Études de cas pratique

EGC

Fonctionnement d’une chargeuse en terrassement

Fonctionnement d’une Chargeuse en Terrassement

Comprendre le Fonctionnement d’une Chargeuse en Terrassement

La chargeuse sur pneus est un engin de terrassement polyvalent, principalement utilisé pour le chargement de matériaux (terre, granulats, etc.) dans des camions ou des trémies, le déplacement de matériaux sur de courtes distances, ou encore le remblayage. L'analyse de son cycle de travail permet d'évaluer sa productivité et d'optimiser son utilisation sur un chantier.

Cet exercice a pour objectifs de :

  • Calculer le volume réel de matériau manipulé par la chargeuse à chaque cycle.
  • Déterminer la durée de chaque phase du cycle de travail de la chargeuse.
  • Calculer le temps de cycle total.
  • Estimer le rendement horaire théorique de la chargeuse.

Données de l'Exercice

Une chargeuse sur pneus est utilisée pour charger des camions à partir d'un stock de matériaux.

Caractéristiques de la chargeuse et du chantier :

  • Capacité nominale du godet de la chargeuse (\(C_{\text{godet}}\)) : \(2.8 \, \text{m}^3\) (volume en place)
  • Coefficient de remplissage du godet (\(k_{\text{remplissage}}\)) : \(0.95\)
  • Temps fixe de chargement du godet (pénétration dans le tas, levage) (\(T_{\text{chargement_godet}}\)) : \(0.30 \, \text{minutes}\)
  • Distance moyenne de transport du godet plein jusqu'au camion (\(D_{\text{transport_charge}}\)) : \(20 \, \text{m}\)
  • Vitesse moyenne de la chargeuse en transport chargé (\(V_{\text{transport_charge}}\)) : \(5 \, \text{km/h}\)
  • Temps fixe de vidage du godet dans le camion (\(T_{\text{vidage}}\)) : \(0.20 \, \text{minutes}\)
  • Distance moyenne de retour à vide du godet jusqu'au tas (\(D_{\text{retour_vide}}\)) : \(20 \, \text{m}\)
  • Vitesse moyenne de la chargeuse en retour à vide (\(V_{\text{retour_vide}}\)) : \(8 \, \text{km/h}\)
  • Temps fixe pour les manœuvres (positionnement, etc.) par cycle (\(T_{\text{manoeuvres}}\)) : \(0.15 \, \text{minutes}\)
  • Coefficient d'efficacité du chantier (\(E_h\)) : \(45 \, \text{minutes/heure}\) (soit \(45/60 = 0.75\))
Schéma du Cycle d'une Chargeuse
Tas de Matériaux Chargeuse Camion Transport Chargé Retour à Vide Chargement Vidage Cycle de Travail d'une Chargeuse

Schéma illustrant les phases du cycle d'une chargeuse.

Questions à Traiter

  1. Calculer le volume réel de matériau (en place) chargé par la chargeuse à chaque cycle de godet (\(V_{\text{godet_reel}}\)).
  2. Convertir les vitesses de la chargeuse (\(V_{\text{transport_charge}}\) et \(V_{\text{retour_vide}}\)) de km/h en m/min.
  3. Calculer le temps de transport chargé (\(T_{\text{transport_charge_phase}}\)) en minutes.
  4. Calculer le temps de retour à vide (\(T_{\text{retour_vide_phase}}\)) en minutes.
  5. Calculer la somme des temps fixes par cycle (\(T_{\text{fixes_totaux}}\)) en minutes.
  6. Calculer le temps de cycle total de la chargeuse (\(T_{c, \text{chargeuse}}\)) en minutes.
  7. Calculer le nombre de cycles que la chargeuse peut effectuer par heure de travail effective.
  8. Calculer le rendement horaire théorique de la chargeuse (\(R_h\)) en \(\text{m}^3\text{/h}\) (volume en place).

Correction : Fonctionnement d’une Chargeuse en Terrassement

Question 1 : Volume réel de matériau (en place) chargé par la chargeuse à chaque cycle de godet (\(V_{\text{godet_reel}}\))

Principe :

Le volume réel de matériau que la chargeuse manipule à chaque cycle de son godet est la capacité nominale du godet multipliée par le coefficient de remplissage. Ce coefficient prend en compte le fait que le godet n'est pas toujours rempli à sa capacité maximale à cause de la nature du matériau, de la manière dont il est stocké (en tas, en andain), et de l'habileté de l'opérateur.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ V_{\text{godet_reel}} = C_{\text{godet}} \times k_{\text{remplissage}} \]
Données spécifiques :
  • \(C_{\text{godet}} = 2.8 \, \text{m}^3\) (volume en place)
  • \(k_{\text{remplissage}} = 0.95\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{godet_reel}} &= 2.8 \, \text{m}^3 \times 0.95 \\ &= 2.66 \, \text{m}^3 \text{ (en place)} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : Le volume réel de matériau (en place) chargé par la chargeuse à chaque cycle de godet est \(V_{\text{godet_reel}} = 2.66 \, \text{m}^3\).

Quiz Intermédiaire (Q1) : Si le coefficient de remplissage du godet était de 0.80 au lieu de 0.95, le volume réel chargé par cycle serait :

Question 2 : Conversion des vitesses de la chargeuse en m/min

Principe :

Pour convertir les vitesses de km/h en m/min, on multiplie par 1000 (pour passer des km aux m) et on divise par 60 (pour passer des heures aux minutes). Cela permet d'avoir des unités cohérentes pour les calculs de temps.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ V \, (\text{m/min}) = V \, (\text{km/h}) \times \frac{1000}{60} \]
Données spécifiques :
  • \(V_{\text{transport_charge}} = 5 \, \text{km/h}\)
  • \(V_{\text{retour_vide}} = 8 \, \text{km/h}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{transport_charge_m_min}} &= 5 \, \text{km/h} \times \frac{1000}{60} \approx 83.33 \, \text{m/min} \\ V_{\text{retour_vide_m_min}} &= 8 \, \text{km/h} \times \frac{1000}{60} \approx 133.33 \, \text{m/min} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 :
  • \(V_{\text{transport_charge}} \approx 83.33 \, \text{m/min}\)
  • \(V_{\text{retour_vide}} \approx 133.33 \, \text{m/min}\)

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

Principe :

Le temps de transport chargé est le temps que met la chargeuse pour se déplacer avec son godet plein du tas de matériaux jusqu'au camion (ou lieu de déchargement). Il se calcule en divisant la distance par la vitesse correspondante.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ T_{\text{transport_charge_phase}} = \frac{D_{\text{transport_charge}}}{V_{\text{transport_charge_m_min}}} \]
Données spécifiques :
  • \(D_{\text{transport_charge}} = 20 \, \text{m}\)
  • \(V_{\text{transport_charge_m_min}} \approx 83.33 \, \text{m/min}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} T_{\text{transport_charge_phase}} &= \frac{20 \, \text{m}}{83.33 \, \text{m/min}} \\ &\approx 0.24 \, \text{minutes} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Le temps de transport chargé est \(T_{\text{transport_charge_phase}} \approx 0.24 \, \text{minutes}\).

Question 4 : Temps de retour à vide (\(T_{\text{retour_vide_phase}}\))

Principe :

Le temps de retour à vide est le temps que met la chargeuse pour revenir du lieu de déchargement au tas de matériaux, avec son godet vide. Il se calcule en divisant la distance par la vitesse correspondante.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ T_{\text{retour_vide_phase}} = \frac{D_{\text{retour_vide}}}{V_{\text{retour_vide_m_min}}} \]
Données spécifiques :
  • \(D_{\text{retour_vide}} = 20 \, \text{m}\)
  • \(V_{\text{retour_vide_m_min}} \approx 133.33 \, \text{m/min}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} T_{\text{retour_vide_phase}} &= \frac{20 \, \text{m}}{133.33 \, \text{m/min}} \\ &\approx 0.15 \, \text{minutes} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : Le temps de retour à vide est \(T_{\text{retour_vide_phase}} \approx 0.15 \, \text{minutes}\).

Question 5 : Somme des temps fixes par cycle (\(T_{\text{fixes_totaux}}\))

Principe :

Les temps fixes sont les durées des opérations qui ne dépendent pas directement des distances de transport, comme le temps pour charger le godet, le temps pour vider le godet, et le temps pour les manœuvres.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ T_{\text{fixes_totaux}} = T_{\text{chargement_godet}} + T_{\text{vidage}} + T_{\text{manoeuvres}} \]
Données spécifiques :
  • \(T_{\text{chargement_godet}} = 0.30 \, \text{minutes}\)
  • \(T_{\text{vidage}} = 0.20 \, \text{minutes}\)
  • \(T_{\text{manoeuvres}} = 0.15 \, \text{minutes}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} T_{\text{fixes_totaux}} &= 0.30 \, \text{min} + 0.20 \, \text{min} + 0.15 \, \text{min} \\ &= 0.65 \, \text{minutes} \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : La somme des temps fixes par cycle est \(T_{\text{fixes_totaux}} = 0.65 \, \text{minutes}\).

Quiz Intermédiaire (Q5) : Si le temps de manœuvre (\(T_{\text{manoeuvres}}\)) augmente, la somme des temps fixes :

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

Principe :

Le temps de cycle total de la chargeuse est la somme de tous les temps de phase : temps de transport chargé, temps de retour à vide, et la somme des temps fixes (chargement godet, vidage, manœuvres).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ T_{c, \text{chargeuse}} = T_{\text{transport_charge_phase}} + T_{\text{retour_vide_phase}} + T_{\text{fixes_totaux}} \]
Données spécifiques (résultats précédents) :
  • \(T_{\text{transport_charge_phase}} \approx 0.24 \, \text{min}\) (résultat Q3)
  • \(T_{\text{retour_vide_phase}} \approx 0.15 \, \text{min}\) (résultat Q4)
  • \(T_{\text{fixes_totaux}} = 0.65 \, \text{min}\) (résultat Q5)
Calcul :
\[ \begin{aligned} T_{c, \text{chargeuse}} &\approx 0.24 \, \text{min} + 0.15 \, \text{min} + 0.65 \, \text{min} \\ &\approx 1.04 \, \text{minutes} \end{aligned} \]
Résultat Question 6 : Le temps de cycle total de la chargeuse est \(T_{c, \text{chargeuse}} \approx 1.04 \, \text{minutes}\).

Question 7 : Nombre de cycles que la chargeuse peut effectuer par heure de travail effective

Principe :

Le nombre de cycles par heure effective est le temps de travail effectif dans une heure (donné par le coefficient d'efficacité) divisé par le temps de cycle total de la chargeuse.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ N_{\text{cycles/chargeuse/h_eff}} = \frac{E_h \, (\text{minutes/heure})}{T_{c, \text{chargeuse}} \, (\text{minutes/cycle})} \]
Données spécifiques :
  • \(E_h = 45 \, \text{minutes/heure}\)
  • \(T_{c, \text{chargeuse}} \approx 1.04 \, \text{minutes/cycle}\) (résultat Q6)
Calcul :
\[ \begin{aligned} N_{\text{cycles/chargeuse/h_eff}} &= \frac{45 \, \text{min/h}}{1.04 \, \text{min/cycle}} \\ &\approx 43.27 \, \text{cycles/heure} \end{aligned} \]
Résultat Question 7 : La chargeuse peut effectuer environ \(43.27\) cycles par heure de travail effective.

Question 8 : Rendement horaire théorique de la chargeuse (\(R_h\)) en \(\text{m}^3\text{/h}\)

Principe :

Le rendement horaire est le volume total de matériau (en place) que la chargeuse peut manipuler en une heure de travail effective. Il est le produit du nombre de cycles par heure effective par le volume réel déplacé à chaque cycle de godet.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ R_h = N_{\text{cycles/chargeuse/h_eff}} \times V_{\text{godet_reel}} \]
Données spécifiques :
  • \(N_{\text{cycles/chargeuse/h_eff}} \approx 43.27 \, \text{cycles/heure}\) (résultat Q7)
  • \(V_{\text{godet_reel}} = 2.66 \, \text{m}^3\text{/cycle}\) (résultat Q1)
Calcul :
\[ \begin{aligned} R_h &= 43.27 \, \text{cycles/h} \times 2.66 \, \text{m}^3\text{/cycle} \\ &\approx 115.07 \, \text{m}^3\text{/h (en place)} \end{aligned} \]
Résultat Question 8 : Le rendement horaire théorique de la chargeuse est \(R_h \approx 115.07 \, \text{m}^3\text{/h}\) (en place).

Quiz Intermédiaire (Q8) : Si le coefficient d'efficacité du chantier (\(E_h\)) était de 60 min/h (efficacité parfaite), le rendement horaire de la chargeuse :

Quiz Récapitulatif

1. Le temps de cycle d'une chargeuse est la somme :

2. Pour augmenter le rendement d'une chargeuse, on peut chercher à :

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

Glossaire

Chargeuse (sur pneus ou sur chenilles)
Engin de chantier équipé d'un grand godet à l'avant, utilisé pour charger, transporter sur de courtes distances et déverser des matériaux (terre, sable, gravier, etc.).
Cycle de Travail (Chargeuse)
Séquence complète d'opérations : chargement du godet, transport (si nécessaire), vidage du godet, et retour au point de chargement, incluant les manœuvres.
Capacité du Godet
Volume maximal de matériau que le godet de la chargeuse peut contenir (souvent exprimé en volume en place ou foisonné).
Coefficient de Remplissage (Godet)
Rapport entre le volume réel de matériau dans le godet et sa capacité nominale. Varie selon le matériau et les conditions.
Temps Fixes
Parties du cycle dont la durée est relativement constante et indépendante des distances (ex: temps de remplissage du godet, temps de vidage, temps de manœuvre).
Rendement Horaire
Volume de matériau (en place ou foisonné) que la chargeuse peut manipuler en une heure de travail effectif.
Coefficient d'Efficacité (\(E_h\))
Facteur qui représente le temps de travail réellement productif par rapport au temps total théorique, tenant compte des arrêts, pannes, etc. (ex: 50 minutes de travail effectif par heure = 50/60).
Exercice : Fonctionnement d’une Chargeuse en Terrassement - Application Pratique

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