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Spécial « Vibrations dans les bâtiments »
Les vibrations causées par le trafic ferroviaire de surface
Cela permet de déterminer la stratification du sol et la
vitesse de propagation de l’onde de cisaillement dans
chaque strate. Il faut noter que les valeurs de ces para-
mètres dépendent complètement du modèle numérique
utilisé pour les optimiser.
Selon le même principe, les paramètres dynamiques
de la voie sont estimés par des mesures de réceptan-
ces de voie (figure 3, à droite) : le choc est cette fois
imposé sur le champignon du rail et les accélérations
sont mesurées dans la direction transverse à la voie.
Les paramètres de la voie sont alors optimisés, en utili-
sant un modèle numérique pour représenter la voie, de
sorte que les accélérances simulées correspondent aux
accélérances mesurées.
Si l’ensemble de ces paramètres est caractérisé, les simu-
lations numériques fournissent des niveaux vibratoires
cohérents avec les mesures sur site. Dans le cas illustré
par la figure 4 (page précédente) [5], bien que les niveaux
estimés par simulation soient trop faibles par rapport aux
niveaux mesurés, le contenu spectral est respecté : le
modèle correspondant peut donc être utilisé pour obte-
nir des niveaux relatifs et donc estimer l’impact de solu-
tions placées sur la voie pour réduire les niveaux vibratoi-
res en champ libre ou en bâtiment.
Comment agir ? les solutions de réduction
Les solutions de réduction peuvent être envisagées en
différents points sur le chemin de propagation :
- Au niveau même de l’excitation, le meulage du rail permet
de réduire les irrégularités de surface et ainsi de réduire
l’effort d’interaction. Cependant, les longueurs d’onde de
rugosité en jeu s’étendent de quelques centimètres à quel-
ques mètres (3 m pour une vitesse de circulation égale à
100 km/h) : des défauts de surface de l’ordre du mètre
de longueur d’onde relèvent davantage d’opération de relè-
vement de la voie que de meulage.
- Au niveau du véhicule, le maintien d’un bon état de surface
des roues permettrait de réduire la rugosité combinée.
Par ailleurs, des travaux de recherche sont en cours afin
d’optimiser les suspensions primaires (lien entre essieu
et bogie) et secondaires (lien entre bogie et caisse) pour
réduire l’effort d’interaction roue/rail en jouant sur la
souplesse du véhicule.
- Au niveau de la réponse dynamique de la voie, l’inser-
tion de couches résilientes comme des semelles sous rail
adaptées au problème des vibrations, des semelles sous
traverses ou un tapis résilient sous ballast permettent à
la fois d’agir sur la mobilité en champ libre (rapport entre
l’excitation du rail et les niveaux vibratoires en champ libre)
mais aussi sur l’effort d’interaction roue/rail (piloté par la
combinaison des souplesses de la voie et du véhicule avec
la rugosité). Aujourd’hui, seul le tapis sous ballast, figure 5,
est efficace face aux vibrations très basse fréquence (en
dessous de 30 Hz).
- Au niveau du chemin de propagation, des solutions de
types tranchées ou un mur enterré (afin d’assurer une
rupture d’impédance entre le sol et cette tranchée), entre
la voie et le bâtiment peuvent être envisagées.
Fig. 5 : Pose d’un tapis sous ballast lors d’un
renouvellement complet d’une voie
- Au niveau du bâtiment, les techniques sont les mêmes
que celles mises en œuvre pour des sollicitations de
type sismiques : il faut isoler les fondations des bâti-
ments. Cependant, le domaine d’efficacité de ces isola-
tions n’est pas le même que pour des sollicitations sismi-
ques : dans le cas d’une sollicitation ferroviaire, les
fréquences de vibration sont plus élevées et les niveaux
bien moindres.
Conclusion
Les vibrations dans le sol jouent un rôle grandissant dans
l’empreinte environnementale du transport ferroviaire de
surface. RFF et la SNCF ont conjointement mené des travaux
de recherche afin de cerner l’ensemble des phénomènes
en jeu. Face à une problématique où chaque configura-
tion est unique (fonction de la voie, des véhicules, du sol
et du bâtiment), il a fallu, plus que de chercher une solu-
tion universelle, développer une méthodologie permet-
tant de proposer des solutions adaptées à chaque cas.
Pour ce faire, des méthodes de caractérisation du sol et
de la voie ont été testées et la pertinence d’une appro-
che numérique a été validée. Dans les 3 années à venir, le
projet européen RIVAS (7e PCRD) va permettre de mettre
en œuvre cette méthodologie et de tester en ligne des
solutions ainsi obtenues.
Références bibliographiques
[1] Villot M., CSTB, Les réglementations, les normes et les référentiels
concernant les vibrations et leur mesurage, Acoustique et Techniques 64, 2011
[2] Norme ISO 2631-1 :1997 : « Vibrations et chocs mécaniques, évaluation
de l’exposition des individus à des vibrations globales du corps – Partie 1 :
Spécifications générales »
[3] Norme allemande DIN 4150-2 (juin 1999) : “Structural vibration - Part 2:
Human exposure to vibration in buildings »
[4] Bongini E., Guigou C., Petit , Poisson F., Ropars P., Villot M., Specificities
of ground vibrations induced by freight traffic, from the track to a building,
International Workshop on Railway Noise 2010, Nagahama, Japan
[5] Lombaert, Degrande G., Galvin, Bongini E., Poisson F., A comparison of
predicted and measured ground vibrations due to high speed, passenger, and
freight trains, International Workshop on Railway Noise 2010, Nagahama, Japan