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Essais vibratoires in situ pour confirmer la réception d’une passerelle piétonne
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Essais vibratoires in situ pour confirmer la réception d’une passerelle piétonne

Les essais vibratoires in-situ permettent :

  • De confirmer les hypothèses des notes de calculs,
  • De vérifier les critères de conformité définis par le constructeur, une norme et/ou l’exploitant,
  • De définir le comportement dynamique d’une structure avec une étude expérimentale.

Exemple d’essais vibratoires in-situ

Dans le cadre d’un projet de passerelle urbaine, dB Vib Consulting s’est vu confié le marché d’essais de vibrations sur le quai de l’aménagement. Il s’agissait de vérifier par des mesures in-situ, la conformité des critères de confort du quai fixés par le concepteur et l’exploitant. Ces critères se basent sur le Guide SETRA des passerelles piétonnes avec pour objectif d’avoir une passerelle de classe 2, passerelle urbaine reliant des zones peuplées soumise à un trafic important, avec un seuil de confort « moyen ».

Les critères pour une passerelle de ce type sont les suivants :

  • Accélération verticale maximale du quai, inférieure à 1m/s²
  • Accélération horizontale maximale inférieure à 0,3 m/s²
  • Fréquence de résonnance en direction verticale non comprise entre 1 et 2,6Hz (donnée constructeur)
  • Fréquence de résonnance en direction horizontale non comprise entre 0,3 et 1,3Hz (donnée constructeur)

Préparation des essais in-situ

En amont, pour comprendre les attentes de chacun et valider la méthodologie dB Vib organise une réunion et visite sur site avec le maître d’ouvrage, les parties prenantes concernées, les équipes de conceptions et de réalisations.

Recherche de fréquences de résonance

Il s’agit de mesurer les fonctions de transfert entre une réponse vibratoire mesurée avec un accéléromètre triaxe fixé à la structure et un impact réalisé localement sur la structure avec un marteau ou une masse de choc équipé d’un capteur de force. Cette mesure est réalisée à plusieurs point de la structure.

A partir des fonctions de transfert, nous pouvons identifier localement les fréquences de résonance de la structure.

Fonction de transfert
Exemple de fonction de transfert mesurée avec la frappe en un point et la réponse vibratoire en direction verticale

Analyse Modale expérimentale réalisée par dB Vib Consulting

L’analyse modale se passe sur le même principe que la recherche de fréquence de résonance, mais au lieu de faire des frappes localement (à côté du capteur) on frappe la structure à un seul endroit et on mesure la réponse vibratoire en plusieurs points de la structure à l’aide d’accéléromètres triaxes. On obtient ainsi des fonctions de réponse en fréquence (FRF) qui nous permettent de caractériser le comportement dynamique de la structure, avec l’identification des fréquences de résonance (ou fréquences propres) et, le cas échéant, les déformées modales associées.

Frappe analyse modale expérimentale
Localisation de la frappe
Analyse modale expérimentale
Position des accéléromètres triaxes

Fonction d’identification modale

Après avoir définit le maillage de la structure dans un logiciel d’analyse dédié, les résultats de mesures sont intégrés dans le logiciel d’analyse modale pour en extraire les modes propres avec leur fréquence et déformée propres.

Grace à ce logiciel, nous créons la fonction d’identification modale qui est le résultat prenant en compte la totalité des réponses en fréquence (FRF). C’est-à-dire que tous les résultats obtenus avec les frappes aux marteaux sont compilés pour n’obtenir qu’un seul résultat global. A partir de ce dernier, il est possible d’identifier les fréquences propres de la structure

Pour les fréquences identifiées la mise en animation sur le logiciel d’analyse modale permet d’observer le mouvement de la structure.

Exemples de déformées modales obtenues pour l’une des fréquences modales
Exemples de déformées modales obtenues pour l’une des fréquences modales

L’analyse modale et la visualisation des déformées modales permettent d’identifier :

  • « Des ventres » = zone où l’amplitude vibratoire est maximale
  • « Des nœuds » = zone où l’amplitude est faible voir quasi nulle

Mesures des accélérations réelles

dB Vib a mobilisé une quarantaine de personnes (intérimaires) une journée, pour pouvoir réaliser ces essais réels en respectant la densité de piétons préconisée par le guide SETRA (0,8 x 70Kg/m²). Ces essais ont permis de mesurer les accélérations réelles dans les directions verticales et horizontales, aux points « de ventres » et « nœuds » identifiés par l’analyse modale.

Le quai a été découpé en 3 zones de mesurage et l’escalier constituait une quatrième zone de mesure. Les mesures d’accélérations ont été réalisées en de multiples configurations zone après zone du quai :

  • Saut des 40 personnes en simultané
  • Marche aléatoire des 40 personnes
  • Descente des escaliers : 2 personnes par 2 personnes à intervalle de 5 secondes entre chaque départ.
  • Montée des escaliers : 2 personnes par 2 personnes à intervalle de 5 secondes entre chaque départ.

Puis les mesures d’accélération ont été réalisées dans la zone escalier selon les configurations suivantes :

  • Descente des escaliers : 2 personnes par 2 personnes à intervalle de 5 secondes entre chaque départ.
  • Montée des escaliers : 2 personnes par 2 personnes à intervalle de 5 secondes entre chaque départ.
  • Descente des escaliers : 1 personne à la fois à intervalle de 5 secondes entre chaque départ.
  • Montée des escaliers : 1 personne à la fois à intervalle de 5 secondes entre chaque départ.

Résultats des essais in situ

L’analyse modale a permis de vérifier les critères de fréquences de résonnance défini par le guide SETRA (norme). Elle a confirmé la note de calcul initiale : première fréquence de résonnance identifiée en essais 3,25Hz alors que la note de calcule l’avait identifié à 3,24Hz.

Les mesures d’accélération réalisées lors des essais réels dans toutes les configurations, permettent de vérifier les critères d’accélération définis par le guide SETRA (norme) et le constructeur. Elles ont révélé la conformité du quai de la passerelle aux critères définis par le Guide SETRA. Néanmoins un écart a pu être constaté dans la partie escalier par rapport aux critères définis par le même guide.

L’analyse spectrale des points de mesures de la zone escalier sur lesquels, les écarts ont été constatés ont permis d’identifier la présence de deux fréquences de résonnance significatives en horizontal qui expliqueraient des niveaux d’accélération supérieurs au 0,3m/s² préconisé par le guide SETRA.

Possibilités de traitement des écarts

En cas de dépassement des critères définis par le guide SETRA diverses possibilités de traitement son possibles :

  • Modification des fréquences propres : raidissage, modification des conditions de liaisons…
  • Modification structurelle pour réduire les niveaux d’accélérations : augmentation de la masse, augmentation de la participation des éléments non structurels fortement amortis (platelage béton à connecter par exemple)
  • Ajout d’amortisseur dynamique en dernier recours

 

La réalisation d’essais in situ après travaux est nécessaire pour vérifier si le comportement dynamique d’une structure est conforme aux prévisions des notes de calculs et/ou aux critères d’acceptation normatifs et prédéfinis.

Nos experts vibrations sont là pour vous accompagner pour la réalisation de vos essais in-situ, vous permettant de valider vos conceptions et/ou de réceptionner les ouvrages par une analyse dynamique des structures.

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