Études de cas pratique

EGC

Cycle d’un Scraper en Terrassement

Cycle d’un Scraper en Terrassement

Comprendre le Cycle d’un Scraper en Terrassement

Le scraper (ou décapeuse, motor-scraper) est un engin de terrassement puissant et polyvalent, capable d'excaver, de transporter et d'épandre des matériaux sur des distances moyennes à longues. Comprendre son cycle de travail est essentiel pour optimiser les rendements et les coûts sur les grands chantiers de terrassement (routes, aéroports, barrages).

Cet exercice a pour objectifs de :

  • Décomposer et calculer la durée de chaque phase du cycle d'un scraper.
  • Déterminer le temps de cycle total.
  • Calculer le volume de matériau réellement transporté par cycle.
  • Estimer le rendement horaire théorique du scraper.

Données de l'Exercice

Un scraper est utilisé pour des travaux de terrassement en déblai-remblai.

Caractéristiques du scraper et du chantier :

  • Capacité nominale de la benne (\(C_{\text{benne}}\)) : \(18 \, \text{m}^3\) (volume en place)
  • Distance de décapage (chargement) (\(D_{\text{chargement}}\)) : \(100 \, \text{m}\)
  • Vitesse moyenne pendant le décapage (\(V_{\text{chargement}}\)) : \(4 \, \text{km/h}\)
  • Distance de transport en charge (\(D_{\text{transport_charge}}\)) : \(1200 \, \text{m}\)
  • Vitesse moyenne en transport chargé (\(V_{\text{transport_charge}}\)) : \(25 \, \text{km/h}\)
  • Distance d'épandage (déchargement) (\(D_{\text{epandage}}\)) : \(40 \, \text{m}\)
  • Vitesse moyenne pendant l'épandage (\(V_{\text{epandage}}\)) : \(6 \, \text{km/h}\)
  • Distance de retour à vide (\(D_{\text{retour_vide}}\)) : \(1250 \, \text{m}\) (incluant le trajet pour se repositionner)
  • Vitesse moyenne en retour à vide (\(V_{\text{retour_vide}}\)) : \(35 \, \text{km/h}\)
  • Temps fixe pour les virages, accélérations et décélérations par cycle (\(T_{\text{fixes}}\)) : \(1.2 \, \text{minutes}\)
  • Coefficient de remplissage de la benne (\(k_{\text{remplissage}}\)) : \(0.90\)
  • Coefficient d'efficacité du chantier (\(E_h\)) : \(50 \, \text{minutes/heure}\) (soit \(50/60 \approx 0.833\))
Schéma du Cycle d'un Scraper
Chargement D chargement, V chargement Transport Chargé Épandage Retour à Vide Cycle de Travail d'un Scraper Temps fixes (virages)

Schéma illustrant les phases principales du cycle d'un scraper.

Questions à Traiter

  1. Convertir toutes les vitesses (chargement, transport chargé, épandage, retour à vide) de km/h en m/min.
  2. Calculer le temps de chargement (\(T_{\text{chargement_phase}}\)) en minutes.
  3. Calculer le temps de transport en charge (\(T_{\text{transport_charge_phase}}\)) en minutes.
  4. Calculer le temps d'épandage (\(T_{\text{epandage_phase}}\)) en minutes.
  5. Calculer le temps de retour à vide (\(T_{\text{retour_vide_phase}}\)) en minutes.
  6. Calculer le temps de cycle total du scraper (\(T_{c, \text{scraper}}\)) en minutes, en incluant les temps fixes.
  7. Calculer le volume réel de matériau transporté par le scraper à chaque cycle (\(V_{\text{cycle_reel}}\)) en \(\text{m}^3\).
  8. Calculer le nombre de cycles que le scraper peut effectuer par heure de travail effective.
  9. Calculer le rendement horaire théorique du scraper (\(R_h\)) en \(\text{m}^3\text{/h}\) (volume en place).

Correction : Cycle d’un Scraper en Terrassement

Question 1 : Conversion des vitesses en m/min

Principe :

Pour convertir une vitesse de kilomètres par heure (km/h) en mètres par minute (m/min), il faut multiplier par 1000 pour passer des kilomètres aux mètres, puis diviser par 60 pour passer des heures aux minutes. Cette conversion est nécessaire pour que toutes nos unités de temps et de distance soient cohérentes dans les calculs suivants.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ V \, (\text{m/min}) = V \, (\text{km/h}) \times \frac{1000 \, \text{m/km}}{60 \, \text{min/h}} = V \, (\text{km/h}) \times \frac{1000}{60} \]
Données spécifiques :
  • \(V_{\text{chargement}} = 4 \, \text{km/h}\)
  • \(V_{\text{transport_charge}} = 25 \, \text{km/h}\)
  • \(V_{\text{epandage}} = 6 \, \text{km/h}\)
  • \(V_{\text{retour_vide}} = 35 \, \text{km/h}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{chargement_m_min}} &= 4 \, \text{km/h} \times \frac{1000}{60} \approx 66.67 \, \text{m/min} \\ V_{\text{transport_charge_m_min}} &= 25 \, \text{km/h} \times \frac{1000}{60} \approx 416.67 \, \text{m/min} \\ V_{\text{epandage_m_min}} &= 6 \, \text{km/h} \times \frac{1000}{60} = 100.00 \, \text{m/min} \\ V_{\text{retour_vide_m_min}} &= 35 \, \text{km/h} \times \frac{1000}{60} \approx 583.33 \, \text{m/min} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 :
  • \(V_{\text{chargement}} \approx 66.67 \, \text{m/min}\)
  • \(V_{\text{transport_charge}} \approx 416.67 \, \text{m/min}\)
  • \(V_{\text{epandage}} = 100.00 \, \text{m/min}\)
  • \(V_{\text{retour_vide}} \approx 583.33 \, \text{m/min}\)

Question 2 : Temps de chargement (\(T_{\text{chargement_phase}}\))

Principe :

Le temps nécessaire pour une phase de déplacement à vitesse constante est calculé en divisant la distance parcourue pendant cette phase par la vitesse moyenne durant cette même phase. Ici, il s'agit du temps que met le scraper pour remplir sa benne en décapant le sol sur la distance de chargement.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ T_{\text{chargement_phase}} = \frac{D_{\text{chargement}}}{V_{\text{chargement_m_min}}} \]
Données spécifiques :
  • \(D_{\text{chargement}} = 100 \, \text{m}\)
  • \(V_{\text{chargement_m_min}} \approx 66.67 \, \text{m/min}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} T_{\text{chargement_phase}} &= \frac{100 \, \text{m}}{66.67 \, \text{m/min}} \\ &\approx 1.50 \, \text{minutes} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : Le temps de chargement est \(T_{\text{chargement_phase}} \approx 1.50 \, \text{minutes}\).

Question 3 : Temps de transport en charge (\(T_{\text{transport_charge_phase}}\))

Principe :

C'est le temps que met le scraper, une fois sa benne pleine, pour se déplacer de la zone de chargement jusqu'à la zone où les matériaux seront déposés (épandus).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ T_{\text{transport_charge_phase}} = \frac{D_{\text{transport_charge}}}{V_{\text{transport_charge_m_min}}} \]
Données spécifiques :
  • \(D_{\text{transport_charge}} = 1200 \, \text{m}\)
  • \(V_{\text{transport_charge_m_min}} \approx 416.67 \, \text{m/min}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} T_{\text{transport_charge_phase}} &= \frac{1200 \, \text{m}}{416.67 \, \text{m/min}} \\ &\approx 2.88 \, \text{minutes} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Le temps de transport en charge est \(T_{\text{transport_charge_phase}} \approx 2.88 \, \text{minutes}\).

Question 4 : Temps d'épandage (\(T_{\text{epandage_phase}}\))

Principe :

Cela correspond au temps pendant lequel le scraper vide sa benne en étalant les matériaux sur la zone de déchargement, tout en se déplaçant sur la distance d'épandage.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ T_{\text{epandage_phase}} = \frac{D_{\text{epandage}}}{V_{\text{epandage_m_min}}} \]
Données spécifiques :
  • \(D_{\text{epandage}} = 40 \, \text{m}\)
  • \(V_{\text{epandage_m_min}} = 100.00 \, \text{m/min}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} T_{\text{epandage_phase}} &= \frac{40 \, \text{m}}{100.00 \, \text{m/min}} \\ &= 0.40 \, \text{minutes} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : Le temps d'épandage est \(T_{\text{epandage_phase}} = 0.40 \, \text{minutes}\).

Question 5 : Temps de retour à vide (\(T_{\text{retour_vide_phase}}\))

Principe :

Après avoir vidé sa benne, le scraper retourne à la zone de chargement. Ce temps est calculé en divisant la distance de retour par sa vitesse moyenne à vide.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ T_{\text{retour_vide_phase}} = \frac{D_{\text{retour_vide}}}{V_{\text{retour_vide_m_min}}} \]
Données spécifiques :
  • \(D_{\text{retour_vide}} = 1250 \, \text{m}\)
  • \(V_{\text{retour_vide_m_min}} \approx 583.33 \, \text{m/min}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} T_{\text{retour_vide_phase}} &= \frac{1250 \, \text{m}}{583.33 \, \text{m/min}} \\ &\approx 2.14 \, \text{minutes} \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : Le temps de retour à vide est \(T_{\text{retour_vide_phase}} \approx 2.14 \, \text{minutes}\).

Quiz Intermédiaire (Q1-5) : Si la vitesse moyenne en marche avant (\(V_{\text{avant}}\)) pour le refoulement/chargement était plus élevée, le temps de chargement (\(T_{\text{chargement_phase}}\)) :

Question 6 : Temps de cycle total du scraper (\(T_{c, \text{scraper}}\))

Principe :

Le temps de cycle total est la somme de tous les temps variables (calculés précédemment) et des temps fixes (donnés, comme les virages, accélérations, etc.).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ T_{c, \text{scraper}} = T_{\text{chargement_phase}} + T_{\text{transport_charge_phase}} + T_{\text{epandage_phase}} + T_{\text{retour_vide_phase}} + T_{\text{fixes}} \]
Données spécifiques :
  • \(T_{\text{chargement_phase}} \approx 1.50 \, \text{min}\)
  • \(T_{\text{transport_charge_phase}} \approx 2.88 \, \text{min}\)
  • \(T_{\text{epandage_phase}} = 0.40 \, \text{min}\)
  • \(T_{\text{retour_vide_phase}} \approx 2.14 \, \text{min}\)
  • \(T_{\text{fixes}} = 1.2 \, \text{min}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} T_{c, \text{scraper}} &\approx 1.50 + 2.88 + 0.40 + 2.14 + 1.2 \\ &\approx 8.12 \, \text{minutes} \end{aligned} \]
Résultat Question 6 : Le temps de cycle total du scraper est \(T_{c, \text{scraper}} \approx 8.12 \, \text{minutes}\).

Question 7 : Volume réel de matériau transporté par cycle (\(V_{\text{cycle_reel}}\))

Principe :

La capacité nominale de la benne est le volume maximal qu'elle peut contenir. Cependant, en conditions réelles, la benne n'est pas toujours remplie à 100% de sa capacité. Le coefficient de remplissage (\(k_{\text{remplissage}}\)) tient compte de cette réalité (type de sol, humidité, compétence de l'opérateur). Le volume réel est donc la capacité nominale multipliée par ce coefficient.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ V_{\text{cycle_reel}} = C_{\text{benne}} \times k_{\text{remplissage}} \]
Données spécifiques :
  • \(C_{\text{benne}} = 18 \, \text{m}^3\) (en place)
  • \(k_{\text{remplissage}} = 0.90\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{cycle_reel}} &= 18 \, \text{m}^3 \times 0.90 \\ &= 16.2 \, \text{m}^3 \text{ (en place)} \end{aligned} \]
Résultat Question 7 : Le volume réel de matériau transporté par cycle est \(V_{\text{cycle_reel}} = 16.2 \, \text{m}^3\) (en place).

Question 8 : Nombre de cycles par heure de travail effective

Principe :

Le coefficient d'efficacité du chantier (\(E_h\)) indique combien de minutes par heure sont réellement productives. Pour trouver le nombre de cycles qu'un scraper peut effectuer en une heure de travail effective, on divise ce temps productif par la durée d'un cycle complet du scraper.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ N_{\text{cycles/h_eff}} = \frac{E_h \, (\text{minutes/heure})}{T_{c, \text{scraper}} \, (\text{minutes/cycle})} \]
Données spécifiques :
  • \(E_h = 50 \, \text{minutes/heure}\)
  • \(T_{c, \text{scraper}} \approx 8.12 \, \text{minutes/cycle}\) (résultat Q6)
Calcul :
\[ \begin{aligned} N_{\text{cycles/h_eff}} &= \frac{50 \, \text{min/h}}{8.12 \, \text{min/cycle}} \\ &\approx 6.157 \, \text{cycles/heure} \end{aligned} \]
Résultat Question 8 : Le scraper peut effectuer environ \(6.16\) cycles par heure de travail effective.

Question 9 : Rendement horaire théorique du scraper (\(R_h\))

Principe :

Le rendement horaire est le volume total de matériau que le scraper peut déplacer en une heure de travail effective. On le calcule en multipliant le nombre de cycles réalisables en une heure effective par le volume réel de matériau transporté à chaque cycle.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ R_h = N_{\text{cycles/h_eff}} \times V_{\text{cycle_reel}} \]
Données spécifiques :
  • \(N_{\text{cycles/h_eff}} \approx 6.157 \, \text{cycles/heure}\) (résultat Q8)
  • \(V_{\text{cycle_reel}} = 16.2 \, \text{m}^3\text{/cycle}\) (résultat Q7)
Calcul :
\[ \begin{aligned} R_h &= 6.157 \, \text{cycles/h} \times 16.2 \, \text{m}^3\text{/cycle} \\ &\approx 99.74 \, \text{m}^3\text{/h (en place)} \end{aligned} \]
Résultat Question 9 : Le rendement horaire théorique du scraper est \(R_h \approx 99.74 \, \text{m}^3\text{/h}\) (en place).

Quiz Intermédiaire (Q9) : Si le coefficient d'efficacité du chantier (\(E_h\)) était plus élevé (ex: 55 min/h), le rendement horaire du scraper :

Quiz Récapitulatif

1. Le temps de cycle d'un scraper est la somme :

2. Pour augmenter le rendement d'un scraper, il est généralement préférable de :

3. Le coefficient de remplissage de la benne (\(k_{\text{remplissage}}\)) affecte directement :

Glossaire

Scraper (Décapeuse / Motor-scraper)
Engin de terrassement automoteur qui décape, charge, transporte, décharge et épand les matériaux. Il est particulièrement adapté aux grands mouvements de terre sur des distances moyennes à longues.
Cycle de Travail (Scraper)
Séquence complète d'opérations : décapage/chargement, transport en charge, épandage/déchargement, et retour à vide, incluant les manœuvres.
Capacité de Benne
Volume maximal de matériau que la benne du scraper peut contenir (souvent exprimé en volume en place ou foisonné).
Coefficient de Remplissage
Rapport entre le volume réel de matériau dans la benne et sa capacité nominale. Il dépend du type de sol, de l'habileté de l'opérateur, etc.
Temps Fixes
Parties du cycle dont la durée est relativement constante et indépendante des distances (ex: virages, changements de vitesse, positionnement initial pour le chargement).
Rendement Horaire
Volume de matériau (en place ou foisonné) que le scraper peut déplacer en une heure de travail effectif.
Coefficient d'Efficacité
Facteur (généralement < 1) qui traduit le temps de travail réellement productif par rapport au temps total disponible, en tenant compte des arrêts, pannes, etc.
Exercice : Cycle d’un Scraper en Terrassement - Application Pratique

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