EGC

Optimisation des Bulldozers sur le Terrain

Optimisation du Temps de Compactage en Terrassement

Comprendre l'Optimisation des Bulldozers

Les bulldozers (ou bouteurs) sont des engins de terrassement puissants utilisés principalement pour le refoulement de matériaux (pousser la terre), le nivellement de surfaces, le décapage de la terre végétale, ou encore l'aide au chargement de scrapers (décapeuses). L'optimisation de leur utilisation est cruciale pour la productivité et la rentabilité d'un chantier.

Le rendement d'un bulldozer dépend de plusieurs facteurs :

  • La capacité de sa lame : Volume de matériau que la lame peut pousser efficacement.
  • Le type de matériau : Sa cohésion, son foisonnement.
  • La distance de refoulement : Distance sur laquelle le matériau est poussé. Les bulldozers sont plus efficaces sur de courtes distances.
  • Les vitesses de travail : Vitesse en marche avant (refoulement) et en marche arrière (retour à vide).
  • Les temps fixes : Temps pour les changements de vitesse, le positionnement de la lame.
  • L'efficacité du chantier et de l'opérateur.

Calculer le temps de cycle et le rendement permet de déterminer le nombre d'engins nécessaires pour un volume donné ou la durée des travaux.

Données de l'étude

Un bulldozer est utilisé pour déplacer \(2000 \, \text{m}^3\) de terre (volume en place) sur un chantier.

Caractéristiques du bulldozer et des conditions de travail :

  • Capacité de la lame (\(C_b\)) : \(3.0 \, \text{m}^3\) (volume foisonné)
  • Coefficient de remplissage de la lame (\(k_L\)) : \(0.80\) (la lame pousse effectivement 80% de sa capacité en termes de volume foisonné)
  • Coefficient de foisonnement du sol (\(C_f\)) : \(1.25\)
  • Distance de refoulement (\(D\)) : \(50 \, \text{m}\)
  • Vitesse de refoulement (marche avant, chargé) (\(V_d\)) : \(2.5 \, \text{km/h}\)
  • Vitesse de retour (marche arrière, à vide) (\(V_r\)) : \(5.0 \, \text{km/h}\)
  • Temps fixes par cycle (changements de vitesse, positionnement) (\(T_{\text{fix}}\)) : \(0.3 \, \text{minutes}\)
  • Coefficient d'efficacité du chantier (\(k_e\)) : \(0.83\) (équivalent à 50 minutes de travail effectif par heure)
Schéma : Cycle de Travail d'un Bulldozer
Zone de travail Bulldozer Refoulement (Td) D, Vd Retour (Tr) Tfix Cycle du Bulldozer

Schéma illustrant les phases de travail d'un bulldozer : refoulement, retour et temps fixes.

Questions à traiter

  1. Calculer le volume de terre en place déplacé par cycle (\(V_{\text{cycle_en_place}}\)).
  2. Convertir les vitesses de refoulement et de retour en m/minute.
  3. Calculer le temps de refoulement (\(T_d\)) en minutes.
  4. Calculer le temps de retour (\(T_r\)) en minutes.
  5. Calculer le temps de cycle de base (\(T_{\text{cycle_base}}\)) en minutes.
  6. Calculer le rendement effectif horaire du bulldozer en volume en place (\(R_{\text{eff_en_place}}\)).
  7. Calculer la durée totale (en heures) nécessaire pour déplacer les \(2000 \, \text{m}^3\) de terre en place.

Correction : Optimisation des Bulldozers sur le Terrain

Question 1 : Volume de Terre en Place Déplacé par Cycle (\(V_{\text{cycle_en_place}}\))

Principe :

La capacité de la lame (\(C_b\)) est donnée en volume foisonné. Le coefficient de remplissage (\(k_L\)) indique la proportion de cette capacité qui est réellement utilisée. Pour obtenir le volume en place, on divise le volume foisonné réellement poussé par le coefficient de foisonnement (\(C_f\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{\text{cycle_foisonné}} = C_b \times k_L\] \[V_{\text{cycle_en_place}} = \frac{V_{\text{cycle_foisonné}}}{C_f}\]
Données spécifiques :
  • Capacité de la lame (\(C_b\)) : \(3.0 \, \text{m}^3\) (foisonné)
  • Coefficient de remplissage (\(k_L\)) : \(0.80\)
  • Coefficient de foisonnement (\(C_f\)) : \(1.25\)
Calcul :
\[ V_{\text{cycle_foisonné}} = 3.0 \, \text{m}^3 \times 0.80 = 2.4 \, \text{m}^3 \] \[ V_{\text{cycle_en_place}} = \frac{2.4 \, \text{m}^3}{1.25} = 1.92 \, \text{m}^3 \]
Résultat Question 1 : Le volume de terre en place déplacé par cycle est \(V_{\text{cycle_en_place}} = 1.92 \, \text{m}^3\).

Question 2 : Conversion des Vitesses

Principe :

Les vitesses sont données en km/h et doivent être converties en m/minute pour être cohérentes avec les autres unités de temps et de distance. (1 km = 1000 m, 1 heure = 60 minutes).

Formule(s) utilisée(s) :
\[V \, (\text{m/min}) = V \, (\text{km/h}) \times \frac{1000}{60}\]
Calcul :

Vitesse de refoulement (\(V_d\)) :

\[ V_d = 2.5 \, \text{km/h} \times \frac{1000}{60} \, \frac{\text{m/min}}{\text{km/h}} \] \[ V_d = 41.666... \, \text{m/min} \approx 41.67 \, \text{m/min} \]

Vitesse de retour (\(V_r\)) :

\[ V_r = 5.0 \, \text{km/h} \times \frac{1000}{60} \, \frac{\text{m/min}}{\text{km/h}} \] \[ V_r = 83.333... \, \text{m/min} \approx 83.33 \, \text{m/min} \]
Résultat Question 2 :
  • Vitesse de refoulement \(V_d \approx 41.67 \, \text{m/min}\)
  • Vitesse de retour \(V_r \approx 83.33 \, \text{m/min}\)

Question 3 : Temps de Refoulement (\(T_d\))

Principe :

Le temps de refoulement est la distance de refoulement divisée par la vitesse de refoulement.

Formule(s) utilisée(s) :
\[T_d = \frac{D}{V_d}\]
Données spécifiques :
  • Distance de refoulement (\(D\)) : \(50 \, \text{m}\)
  • Vitesse de refoulement (\(V_d\)) : \(41.67 \, \text{m/min}\)
Calcul :
\[ T_d = \frac{50 \, \text{m}}{41.67 \, \text{m/min}} \approx 1.1999 \, \text{min} \approx 1.20 \, \text{min} \]
Résultat Question 3 : Le temps de refoulement est \(T_d \approx 1.20 \, \text{minutes}\).

Question 4 : Temps de Retour (\(T_r\))

Principe :

Le temps de retour est la distance de retour (identique à la distance de refoulement) divisée par la vitesse de retour.

Formule(s) utilisée(s) :
\[T_r = \frac{D}{V_r}\]
Données spécifiques :
  • Distance de retour (\(D\)) : \(50 \, \text{m}\)
  • Vitesse de retour (\(V_r\)) : \(83.33 \, \text{m/min}\)
Calcul :
\[ T_r = \frac{50 \, \text{m}}{83.33 \, \text{m/min}} \approx 0.6000 \, \text{min} = 0.60 \, \text{min} \]
Résultat Question 4 : Le temps de retour est \(T_r = 0.60 \, \text{minutes}\).

Question 5 : Temps de Cycle de Base (\(T_{\text{cycle_base}}\))

Principe :

Le temps de cycle de base est la somme des temps de refoulement, de retour et des temps fixes (manœuvres, changements de vitesse).

Formule(s) utilisée(s) :
\[T_{\text{cycle_base}} = T_d + T_r + T_{\text{fix}}\]
Données spécifiques :
  • Temps de refoulement (\(T_d\)) : \(1.20 \, \text{min}\)
  • Temps de retour (\(T_r\)) : \(0.60 \, \text{min}\)
  • Temps fixes (\(T_{\text{fix}}\)) : \(0.3 \, \text{min}\)
Calcul :
\[ T_{\text{cycle_base}} = 1.20 \, \text{min} + 0.60 \, \text{min} + 0.3 \, \text{min} \] \[ T_{\text{cycle_base}} = 2.10 \, \text{minutes} \]
Résultat Question 5 : Le temps de cycle de base est \(T_{\text{cycle_base}} = 2.10 \, \text{minutes}\).

Question 6 : Rendement Effectif Horaire (\(R_{\text{eff_en_place}}\))

Principe :

Le rendement effectif horaire est le volume de terre en place que le bulldozer peut déplacer en une heure, en tenant compte de son temps de cycle de base et du coefficient d'efficacité du chantier.

Nombre de cycles de base par heure : \(N_{\text{cycles/h_base}} = \frac{60 \, \text{min/h}}{T_{\text{cycle_base (min)}}}\)

Rendement théorique en place : \(R_{\text{th_en_place}} = V_{\text{cycle_en_place}} \times N_{\text{cycles/h_base}}\)

Rendement effectif en place : \(R_{\text{eff_en_place}} = R_{\text{th_en_place}} \times k_e\)

Formule(s) utilisée(s) :
\[R_{\text{eff_en_place}} = \left( \frac{V_{\text{cycle_en_place}}}{T_{\text{cycle_base (min)}}} \times 60 \right) \times k_e\]
Données spécifiques :
  • \(V_{\text{cycle_en_place}} = 1.92 \, \text{m}^3\)
  • \(T_{\text{cycle_base}} = 2.10 \, \text{min}\)
  • Coefficient d'efficacité (\(k_e\)) : \(0.83\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} R_{\text{eff_en_place}} &= \left( \frac{1.92 \, \text{m}^3}{2.10 \, \text{min}} \times 60 \, \text{min/h} \right) \times 0.83 \\ &\approx (0.91428 \, \text{m}^3\text{/min} \times 60 \, \text{min/h}) \times 0.83 \\ &\approx 54.857 \, \text{m}^3\text{/h} \times 0.83 \\ &\approx 45.531 \, \text{m}^3\text{/h} \end{aligned} \]

On arrondit à \(R_{\text{eff_en_place}} \approx 45.53 \, \text{m}^3\text{/h}\).

Résultat Question 6 : Le rendement effectif horaire du bulldozer est \(R_{\text{eff_en_place}} \approx 45.53 \, \text{m}^3\text{/h}\) (volume en place).

Question 7 : Durée Totale pour Déplacer \(2000 \, \text{m}^3\)

Principe :

La durée totale nécessaire est le volume total de terre en place à déplacer divisé par le rendement effectif horaire du bulldozer.

Formule(s) utilisée(s) :
\[\text{Durée}_{\text{total}} = \frac{V_{\text{total_en_place}}}{R_{\text{eff_en_place}}}\]
Données spécifiques :
  • Volume total en place (\(V_{\text{total_en_place}}\)) : \(2000 \, \text{m}^3\)
  • Rendement effectif en place (\(R_{\text{eff_en_place}}\)) : \(45.53 \, \text{m}^3\text{/h}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \text{Durée}_{\text{total}} &= \frac{2000 \, \text{m}^3}{45.53 \, \text{m}^3\text{/h}} \\ &\approx 43.927 \, \text{heures} \end{aligned} \]

Si l'on travaille 7 heures par jour :

\[ \text{Nombre de jours} = \frac{43.927 \, \text{h}}{7 \, \text{h/jour}} \approx 6.275 \, \text{jours} \]

Il faudra donc environ 7 jours de travail.

Résultat Question 7 : La durée totale nécessaire est d'environ \(43.93 \, \text{heures}\) (soit environ 7 jours de travail à 7h/jour).

Quiz Intermédiaire 1 : Si la distance de refoulement (\(D\)) augmente, le rendement effectif du bulldozer :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

8. Le rendement d'un bulldozer est généralement exprimé en :

9. Le coefficient de remplissage de la lame (\(k_L\)) tient compte du fait que :

10. Si le coefficient d'efficacité du chantier (\(k_e\)) diminue, le temps total nécessaire pour un terrassement :

Glossaire

Bulldozer (Bouteur)
Engin de chantier sur chenilles ou sur pneus, équipé d'une grande lame frontale, utilisé pour pousser des matériaux (terre, sable, gravats), niveler des surfaces, ou effectuer des travaux de décapage.
Refoulement
Action de pousser les matériaux avec la lame du bulldozer.
Capacité de la Lame (\(C_b\))
Volume théorique de matériau que la lame du bulldozer peut contenir ou pousser. Souvent exprimée en volume foisonné.
Coefficient de Remplissage de la Lame (\(k_L\))
Facteur (≤ 1) qui indique la proportion de la capacité nominale de la lame qui est effectivement remplie ou poussée, en fonction du type de matériau et des conditions.
Temps de Cycle (Bulldozer)
Durée totale d'une opération complète : refoulement (marche avant chargée), retour à vide (marche arrière), et temps fixes (manœuvres, changements de vitesse).
Rendement (Bulldozer)
Volume de matériau (généralement en place) que le bulldozer peut déplacer par unité de temps (m³/heure).
Foisonnement
Augmentation du volume apparent d'un sol lorsqu'il est excavé.
Coefficient de Foisonnement (\(C_f\))
Rapport entre le volume foisonné et le volume en place du sol.
Coefficient d'Efficacité (\(k_e\))
Facteur qui tient compte des interruptions et des pertes de temps sur un chantier, réduisant le rendement théorique à un rendement effectif.
Optimisation des Bulldozers - Exercice d'Application

D’autres exercices de terrassement:

0 commentaires
Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *