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Mars 2011 Alain FOURNOL, Nicolas SOUIL AVLS, BET Vibrations – Acoustique Orsay

Mars 2011 Alain FOURNOL, Nicolas SOUIL AVLS, BET Vibrations – Acoustique Orsay (91) Problématiques vibratoires dans la construction Mars 2011 1) Caractérisation dynamique des planchers 2) Planchers et Piétons 3) Vibrations engendrées par les circulations ferroviaires 4) Suspensions antivibratiles Mars 2011 1) Caractérisation dynamique des planchers 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 Admittance [(m/s)/N] Fréquence [Hz] Admittance : V(f) / F(f) Fréquence (Hz) m/s/N Mars 2011 Mars 2011 Avantages : - mesurable - calculable Inconvénients : - Mesure Locale - Mesure délicate aux très basses fréquences Mars 2011 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 Admittance [(m/s)/N] Fréquence [Hz] Admittance au centre plancher : f1 = 6.2 Hz K = w / Admit = 40.106 N/m M = K / w2 = 26 000 kg x = 1.2 % Fréquence (Hz) m/s/N Mars 2011   0 2 2 0 2 ) ( ) (       i m i F X     0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 Fréquence [Hz] m/s/N Système Masse-Ressort - Amplitude -V/F Système à 1 ddl équivalent : plancher simplifié m k c X F 0 2 2   m c km c   Fréquence (Hz) m/s/N Mars 2011 Exemple : Cas d’un piéton - Fréquence fondamentale = 2.0 Hz - Fz = 280 N à f1, 30 N à f3 Vitesse = 30 x 2.10-5 = 6.10-4 m/s = 82 dBv 1 1.25 1.6 2 2.5 3.15 4 5 6.3 8 10 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160 200 30 40 50 60 70 80 90 Fréquences centrales de bandes de 1/3 d'octave [Hz] dB [Réf. 5e-008 m/s] Fichier : sin_6.2Hz - Spectre Tiers d'Octave moy 1 s. Canal n°1 - m/s Mars 2011 Bibliographie : - Bachmann « Vibration problems in structures » CEB 1991. - ISO 10137 – Serviceability of buildings and walkways against vibrations, 2007 - Setra - Evaluation du comportement vibratoire sous l’action des piétons, 2006 Mars 2011 2) Planchers et Piétons 35 40 45 50 55 60 65 70 -1000 -500 0 500 1000 [Newton] Temps [s] 1.sig - Signal Temporel - Somme des amplitudes 990Newton Crête 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 100 200 300 400 500 [Newton] RMS Fréquence [Hz] Spectre bande fines - Somme des amplitudes - Boxcar - f = 0.1 Hz Mars 2011 0 2 4 6 8 10 12 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Fréquence [Hz] DLF [-] Dynamic Load Factors - Methode BACHMANN&AL DLF1 DLF2 DLF3 Dynamic load Factors 0 2 4 6 8 10 12 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Fréquence [Hz] DLF [-] Dynamic Load Factors - Methode ISO10137 DLF1 DLF2 DLF3 DLF4 DLF5 0 2 4 6 8 10 12 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Fréquence [Hz] DLF [-] Dynamic Load Factors - Methode RAINER DLF1 DLF2 DLF3 DLF4 0 2 4 6 8 10 12 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Fréquence [Hz] DLF [-] Dynamic Load Factors - Methode YOUNG DLF1 DLF2 DLF3 DLF4 Mars 2011 Modélisation de la marche Pas par Pas Mars 2011 Application à une structure mesurée / modélisée (plancher f1 = 14 Hz) : Mars 2011 Calcul élement finis – Réponse temporelle 0 5 10 15 -0.5 0 0.5 Signal Temporel de vitesse vibratoire Mesure - Marche à 2.0 Hz [mm/s] Temps [s] 0 5 10 15 -0.5 0 0.5 Signal Temporel de vitesse vibratoire Calcul ISO10137 - Marche à 2.0 Hz [mm/s] Temps [s] 1 1.25 1.6 2 2.5 3.15 4 5 6.3 8 10 12.5 16 20 20 40 60 80 Fréquences centrales de bandes de 1/3 d'octave [Hz] [dB ref 5.10-8 m/s] Spectres tiers d'octave de vitesse vibratoire max.1s Mesure Calcul Mars 2011 Modèles complexes Mars 2011 Modèles complexes – Cartographie Mars 2011 Bibliographie : - HIVOSS : Human induced vibration of steel structures – Vibrations of floors Mars 2011 3) Vibrations engendrées par les circulations ferroviaires Mars 2011 Plusieurs problématiques : - Propagation dans le sol, - Interaction sol-structure, - propagation dans la structure du bâtiment, - amplification des planchers, - régénération acoustique dans le volume de réception Mars 2011 Interaction sol – structure : Extrait de « high speed ground transportation noise & vib impact assessment » Mars 2011 1 0 1 1 0 2 -4 0 -3 0 -2 0 -1 0 0 1 0 2 0 F r é q u e n c e s c e n t ra le s e n 1 / 3 o c t a v e [ H z ] A m p lif ic a t io n L v fond - L v sol (d B ) A m p li f ic a t io n m in i A m p li f ic a t io n m a x i A m p li f ic a t io n m o y e n n e Expérimentations sur site : Fréquence (Hz) Amplification (dB) Mars 2011 Facteurs à considérer : - Dimensions de la fondation vis-à-vis de la longueur d’onde, - masse et rigidité des fondations, - paramètres mécaniques du sol Approche prévisionnelle : modèle FEM 2D 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 -10 10 -9 10 -8 10 -7 10 -6 Fréquence [Hz] [m/s/N] Vitesse vibratoire harmonique à 15 m Massif reception Terrain naturel Fréquence (Hz) Mars 2011 Amplification de planchers : 1 1.251.6 2 2.5 3.15 4 5 6.3 8 10 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160 200 20 30 40 50 60 70 80 Fréquences centrales de bandes de 1/3 d'octave [Hz] dB [ ref 5.10-8 m/s] T4.TIM - Spectre Tiers d'octave maximum 1 sec. 1Z Dalle R-1 3Z voile Infra 6Z plancher R+1 5Z plancher RdC Comparaison de spectres 1/3 octave mesurés simultanément en plusieurs points d’un bâtiment Fréquence (Hz) Lv (dB) ref 5.10-8 m/s Mars 2011 Régénération acoustique : Local non meublé, Micro au 1/3 de la diagonale, 45 dB(A) au passage des trains proches, (A) = -34.6 dB à 40 Hz 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 X: 40 Y: 0.05595 Fréquence [Hz] Pa RMS Fichier : T4 - Spectre Bandes fines FFT - Hanning - f = 1 Hz 16: SPL Salle R-1 - Pa Fréquence (Hz) Lp dB ref 2.10-5 Pa Mars 2011 10 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160 200 20 30 40 50 60 70 80 Fréquences centrales de bandes de 1/3 d'octave [Hz] dB (A) [Rèf 2e-005 Pa] Fichier : T4 - Spectre Tiers d'Octave max 1 s. 16: SPL Salle R-1 - Pa - 45.3 dB(A) Fréquence (Hz) Lp pondéré (A) en dB ref 2.10-5 Pa Mars 2011 4) Suspensions antivibratiles Approche générale : système à 1 degré de liberté Transmissibilité en force (cas d’une machine vibrante suspendue) = Transmissibilité en déplacement (cas d’un bâtiment suspendu, sismique) Mars 2011 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 Transmissibilité en force Influence Infrastructures [Fréquence Hz] [Sans Unité] Masse Ressort - 3 Hz MR 3Hz sur HEA-100 MR 3Hz sur IPE-300 Suspension de bâtiment Transmissibilité en déplacement, Influence des infrastructures Mars 2011 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 Amplification Sismique Influence Superstructures [Sans Unité] [Fréquence Hz] Masse Ressort - 3 Hz HEA-100 - Susp. 3Hz IPER-300 - Susp. 3Hz Suspension de bâtiment Transmissibilité en déplacement, influence des superstructures Mars 2011 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 Transmissibilité en force Influence Infrastructures [Fréquence Hz] [Sans Unité] Masse Ressort - 3 Hz MR 3Hz sur HEA-100 MR 3Hz sur IPE-300 Suspension d’équipements techniques Transmissibilité en force – Influence des infrastructures Mars 2011 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 Transmissibilité en force Influence Superstructures [Fréquence Hz] [Sans Unité] Masse Ressort - 3 Hz HEA-100 - Susp. 3Hz IPE-300 - Susp. 3Hz Suspension d’équipements techniques Transmissibilité en force – Influence des superstructures Mars 2011 Plateforme technique en terrasse Planchers de bureaux Mars 2011 Plateforme suspendue à 3 Hz Equipements suspendus à 5 Hz Deux étages de suspension Mars 2011 0 5 10 15 20 25 30 10 -2 10 -1 10 0 10 uploads/Ingenierie_Lourd/ alain-fournol.pdf