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Spécial « Vibrations dans les bâtiments »
Les vibrations causées par le trafic ferroviaire de surface
des accélérations : pour le passage de trains Voyageurs,
la signature présente un niveau qui oscille très peu au
cours du temps alors que pour les trains Fret, cette
même signature présente des pics très élevés. Ces pics
synonymes de chocs pourraient être une des causes de
désagrément accru au passage de trains Fret.
Par ailleurs, bien que le Fret, au vu de ces premiers résul-
tats, ne provoque pas des niveaux moyens de vibrations
plus élevés que les autres types de matériels roulants, la
lourde masse à l’essieu caractéristique des wagons Fret
devra être prise en compte lors de la recherche de solu-
tion de réduction apportées sur la voie.
Comment expliquer ces niveaux vibratoires pour
mieux les maîtriser ?
Approche phénoménologiques et modèles analytiques
Le phénomène d’excitation (étape 1 figure 2) à l’origine
des vibrations transmises à un bâtiment causées par le
passage d’un train est dissociable en 2 catégories :
- l’effort quasi-statique, causé par le déplacement d’une
charge sur le
1
/
2
espace infini que représente le système
voie/sol ; cet effort excite le système {voie + véhicule}
(étape 2) principalement dans les très basses fréquences
entre 1 et 10/15 Hz.
- l’effort dynamique lié aux irrégularités des surfaces de
contact de la roue et du rail, aussi appelées rugosités.
Ces irrégularités sont de l’ordre de quelques millimètres
d’amplitude. Les longueurs d’onde des rugosités pilotant
les ondes dans le sol vont de quelques centimètres à quel-
ques mètres, selon la vitesse de passage du train. Cet
effort excite le système {voie + véhicule} (étape 2) aux
moyennes fréquences, entre 15 Hz et 200 Hz.
A ces 2 phénomènes d’excitation viennent s’ajouter les
efforts au passage de points singuliers comme des aiguilla-
ges ou des joints de rail qui impliquent une force trans-
mise au sol de type choc impactant (équivalent à un effort
excitant une très large gamme fréquentielle).
Ces efforts, générés au contact roue/rail, se transmet-
tent via l’interface entre la voie et le sol (étape 3), créant
des ondes dans le sol environnant.
Les paramètres influant sur les niveaux vibratoires en
champ libre ou dans un bâtiment sont ainsi :
- au niveau du véhicule, l’état de surface des roues, la masse
non suspendue et la masse suspendue (isolée par les suspen-
sions primaires et secondaires au-delà de 10 Hz) ;
- au niveau de la voie, l’état de surface du rail ; la réponse
dynamique de la voie pilotée par le comportement dyna-
mique de ses différents éléments constitutifs (rail, semelle
sous rail, traverse, ballast et plate-forme) ;
- au niveau du sol, la réponse dynamique du sol autrement
dit la propagation des ondes (étape 5 de la figure 2). Les
ondes les plus dommageables dans le contexte ferroviaire
sont les ondes de Rayleigh : ces ondes de surface ne
décroissant qu’en
1
/
r
(r étant la distance entre la source et
le récepteur) portent donc le maximum d’énergie à moyenne
et longue distance ;
Fig. 2 : Phénomènes en jeu dans les vibrations dues au trafic ferroviaire