Études de cas pratique

EGC

Estimation de la production de la pelle hydraulique

Estimation de la Production de la Pelle Hydraulique en Terrassement

Comprendre la Production d'une Pelle Hydraulique

L'estimation de la production d'une pelle hydraulique est essentielle pour planifier la durée des travaux d'excavation et les coûts associés. La production réelle dépend de nombreux facteurs, notamment la capacité théorique du godet de la pelle, le temps nécessaire pour effectuer un cycle complet de travail (creuser, pivoter, vider, revenir), le type de sol (qui influence le remplissage du godet et le foisonnement), et l'efficacité globale du chantier (pauses, manœuvres, coordination).

Données de l'étude

On souhaite estimer la production d'une pelle hydraulique pour un chantier d'excavation.

Caractéristiques de la pelle et du chantier :

  • Capacité nominale du godet (\(V_{\text{godet_nominal}}\)) : \(1.20 \, \text{m}^3\)
  • Coefficient de remplissage du godet (\(C_r\)) : \(0.90\) (le godet ne se remplit jamais parfaitement à 100% de sa capacité nominale)
  • Temps de cycle moyen de la pelle (\(T_c\)) : \(25 \, \text{secondes/cycle}\)
  • Coefficient de foisonnement du sol excavé (\(C_f\)) : \(1.25\)
  • Efficacité du chantier (\(E_c\)) : \(50 \, \text{minutes/heure}\) (soit \(50/60 = 0.833\))
  • Nombre d'heures de travail par jour (\(H_{\text{jour}}\)) : \(8 \, \text{heures}\)
Schéma : Cycle d'une Pelle Hydraulique
Sol à excaver Pelle Camion 1. Creuser 2. Pivoter & Vider 3. Retour Cycle de Travail de la Pelle

Illustration du cycle de travail d'une pelle hydraulique : creuser, pivoter/lever, vider le godet, et revenir en position.

Questions à traiter

  1. Calculer le volume réel de sol (en place) chargé dans le godet à chaque cycle (\(V_{\text{réel_godet_en_place}}\)).
  2. Calculer le nombre de cycles que la pelle peut effectuer en une heure de travail effectif (\(N_{\text{cycles/h_effectif}}\)).
  3. Calculer la production horaire effective de la pelle en volume de sol en place (\(P_{\text{horaire_en_place}}\)).
  4. Calculer la production journalière de la pelle en volume de sol en place (\(P_{\text{journalier_en_place}}\)).

Correction : Estimation de la Production de la Pelle Hydraulique

Question 1 : Volume réel de sol (en place) chargé dans le godet (\(V_{\text{réel_godet_en_place}}\))

Principe :

La capacité nominale du godet est son volume géométrique. Cependant, en conditions réelles, le godet ne se remplit jamais à 100% de cette capacité à cause de la nature du sol, de la forme du godet, et de l'habileté de l'opérateur. Le coefficient de remplissage (\(C_r\)) tient compte de cela. Le volume de matériau lâche (foisonné) réellement pris par le godet est donc \(V_{\text{godet_nominal}} \times C_r\). Ensuite, ce volume est un volume de matériau foisonné. Pour connaître le volume équivalent de matériau "en place" (avant qu'il ne foisonne), il faut diviser ce volume lâche par le coefficient de foisonnement (\(C_f\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{\text{lâche_par_godet}} = V_{\text{godet_nominal}} \times C_r\]
\[V_{\text{réel_godet_en_place}} = \frac{V_{\text{lâche_par_godet}}}{C_f} = \frac{V_{\text{godet_nominal}} \times C_r}{C_f}\]
Données spécifiques :
  • Capacité nominale du godet (\(V_{\text{godet_nominal}}\)) : \(1.20 \, \text{m}^3\)
  • Coefficient de remplissage (\(C_r\)) : \(0.90\)
  • Coefficient de foisonnement (\(C_f\)) : \(1.25\)
Calcul :

Volume lâche par godet :

\[ \begin{aligned} V_{\text{lâche_par_godet}} &= 1.20 \, \text{m}^3 \times 0.90 \\ &= 1.08 \, \text{m}^3 \end{aligned} \]

Volume réel en place par godet :

\[ \begin{aligned} V_{\text{réel_godet_en_place}} &= \frac{1.08 \, \text{m}^3}{1.25} \\ &= 0.864 \, \text{m}^3 \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : Le volume réel de sol (en place) chargé dans le godet à chaque cycle est \(V_{\text{réel_godet_en_place}} = 0.864 \, \text{m}^3\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si \(V_{\text{godet_nominal}} = 1 \text{m}^3\), \(C_r = 0.8\) et \(C_f = 1.2\), quel est le \(V_{\text{réel_godet_en_place}}\) ?

Question 2 : Nombre de cycles par heure de travail effectif (\(N_{\text{cycles/h_effectif}}\))

Principe :

Le temps de cycle (\(T_c\)) est le temps nécessaire pour que la pelle effectue une opération complète de chargement. Pour trouver combien de cycles la pelle peut faire en une heure, il faut d'abord convertir le temps de cycle en heures (si ce n'est pas déjà le cas), puis diviser le nombre de secondes (ou minutes) dans une heure par ce temps de cycle. Ensuite, ce nombre de cycles par heure "brute" doit être ajusté par l'efficacité du chantier (\(E_c\)), car une heure de présence sur le chantier ne correspond pas à une heure de travail continu de la machine. L'efficacité du chantier (\(E_c\)) est le nombre de minutes effectives de travail par heure (par exemple, 50 min/h signifie que sur 60 minutes, la machine travaille réellement 50 minutes).

Formule(s) utilisée(s) :
\[N_{\text{cycles/h_brut}} = \frac{3600 \, \text{secondes/heure}}{T_c \, (\text{en secondes/cycle})}\]
\[N_{\text{cycles/h_effectif}} = N_{\text{cycles/h_brut}} \times \frac{E_c \, (\text{en minutes/heure})}{60 \, \text{minutes/heure}}\]

Ou, si \(E_c\) est déjà un coefficient (ex: 0.833 pour 50min/h) : \(N_{\text{cycles/h_effectif}} = N_{\text{cycles/h_brut}} \times E_c\)

Données spécifiques :
  • Temps de cycle (\(T_c\)) : \(25 \, \text{secondes/cycle}\)
  • Efficacité du chantier (\(E_c\)) : \(50 \, \text{minutes/heure}\)
Calcul :

Nombre de cycles par heure brute :

\[ \begin{aligned} N_{\text{cycles/h_brut}} &= \frac{3600 \, \text{s/h}}{25 \, \text{s/cycle}} \\ &= 144 \, \text{cycles/h} \end{aligned} \]

Coefficient d'efficacité en décimal :

\[ E_c (\text{décimal}) = \frac{50 \, \text{min/h}}{60 \, \text{min/h}} \approx 0.8333 \]

Nombre de cycles par heure effective :

\[ \begin{aligned} N_{\text{cycles/h_effectif}} &= 144 \, \text{cycles/h} \times 0.8333 \\ &\approx 119.9952 \, \text{cycles/h} \\ &\approx 120 \, \text{cycles/h} \end{aligned} \]

(On peut arrondir à 120 cycles/h pour simplifier, ou garder plus de décimales pour les calculs suivants).

Résultat Question 2 : Le nombre de cycles par heure de travail effectif est \(N_{\text{cycles/h_effectif}} \approx 120 \, \text{cycles/h}\).

Quiz Intermédiaire 2 : Si \(T_c = 30 \, \text{s}\) et \(E_c = 60 \, \text{min/h}\) (efficacité parfaite), combien de cycles par heure ?

Question 3 : Production horaire effective en volume en place (\(P_{\text{horaire_en_place}}\))

Principe :

La production horaire effective de la pelle (en volume de sol tel qu'il est dans le terrain, avant foisonnement) est obtenue en multipliant le volume réel de sol en place chargé dans le godet à chaque cycle (calculé à la question 1) par le nombre de cycles que la pelle peut effectuer en une heure de travail effectif (calculé à la question 2). Cela nous donne la quantité de sol "original" que la pelle est capable d'extraire chaque heure où elle travaille réellement.

Formule(s) utilisée(s) :
\[P_{\text{horaire_en_place}} = V_{\text{réel_godet_en_place}} \times N_{\text{cycles/h_effectif}}\]
Données spécifiques :
  • Volume réel en place par godet (\(V_{\text{réel_godet_en_place}}\)) : \(0.864 \, \text{m}^3/\text{cycle}\)
  • Nombre de cycles par heure effective (\(N_{\text{cycles/h_effectif}}\)) : \(120 \, \text{cycles/h}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} P_{\text{horaire_en_place}} &= 0.864 \, \text{m}^3/\text{cycle} \times 120 \, \text{cycles/h} \\ &= 103.68 \, \text{m}^3/\text{h} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : La production horaire effective de la pelle en volume en place est \(P_{\text{horaire_en_place}} \approx 103.68 \, \text{m}^3/\text{h}\).

Quiz Intermédiaire 3 : Si \(V_{\text{réel_godet_en_place}} = 0.5 \, \text{m}^3\) et \(N_{\text{cycles/h_effectif}} = 100\), la production horaire en place est :

Question 4 : Production journalière en volume en place (\(P_{\text{journalier_en_place}}\))

Principe :

Pour connaître la quantité totale de sol (mesurée en place) que la pelle peut excaver au cours d'une journée de travail complète, on multiplie sa production horaire effective en volume en place (calculée à la question 3) par le nombre d'heures de travail effectif prévues dans une journée. Cela donne une estimation de l'avancement quotidien des travaux d'excavation.

Formule(s) utilisée(s) :
\[P_{\text{journalier_en_place}} = P_{\text{horaire_en_place}} \times H_{\text{jour}}\]
Données spécifiques :
  • Production horaire en place (\(P_{\text{horaire_en_place}}\)) : \(103.68 \, \text{m}^3/\text{h}\)
  • Nombre d'heures de travail par jour (\(H_{\text{jour}}\)) : \(8 \, \text{heures/jour}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} P_{\text{journalier_en_place}} &= 103.68 \, \text{m}^3/\text{h} \times 8 \, \text{h/jour} \\ &= 829.44 \, \text{m}^3/\text{jour} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : La production journalière de la pelle en volume en place est \(P_{\text{journalier_en_place}} \approx 829.44 \, \text{m}^3/\text{jour}\).

Quiz Q4 : Si la production horaire en place est de \(100 \, \text{m}^3/\text{h}\) et que la pelle travaille \(7 \, \text{h/jour}\), la production journalière est :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Le coefficient de remplissage du godet (\(C_r\)) est utilisé parce que :

2. Pour passer du volume lâche (foisonné) au volume en place, on :

3. L'efficacité du chantier (\(E_c\)) tient compte :

Glossaire

Pelle Hydraulique
Engin de chantier utilisé pour creuser, déplacer des matériaux, charger des camions, etc. Elle est caractérisée par une flèche, un balancier et un godet actionnés par des vérins hydrauliques.
Godet
Partie de la pelle qui creuse et contient les matériaux. Sa capacité est un indicateur clé de la performance de la pelle.
Capacité Nominale du Godet (\(V_{\text{godet_nominal}}\))
Volume géométrique intérieur du godet, tel que spécifié par le fabricant.
Coefficient de Remplissage du Godet (\(C_r\))
Rapport entre le volume de matériau réellement contenu dans le godet et la capacité nominale du godet. Il est généralement inférieur à 1.
Temps de Cycle (\(T_c\))
Durée totale nécessaire à une pelle pour effectuer une opération complète : creuser, charger le godet, pivoter, vider le godet et revenir à la position de départ.
Coefficient de Foisonnement (\(C_f\))
Rapport entre le volume d'un matériau après foisonnement (état lâche) et son volume en place (avant excavation). Il est supérieur à 1.
Efficacité du Chantier (\(E_c\))
Rapport entre le temps de travail productif réel d'un engin et le temps total de présence sur le chantier ou par heure. Exprimé souvent en minutes de travail effectif par heure (ex: 50 min/h) ou en pourcentage/décimal.
Volume en Place
Volume du sol tel qu'il se trouve naturellement avant d'être excavé.
Volume Foisonné (ou Lâche)
Volume du sol après excavation, qui a augmenté à cause de la désagrégation et de l'incorporation de vides.
Production Horaire
Volume de matériau qu'un engin peut excaver ou déplacer en une heure de travail.
Estimation de la Production de la Pelle Hydraulique - Exercice d'Application

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