Préparation du Terrain pour une Construction
Contexte : Le terrassementEnsemble des opérations de modification du relief d'un terrain, incluant déblais, remblais et nivellement..
Avant toute construction, la préparation du terrain est une étape cruciale qui garantit la stabilité et la pérennité de l'ouvrage. Cet exercice se concentre sur le calcul des volumes de terre à déplacer (déblais et remblais) pour un projet de plateforme de bâtiment. Nous aborderons les notions de nivellementOpération consistant à mettre un terrain à une altitude ou une pente définie., de calcul de cubatures et l'impact du foisonnementAugmentation du volume des terres lorsqu'elles sont extraites de leur état compact d'origine. des sols.
Remarque Pédagogique : Cet exercice vous apprendra à quantifier les mouvements de terre, une compétence essentielle en gestion de chantier pour estimer les coûts et la durée des travaux de terrassement.
Objectifs Pédagogiques
- Calculer les altitudes d'une plateforme en pente.
- Déterminer le volume de déblai/remblai pour un projet en pente.
- Appliquer le concept de foisonnement pour estimer le volume de terre à évacuer.
- Estimer le coût total des opérations de terrassement.
Données de l'étude
Plan du Terrain et Altitudes
Visualisation 3D du Terrain
Paramètre | Description | Valeur | Unité |
---|---|---|---|
Altitude Projet (Point C') | Altitude du coin C de la plateforme projetée | 101.50 | m |
Pente de la plateforme | Pente unique dans le sens de la longueur (de C vers B) | 2 (1/50) | % |
Coefficient de foisonnement | Augmentation de volume du sol après excavation | 1.20 | (sans) |
Coût du remblai | Prix d'achat et de mise en œuvre du remblai | 15 | €/m³ |
Coût d'évacuation | Prix pour transporter et traiter les déblais excédentaires | 25 | €/m³ |
Questions à traiter
- Calculer l'altitude moyenne du terrain naturel.
- Calculer les altitudes des quatre coins (A', B', C', D') de la plateforme projetée.
- Déterminer le volume net de déblai ou de remblai nécessaire.
- Calculer le volume de terre à évacuer ou à importer.
- Estimer le coût total du chantier de terrassement.
Les bases du Terrassement
Pour résoudre cet exercice, il est essentiel de comprendre quelques concepts clés du terrassement.
1. Calcul d'altitude sur une pente
La différence d'altitude (\(\Delta Z\)) entre deux points est le produit de la distance horizontale (L) entre eux par la pente (p). La pente est souvent exprimée en pourcentage (ex: 2% = 0.02).
\[ \Delta Z = L \times p \]
2. Volume par la méthode des 4 coins
Pour un terrassement sur une surface quadrangulaire, le volume peut être estimé en faisant la moyenne des hauteurs de déblai/remblai à chaque coin (\(h_A, h_B, h_C, h_D\)), puis en multipliant par la surface (S).
\[ V = S \times \frac{h_A + h_B + h_C + h_D}{4} \]
Où \(h_i = Z_{\text{terrain}, i} - Z_{\text{projet}, i}\). Un h positif est un déblai, un h négatif est un remblai.
3. Foisonnement et Tassement
Le volume de déblai à évacuer est le volume en place multiplié par le coefficient de foisonnement (\(C_f > 1\)). Le volume de remblai à importer est le volume en place divisé par un coefficient de tassement (\(C_t < 1\)), car on doit apporter plus de matière foisonnée pour obtenir le volume compacté final.
\[ V_{\text{évacuer}} = V_{\text{déblai}} \times C_{\text{f}} \quad | \quad V_{\text{importer}} = \frac{V_{\text{remblai}}}{C_{\text{t}}} \]
Correction : Préparation du Terrain pour une Construction
Question 1 : Calculer l'altitude moyenne du terrain naturel
Principe
Pour estimer le volume global de terre à déplacer, on simplifie le problème en considérant que le terrain naturel peut être représenté par un plan moyen. La première étape est donc de trouver l'altitude de ce plan moyen en se basant sur les points connus.
Mini-Cours
En topographie, un terrain est une surface en 3 dimensions. Pour des calculs préliminaires, on la simplifie souvent en un plan moyen. L'altitude de ce plan est la moyenne des altitudes des points qui le définissent. Cette simplification est la base du calcul de cubatures par la méthode de la hauteur moyenne.
Remarque Pédagogique
Pensez à cette étape comme si vous cherchiez le "centre de gravité" vertical du terrain. C'est une valeur qui représente l'ensemble du terrain et qui nous servira de point de départ pour tous les autres calculs de volume.
Normes
Il n'y a pas de norme au sens strict pour ce calcul, mais il s'agit d'une méthode universellement reconnue en topographie et en terrassement pour les études d'avant-projet (AVP). Les méthodes plus précises (décrites dans des fascicules comme le GTR - Guide des Terrassements Routiers) sont utilisées pour les phases projet (PRO) et exécution (EXE).
Formule(s)
On utilise la formule de la moyenne arithmétique des altitudes des quatre coins de la parcelle.
Hypothèses
Pour que ce calcul soit valide, nous posons l'hypothèse que la pente du terrain est régulière et peut être assimilée à un plan linéaire entre les quatre points de relevé.
Donnée(s)
On reprend les altitudes des points A, B, C et D de l'énoncé.
- \(Z_{\text{A}} = 102.50 \text{ m}\)
- \(Z_{\text{B}} = 103.50 \text{ m}\)
- \(Z_{\text{C}} = 101.00 \text{ m}\)
- \(Z_{\text{D}} = 102.00 \text{ m}\)
Astuces
Pour vérifier mentalement, on peut arrondir les valeurs : (102.5 + 103.5) donne 206, (101 + 102) donne 203. La somme est d'environ 409. Divisé par 4, on s'attend à un résultat un peu au-dessus de 102. Cela permet de détecter une erreur de saisie grossière dans la calculatrice.
Schéma (Avant les calculs)
Le schéma représente le terrain en pente avec les quatre points de relevé. C'est la surface de départ de notre étude.
Calcul(s)
On applique la formule avec les données numériques.
Schéma (Après les calculs)
Ce schéma montre le plan horizontal qui représente l'altitude moyenne du terrain. C'est une surface de référence théorique.
Réflexions
Ce résultat de 102.25 m est une valeur théorique qui représente l'altitude "moyenne" de la surface du terrain. Elle est plus proche des altitudes des points A, B et D que du point C, ce qui est logique. C'est cette valeur que nous comparerons à l'altitude du projet pour savoir si, globalement, on doit enlever ou rajouter de la terre.
Points de vigilance
Attention, cette méthode n'est précise que pour des terrains à la topographie douce. Si le terrain présentait une butte ou un creux important au milieu de la parcelle, cette moyenne serait fausse et ne représenterait pas la réalité.
Points à retenir
Pour une première estimation sur un terrain quadrangulaire, l'altitude moyenne est la moyenne arithmétique des altitudes aux quatre coins. C'est une étape fondamentale et préalable à tout calcul de volume global.
Le saviez-vous ?
En France, les altitudes sont généralement rattachées au système NGF (Nivellement Général de la France). Le point de référence, l'altitude zéro, est défini par le marégraphe de Marseille. Ainsi, notre "102.25 m" signifie 102.25 mètres au-dessus du niveau moyen de la mer à cet endroit.
FAQ
Questions fréquentes sur cette étape.
Résultat Final
L'altitude moyenne du terrain naturel est de 102.25 m.
A vous de jouer
Si l'altitude du point B était de 104.50 m au lieu de 103.50 m, quelle serait la nouvelle altitude moyenne ?
Question 2 : Calculer les altitudes des quatre coins de la plateforme projetée
Principe
La plateforme n'est pas horizontale mais possède une pente pour l'évacuation des eaux. En partant de l'altitude connue d'un point de référence (le coin C'), on peut calculer l'altitude des autres coins en appliquant la formule de la pente sur les distances correspondantes.
Mini-Cours
Une pente, exprimée en pourcentage (%), est le rapport entre la dénivellation (différence d'altitude verticale) et la distance horizontale, multiplié par 100. Une pente de 2% signifie qu'on s'élève (ou descend) de 2 mètres pour chaque 100 mètres parcourus à l'horizontale. Pour les calculs, on utilise sa valeur décimale (2% = 0.02).
Remarque Pédagogique
Visualisez la plateforme comme une rampe. L'énoncé nous dit qu'elle est plate dans le sens de la largeur, mais qu'elle monte dans le sens de la longueur. Il suffit donc de calculer le "gain" d'altitude sur la longueur et de l'appliquer aux points concernés.
Normes
Les pentes des plateformes extérieures sont souvent régies par les DTU (Documents Techniques Unifiés) relatifs aux terrassements et aux VRD (Voirie et Réseaux Divers), ainsi que par les réglementations sur l'accessibilité des Personnes à Mobilité Réduite (PMR) qui imposent des pentes maximales.
Formule(s)
La différence d'altitude \(\Delta Z\) est le produit de la distance horizontale L par la pente p. L'altitude d'un point haut est celle du point bas plus cette différence.
Hypothèses
On suppose que la pente est unique et constante sur toute la longueur de la plateforme. On suppose également que la pente est nulle dans le sens de la largeur, ce qui signifie que les lignes A'C' et B'D' sont horizontales.
Donnée(s)
On utilise les données du projet.
- Altitude de référence \(Z'_{\text{C}}\): 101.50 m
- Pente \(p\): 2% = 0.02
- Longueur L (distance C' vers D'): 50 m
- Largeur l (distance C' vers A'): 20 m
Astuces
Convertissez toujours le pourcentage en décimal (2% -> 0.02) avant de l'utiliser dans une multiplication pour éviter des erreurs d'un facteur 100.
Schéma (Avant les calculs)
Ce schéma montre le plan de la plateforme avec le point de départ connu (C') et la direction de la pente. Notre but est de trouver les altitudes des trois autres coins.
Calcul(s)
La pente est dans le sens de la longueur (50m). Les lignes A'C' et B'D' sont donc horizontales. La pente monte de la ligne A'C' vers la ligne B'D'.
Altitude du point A'
Dénivelé sur la longueur
Altitude du point B'
Altitude du point D'
Schéma (Après les calculs)
Le plan de la plateforme est maintenant entièrement défini avec les altitudes de ses quatre coins.
Réflexions
Nous avons maintenant une définition 3D complète de la plateforme finale. Nous pouvons voir qu'elle est 1 mètre plus haute le long du côté BD que du côté AC, ce qui assurera un bon écoulement des eaux de pluie.
Points de vigilance
Une erreur courante est de mal interpréter le sens de la pente. L'énoncé précise qu'elle monte de C vers B. Si on l'avait appliquée dans l'autre sens, les altitudes de B' et D' auraient été plus basses, changeant complètement les volumes de terrassement.
Points à retenir
Pour définir un plan incliné, il faut trois informations : l'altitude d'un point de référence, la direction de la pente, et la valeur de cette pente. À partir de là, on peut calculer l'altitude de n'importe quel autre point du plan.
Le saviez-vous ?
Dans les projets routiers, les pentes sont doubles : une pente longitudinale (dans le sens de la route) et une pente transversale (le "dévers") pour évacuer l'eau sur les côtés. Le calcul des altitudes devient alors un peu plus complexe.
FAQ
Questions fréquentes sur cette étape.
Résultat Final
Les altitudes de la plateforme projetée sont :
A vous de jouer
Si la pente était de 3% au lieu de 2%, quelle serait la nouvelle altitude du point B' ?
Question 3 : Déterminer le volume net de déblai ou de remblai
Principe
Maintenant que nous connaissons les altitudes du terrain naturel et du projet en chaque coin, nous pouvons calculer la hauteur à terrasser (déblai ou remblai) en chaque point. Le volume total est la moyenne de ces hauteurs multipliée par la surface.
Mini-Cours
La méthode de calcul de volume par "prismoïdes" (ici simplifiée par la moyenne des 4 coins) est plus précise que la méthode de la hauteur moyenne lorsque le projet est en pente. Elle consiste à calculer la hauteur à terrasser en chaque sommet de la zone, puis à en faire la moyenne pour trouver la hauteur moyenne du prisme de terrassement.
Remarque Pédagogique
Cette étape consiste à "superposer" nos deux plans (le terrain et le projet) et à mesurer l'écart vertical en chaque coin. En faisant la moyenne de ces écarts, on obtient une très bonne estimation du volume total à déplacer.
Normes
Cette méthode de calcul est une application directe des principes de géométrie dans l'espace et est une technique standard en métré-VRD. Elle est considérée comme suffisamment précise pour la plupart des projets de plateforme.
Formule(s)
La hauteur de terrassement \(h_i\) en un point \(i\) est la différence entre l'altitude du terrain et celle du projet. Le volume net est la surface multipliée par la hauteur moyenne.
Hypothèses
Nous continuons de supposer que les surfaces du terrain naturel et du projet sont des plans linéaires entre leurs points de définition respectifs.
Donnée(s)
Nous utilisons les altitudes du terrain et les altitudes du projet calculées à la question précédente.
- Surface S: 1000 m²
- Altitudes Terrain: \(Z_A=102.50, Z_B=103.50, Z_C=101.00, Z_D=102.00\)
- Altitudes Projet: \(Z'_A=101.50, Z'_B=102.50, Z'_C=101.50, Z'_D=102.50\)
Astuces
Faites bien attention aux signes ! Un \(h\) positif signifie que le terrain est au-dessus du projet (déblai), un \(h\) négatif signifie que le terrain est en dessous (remblai). Une erreur de signe sur un seul point peut fausser tout le résultat.
Schéma (Avant les calculs)
Ce schéma illustre la superposition du terrain et du projet. On voit clairement des zones où le terrain est au-dessus (déblai) et d'autres où il est en dessous (remblai).
Calcul(s)
Hauteurs de terrassement à chaque coin
Volume net
Schéma (Après les calculs)
Le calcul nous donne un volume net unique, qui représente le bilan global des opérations de terrassement.
Réflexions
Le volume net est un déblai de 250 m³. Cela signifie qu'après avoir réutilisé une partie des déblais pour combler les zones de remblai, il nous restera un excédent de 250 m³ de terre.
Points de vigilance
Ce calcul donne le bilan final, mais pas les volumes bruts de déblai et de remblai. Pour un métré précis, il faudrait calculer séparément le volume des zones en déblai (où h>0) et celui des zones en remblai (où h<0), car les coûts associés sont différents.
Points à retenir
Le volume net de terrassement est obtenu en multipliant la surface par la moyenne des hauteurs de déblai/remblai aux quatre coins. Un résultat positif indique un excédent de déblai, un résultat négatif indique un besoin de remblai.
Le saviez-vous ?
L'optimisation du mouvement des terres est un enjeu majeur sur les grands chantiers. L'objectif est de minimiser les distances de transport et d'équilibrer les déblais et remblais pour éviter les coûts d'évacuation ou d'apport de matériaux, ce qui est à la fois économique et écologique.
FAQ
Questions fréquentes sur cette étape.
Résultat Final
Le volume net de terrassement est un déblai de 250 m³.
A vous de jouer
Si l'altitude du point de terrain B était de 103.00 m au lieu de 103.50 m, quel serait le nouveau volume net ?
Question 4 : Calculer le volume de terre à évacuer ou à importer
Principe
Puisque nous avons un déblai excédentaire de 250 m³, nous n'avons pas besoin d'importer de terre. Nous devons calculer le volume foisonné correspondant à ce déblai pour savoir quel volume sera réellement transporté par les camions.
Mini-Cours
Le volume "en place" est le volume de terre dans son état naturel et compact. Le volume "foisonné" est le volume de cette même terre après avoir été excavée et décompactée. Le volume à transporter est toujours le volume foisonné. À l'inverse, si on a besoin de remblai, on calcule le volume foisonné à importer pour obtenir le volume en place requis après compactage.
Remarque Pédagogique
C'est une étape purement logistique. On a un "tas" de 250 m³ de terre en trop sur le chantier. La question est : combien de place cela va-t-il prendre dans les camions ? La réponse est donnée par le coefficient de foisonnement.
Normes
Les cahiers des charges des projets (CCTP) précisent souvent les coefficients de foisonnement et de tassement à utiliser pour les calculs de métré, afin que toutes les entreprises répondant à un appel d'offres se basent sur les mêmes hypothèses.
Formule(s)
Puisqu'on a un déblai excédentaire, on utilise la formule du foisonnement.
Hypothèses
On suppose qu'il n'y a pas de pertes de matériaux durant les manipulations et que le coefficient de foisonnement est précis.
Donnée(s)
On utilise le volume net calculé et le coefficient de foisonnement de l'énoncé.
- Volume de déblai excédentaire : 250 m³
- Coefficient de foisonnement (\(C_{\text{f}}\)) : 1.20
Astuces
Pour se souvenir s'il faut multiplier ou diviser, pensez que la terre "gonfle" quand on la sort (foisonnement, >1) et "dégonfle" quand on la tasse (tassement, <1). Pour évacuer, on multiplie. Pour savoir combien importer pour combler un trou, on divise par le coefficient de tassement.
Schéma (Avant les calculs)
Ce schéma illustre la transformation du volume de terre compact en un volume plus grand, foisonné, prêt à être transporté.
Calcul(s)
On applique la formule du foisonnement.
Schéma (Après les calculs)
Le volume final à charger dans les camions est de 300 m³.
Réflexions
Le foisonnement a augmenté le volume à transporter de 20%. Cette augmentation est loin d'être négligeable et a un impact direct sur le nombre de rotations de camions et donc sur le coût et la durée du chantier.
Points de vigilance
Ne pas confondre le volume net et le volume brut. Le volume net est un bilan. Ici, le volume brut de déblai est en réalité plus grand que 250 m³, mais une partie a été utilisée pour le remblai. Pour un calcul de coût précis, il faudrait évaluer le coût de cette manipulation interne.
Points à retenir
On évacue un volume foisonné (plus grand). On importe un volume foisonné pour obtenir un volume en place plus petit (tassement). Le bilan net (déblai ou remblai) détermine si on doit évacuer ou importer.
Le saviez-vous ?
La gestion des déblais est de plus en plus réglementée. Les terres excavées sont considérées comme des déchets et doivent être analysées. Selon leur niveau de pollution, elles sont dirigées vers des centres de stockage spécifiques (ISDI, ISDND, ISDD), avec des coûts d'évacuation très variables.
FAQ
Questions fréquentes sur cette étape.
Résultat Final
Il n'y a pas de terre à importer. Le volume à évacuer est de 300 m³.
A vous de jouer
Si le volume net de déblai était de 400 m³ et le coefficient de foisonnement de 1.25, quel serait le volume à évacuer ?
Question 5 : Estimer le coût total du chantier de terrassement
Principe
Le coût total est la somme des coûts de toutes les opérations. Dans notre cas, il y a deux postes de dépenses potentiels : le coût d'achat et de mise en œuvre des remblais, et le coût d'évacuation des déblais. On calcule le coût pour chaque poste et on les additionne.
Mini-Cours
L'estimation des coûts est au cœur du métier de métreur ou d'économiste de la construction. Le coût d'une opération se calcule en multipliant une quantité (ici, un volume en m³) par un prix unitaire (ici, €/m³). Ces prix unitaires proviennent de bases de données, de l'historique de l'entreprise ou de consultations de fournisseurs.
Remarque Pédagogique
C'est ici que tous nos calculs précédents prennent un sens concret. On transforme des mètres cubes de terre en euros. C'est l'étape qui intéresse le plus le client et le chef de projet, car elle conditionne la viabilité économique du projet.
Normes
Il n'y a pas de norme pour le calcul de coût lui-même, mais la manière de présenter les estimations est souvent standardisée (par exemple, en suivant un CCTP - Cahier des Clauses Techniques Particulières, et un DPGF - Décomposition du Prix Global et Forfaitaire).
Formule(s)
La formule générale est une somme de produits.
Hypothèses
On suppose que les prix unitaires donnés sont fixes et incluent toutes les prestations (achat, transport, mise en décharge, taxes...). On se base sur notre calcul simplifié où le volume de remblai est nul.
Donnée(s)
On rassemble toutes les données nécessaires.
- Volume à importer : 0 m³
- Volume à évacuer (foisonné) : 300 m³
- Coût du remblai : 15 €/m³
- Coût d'évacuation : 25 €/m³
Astuces
Toujours bien vérifier quel volume utiliser pour quel coût. Le coût du remblai s'applique au volume de remblai nécessaire "en place". Le coût d'évacuation s'applique au volume de déblai "foisonné", car c'est le volume qui est réellement transporté.
Schéma (Avant les calculs)
Ce schéma représente la multiplication du volume de terre à évacuer par son coût unitaire pour obtenir le coût total.
Calcul(s)
On applique la formule en sachant que le coût du remblai est nul dans notre cas.
Schéma (Après les calculs)
Le résultat final de notre étude est une estimation financière, ici représentée par un symbole de coût.
Réflexions
Ce coût de 7500 € représente une part significative du budget global d'un projet de construction. Il met en évidence l'importance d'optimiser les mouvements de terre. Si on avait pu atteindre un équilibre déblai/remblai, ce coût aurait été proche de zéro (hors coût de la main d'œuvre et des engins pour le déplacement sur site).
Points de vigilance
Attention aux coûts cachés ! Les prix unitaires doivent bien inclure le transport, les taxes (TVA), les frais de mise en décharge, la main d'œuvre, la location des engins, etc. Une estimation de coût doit être la plus exhaustive possible pour éviter les mauvaises surprises.
Points à retenir
Le coût d'une tâche est le produit de la quantité par le prix unitaire. Le coût total est la somme des coûts de toutes les tâches. Il faut être rigoureux sur les unités et sur le type de volume (en place ou foisonné) à utiliser pour chaque calcul.
Le saviez-vous ?
Aujourd'hui, les projets de terrassement sont optimisés par des logiciels spécialisés qui utilisent des modèles numériques de terrain (MNT). Ils peuvent calculer très précisément les volumes et proposer un "plan de mouvement des terres" qui minimise les distances de transport et donc les coûts et l'impact carbone du chantier.
FAQ
Questions fréquentes sur cette étape.
Résultat Final
Le coût total estimé pour cette phase de terrassement est de 7 500 €.
A vous de jouer
Si le coût d'évacuation passait à 30 €/m³ à cause d'une augmentation du prix du carburant, quel serait le nouveau coût total ?
Outil Interactif : Simulateur de Coût
Utilisez cet outil pour voir comment l'altitude de référence et la pente influencent les volumes et le coût total.
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Résultats Clés
Quiz Final : Testez vos connaissances
1. Qu'est-ce que le foisonnement ?
2. Si le point bas d'une plateforme est à 100m et qu'elle a une pente de 3% sur 50m, quelle est l'altitude du point haut ?
- Terrassement
- Ensemble des opérations de modification du relief d'un terrain, incluant déblais (enlèvement de terre), remblais (ajout de terre) et nivellement.
- Altitude
- Hauteur d'un point par rapport à un niveau de référence, généralement le niveau de la mer (NGF - Nivellement Général de la France).
- Foisonnement
- Augmentation du volume apparent des terres lorsqu'elles sont extraites de leur état compact d'origine. Ce coefficient est supérieur à 1.
- Tassement
- Phénomène inverse du foisonnement. C'est la réduction de volume des terres lorsqu'elles sont compactées pour former un remblai. Le coefficient de tassement est inférieur à 1.
- Déblai
- Volume de terre que l'on enlève du terrain pour atteindre le niveau du projet.
- Remblai
- Volume de terre que l'on doit apporter pour combler les creux et atteindre le niveau du projet.
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