve sur le site des travaux de terrassement. Ce sol organique est soit entassé pour ser-vir ultérieurement lors de l’aménagement final, soit transporté à l’extérieur du site des travaux. Le régalage/profilage consiste à déplacer grossièrement les remblais en vue d’obtenir la configuration topographique souhaitée. Finalement, l’aménagement final consiste à compléter les aménagements prévus aux plans et devis. L’aménagement final peut inclure la plantation d’arbres et ar-bustes, le gazonnement, du pavage et de la construction de trottoirs et de bordures. Si on les place en séquence chronologique, les opérations de terrassement se réali-sent selon l’ordre suivant :

1. Débroussaillage et essouchement 2. Décapage 3. Déblai et transport 4. Transport et remblai 5. Régalage/profilage 6. Compaction 7. Aménagement final


L’organisation des travaux et le choix des équipements et des méthodes de terras-sement s’appuient sur certains principes importants :

• Le coût unitaire des travaux de terrassement doit être le plus bas possible; • Le temps requis pour l’exécution du terrassement doit se conformer à celui

qui a été programmé et planifié; • Les matériaux de remblai doivent être transportés le plus près possible de

leur position finale; • Les méthodes de terrassement retenues doivent être respectueuses de la ré-

glementation (environnement, signalisation, horaire établie) en vigueur. Les paramètres qui régissent l’organisation des travaux de terrassements :

• Les caractéristiques et la nature du sol de déblai; • Les caractéristiques du site de construction (encombrement, sécurité, exi-

guïté); • Les volumes de déblai et de remblai en regard de la durée prévue des tra-

vaux; • Les ressources disponibles (équipements et main d’œuvre spécialisée); • Les distances à franchir pour le déblai et le remblai.

1.2 Pente de talus Pour des raisons évidentes de sécurité, les pentes de talus en déblai ou en remblai doivent assurer la stabilité des matériaux. Les pentes de talus varient selon plu-sieurs paramètres notamment la nature du sol, la granulométrie et de la cohésion de ses particules et l’immersion ou non de l’ouvrage. Les tableaux suivants nous donnent les valeurs les plus couramment utilisées pour les pentes de talus en déblai et en remblai. TABLEAU1 : VALEURS DES PENTES DE TALUS EN DÉBLAI

Type de sols Déblai (en terrain naturel)

Zone sèche H/V

Zone immergée H/V

Rocher compact 80º 1/5 80º 1/5 Roc friable 55º 2/3 55º 2/3 Débris rocheux 45º 1/1 40º 5/4 Terre et pierres 45º 1/1 30º 2/1 Terre argileuses 40º 5/4 20º 3/1 Gravier et sable 35º 3/2 30º 2/1 Sable fin 30º 2/1 20º 3/1

1 Adapté de la référence bibliographique #1


TABLEAU2 : VALEURS DES PENTES DE TALUS EN REMBLAI

Type de sols Remblai

Zone sèche H/V

Zone immergée H/V

Rocher compact 45º 1/1 45º 1/1 Roc friable 45º 1/1 45º 1/1 Débris rocheux 45º 1/1 45º 1/1 Terre et pierres 35º 3/2 30º 2/1 Terre argileuses 35º 3/2 20º 3/1 Gravier et sable 35º 3/2 30º 2/1 Sable fin 30º 2/1 20º 3/1

1.3 Foisonnement et masse volumique des sols La masse volumique des sols et des matériaux est l’expression de la masse par unité de volume. Lors du traitement des données de travaux de terrassement, la masse volumique s’exprime surtout en tonne par mètre cube (t/m³) ou en kilo-gramme par mètre cube (kg/m³). Pour arriver à charger les équipements d’excavation puis transférer ce chargement dans les équipements de transport, les sols de déblai doivent être extrait de leur position initiale. Cette extraction ne peut se réaliser sans ameublir le sol et y in-duire des vides. Ainsi, le volume qu’il représentait à leur état d’origine sera aug-menté et par conséquemment, leur masse volumique sera réduite. On appelle « foisonnement initial », la variation du volume d’un sol qui est extrait de sa posi-tion initiale et « foisonnement final », la variation du volume d’un sol qui est compacté dans une opération de remblai. Le foisonnement s’exprime en pourcen-tage et prend en référence, le volume à l’état naturel du sol à déblayer. La produc-tion des équipements de terrassement se calcule généralement à partir des volumes foisonnés.



TABLEAU3 : VALEURS USUELLES DE FOISONNEMENT DES SOLS COMMUNS

Type de sols Masse vo-lumique

(état naturel) (t/m³)

Foisonnement initial (%)

Foisonnement final (%)

Argile sèche 1,6 35 5 Argile humide (W% = 37,5%) 2,2 35 5 Terre végétale sèche « Top soil » 1,6 25 3 Terre végétale humide (W% = 25%) 2,0 25 3 Gravier sec 1,8 13 2 Gravier humide (W% = 22%) 2,2 15 2 Sable sec 1,6 12 1 Sable humide (W% = 31,5%) 2,1 13 1 Roc calcaire (origine sédimentaire) 2,6 70 50 Roc (origine ignée ou métamorphique) 2,9 65 60

Illustration du foisonnementGravier humide

En place Transporté Compacté

1 m³ 1,15 m³ 1,02 m³

Exemple d’application : Quelle serait la masse volumique d’un gravier humide (w% = 8%) sachant que son foisonnement initial est de 14% et que sa masse vo-lumique sèche à l’état naturel est de 1,75 t/m³ ? Masse volumique sèche et foisonnée = 1,75 t/m³ ÷ 1,14 = 1,54 t/m³ Masse volumique humidew=8% et foisonnée = 1,54 x 1,08 = 1,66 t/m³ 1.4 Charge utile La capacité de chargement des équipements de transport est tributaire de trois pa-ramètres; le volume effectif de la benne de transport, la capacité structurale et mé-canique de l’équipement et au Québec, des restrictions de chargement lors des pé-riodes de dégel. Le volume effectif de la benne de transport se définit selon quatre types de chargement; à ras bord et avec cône de chargement avec pente de cône de 1 :1, 2 :1 et 3 :1.



xy

à ras bord

Avec cône

Chargement

à refus

Exemple d’application : Calculez la charge et le volume effectifs de transport pour un camion 10 roues transportant le gravier humide de l’exemple d’application précédent sachant que la résistance de la suspension limite le char-gement à 21 tonnes et que la benne a une capacité de chargement de 14,5 m³ ? Volume de 21 t de gravier humidew=8% et foisonnée = 21 t ÷ 1,66 t/m³ = 12,65 m³ Charge et volume effectifs = 21 t et 12,65 m³ 1.5 Calcul des volumes de terrassement Le calcul des volumes de terrassement exige l’application de formules élémentai-res de géométrie. Habituellement, les données géométriques contenues dans les documents d’appel d’offres sont les plus simplifiés possibles afin de rendre aisé le calcul des volumes. Pour estimer adéquate les coûts unitaires d’achat, de transport et de mise en œuvre, les estimateurs auront besoin des volumes en place, foisonné et compacté. Exemple d’application : Dans un projet de construction d’une route de 1,650 km, il est prévu de remblayer et de compacter une structure de chaussée avec un gra-vier naturel tiré d’un banc emprunt4. Des essais en laboratoire nous démontrent que ce matériau répond aux exigences demandées pour l’utilisation prévue et que ce gravier possède une masse volumique sèche et foisonnée de 1 755 kg/m³, une teneur en eau naturelle moyenne de 12% et un foisonnement initial et final de 13% et 3%. Sachant qu’une fois compactée, la fondation de la chaussée aura la configuration illustrée ici-bas, calculons les volumes suivants : volume de la fondation, volume transporté, volume emprunté (état naturel) ainsi que le tonnage(w = 12%) requis.

4 Un banc d’emprunt est un gisement naturel de matériau exploitable pour une application donnée.


Section typiqueSans échelle

CL

Ligne de fond d'excavatioEmprunt granulaire compacté (remblai)

23

20 m

875 mm

Solution : Grande base = 20 m + (2/3 x 0,875 m) + (2/3 x 0,875 m) = 21,167 m Surface de section = 18,010 m² Volume de la fondation granulaire = 18,010 m² x 1 650 m = 29 717 m³ Volume transporté = 29 717,2 m³ x 1,13/1,03 = 32 602 m³ Volume emprunté = 29 717,2 m³ / 1,03 = 28 852 m³ Masse volumique foisonnéew=12% = 1 755 kg/m³ x 1,12 = 1 965,6 kg/m³ Tonnage w=12% requis = 1,9656 t/m³ x 32 602 m³ = 64 082 tonnes w=12%


2.0 CHOIX DES ÉQUIPEMENTS ET MÉTHODES DE TERRASSEMENT

2.1 Méthodes de terrassement et facteurs relatifs à la production La majorité des engins de chantier réalise leurs opérations selon une séquence d’opérations répétitives que l’on appelle cycle. Un cycle produit une certaine quantité de travail dans un certain temps. La production des engins de terrasse-ment s’exprime le plus souvent en volume de sol par unité de temps soit en mètre cube foisonné à l’heure (m³/h). Dans le cas des niveleuses, on exprime la production plutôt en distance par unité de temps et le plus souvent, le mètre ou le kilomètre à l’heure est l’unité em-ployée. Le temps effectif de travail est de l’ordre de 45 à 55 minutes par heure réelle. Le temps effectif de travail prend en compte les arrêts de production inévitables (ra-vitaillement, coordination, repos de l’opérateur, etc.). La majorité des engins de chantier sont munis de chronomètres et les plus sophistiqués, d’ordinateur de bord qui permettent de calculer périodiquement le temps de travail effectif de l’engin.

Opérations de terrassement/construction routière

ENGINS Esso

uche

men

t

Déb

rous

saill

age

Déc

apag

e

Déb

lai e

t tra

nspo

rt

Rem

blai

et t

rans

port

Com

pact

ion

Prof

ilage

initi

al

Prof

ilage

fina

l

Remarques Pousseur Bulldozer

Les pousseurs sont également utilisés pour la poussée des décapeuses lors de leur char-gement.

Pelles hy-drauliques Hydraulic Sho-vel

Chargeuses Loader

Les godets des pelles et des chargeuses peuvent être adap-tés à la nature du sol excavé. Les chargeuses sur chenilles sont surtout utilisées sur des sols de faible capacité por-tante.

Décapeuses Scrapper Niveleuses Grader Camions Truck Compacteurs Compactor

Légende : = efficace et productif = moyennement efficace et productif = strictement en mode dépannage


2.2 Les pousseurs Les pousseurs ou bouteurs appelés communément « bulldozer » peuvent servir à plusieurs opérations de terrassement. Les pousseurs sont utilisés pour le décapage et l’essouchement, pour le refoulement du déblai, pour le régalage initial des remblais et finalement pour assister les décapeuses « scraper » lors de leur chargement. Les pousseurs peuvent également défoncer les rocs friables grâce à leurs dents défonceuses « ripper » montées sur à l’arrière de leur chassie. Toutefois, c’est lors des opérations de décapage et de refoulement que le pousseur est le plus souvent utilisé. Son cycle se production est composé de quatre étapes; poussée de refoulement avant, inversion de marche, recul et inversion de marche. La production d’un pousseur se calcule à partir de la formule suivante : Production horaire = Temps effectif de travail par heure ÷ Du-

rée du cycle x volume de refoulement

Munis d’une lame de type universel ou en « U », les pousseurs obtiennent de bonnes productions lors du refoulement de déblai en autant que les distances de refoulement soient assez modestes (moins de 200 m). Par rapport à une lame standardune lame en « U » permet une augmentation de 20% de la produ

,

ction. La nature du sol refoulé a également une incidence sur la productivité des pous-seurs. Ainsi, la production des bouteurs dans des sols granulaires (sable et gravier) est supérieure à la production pour des rocs et des terres argileuses. Le graphique suivant peut être utilisé pour déterminer le facteur de production attribuable à la nature du sol. Facteur de

1,2

1,0

0,8

Débris rocheuxBlocs de roc

Sols graveleux avec

Sols organiques

"bolder"

Sables et graviers à granulaumétrie serrée

Sables et graviers à granulaumétrie étalée

Terres argileuses

Neige et terres sabloneuses

production


Exemple d’application : On utilise un pousseur pour réaliser du décapage de sol organique et du refoulement. La lame d’une capacité de 14 m³ est de type univer-sel « U ». La distance de refoulement est de 220 m. L’inversion de marche prend 1,5 secondes. 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 jour-nalière 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. Solution : 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 1,2 x 0,95 = 169,1 m³/h Production journalière Production = 169,1 m³/h x 8 h/j = 1 353 m³/j 2.3 Les pelles hydrauliques Les pelles hydrauliques sont munies de bras articulés et de godets permutables qui permettent l’excavation dans des sols de nature variée. Le plus souvent, les pelles hydrauliques réalisent des travaux d’excavation en mode « rétro (backhoe) » pour des excavations sous le niveau du dessous de la base de la pelle. Il existe deux types de pelles hydrauliques, les pelles sur roues utilisées sur des sols ayant une bonne capacité portante. Pour les sols de faible capacité portante, le cas le plus courrant, on utilisera la pelle hydraulique sur chenille. Vu leur plus grande mobilité, les pelles sur roues ont un rendement légèrement supérieur (+/- 15%) à celui des pelles sur chenilles.


L’utilisation des pelles hydraulique en mode « frontal (front shovel) » se fait sur-tout lorsque l’excavation se réalise au dessus de la base de la pelle. Le haut de la pelle hydraulique est monté sur un plateau qui lui permet d’effectuer des rotations complètes à 360°. Pour maximiser la production de la pelle, on orga-nise le chantier de manière à minimiser l’angle de rotation nécessaire pour le chargement des camions. Une bonne organisation de chantier devrait permettre le chargement des camions avec une rotation de 90°. La durée du cycle d’une pelle hydraulique varie selon plusieurs paramètres comme l’habileté de l’opérateur, l’angle de rotation et la nature du sol excavé. En pratique, on utilise pour une pelle hydraulique sur chenille exécutant une rotation de 90°, les valeurs suivantes : Sols légers (granulaire) : 0,35 minute Sols ordinaires (terres organiques) : 0,40 minute Sols compacts (sols argileux) et blocs de roc : 0,45 minute La nature du sol à excaver a également une incidence sur le volume de remplis-sage du godet. Pour les sols granulaires, le godet sera rempli à 100% de sa capaci-té. Pour les sols argileux et organiques, le godet sera rempli à environ 95%. Tan-dis que pour les débris rocheux et les blocs de rocher, il le sera respectivement d’environ 85% et 70%. Exemple d’application : 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 cycle 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 por-tée du godet de la pelle. Complétons les données du problème. La pelle charge des camions de type « 10 roues » ayant une capacité de chargement de 12,65 m³. Le temps requis pour éva-cuer un camion plein et installer un camion vide sous le godet de la pelle est de 1,5 minutes. Calculons la production horaire réelle de cette pelle. 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 coups5 pour 11,875 m³

5 Pour des raisons d’efficacité, un coup de godet partiellement rempli sera donné dès que le volume à com-bler dépasse 50% de la capacité du godet.


Durée de chargement = 5 coups de godet x 0,45 min/cycle = 2,25 minutes Durée de la mise en place de la benne = 1,5 minutes Durée totale du chargement = 2,25 min + 1,5 min = 3,75 minutes Nombre de chargement à l’heure = 50 min ÷ 3,75 min/chargement = 13,33 char-gements Production horaire réelle = 13,33 charge. x 11,875 m³/charge. = 158,3 m³/h 2.4 Les chargeuses Tout comme les pelles hydrauliques, les chargeuses servent lors du remplissage des bennes des camions le plus souvent avec des matériaux granulaires de remblai comme la pierre concassée tirée des carrières ou encore le sable et gravier extrait des bancs d’emprunt. Compte tenu de leur morphologie et leur faible rendement, les chargeuses sont peu utilisées comme engins d’excavation.

Les chargeuses sont disponibles sur roues (pneus) ou sur chenilles. Les chargeuses sur roues récentes sont constituées de deux parties articulées autour d’un pivot et leurs roues sont fixes. Les chargeuses sur roues sont de loin plus performantes (130 à 150%) que les chargeuses sur chenilles.

Tout comme les pelles

hydrauliques, le cycle des chargeuses sur roues varie selon la nature du matériau à chargé. 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 Pour une chargeuse donnée, il existe plusieurs modèles de godet. Le choix d’un modèle varie selon la masse volumique du matériau à charger et les spécifications techniques du manufacturier. Le facteur de remplissage du


godet varie selon la nature du matériau à charger. Les valeurs courantes des fac-teurs de remplissage sont : Matériaux foisonnés : 100% Terre ordinaire : 95% Terre compacte : 85% Roc bien dynamité : 75% Blocs de rochers : 60% Exemple d’application : On utilise une chargeuse sur roue pour exploiter une gra-vière 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 1,0 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 godet requis pour remplir un camion = 13,82 m³ ÷ 4,45 m³/godet = 3,1 godets soit 3 godets pour 13,35 m³ Durée du cycle de remplissage des camions = (3 x 0,40 min/godet) + 1 min = 2,2 min/chargement Production horaire = 55 min ÷ 2,2 min/chargement x 13,35 m³ = 333,8 m³/h 2.5 Les décapeuses Les décapeuses sont des engins de terrassement utilisées lorsque le sols à déblayer est pulvérulent également lorsque les volumes de déblai sont importants et les dis-tances à parcourir relativement courtes (moins de 5 kms). Les décapeuses se char-


gent d’elle-même en se déplaçant et en abaissant une lame qui permet au sol de se loger dans leur benne. Certains modèles de décapeuse sont munis d’un deuxième moteur placé vis-à-vis des roues arrières de la benne afin d’augmenter la puissance motrice lors de la phase de chargement. Dans certaines conditions de tra-vail, les décapeuses peuvent nécessiter une poussée additionnelle lors de la phase de chargement. Cette poussée additionnelle est donnée par un ou deux pousseurs « bulldozer ». Tout comme les camions, la charge utile des dé-capeuses est limitée par le volume de leur benne et leur capacité structurale et mé-canique. Les décapeuses sont des véhicules hors route. La durée du cycle des décapeuses se calcule en additionnant les temps de transport entre les points de chargement/déchargement et les temps fixes pour le charge-ment, le déchargement, les manœuvres de virages et d’accélérations/le freinage. Les temps fixes sont tributaires d’une part, des conditions générales au chantier (organisation, météo, densité du trafic chantier, nécessité d’utilisation de pous-seurs) et d’autre part, de la vitesse moyenne de transport. Pour établir approxima-tivement la durée des temps fixes on peut se servir du tableau suivant6 :

DURÉE DES TEMPS FIXES (MIN.)

VITESSE MOYENNE (KMS/H)

CONDITIONS GÉNÉRALES AU

CHANTIER 10@15 15@25 25 et

plus Favorables 1,5 1,8 2,2 Moyennes 1,9 2,3 3,0

Défavorables 2,6 3,0 4,0 Exemple d’application : 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 dis-tance 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. Rem-plies, les décapeuses auront des vitesses moyennes de 18 km/h tandis qu’une fois vidées, 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 moyen-nes. 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 = 10,35 min Vide 4,83 km ÷ 28 km/h x 60 min/h = 16,1 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 2.6 Les niveleuses Les niveleuses sont utilisées à plusieurs fins comme le déneigement, le régalage primaire et l’épandage. Toutefois, son application la plus utile lors de travaux de terrassement en chantier routier demeure le profilage des sections de remblai, des fossés et des talus. Ces opérations de profilage nécessitent plusieurs passes. L’exploitation effi-cace des niveleuses requiert beaucoup d’adresse et d’expérience de la part de l’opérateur. La niveleuse est un des engins de chantiers les plus difficile à man-œuvrer lors des opérations de profilage. Aussi pour des raisons de productivité, le responsable de l’organisation de chantier devrait se soucier d’affecter aux niveleu-ses les opérateurs les plus chevronnés. Les niveleuses sont munies de transmission qui compte plusieurs rapports en mar-che avant et plusieurs rapports en marche arrière. Cela permet à l’opérateur de sé-lectionner le meilleur rapport compte tenu de la délicatesse du profilage à réaliser. Un opérateur expérimenté sera en mesure de déterminer la longueur optimale des passes en considérant plusieurs paramètres dont la nature du matériau, la sécurité,


et l’organisation du chantier. La valeur idéale de la distance de chacune des passes se situe normalement entre 75 et 100 m. Exemple d’application : 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 1ère 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 2ième 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 3ième 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 4ième 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) = 3,614 min Production horaire = 100 m/cycle x 55 min/3,614 min/cycle = 1,522 m 2.7 Les camions Il existe deux catégories de camions, les camions pour la circulation en réseau routier normal qui possèdent 6, 10 ou 12 roues et les camions hors routes « off road » dont les dimensions et leur poids ne leur permettent pas de circuler sur les chemins publics. On retrouve les camions hors routes surtout pour l’exploitation de carrières ou de mines. Les camions 6, 10 ou 12 roues sont fréquemment utilisés sur les chantiers de terrassement de construction civile. Les camions ont une seule fonction lors des opérations de terrassement, transpor-ter les matériaux de déblai ou de remblais. La production des camions est tribu-taire des conditions de chantier, de la grandeur de leur benne, de leur capacité de chargement, des temps fixes, de leur vitesse et des distances à parcourir.


Les temps fixes comprennent la durée prévue pour les virages, les accélérations, le déchargement et la mise en place sous la pelle ou la chargeuse pour chacun des cycles du camion. Les temps fixes peuvent s’estimer à l’aide du tableau suivant :

DURÉE DES TEMPS FIXES (MIN.)

CONDITIONS GÉNÉRALES

AU CHANTIER

Camions 10 roues

Camions remorque

Camions hors route

Favorables 0,45 1,2 2,2 Moyennes 0,9 1,8 4,5

Défavorables 2,0 2,5 8,4

Pour déterminer le nombre de camion requis pour desservir une chargeuse ou une pelle mécanique, il faut faire le rapport entre la durée du cycle du camion et le temps requis pour le charger. Les chargeuses et les pelles hydrauliques sont des équipement qui conditionnement souvent le rendement d’un chantier de terrasse-ment. L’arrêt ou le ralentissement de ces engins appelés « équipement critique » se traduit par un ralentissement de la productivité d’un chantier. Il faut donc que les équipements complémentaires comme les camions, les compacteurs, les pous-seurs soient en quantité suffisante pour que la pelle ou la chargeuse ne soit jamais en situation d’attente. Ainsi, lorsque le nombre de camion est inférieur à 6, on complète jusqu’à l’unité supérieure. Lorsque le nombre de camion 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 complé-ter à l’unité près et ajouter 2 camions. Exemple d’application : On demande le nombre de camion 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. Solution : Nombre de godet requis = 14 m³ ÷ 1,2 m³/godet = 11,66 godet soit 12 pour 14 m³ Durée de remplissage = 12 godet x 0,45 min = 5,4 minutes Nombre de camions requis = 12 min ÷ 5,4 min = 2,22 camions soit 3 camions


Exemple d’application : On demande le nombre de camion remorque de 20 m³ re-quis 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 godet requis = 20 m³ ÷ 6 m³/godet = 3,33 godet soit 3 pour 18 m³ Durée de remplissage = 3 godet x 0,4 min = 1,2 minutes Nombre de camions requis = 14 min ÷ 1,2 min = 11,66 camions soit 13 camions Exemple d’application : 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 go-dets pour 20,86 m³ Durée du cycle de la chargeuse = 6 coups de godet x 0,5 min = 3 minutes 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 ca-mions 2.8 Les compacteurs Les compacteurs servent à stabiliser les sols en diminuant la quantité de vides à l’intérieur de ceux-ci. Il existe trois principes de compaction, la compaction par chocs, par vibration et par roulage. La compaction par chocs est utilisée là où la zone à compacter est restreinte. On réalise la compaction par chocs à l’aide de dame mécanique appelée aussi « Jump Jack ». La compaction de zones restreintes se réalise également à l’aide de plaque vibrante mécanisée. La compaction par vibration est surtout utilisée pour les sols pulvérulents (granu-laire) comme les sables, les graviers et les pierres concassées. La présence d’une certaine quantité d’eau (optimum proctor) sur les particules de matériaux granulai-res facilite la compaction. La compaction par roulage est utilisée pour les sols co-hérents et les matériaux liés (mélanges bitumineux et bétons spéciaux à affaisse-ment nulle).

Il existe une panoplie de type de compacteurs adaptés à des travaux de compaction détermi-nés. Le plus courant pour les travaux de cons-truction routière est le compacteur à rouleaux lisses et vibrants. La vibration pouvant être acti-vée ou désactivée par l’opérateur. Les compacteurs sur rouleaux lisses en acier sont des engins assez faciles à opérer. L’expérience de l’opérateur est utile lors du ju-gement de l’atteinte du compactage requis qui se situe habituellement dans les devis, à environ

95% de l’optimum proctor. Le rendement d’un compacteur est conditionné par sa vitesse, l’épaisseur de la couche de matériaux ou de sol, du nombre de passes requises pour atteindre la compaction voulue. On détermine la production horaire d’un compacteur à l’aide de la formule suivante : Production Horaire (m³/h) = La x Vmoy. x Ep x Fo ÷ Np où La : Largeur des rouleaux du compacteur en mètre Vmoy. : Vitesse moyenne de déplacement en kilomètre par heure Ep : Épaisseur des couches en millimètre


Fo : Facteur d’opération qui prend en compte l’inversion de marche, la superposi-tion des passes, l’attente. La valeur de 70% est souvent utilisée pour les compac-teurs à rouleaux lisses et vibrants. Np : Nombre de passes requises Exemple d’application : On demande de calculer la production horaire en m³/h d’un compacteur à rouleaux lisses et vibrants. Le compacteur qui sera utilisé à une largeur de rouleau de 1 035 mm. Afin de compacter adéquatement la pierre concassée (0-20mm), le compactage se fera par couche de 300 mm d’épaisseur, à une vitesse de 2,1 km/h et en 4 passes. Solution : Production horaire (m³/h) = 1,035 m x 2,1 km/h x 300 mm x 70% ÷ 4 = 114,1 m³/h


3.0 Estimation des coûts de terrassement

3.1 Coûts horaire de l’équipement Lors de l’établissement du coût horaire d’un équipement de chantier, on considère les coûts fixes et les coûts variables. Les coûts fixes sont constitués des frais qui ne sont pas liés au fonctionnement de l’équipement. Les coûts fixes sont constitués des éléments suivants :

• Coûts d’amortissement La valeur d’un équipement de chantier décroit dès que l’entreprise en prend pos-session. Les équipements de chantier se déprécient le plus souvent selon une dé-préciation en ligne droite jusqu’à une valeur de reprise qui varie selon l’état et la demande pour ce type d’équipement. Lorsque l’engin est équipé de pneumatiques, il faut déduire de la valeur amortissable, le prix des pneumatiques. Exemple d’application : L’espérance de vie d’un pousseur sur chenille est de 7 ans. Sa dépréciation sera linéaire et sa valeur de reprise est estimée à 12 000$. On demande de calculer la table de dépréciation pour sa durée de vie sachant que la valeur à neuf actuelle de cet engin est de 222 000$. Solution : Dépréciation totale = 222 000$ - 12 000$ = 210 000$ Dépréciation annuelle = 210 000$ ÷ 7 ans = 30 000$ Année de vie Valeur Dépréciation Valeur

(début de l’année) (annuelle) (fin d’année)

0 à 1 222 000$ 30 000$ 192 000$ 1 à 2 192 000$ 30 000$ 162 000$ 2 à 3 162 000$ 30 000$ 132 000$ 3 à 4 132 000$ 30 000$ 102 000$ 4 à 5 102 000$ 30 000$ 72 000$ 5 à 6 72 000$ 30 000$ 42 000$ 6 à 7 42 000$ 30 000$ 12 000$ La valeur médiane de ce bouteur est la valeur à sa mi-espérance de vie, dans ce cas à 3 ½ ans. La valeur médiane est souvent utilisée pour l’estimation des coûts de réparation d’un équipement de chantier. Valeur médiane = (132 000$ + 102 000$) ÷ 2 = 117 000$


Si on suppose que cet équipement travaille 2 000 heures par année, on peut déter-miner son coût horaire de dépréciation. Coût horaire de dépréciation = 30 000$ ÷ 2 000 h = 15.00 $/h

• Coûts d’immobilisation de capital ou de crédit Les coûts en immobilisation de capital représentent les fonds que l’on aurait pu ti-rer du placement du capital investi pour l’acquisition d’un équipement. Ces coûts se calculent à partir de la durée de l’amortissement en heure et de la valeur nette d’amortissement. On peut également utiliser pour cette rubrique, les coûts de cré-dit associés à l’achat de l’équipement. Exemple d’application : à partir des données de l’exemple précédent et en consi-dérant un taux moyen d’investissement de 4,5% par année. Solution : Coûts horaire d’immobilisation de capital = (117 000$ x 4,5%) ÷ 2 000 h = 2.63 $/h

• Coûts pour les frais d’immatriculation, d’assurance, taxes Le tableau7 suivant vous permet à titre indicatif, d’estimer la durée de vie et l’utilisation annuelle de différents équipements de chantier courants.

DURÉE DE VIE EN HEURES POUR DES CONDITIONS … TYPE D’ENGIN SÉVÈRES MOYENNES FAVORABLES

UTILISATION ANNUELLE EN

HEURES Bouteur 8 000 10 000 12 000 1 500 Chargeuse 8 000 10 000 12 000 1 800 Camion 10 000 14 000 16 000 2 400 Décapeuse 10 000 12 000 14 000 1 500 Niveleuse 10 000 12 000 14 000 2 000 Pelle hydrauli-que 10 000 12 000 14 000 1 800

Les coûts variables sont associés à l’usage de l’équipement et ils sont constitués des éléments suivants :

• Coûts en entretien, carburant et lubrifiant

Pour estimer la consommation en carburant et lubrifiant d’un engin de chantier, on peut se servir des équations suivantes :

7 Données applicables au Québec


Carburant C = P x q x Fo C = consommation en litres par heure P = puissance effective du moteur en kilowatt q = consommation horaire en litres par kilowatt q = 0,33 pour les moteurs essence q = 0,22 pour les moteurs diesel Fo = Facteur d’opération du moteur. Ce facteur prend en compte que le moteur n’est pas constamment sollicité à sa pleine puissance. Pour des engins de cons-truction civile, la valeur de 60% est généralement utilisée. Lubrifiant C = P x q x Fo + c/t q = 0,003 litre par kilowatt et par heure c = capacité du carter en litres t = durée en heures entre les vidanges d’huile

• Coûts en usure des pneumatiques Le coût horaire des pneus est égal au coût d’un jeu de pneu divisé par la durée d’utilisation prévue.

• Coûts des réparations

Le coût horaire à prévoir pour les réparations se calcule à partir de la dépréciation totale, un facteur de réparation qui varie selon le type d’engin et les conditions d’utilisation et finalement selon la durée de vie de l’équipement en heure. Le tableau suivant est très utilisé pour déterminer le facteur de réparation.

FACTEUR DE RÉPARATION EN % TYPE D’ENGIN

SÉVÈRES MOYENNES FAVORABLES Bouteur 130 90 70

Chargeuse 130 90 70 Camion 110 80 60

Décapeuse 130 90 70 Niveleuse 70 50 30

Pelle hydrauli-que 130 90 70

• Coûts de l’opérateur + frais généraux de l’entreprise (15 à 18%)

3.2 Louer ou acheter l’équipement ????


L’achat d’un engin de chantier peut représenter une immobilisation de capital im-portante pour une entreprise. La décision d’acheter ou de louer un engin de chan-tier est une décision d’affaire qui implique plusieurs paramètres, soulève plusieurs questions et trouve souvent son dénouement devant le banquier de l’entreprise. Préférablement, il vaut mieux acheter un équipement que de le louer toutefois, certains paramètres peuvent favoriser la location au détriment de l’achat.

o fréquence de son utilisation o taux de crédit à la location attrayant o rareté momentanée du capital o valeur résiduelle intéressante

3.3 Coûts unitaires et choix des équipements Lorsqu’on cherche à répondre à un appel d'offres, la principale difficulté réside dans l'établissement des coûts de chacune des opérations décrites aux Documents Appel d’Offres. Comme le détail estimatif précisera les quantités prévues pour la réalisation du contrat, l’établissement de ces coûts sur une base unitaire devient essentiel. Le coût unitaire de revient représente le montant que l'entrepreneur devra débour-ser pour réaliser chaque unité d’un travail. Habituellement le coût de revient est constitué de la somme des coûts suivants: - Coût de la main d'oeuvre (salaire + bénéfices marginaux) - Coût des équipements (location ou de possession) - Coût des matériaux à mettre en oeuvre (ciment, béton, ponceau métallique, pierre concassée, etc.) Le prix de soumission est le montant que l'entreprise demande pour la réalisation des travaux décrits aux plans et devis. Ce prix doit inclure les frais d'administra-tion imputable au fonctionnement de l'entreprise et un marge bénéficiaire (profit) qui permet à l'entreprise de prospérer. C'est à partir du coût unitaire de revient que l'entrepreneur calculera son prix pour fin de soumission.

Prix de soumission = Coût de revient + Frais d'administration + bénéfices

Lorsqu'on tente d'établir les coûts de revient des différentes opérations que l'on re-trouve sur les chantiers de construction, on doit procéder à l'étude des journaux de chantiers de nos précédentes réalisations similaires, des rapports d'avancement et à l'observation de nos équipes de travail et de leur consommation en matériel. Ces données sont essentielles afin de déterminer le choix des équipements qui permet-tent le plus d’économie et un prix de soumission le plus bas possible.


Exemple d’application : Une chargeuse qui nous coûte 128 $ de l'heure en location (incluant le coût pour l’opérateur et le carburant) a été observée sur un de nos chantiers pendant 8 heures. Équipé d’un godet 2,0 m³, la durée moyenne d'un cycle de chargement de camion de cette chargeuse s'établissait à 24 secondes. Cycle de la chargeuse = Attaque de l'emprunt + Chargement du godet + Recul et élévation du godet + Avancement vers la benne du camion + déchargement du godet + Recul et abaissement du godet Sur les 8 heures d'observation, vous avez remarqué que la chargeuse fut immobili-sée pendant 80 minutes pour permettre le remplissage de carburant, la vérification des composantes hydrauliques et pour permettre à l'opérateur de prendre une pause. En bref, sur les 8 heures réelles, 6 heures et 40 minutes ont vraiment été consacrées au travail de chargement des camions soit, 50 minutes de travail par 60 minutes de temps effectif. Vous avez également observé que le temps requis pour la mise en place sous la chargeuse d’un camion vide était de 24 secondes en moyenne. Le matériau qui fut chargé dans des camions de 12 m³ de capacité était de la laté-rite granulaire. Le godet était chargé à 100% de sa capacité. a) Quel fut le coût de revient de l'opération « chargement de camion » en m³/hr en matériau foisonné? b) Si vous faites une soumission de prix pour un travail semblable avec les mêmes conditions et la même chargeuse, quel devrait être le prix unitaire de cette opéra-tion en m³/hr (matériau foisonné) si vos frais généraux s'élèvent à 20% et en pre-nant un bénéfice de 12% ? Solution : Nombre de coups de godet pour remplir la benne du camion : 12 m³ ÷ 2m³/godet = 6 coups de godet par camion Temps de remplissage d'un camion : 6 coups x 24 secondes = 144 secondes soit 2,4 minutes Mise en place sous la chargeuse : 24 secondes ÷ 60 secondes/minute = 0,40 minute Rendement horaire : 50 min/hr ÷ 2,8 min = 17,86 camions à l'heure 17,86 camions x 12 m³ = 214,3 m³/hr Coût de revient de l'opération "chargement des bennes de camion" :


128 $/hr ÷ 214,3 m³/hr = 0,597 $/m³ (a) Prix de soumission de l'opération "chargement des bennes de camion" : 0,597 $/m³ x 1,2 x 1,12 = 0,803 $/m³ (b)


RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES #1- « Équipement et méthodes de construction », Roman Letocha, Modulo Éditeur #2- « Construction planning, equipement and methods », R. L. Peurifoy, Mc Graw-

hill #3 Site internet de la cie CATERPILLAR, www.cat.com


Exemple d’application synthèse Notre employeur nous demande de calculer un coût de revient pour la réalisation de tra-vaux de terrassement en déblai. Voici les caractéristiques du chantier prévu.

Ligne de fond d'excavation45 m

120 m

25 m

90 m

Profondeur moyenne: 6,35 mType de sol: Terre végétale humide à 20 de w%

Pente de talus: 1/1

Les caractéristiques de nos équipements et notre organisation de chantiers sont les sui-vantes : Condition de chantier : Favorable Taux de travail : 50 min/h Distance de transport : 36,75 km Pelle hydraulique :

Godet : 2,45 m³ Coût horaire : 135$/h

Camions :

Capacité : 16 m³ ou 23 t Vitesse vide : 100 km/h Vitesse plein : 85 km/h Coût horaire : 55$/h
