VibraTec en partenariat avec Venathec, vous propose 2 Webinars sur les Études d’impact vibratoire des réseaux ferrés.

Le premier webinar, le 1er avril 2021 à 14h, sera une Introduction et présentera les enjeux associés :
➔ La problématique du bruit solidien et l’impact du transfert de vibrations par le sol
➔ Des approches numériques et expérimentales pour gérer ces questions
➔ Quelques cas concrets pour illustrer ces approches
Le webinar finira par un temps de question-réponses.

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Le deuxième webinar, le 8 avril à 14h, des règles métier et retours d’expérience :

A l’heure actuelle, la réglementation française n’est pas très précise au sujet des désagréments liés aux vibrations, mais il existe quelques documents de référence, ainsi que des normes non-françaises. Ce deuxième webinar les présentera.

Ensuite, nous rentrons dans le détail des approches numériques et expérimentales de gestion de ces problématiques : outils, process, etc.

Nous terminerons par l’analyse des cas de projets concrets pour comprendre les approches de gestion et identifier les gains qu’elles apportent.

Le webinar finira par un temps de question-réponses.

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Analyse préliminaire de la gêne et des désagréments générés par les moyens de transport ferroviaires émettant des vibrations

Introduction :

Le sujet des vibrations produites par certains systèmes de transport urbains et qui se transmettent aux bâtiments avoisinants devient une préoccupation majeure. Dans les cas courants, les effets produits sont une sensation d’inconfort lié :

  • A la perception physique des vibrations appliquées au corps humain ou aux installations dans les bâtiments

  • Aux bruits solidiens réémis par les éléments de structure du bâtiment.

Les niveaux vibratoires émis par un véhicule ferroviaire en mouvement dépendent d’un grand nombrede paramètres tels que :

  • Excitation vibratoire appliquée au niveau de la voie ferrée au passage du matériel roulant (émission),
  • Propriétés du sol en termes de transmissibilité vibratoire (propagation),
  • Sensibilité vibratoire du bâtiment (immission).

Pour les systèmes de transport utilisant des surfaces de roulement fer/fer, les niveaux d’excitation dépendent des paramètressuivants :

  • Niveaux d’irrégularité des rails et des roues,
  • Propriétés dynamiques de la voie,

Il est couramment admis que les mesures de mitigation les plus efficaces et les plus avantageuseséconomiquement sont les systèmes de pose de voie anti-vibratiles.

Afin diffuser les connaissances acquises depuis plus de 30 ans de projets industriels et collaboratifs, VibraTec a créé des cessions de formation autour des vibrations dans le domaine du Ferroviaire (voir liens gris ci-contre).
VibraTecest également très actif dans le milieu Scientifique et a rédigé de nombreuses publications qui ont été présentées lors de colloques internationaux (voir liens rouge ci-contre).

Normes et guides de référence

A l’heure actuelle, la réglementation française n’est pas très précise au sujet des désagréments liés aux vibrations, mais il existe quelques documents de référence, ainsi que des normes non-françaises.

  • Transit Noise and Vibration Impact Assessment Manual. Rapport de Federal TransitAdministration (FTA) No. 0123 (2018)
  • ISO/TS 14837-31:2017. Vibrations mécaniques – Vibrations et bruits initiés au sol dus à deslignes ferroviaires.
  • ISO/TS 14837-32:2016. Vibrations mécaniques – Vibrations et bruits initiés au sol dus à deslignes ferroviaires.
  • Article 28 quater A du projet de loi d’orientation des mobilités du 17 septembre 2019.
  • Code de l’environnement. Article L. 571-10-3 de la section 3 du chapitre Ier du titre VII du livreV du code de l’environnement.

Définition des indicateurs utilisés

En France, il n’existe actuellement pas de valeurs réglementaires visant à évaluer et limiter lesniveaux vibratoires transmis aux bâtiments lors de l’exploitation de systèmes de transport. La situation est identique concernant les bruits solidiens réémis à l’intérieur des bâtiments.

En conséquence, un jeu de valeurs cible est défini en début de projet, qui vise à l’évaluation des effets suivants :

  • Gêne dans les bâtiments due à la perception tactile des vibrations ;
  • Gêne dans les bâtiments due à la perception du bruit solidien résultant des vibrations de la structure du bâtiment.

Processus d’une étude vibratoire

  • Etape 1 : Identification des zones à enjeux vibratoires (sites sensibles, bâtiments représentatifs)
  • Etape 2 : Détermination de la source vibratoire
  • Etape 3 : Caractérisation des propriétés dynamiques de sol
  • Etape 4 : Calcul du niveau vibratoire et de bruit solidien pour chaque zone à enjeux identifiés
  • Etape 5 : Dimensionnement des solutions de mitigation pour respecter les cibles du projet
  • Etape 6 : Calcul du niveau d’impact vibratoire et de bruit solidien avec prise en comptedes mesures de réduction
  • Etape 7 : Rédaction du cahier des charges des solutions de mitigation
  • Etape 8 : Vérification de l’efficacité des solutions de mitigation : essais en laboratoire et/ou après la fabrication de la voie
  • Etape 9 : Diagnostic sur le réseau en exploitation : aide à la maintenance, contrôle suite à plainte riverain

Typiquement, ce processus d’étude est organisé autour d’une approche numérique largement validée par VibraTec sur des marchés industriels et des projets collaboratifs depuis plus de 15 ans. Des mesures sur le terrain peuvent également venir enrichir l’approche numérique.

L’étude avec simulation des vibrations futures est réalisée en utilisant les 2 niveaux d’approche suivants :

  • Utilisation du logiciel GroundVib pour déterminer le terme‘sources d’excitation’ au niveau de la plateforme et premiers calculs d’identification des potentiels points critiques.
  • Si besoin et en fonction de la complexité de la situation (tunnel, viaducs, sol non-homogène…),simulation plus fine avec une modélisation 2,5D ou 3D au niveau des points complexes identifiés. Ces simulations sont réalisées une fois les structures de plateforme définies, pour estimer plus précisément les niveaux vibratoires futurs au niveau des points critiques.

VibraTec a notamment employé et validé ces méthodes dans le cadre du projet du Grand Paris Express, projet pour lequel VibraTec a réalisé les modélisations et calculs visant à déterminer les niveaux de vibration et de bruit solidien chez les riverains au-dessus des futures lignes de métro15, 16 et 17. Nous sommes également AMO (Assistant à la maitrise d’ouvrage) en Vibration sur la ligne 18.

Exemples de modélisations possibles :

Basée sur le logiciel GroundVib

La modélisation de l’impact vibratoire de la future ligne peutêtre réalisée en utilisant le logiciel de simulation GroundVib développé par VibraTec en 2000 et validé à de nombreuses reprises par confrontation entre simulations et mesures dans des situations réelles.

Ce logiciel permet de calculer l’effort injecté à la plateforme ; en faisant des hypothèses sur le sol, il est possible d’accéder aux niveaux en pied de bâtiment, le cas échéant à l’intérieur des bâtiments, sous forme de spectre tiers d’octave de la vitesse vibratoire dans la plage [10‑200] Hz. Les données d’entrée de cette approche sont :

  • Les caractéristiques du matériel roulant : masse de roue, masse non-suspendue, masse de bogie, raideur de roue résiliente et des suspensions primaires…..
  • La vitesse d’exploitation – le tracé de la voie et la présence d’appareils de voie.
  • Les caractéristiques de la voie : caractéristiques du rail, raideur dynamique des semelles sous rail, épaisseur de dalle, raideur dynamique du tapis dans le cas de dalle flottante.
  • Les caractéristiques d’impédance de sol sous la plate-forme et les taux de décroissance mesurés lors de l’étape de mesure vibratoire.
  • Les caractéristiques du bâtiment :
    • VibraTec utilise en 1ère approche la méthode développée lors du projet européen RIVAS permettant la prise en compte des caractéristiques bâtiment (type de fondation, effet de résonnance des dalles, nombre d’étages,…) par fonction de transfert.
    • Si nécessaire, dans les zones complexes et/ou ne permettant pas d’utiliser les hypothèses du projet RIVAS, les fonctions de transfert mesurées du bâtiment seront utilisées.

Approche numérique mise en œuvre

En complément de cette approche centrée sur GroundVib, une simulation 2,5D ou 3D est utilisée si besoin pour modéliser les zones sur ouvrages pour lesquels l’utilisation unique de GroundVib pourrait s’avérer insuffisante.

Basée sur une modélisation éléments finis 3D

Les couches de sol sont modélisées avec des éléments finis solides.Aux extrémités du modèle, des conditions de non-réflexion d’ondes sont ajoutées afin de simuler un milieu infini (voir ci-dessous).

Exemple de modèle éléments finis avec conditions de non-réflexion d’ondes
aux extrémités- modèle avec 3 couches de sol

Basée sur une modélisation éléments finis couplés à des éléments de frontière en 2.5D

MEFISSTO est un modèle éléments finis BEM2.5D pour la modélisation du sol. Dans la plupart des cas d’étude, le sol est représenté comme une succession de strates horizontales, chacune ayant ses caractéristiques propres. Cependant, il peut s’avérer que les stratifications du sol possèdent une géométrie particulière. MEFISSTO permet la prise en compte de cette géométrie. Ce modèle numérique permet la prise en compte de l’interaction sol-structure. Le sol est modélisé en élément finis de frontière tandis que la structure tel que le tunnel est modélisée en élément finis (FEM).

MEFISSTO est un outil particulièrement adapté aux sources d’effort linéique (type Métro) : il est également bien adapté pour les structures lourdes de grande épaisseur telles que les tunnels de Métro.

Ce logiciel présente aussi une aisance dans la saisie de la géométrie d’un site à l’aide de fonctions géométriques prédéfinis (cercle, arc de cercle, polygone…). Il permet de vérifier la convergence des calculs pour différents nombres d’ondes dans l’axe du tunnelvia des essais simplifiés, tout en optimisant le nombre de calculs à effectuer. Le paramétrage de la dernière dimension s’effectue de manière indépendante de la configuration 2D, ce qui simplifie les reprises de calcul, notamment celles liées à la modification de la source. MEFISSTO permet également de réaliser des cartographies de niveau vibratoire.

Exemple de cartographie obtenue avec MEFISSTO