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Vibrations du bâtiment

Dommages vibratoires aux bâtiments

Définition

La vibration des bâtiments est définie par la norme DIN 4150-3 comme une oscillation mécanique de corps solides pouvant potentiellement causer une gêne aux personnes ou endommager les structures. Selon la norme DIN, le dommage est un effet permanent des vibrations qui impacte négativement la fonction d’une structure ou d’un de ses composants.

Effets des vibrations du bâtiment et du sol :

  • les dommages à la structure des bâtiments, y compris les dommages dus à la fatigue tels que les fissures et les ruptures,
  • les dommages au contenu des bâtiments, y compris les équipements électroniques sensibles et les œuvres d’art,
  • perturbation du confort du personnel,
  • effets audibles tels que le bruit de structure et le cliquetis secondaire des éléments ou du contenu du bâtiment

Dans chaque cas, la réponse aux vibrations doit être évaluée à l’aide d’un équipement approprié et comparée aux normes requises.

Sources de vibrations

La norme ISO 4866 définit une source de vibration comme un corps solide, liquide ou gazeux, simple ou multiple, provoquant des vibrations dans son environnement. Les sources de vibrations courantes sont :

  • chantiers de construction et matériel d’excavation,
  • trafic ferroviaire et routier (source la plus courante),
  • vibrations induites par les machines industrielles,
  • équipement mécanique,
  • ondes de pression aéroportées à basse fréquence émises par des véhicules lourds, des avions, des équipements mécaniques ou des explosions.

Mesure des vibrations des bâtiments

Mesure

Comment mesurer la vibration d’un bâtiment ?

Les vibrations se produisant dans une structure peuvent être détectées directement à l’aide d’un accéléromètre, d’un transducteur de déplacement ou d’un transducteur de vitesse. La mesure est une vitesse maximale des particules qui est la valeur absolue maximale du signal non pondéré (signal de vitesse des particules) tout au long de la mesure.

Conformément à la norme DIN 4150-3, la mesure de la structure dans son ensemble doit être basée sur la vitesse de vibration du sol le plus élevé, mesurée dans deux directions horizontales. Au lieu d’évaluer les vibrations horizontales du plancher le plus élevé, des mesures peuvent également être prises au niveau des fondations.

Comment mesurer les vibrations du contenu d’un bâtiment ?

Les vibrations influençant les objets sensibles dans les bâtiments sont évaluées à l’aide d’un accéléromètre ou d’un transducteur de vitesse mesurant les vibrations des murs ou du sol. Conformément à la norme IEST, le RMS de la vitesse de vibration en bandes d’octave est utilisé pour mesurer les effets des vibrations du sol sur les équipements sensibles des bâtiments.

Comment mesurer la perception humaine des vibrations dans les bâtiments ?

L’exposition humaine aux vibrations du sol est évaluée à l’aide d’un accéléromètre ou d’un transducteur de vitesse. Conformément aux normes ISO, les mesures courantes de la réponse humaine aux planchers vibrants sont le PEAK et le RMS de l’accélération ou de la vitesse des vibrations ou le VDV de l’accélération des vibrations.

Quels sont les niveaux vibratoires perceptibles pour l’homme ?

Conformément à la norme ISO 2631-1, l’accélération de vibration PEAK de 0,015 m/s2 est un niveau de vibration acceptable pour les occupants du bâtiment. Si les vibrations du sol ne dépassent que légèrement ce niveau, les occupants du bâtiment risquent de le ressentir. En pratique, les vibrations perceptibles par les utilisateurs du bâtiment vont de 0,01 m/s2 à 0,02 m/s2 PEAK.

L’Institut américain de la FTA (Federal Transit Administration) et la FRA (Federal Railroad Administration) mentionnent des limites de faibles amplitudes de 0,045 à 0,08 pour la perception humaine de la vitesse de vibration.

La norme allemande DIN 4150-2 fixe la limite pour les êtres humains à 0,1 Ko, où 1 Ko est référencé comme 1 mm/s d’une valeur efficace pondérée de vitesse de vibration perceptible.

Normes relatives aux vibrations des structures de bâtiments

Les normes les plus reconnues pour les mesures de vibrations structurelles sont ISO 4866, britannique BS 7385-2 et allemande DIN 4150-3. Ces trois normes utilisent la méthode PPV (Peak Particle Velocity) et la FFT pour définir la fréquence dominante.

Que sont le PPV et la fréquence dominante ?

La méthode pour la vitesse maximale des particules PPV et la fréquence dominante (DF) est décrite dans la norme allemande DIN 4150-3. Le PPV est une valeur maximale de l’amplitude du signal dans le domaine temporel de la vitesse de vibration. Pour détecter une fréquence dominante de PPV, la méthode nécessite d’effectuer une analyse FFT. Le résultat d’une telle analyse est la valeur PPV et sa fréquence dominante correspondante pour chaque axe (X, Y, Z). Chaque paire de PPV et son DF sont utilisés comme coordonnées de points qui sont comparées à la courbe limite de vibration.

Critères et limites

La norme DIN 4150-3 définit les valeurs à respecter pour éviter les dommages et les impacts sur les structures. Des limites PPV différentes s’appliquent-elles selon les types de bâtiments dans la gamme de fréquences de 1 Hz à 100 Hz :

  • de 20 mm/s à 50 mm/s – pour les bâtiments à usage commercial et industriel,
  • de 4 mm/s jusqu’à 20 mm/s pour les bâtiments résidentiels,
  • de 3 mm/s jusqu’à 10 mm/s pour des bâtiments sensibles aux vibrations qui ont une grande valeur intrinsèque

Norme britannique BS 7385-2

La norme BS 7385-2 guide l’évaluation de la possibilité de dommages induits par les vibrations dans les bâtiments en raison de diverses sources courantes. Les sources courantes de vibrations prises en compte comprennent l’explosion, la démolition, les pieux, les traitements du sol (par exemple le compactage), les équipements de construction, les tunnels, le trafic routier et ferroviaire et les vibrations induites par les machines industrielles. Il donne des indications sur les niveaux de vibrations au-dessus desquels les structures des bâtiments pourraient être endommagées. Seul l’effet direct des vibrations sur les bâtiments est pris en compte. Les effets indirects sur la structure du bâtiment dus aux mouvements du sol, au mouvement d’objets mobiles à l’intérieur des bâtiments, à la possibilité de dommages aux équipements sensibles et à l’effet des vibrations sur les personnes sortent du domaine d’application de cette norme. La fréquence la plus basse provenant de sources artificielles communes est de 1 Hz et la fréquence la plus élevée attendue des machines ou des travaux de dynamitage à proximité sur un sol dur est de 1 000 Hz. Toutefois, pour sélectionner des valeurs indicatives, une plage plus limitée de 4 Hz à 250 Hz est pris en considération. Les normes BS indiquent deux types de bâtiments :

  • structures renforcées ou à ossature – Bâtiments industriels et commerciaux lourds,
  • structures non renforcées ou à charpente légère – Bâtiments de type résidentiel ou commercial léger.

Vibrations à court et à long terme

La norme DIN 4150-3 divise les vibrations en :

  • des vibrations de courte durée, qui ne se produisent pas assez fréquemment pour provoquer de la fatigue et ne provoquent pas de résonance dans les structures évaluées,
  • les vibrations à long terme sont toutes les autres vibrations.

Que sont les courbes VC pour les vibrations ?

Les courbes de critères de vibration VC exprimées en bandes d’octave de vitesse de vibration RMS, sont des limites de vibration utilisées par la norme américaine IEST pour la mesure des équipements sensibles aux vibrations.

Pour répondre aux normes américaines (IEST) qui utilisent des courbes de critères de vibration VC de bandes d’octave exprimées en vitesse de vibration RMS, la méthode de bande d’octave compare les résultats RMS de chaque bande à la courbe limite. Donc en fait tout le spectre est utilisé pour la comparaison contrairement à la méthode FFT où le point (PPV, DF) est positionné par rapport à la courbe.

Que sont les modes de vibrations ?

Un mode de vibration est une méthode de vibration ou un modèle de vibration appliqué à un système ou une structure comportant de nombreux points et des amplitudes de mouvement variables. Les deux éléments d’un mode de vibration sont une variation temporelle de la vibration et, deuxièmement, une variation spatiale de l’amplitude du mouvement à travers la structure.

Mesure

Instrumentation

Vibromètre

Les instruments utilisés pour effectuer des mesures comme dans la présente norme doivent répondre aux exigences spécifiées dans la norme DIN 45669-1. Les vibrations se produisant dans une structure peuvent être détectées directement à l’aide d’un accéléromètre, d’un transducteur de déplacement ou d’un transducteur de vitesse.

Détection du PPV

La vitesse maximale des particules est la valeur absolue maximale du signal non pondéré (signal de vitesse des particules) sur la durée de la mesure.

Valeur de dose de vibration

VDV est mesuré comme l’intégrale de la quatrième puissance de l’accélération vibratoire instantanée pondérée et est utilisé pour évaluer la gravité des vibrations impulsives et intermittentes (BS 6472 : 1).

Nuage SvanNET

SvanNET est une solution cloud offrant un accès direct aux données de mesure, à l’analyse des vibrations et aux outils de reporting.

Le moniteur de vibrations du bâtiment doit répondre aux exigences de la norme DIN 45669-1. Cette norme spécifie les exigences relatives aux systèmes de mesure des vibrations (vibromètres) et spécifie les procédures de vérification graduées en termes d’effort et de précision. Ces vibromètres peuvent être utilisés dans le domaine du contrôle des vibrations pour mesurer les vibrations mécaniques affectant les bâtiments et/ou les personnes présentes dans les bâtiments.

Le vibromètre de bâtiment doit mesurer le déplacement des vibrations, la vitesse des vibrations (vitesse des particules) ou l’accélération des vibrations (accélération des particules) et les enregistrer sur une période de temps donnée. La limite de détection ne doit pas dépasser 0,05 mm/s pour la vitesse maximale des particules.

Parlons de

Vibrations des bâtiments et du sol







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