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ASSOCIATION FRANAISE DES TUNNELSET DE LESPACE SOUTERRAIN

Organisation nationale adhrente lAITES

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Lutilisation du guide pourla mesure et le suivi del'effet des vibrations

induites par les travaux

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Recommandations de lAFTES n GT3R2F2

TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS - N 210 - NOVEMBRE/DECEMBRE 200866

L'utilisation du guidepour la mesure et le suivi de l'effetdes vibrations induites par les travaux

Mise jour pilote parS. DUCLOS assiste deT. PANIGONI, M.C. MICHEL

Aprs remarques deA. SCHWENZFEIER etComit de relecture du mardi 27 mars 2007

M.C. MICHEL, L. FAURIA, L. THVENOT, R. PUNTOUS.Sont remercier pour leur participation la relecture du document :

Jean GUILLAUME (RAZEL),Alain MERCUSOT (CETU),Jean-Luc TROTTIN (EIFFAGE), Patrick RAMOND (RAZEL)

Cette recommandation annule et remplace les recommandations Guide pour les mesures et le contrle des vibrations et Etude des effets sismiques dates de 1993.

PagesPages

1 - INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467

2 - DOMAINE DAPPLICATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467

3 - GRANDEURS A MESURER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467

4 - APPAREILLAGE DE MESURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469

4.1 - Le transducteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469

4.2 - Lenregistreur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469

4.3 - Les moyens de restitution et danalyse . . . . . . . 469

5 - METHODE POUR LE CHOIX DU MATERIELEN FONCTION DU SITE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470

6 - METHODE DE MESURE ET DANALYSE . . . . . . . . . . . 470

6.1 - Mesures dtude et dexpertise . . . . . . . . . . . . . 470

6.2 - Contrle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470

6.3 - Lemplacement des points de mesure . . . . . . . . . 470

7 - REDACTION DES SPECIFICATIONS . . . . . . . . . . . . . . 472

8 - LEGISLATION, REGLEMENTATIONS ET NORMES

CONCERNANT LES VIBRATIONS . . . . . . . . . . . . . . . 472

SOMMAIRE

LA.F.T.E.S. recueillera avec intrt toute suggestion relative ce texte.

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La prsente recommandation a pour but de constituer un aidemmoire pour la mesure et lanalyse des vibrations. Sans treexhaustif, ce document devrait nanmoins servir de guide de rf-rence dans ce domaine afin dassurer une certaine homognitdans les mthodes de mesure, danalyse et de suivi, qui font suite l'expertise et/ou l'tude prvue par la norme NF E 90 020.

Elle sadresse essentiellement aux matres duvre, aux bureauxdtudes spcialiss et aux entreprises de travaux souterrains. Elleconcerne galement les matres douvrage qui doivent tre sensibilissds les premires phases du projet la matrise des effets des vibrationsengendres par les travaux sur le proche environnement.

Les vibrations produites par ces travaux impliquent des contraintesdont il faut prciser les consquences. Ds la conception del'ouvrage, une grande attention doit tre porte l'analyse de lasituation vibratoire dans le but de dcrire les phnomnes observs(dfinition des points sensibles, fixation des seuils de vibrationsadmissibles) et au moyen de leurs contrles.

La recommandation vise apporter une aide pour dfinir la grandeur mesurer, pour choisir les appareillages de mesure les mieux adaptset pour procder aux mesures et analyses indispensables.

Cette recommandation annule et remplace toutes les recomman-dations antrieures.

Cette recommandation prsente les spcifications souhaitablespour la mthodologie et les quipements de mesure de vibrationsavec lesquelles seront values les vibrations mcaniques produitespar les tirs dexplosifs et engins de chantier dans le but dtudieret de caractriser leur influence sur les structures proches(btiments et ouvrages divers sensibles).

Bien que les sources vibratoires soient trs varies et donc suscep-

tibles de gnrer des vibrations de diffrents types (continue,

entretenue ou transitoire, impulsions rptes ou isoles), lestudes, les analyses et le contrle des mesures doivent reposer surdes mthodologies comparables.

Ce document concerne les btiments usage dhabitation ouindustriels, les ouvrages, les structures et installations diversesainsi que les sites naturels. Ce document ne traite pas de la gneet du confort des personnes, qui font lobjet dautres recomman-

dations.

2 - DOMAINE DAPPLICATION

La grandeur valuer, qui est compare aux limites contractuellesou rglementaires, dpend de la structure tudier, par exemple : Vitesse particulaire pour un btiment Dplacement pour un tablier de pont Acclration pour du matriel informatique

La grandeur mesurer, sortie brute de lappareil de mesure,dpend essentiellement de la gamme de frquence de la gammetudie.

La grandeur de base gnralement utilise est la vitesse particulaire v.

Elle est obtenue : Soit par la mesure directe laide dun capteur de vitesse Soit par intgration du signal provenant dun acclromtre.

On lui associe des grandeurs complmentaires obtenues parintgration et drivation qui sont respectivement le dpla-cement et lacclration .

Plus simplement, on peut calculer pour un signal harmonique

simple (signal sinusodal) :o : = fonction sinusodale simple

A = amplitude (valeur moindre du signal)

= pulsation (=2f )t = variable indpendante (temps) = phase lorigine de la fonctionf = frquence du signal

On peut passer dune grandeur une autre par intgration ou

drivation du signal .Les units utiliser sont les suivantes :Vitesse : v en mm/sDplacement : en m

Acclration : en m/s2

Les vitesses particulaires sont gnralement mesures en un point,selon trois directions orthogonales, au moyen dun capteur tridirectionnel. La mesure en un point est donc caractrise sur troiscomposantes.

Il est usuel dorienter les capteurs de la faon suivante :V : composante verticale

L : composante horizontale longitudinale parallle la plusgrande direction de la structure ausculte.T : composante horizontale transversale, perpendiculaire lacomposante longitudinale.

3 - GRANDEURS A MESURER


L'utilisation du guide pour la mesure et le suivi de l'effet des vibrations induites par les travaux

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1 - INTRODUCTION

=A sin (t + )

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En labsence de rfrence explicite, on adoptera pour la compo-sante longitudinale L une position de rfrence constante qui seraprcise.

- Dans le cas dune construction type btiment, il sagira de laplus grande longueur de la structure

- Dans le cas dun tunnel, il s'agira de laxe de louvrage

- Pour une structure spcifique dans un site (poteau lectrique parexemple), il s'agira d'une direction donne vers la source de vibra-tion (direction de propagation)

Dans le cas dutilisation des engins mcaniques (vibrofonage,foreuse), on peut prendre en considration la valeur efficace quiest dtermine par :

a eff= valeur efficace du signal

a = valeur du signal fonction du temps

T = priode de la fonction caractrisant le signal

Les rsultats des mesures pourront tre exprims sous diffrentesformes selon la dure du signal et le type de contrle ( valeur zrocrte, valeur crte- crte, valeur efficace, facteur de crte, facteur

de forme ) . Le plus couramment utilis, cest la valeur zrocrte qui indique lexcursion du signal par rapport au niveauinitial.

Dans tous les cas de figures, on conservera un enregistrement dusignal en fonction du temps.

Figure 1 : Signal en couleur - enregistrement de tunnel.

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Figure 2 : Spectre frquentiel de vitesse par transforme de Fourier.

Ce paragraphe a pour but de prciser les spcifications requisespar lappareillage de mesure, en fonction du problme traiter, dutype de source, de la distance la source

Ce paragraphe est donc plus une aide au choix du matriel : ainsien phase tude le matriel sera conforme aux classes expertises et la norme E 90 020, et en phase travaux respectera les spcificationsde la classe contrle.

Un quipement de mesure de vibrations comprend plusieurslments :

4.1 - Le transducteurLe transducteur doit permettre dobtenir une rponse quasilinaire du phnomne vibratoire sur une plage de frquencesuprieure la plage de mesure souhaite. La bande passante, lasensibilit ou le dphasage de ce transducteur devront tre adaptsau signal attendu ou enregistrer.

En gnral, les vibrations mesures en souterrain sont dans lagamme de frquence 1-300Hz et les mesures raliser sont dans lagamme 0.5mm/s 200mm/s.

4.2 - Lenregistreur Lenregistreur doit tre choisi en fonction de sa plage de mesure. Il existe des appareils :

- De dynamique fixe : dynamique la plus large possible autour dela valeur attendue- De dynamique variable : la globalit de la plage est couverte La dynamique de mesurage doit tre adapte au traitementultrieur que lon va lui appliquer. La frquence dchantillonnage est un lment important de lamesure qui doit tre adapt la frquence maximum attendue. Tout enregistreur numrique doit disposer d'un filtre antireplie-

ment analogique. Pour tous les phnomnes courts et isols, lenregistrement devracouvrir la dure totale de lvnement vibratoire; mais grandedistance, la prsence de basse frquence peut imposer une duredacquisition plus longue.

Pour les vnements longs, on doit avoir un chantillonnagereprsentatif de lensemble du cycle de variation du phnomnevibratoire.

4.3 - Les moyens de restitution et danalyseLes enregistrements pourront tre utiliss sur des supports magn-

tiques ou numriques ou papier.Cependant il nexiste pas dappareil permettant de couvrir toutesles applications. Il sera donc ncessaire de dfinir le matriel enfonction des applications prvues.

4 - APPAREILLAGE DE MESURE

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La dfinition du matriel mettre en uvre doit tre pralable toute mesure. Elle doit notamment tenir compte de : Lobjet du mesurage La description et lidentification des sources vibratoires La description et lidentification des rcepteurs Le choix de la grandeur mesurer et sa justification Lidentification de la grandeur valuer et la dfinition desprocessus dobtention de cette grandeur

La dtermination de la prcision ncessaire en fonction dutraitement et des objectifs atteindre Les conditions spcifiques du site (ondes lectromagntiques,poussires, humidit) Les conditions dacquisition du signal (dure denregistrementet prise dchantillons)Les quipements devront tre fiables, robustes et faciles demploiet une attention particulire devra tre porte lautonomie de cesmatriels.

5 - METHODE POUR LE CHOIX DU MATERIEL EN FONCTION DU SITE

6.1 - Mesures dtude et dexpertiseDans les travaux souterrains, on ralise des tudes pralables auchantier dans tous les cas ncessaires et galement des tudes com-plmentaires suite toutes modifications notables de la mthodo-logie dexcution, pour dfinir les moyens de contrle mettre enuvre lors de la ralisation des travaux. Il est trs souhaitable dedisposer de ces tudes au DCE.

En complment des expertises, des tudes pourront tre menessur le chantier pour valuer des impacts vibratoires sur desstructures particulires.

Ces tudes peuvent permettre de dterminer en particulier : La loi damortissement du site La localisation des points de mesure Le nombre des points de mesures Les gammes de frquence et damplitude de mesurage Les niveaux limites respecter, Les conditions de mesurage (priodicit, chantillonnage) Le mode de restitution du phnomne vibratoire

Les mesures dexpertise et dtude doivent faire lobjet de rapportcrit de mesurage.

6.2 - ContrleLe contrle permet de dtecter les dpassements ventuels des

valeurs de la vitesse ou de lacclration suite aux lments vibra-toires observs.

Le seuil de mesurage rsulte : Soit de la limite fixe par lexpertise, Soit de la limite fixe par ltude pralable, Soit dobligations contractuelles ou rglementaires.

Le choix des seuils doit tre en adquation avec les conditions defaisabilit, les cots et lconomie du chantier. La fixation dun seuilde contrle trop bas peut se traduire par des contraintes non justifiesconduisant modifier les mthodes de construction voire mmelarrt du chantier remettant ainsi en cause la faisabilit du projet.

Les valeurs du signal brut de tous les vnements vibratoires

observs doivent tre, en tout tat de cause, mmorises demanire tre restitues en cas de problme.

Les dispositions contractuelles fixent les conditions de cetterestitution qui peuvent tre selon le cas :

Une information des valeurs aprs dclenchement Une restitution du signal brut Une interprtation du signal brut trait.

La fiche de suivi des vibrations doit comporter a minima : Le nom du chantier et le nom de l'oprateur Le lieu, lheure et la date de lvnement La rfrence de lvnement vibratoire observ La description de la source (plan de tir dtaill, caractristiquestechniques du matriel de terrassement de TP, ) La distance prcise du point de mesure par rapport la source etle point mtrique (PM) du front La localisation des points de mesure sur la structure instrumente

(fondations, seuils de porte, cule) Les valeurs mesures Le paramtrage de lappareil chaque modification Le cas chant le sismogramme brut et la transforme deFourier associe (spectre de frquence)

Elle pourra tre complte, le cas chant, par toutes les informationssur le tir qui peuvent participer lanalyse de l'vnement vibratoire.

6.3 - Lemplacement des points de mesureLemplacement des points de mesure sera dfini (et justifi) parrapport la description du rcepteur et de son comportementvibratoire prvisible : par exemple pour le suivi dune construction

un point de mesure triaxial au niveau des fondations pourra trechoisi.

Cependant, certains points de mesure fixs par la rglementationou contractuellement pourront complter les points de mesuredfinis par ltude.

Lorsque les circonstances imposent un dplacement des capteurs,il est utile de conserver au moins un point de mesurage de rf-rence fixe.

Dans tous les cas, les capteurs seront rendus solidaires de la struc-ture instrumenter. On veillera ce que le dispositif de fixationnengendre pas de vibrations parasites ou de filtrage dans lagamme de frquence tudie.

Sans exclusivit, le scellement au pltre est souvent utilis. De laqualit du scellement dpend la qualit de la mesure.

6 - METHODE DE MESURE ET DANALYSE

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Figure 3 : Exemple d'une fiche de suivi.

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Les pices crites doivent comporter :

A la constitution du DCE :- Le recensement, la localisation et la description des structureset des zones sensibles aux vibrations situes dans le voisinage duchantier- Les rsultats des mesures de ltude pralable

- Les seuils de contrle

- Les conditions de restitution. Au dmarrage du chantier :

- Ltat des lieux contradictoire si possible par rfr prventif,- La vrification ventuelle de la loi damortissement par laralisation de tir dessais.

7 - REDACTION DES SPECIFICATIONS

En complment de ce document, les prescripteurs pourront trou-

ver ci-dessous la liste des diffrents textes relatifs aux mesures devibrations :

AFTES 1982 - mise jour 2007 :

Recommandations concernant ltude des effets sismiques de lexplosif(numro spcial Tunnels et Ouvrages Souterrains - juillet 1982)

CETU 1987 :

Guide du Matre duvre pour la surveillance des travaux degnie civil des tunnels creuss (publication CETU - 1987)

SNCF 1987 :

Consigne gnrale EF9B3 N2 : emploi dexplosifs ou utilisationdengins mcaniques puissants

- Annexe 1 : Prescriptions applicables aux marchs de travaux ex-cuts ciel ouvert ou de travaux neufs en souterrain.

- Annexe 4 : Consigne temporaire dtablissement

(Publication SNCF - dcembre 1987)

MINISTERE DE LENVIRONNEMENT/ ICPE :Rglementation relative aux vibrations mcaniques mises danslenvironnement par les installations classs pour la protection delenvironnement (Publications du ministre de lenvironnement

juillet1986)

Arrt du 22 septembre 1994 relatif aux exploitations des carrireset aux installations de premier traitement des matriaux de carrires(JO 22 octobre 1994) :http://aida.ineris.fr/textes/arretes/text0032.htm

Circulaire n96-52 du 2 juillet 1996 relative lapplication delarrt du 22 septembre 1994 relatif aux exploitations des carrires etaux installations de premier traitement des matriaux de carrires :http://aida.ineris.fr/textes/circulaires/text0124.htm

NORME INTERNATIONALE ISO 2041 : 1990 (E/F)Vibrations et chocs - Vocabulaire

NORME INTERNATIONALE ISO 4866 : 1990 (F)

Vibrations et chocs mcaniques Vibrations des btiments Lignes directrices pour le mesurage des vibrations et valuation deleurs effets sur les btiments.

CNROC : Documents techniques AFNOR FD P94-447-1 Tirde mine

CNROC : Documents techniques AFNOR FD P94-447-2Engins mcaniques

NORME FRANCAISE : NF E 90-020 Mthode de mesurageet dvaluation des rponses des constructions, des matriels sensi-bles et des occupants (publication prochaine)

GENE AU RIVERAINS :

Norme ISO 2631-1 : 1997 Vibrations et chocs mcaniques :Evaluation de lexposition des individus des vibrations globalesdu corps partie 1 : spcifications gnrales

Norme ISO 2631-2 : 1989 - Vibrations et chocs mcaniques :Estimation de lexposition des individus des vibrations globales

du corps partie 2 vibrations continues et induites par les chocsdans les btiments (1 80 Hz)

8 - LEGISLATION, REGLEMENTATIONS ET NORMESCONCERNANT LES VIBRATIONS

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