alain fournol

36
Mars 2011 Alain FOURNOL, Nicolas SOUIL AVLS, BET Vibrations Acoustique Orsay (91) Problématiques vibratoires dans la construction

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problèmatique dans la vibratoire du construction

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Page 1: Alain Fournol

Mars 2011

Alain FOURNOL, Nicolas SOUIL

AVLS, BET Vibrations – Acoustique

Orsay (91)

Problématiques vibratoires dans

la construction

Page 2: Alain Fournol

Mars 2011

1) Caractérisation dynamique des planchers

2) Planchers et Piétons

3) Vibrations engendrées par les

circulations ferroviaires

4) Suspensions antivibratiles

Page 3: Alain Fournol

Mars 2011

1) Caractérisation dynamique des planchers

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5010

-8

10-7

10-6

10-5

10-4

Adm

itta

nce

[(m

/s)/

N]

Fréquence [Hz]

Admittance :

V(f) / F(f)

Fréquence (Hz)

m/s/N

Page 4: Alain Fournol

Mars 2011

Page 5: Alain Fournol

Mars 2011

Avantages :

- mesurable

- calculable

Inconvénients :

- Mesure Locale

- Mesure délicate aux très

basses fréquences

Page 6: Alain Fournol

Mars 2011

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5010

-8

10-7

10-6

10-5

10-4

Adm

itta

nce

[(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

Page 7: Alain Fournol

Mars 2011

0

22

0 2)(

)(

im

i

F

X

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5010

-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

022

m

c

km

c

Fréquence (Hz)

m/s/N

Page 8: Alain Fournol

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 20030

40

50

60

70

80

90

Fréquences centrales de bandes de 1/3 d'octave [Hz]

dB

[R

éf.

5e-0

08 m

/s]

Fichier : sin_6.2Hz - Spectre Tiers d'Octave moy 1 s.

Canal n°1 - m/s

Page 9: Alain Fournol

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

Page 10: Alain Fournol

Mars 2011

2) Planchers et Piétons

35 40 45 50 55 60 65 70-1000

-500

0

500

1000

[New

ton]

Temps [s]

1.sig - Signal Temporel - Somme des amplitudes

990Newton Crête

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

100

200

300

400

500

[New

ton]

RM

S

Fréquence [Hz]

Spectre bande fines - Somme des amplitudes - Boxcar - f = 0.1 Hz

Page 11: Alain Fournol

Mars 2011

0 2 4 6 8 10 120

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 10 120

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 10 120

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 10 120

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

Page 12: Alain Fournol

Mars 2011

Modélisation de la marche Pas par Pas

Page 13: Alain Fournol

Mars 2011

Application à une structure mesurée / modélisée

(plancher f1 = 14 Hz) :

Page 14: Alain Fournol

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[m

m/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 2020

40

60

80

Fréquences centrales de bandes de 1/3 d'octave [Hz]

[dB

ref

5.1

0-8

m/s

]

Spectres tiers d'octave de vitesse vibratoire max.1s

Mesure

Calcul

Page 15: Alain Fournol

Mars 2011

Modèles complexes

Page 16: Alain Fournol

Mars 2011

Modèles complexes – Cartographie

Page 17: Alain Fournol

Mars 2011

Bibliographie :

- HIVOSS : Human induced vibration of steel structures – Vibrations of floors

Page 18: Alain Fournol

Mars 2011

3) Vibrations engendrées par les

circulations ferroviaires

Page 19: Alain Fournol

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

Page 20: Alain Fournol

Mars 2011

Interaction sol – structure :

Extrait de « high speed ground transportation noise & vib impact assessment »

Page 21: Alain Fournol

Mars 2011

1 01

1 02

- 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 ]

Am

pli

fic

ati

on

Lv

fond -

Lv so

l (d

B)

A m p l i f i c a t i o n m in iA m p l i f i c a t i o n m a x iA m p l i f i c a t i o n m o y e n n e

Expérimentations sur site :

Fréquence (Hz)

Amplification (dB)

Page 22: Alain Fournol

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 10010

-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)

Page 23: Alain Fournol

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 20020

30

40

50

60

70

80

Fréquences centrales de bandes de 1/3 d'octave [Hz]

dB

[ r

ef

5.1

0-8

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

Page 24: Alain Fournol

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 4000

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

X: 40Y: 0.05595

Fréquence [Hz]

Pa R

MS

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

Page 25: Alain Fournol

Mars 2011

10 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160 20020

30

40

50

60

70

80

Fréquences centrales de bandes de 1/3 d'octave [Hz]

dB

(A

) [R

èf

2e-0

05 P

a]

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

Page 26: Alain Fournol

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)

Page 27: Alain Fournol

Mars 2011

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10010

-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

Transmissibilité en force

Influence Infrastructures

[Fréquence Hz]

[Sans U

nité]

Masse Ressort - 3 Hz

MR 3Hz sur HEA-100

MR 3Hz sur IPE-300

Suspension de bâtimentTransmissibilité en déplacement, Influence des infrastructures

Page 28: Alain Fournol

Mars 2011

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10010

-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

Amplification Sismique

Influence Superstructures

[Sans U

nité]

[Fréquence Hz]

Masse Ressort - 3 Hz

HEA-100 - Susp. 3Hz

IPER-300 - Susp. 3Hz

Suspension de bâtimentTransmissibilité en déplacement, influence des superstructures

Page 29: Alain Fournol

Mars 2011

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10010

-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

Transmissibilité en force

Influence Infrastructures

[Fréquence Hz]

[Sans U

nité]

Masse Ressort - 3 Hz

MR 3Hz sur HEA-100

MR 3Hz sur IPE-300

Suspension d’équipements techniquesTransmissibilité en force – Influence des infrastructures

Page 30: Alain Fournol

Mars 2011

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10010

-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

Transmissibilité en force

Influence Superstructures

[Fréquence Hz]

[Sans U

nité]

Masse Ressort - 3 Hz

HEA-100 - Susp. 3Hz

IPE-300 - Susp. 3Hz

Suspension d’équipements techniquesTransmissibilité en force – Influence des superstructures

Page 31: Alain Fournol

Mars 2011

Plateforme technique en terrasse

Planchers de bureaux

Page 32: Alain Fournol

Mars 2011

Plateforme

suspendue

à 3 Hz

Equipements

suspendus à

5 Hz

Deux étages de suspension

Page 33: Alain Fournol

Mars 2011

0 5 10 15 20 25 30

10-2

10-1

100

101

Force DPT->Structure / Force injectée

Fréquence [Hz]

Sans U

nité

Machine 1C non suspendue

Machine 1C suspendue 5Hz

Filtrage en force

Seule

suspension de la

plateforme à 3Hz

Suspension de :

la plateforme à 3Hz

+

Equipement à 5Hz

Page 34: Alain Fournol

Mars 2011

Merci de votre attention

Page 35: Alain Fournol

Mars 2011

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1010

-2

10-1

100

101

102

Amplification Sismique

Influence Infrastructures

[Sans U

nité]

[Fréquence Hz]

Masse Ressort - 3 Hz

MR 3Hz sur HEA-100

MR 3Hz sur IPER-300

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1010

-2

10-1

100

101

102

Amplification Sismique

Influence Superstructures

[Sans U

nité]

[Fréquence Hz]

Masse Ressort - 3 Hz

HEA-100 - Susp. 3Hz

IPER-300 - Susp. 3Hz

Page 36: Alain Fournol

Mars 2011

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1010

-2

10-1

100

101

102

Transmissibilité en force

Influence Infrastructures

[Fréquence Hz]

[Sans U

nité]

Masse Ressort - 3 Hz

MR 3Hz sur HEA-100

MR 3Hz sur IPE-300

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1010

-2

10-1

100

101

102

Transmissibilité en force

Influence Superstructures

[Fréquence Hz]

[Sans U

nité]

Masse Ressort - 3 Hz

HEA-100 - Susp. 3Hz

IPE-300 - Susp. 3Hz