Groupe A «Qualité du service dans le réseau»

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1 Groupe A «Qualité du service dans le réseau» La démarche de la SGP pour la maîtrise des vibrations en phase d exploitation 28 mai 2014/ Assemblée Nationale

2 Ordre du jour Introduction sur le thème de travail 2014 Démarche prévue par la SGP relative à la maîtrise des bruits et vibrations en exploitation (SGP) Le phénomène vibratoire (SYSTRA) Questions/réponses 2

3 Introduction En 2013, le groupe a examiné les thèmes «confort dans les trains» et «information des voyageurs» Pour 2014, le thème retenu est : Qualité de service perçue par les voyageurs sur le quai et les riverains aux abords des lignes 3

4 Démarche prévue par la SGP relative à la maîtrise des bruits et vibrations en exploitation (SGP)

5 Introduction: sources potentielles de nuisance Bruit aérien Train: bruit à l intérieur ou à l extérieur des trains Équipements des ouvrages en émergence: gare, ouvrage annexe, site de maintenance Vibrations Circulation du train, équipements fixes (ventilateur ) Vibration du sol Dont le bruit solidien = son généré par la mise en vibration d éléments de structure (plancher, cloison ) L approche maîtrise des vibrations de la circulation des trains est présentée dans ce qui suit. 5

6 Démarche prévue: phénomène de transmission dans le sol Récepteur Bâti Milieu de transmission Sol Source Tunnel en construction (chantier) Matériel roulant-voie (exploitation) 6

7 Démarche «vibrations» prévue sur L15 sud et L16 Pour éviter les nuisances vibratoires aux riverains durant l exploitation du système, la SGP s est engagée sur les points suivants: Pose de voie anti-vibratile systématique (semelle sous rail) -> réduction à la source, Mise en place d une méthodologie permettant de définir les zones sensibles et les adaptations éventuellement nécessaires au niveau de la source, Contrôle par un organisme indépendant. 7

8 Démarche «Vibrations» Méthode mise en place démarche en 4 points : 1 : définir les différents paramètres à la source et contrôler leur niveau, 2 : connaître les caractéristiques de l environnement (sols, bâtis), 3 : le long de la ligne déterminer les zones sensibles aux vibrations et bruit solidien et définir les solutions adaptées (modélisations), 4 : Assurer un suivi pendant la construction et l exploitation. 8

9 Démarche «Vibrations» Méthode mise en place 1 : maîtriser la source Définir les divers paramètres pour contenir les niveaux de vibration : o Dès la conception, prise en compte du phénomène de vibrations: - Le matériel roulant, - La voie ferrée. o Pour l exploitation future, des règles de maintenance strictes : - Un contrôle périodique de l état des rails et des roues des trains, - Un meulage des rails et un reprofilage des roues des trains pour maintenir la qualité du contact rail-roue. 9

10 Démarche «Vibrations» Méthode mise en place 2 : connaître l environnement Caractéristiques du terrain: Nature des terrains rencontrés, capacité à amortir les vibrations et importance de la distance, pour cela: Réalisation de sondages pour définir le modèle géologique le long du tracé, Mesures in-situ des vitesses de propagation des ondes dans les sols depuis le terrain naturel jusqu à la génératrice inférieure de l infrastructure -> essais cross-hole dans les zones sensibles. Caractéristiques du bâti: Connaître les caractéristiques des différents bâtis (type de fondations ) Dresser une cartographie des zones de bâtis sensibles. 10

11 Démarche «Vibrations» Méthode mise en place 3 : caractériser les zones sensibles aux vibrations et au bruit solidien A partir des données sur le sol, le bâti, la position de l infrastructure, les méthodes constructives (phase chantier), le type de matériel roulant (phase exploitation) des modélisations seront réalisées afin de déterminer le ressenti en surface -> caractérisation des zones sensibles. En fonction de la sensibilité aux vibrations et bruit solidien des points particuliers identifiés -> choix du type de pose de voie en fonction de la sensibilité rencontrée. 11

12 Démarche «Vibrations» Méthode mise en place 4 : Assurer un suivi Pendant la période de construction, des mesures sur site seront réalisées : Pendant la construction du tunnel, Une fois le tunnel construit, Une fois la voie ferrée installée. 12

13 Tunnel Sous-sol Bâtiments aériens Simulations Marché SOLDATA/BURGEAP Identification du bâti Marché VERITAS Niveaux à la source : paramètres, valeurs.. Contact rail-roue (matériel roulant, état de la voie, rugosité) Type de pose retour Etudes AVP : Marché EGIS/SETEC Actions : MOE Système pour la voie Transmission des sols amortissement nature distance, spectre, Fonction de transfert Mesures de l existant Marché SOLDATA/BURGEAP Vulnérabilitédu bâti aux vibrations : désordres, points particuliers Données d entrée pour projets connexes et projets de construction Vulnérabilité au bruit solidien Fonction de transfert du bâti, Cartographie Identification du bâti Avenant Marché VERITAS Les acteurs SGP : DIE/ IMC/SYS Pilotage : SYS AMO Système, Marché SYSTRA Pilotage du processus, coordination conseil, expertises, veille normative, synthèse

14 Tunnel Sous-sol Bâtiments aériens Niveaux à la source : paramètres, valeurs.. Contact rail-roue (matériel roulant, état de la voie, rugosité) Type de pose Transmission des sols amortissement nature distance, spectre, Fonction de transfert Vulnérabilitédu bâti aux vibrations : désordres, points particuliers Données d entrée pour projets connexes et projets de construction Vulnérabilité au bruit solidien Fonction de transfert du bâti, Cartographie SECOND REGARD Organisme indépendant

15 Le phénomène vibratoire (SYSTRA)

16 Le 28/05/2014 Bruit et vibration produits par un métro en tunnel Phénomènes Simulations Solutions

17 SYSTRA : + de 50 ans d expérience dans les transports publics La plus grande ingénierie ferroviaire du monde Un chiffre d affaires 2013 de 443,2 M dont plus de 50% à l international Une gamme complète de services

18 SYSTRA : Des références partout dans le monde Près de contrats actifs en 2013 Des références dans 150pays et 350villes

19 Expertise Bruit et Vibration chez SYSTRA Expertise intégrée au sein de la Direction Innovation Missions principales Intégration des performances acoustique et vibration dans le Design Produit de SYSTRA Missions de conseil, étude et expertise Elaboration stratégie Bruit et Vibration, Revue/analyse de vérification Etude d impact, Modélisation, Spécification, Essais Champs d expertise Contrôle des vibrations transmises par le sol et leurs effets Acoustique des gares Contrôle du bruit ferroviaire à la source Quelques références SGP Grand Paris Express (lignes 15 & 18), RATP extension ligne 11, Métro de Singapour, Métro de La Mecque, Gare de Lodz Experts SYSTRA participant aux groupes de travail AFNOR Tout droit de propriété industrielle et intellectuelle réservé selon les dispositions du "Marché SGP PN "

20 Plan de présentation 1. Introduction : le phénomène vibratoire 2. Mise en situation -Quels sont les risques? 3. Etude des phénomènes : origine et transmission des vibrations produites par un métro en tunnel 4. Normes et réglementation applicables 5. Comment maîtriser l impact vibratoire - modélisation 6. Exemples de mesures de réduction Tout droit de propriété industrielle et intellectuelle réservé selon les dispositions du "Marché SGP PN "

21 1 - Introduction : le phénomène vibratoire Vibrations : oscillations mécaniques Déplacement ou vitesse ou accélération Fréquence (nombre de cycles par sec) Durée (impulsionnel ou continu) Vitesse particulaire (amplitude vibratoire) Célérité (vitesse de propagation des ondes) Capteurs: accéléromètres ou géophones

22 2 Mise en situation quels sont les risques? Vibration des structures Dommages structurels et cosmétiques des bâtiments (cas extrêmes) Impact des équipements et activités sensibles Gêne des occupants par perception des vibrations tactiles Son rayonné à l intérieur des bâtiments Gêne des occupants par perception du bruit solidien Tout droit de propriété industrielle et intellectuelle réservé selon les dispositions du "Marché SGP PN "

23 3 Etude des phénomènes: génération et transmission des vibrations Principale excitation : défauts de profil des surfaces de roulement rail/roue Vibrations voie (interaction avec véhicule) Vibrations de la plateforme de la voie (couplage au sol) Propagation des vibrations dans le sol (ondes) Couplage aux fondations du bâtiment Vibrations de la structure (murs, planchers) Bruit solidien (rayonnement sonore murs, planchers) Tout droit de propriété industrielle et intellectuelle réservé selon les dispositions du "Marché SGP PN "

24 4 Cadre réglementaire et normatif Ordres de grandeur (valeurs indicatives) Seuil de perception tactile des vibrations vers 0.1 mm/s (66 db réf. 5x10-8 m/s) Seuil de perception auditive des bruits solidiens : 20 db(a) correspond à une vitesse de plancher d environ 45 db réf. 5 x10-8 m/s Seuil de perturbation des équipements sensibles : 1 à 3 µm/sec dans certains cas (exemple: courbe VC-E équivalente à 3 µm/sec ou 32 db réf. 5x10-8 m/s) Exemples de niveaux vibratoires engendrés par des métros en tunnel Métro lourd à 80 km/h Au niveau du Rail Au niveau de la voirie (métro à faible profondeur) Tout droit de propriété industrielle et intellectuelle réservé selon les dispositions du "Marché SGP PN "

25 4 Cadre réglementaire et normatif Gêne des occupants - vibrations tactiles Cadre référentiel : normes internationales en vigueur ISO :1989 (et 1997) Estimation de l exposition des individus à des vibrations globales du corps Partie 1: Exigences générales ISO Partie 2: Vibrations continues et induites par les chocs dans les bâtiments (1 à 80 Hz) Normes nationales (All, It, Jap, NL, Nor, Esp, SW, UK, USA) contiennent des indicateurs différents (a w, KB F, VDV, etc). Pas d harmonisation au niveau Européen En France absence de norme nationale et de réglementation, et absence de seuils dans la norme ISO :2003, pratiques usuelles Grandeur : vitesse particulaire (en mm/s ou db réf 5x10-8 m/s) Seuil couramment utilisé = 66 dbou 0,1 mm/s (principe conservatif : toute vibration ressentie peut être perçue comme un événement anormal) Tout droit de propriété industrielle et intellectuelle réservé selon les dispositions du "Marché SGP PN "

26 4 Cadre réglementaire et normatif Gêne des occupants - Bruit solidien Réglementation applicable en France Bruit aérien des infrastructures ferroviaires réglementé (à l extérieur des bâtiments) Pas de seuil défini pour le bruit produit par les vibrations du sol (bruit solidien) Arrêté du 23 janvier 1997 critère d émergence selon niveau ambiant dans les zones à émergence réglementée: Bruit ambiant Jour(7-22h)sauf dimanches et Nuit (22-7 h) et dimanches jours fériés et jours fériés 35 db(a)et 45 db(a) 6 db(a) 4 db(a) 45 db(a) 5 db(a) 3 db(a) Code de la santé publique Déficit dû au bruit : pas de risque, bruit dans l environnement inférieur au seuil critique Perturbation du repos et du sommeil : bruit continu L eq < 30 dba, événements bruyants < 45 db(a) Interférence avec la transmission de la parole : bonne intelligibilité si rapport signal/bruit > 15 db(a), donc bruit de fond en salle de classe < 35 db(a) Effets psychophysiologiques : effets cardio-vasculaires si exposition au bruit à hauteur de LAeq 24h = db(a) Tout droit de propriété industrielle et intellectuelle réservé selon les dispositions du "Marché SGP PN "

27 4 Cadre réglementaire et normatif Perturbation des équipements et activités sensibles Norme 8569:1996 Méthode de mesurage et évaluation des effets des chocs et vibrations sur les équipements sensibles. Limites généralement spécifiées par le fabricant de l équipement En l absence de limites spécifiques, il peut être fait référence aux seuils recommandés par la FTA (Federal Transit Administration) Type de bâtiment (db réf 5x10-8 m/s) Description Résidence (nuit) et salles d opération 66 Seuil de perception. Microscope ayant un agrandissement x100 et équipements peu sensibles VC-A 60 Microscopes ayant un grandissement x400, microbalances, balances optiques et équipements spécialisés similaires VC-B 54 Microscopes ayant un agrandissement x1000, instruments d inspection et de lithographie de détail 3 VC-C 48 Equipements de lithographie et d inspection de détail 1. VC-D 42 Equipements très sensibles aux vibrations: microscope électronique opérant à la limite de sa capacité VC-E 36 Equipements extrêmement sensibles aux vibrations Tout droit de propriété industrielle et intellectuelle réservé selon les dispositions du "Marché SGP PN "

28 5 Comment maitriser les vibrations? Identification des sites/bâtiments sensibles Critères : profondeur tunnel, éloignement latéral, type de bâtiment, activité (sensibilité aux vibrations), type de sol (profil géotechnique) Simulations pour les bâtiments sensibles Emission (train/voie) Propagation (sol) Réception (bâtiment) Proposition de mesures de mitigation Tout droit de propriété industrielle et intellectuelle réservé selon les dispositions du "Marché SGP PN "

29 5 Modèles de simulation Norme ISO :2005 (F) : directives généralespour le développement de modèles prédictifs, applicables pour l évaluation des risques de gêneet de perturbation des équipements sensibles Application du principe de la méthode des fonctions de transfert Emission source S(f) Propagation fonction de transfert P(f) Réception fonction de transfert bâtiment R(f) Réponse A(f) (vibration / bruit solidien) Tout droit de propriété industrielle et intellectuelle réservé selon les dispositions du "Marché SGP PN "

30 5 Modèles de simulation émission Etat du rail et des roues (rugosité) Train (charges à l essieu, masses non suspendueset suspendues, raideurs des organes de suspension) Voie (type de rail, rigidité des supports, distance entre supports, type et raideur de la fondation de la voie, etc) Excitations attendues 1: rugosité de la roue et du rail (maintenance) 2: passage des supports discontinus 3: passage des essieux (même bogie) 4: passage de bogies Représentation d un modèle d excitation (exemple) Sortie : efforts transmis sous la voie Tout droit de propriété industrielle et intellectuelle réservé selon les dispositions du "Marché SGP PN "

31 5 Modèles de simulation propagation Couplage plateforme voie/sol Propagation des ondes dans le sol Paramètres: nature du sol (couches géologiques), géométrie des dalles et couches de fondation de la voie Exemple de cartographie illustrant le couplage entre une dalle ferroviaire et le sol, et la propagation des ondes à la surface (approche analytique) Autres approches : méthode par Eléments Finis / Eléments Finis de Frontière Nécessite une description précise des sols (données géotechniques) Possibilité de caractériser le sol in-situ (mesure des mobilités de transfert méthode Up-hole) Tout droit de propriété industrielle et intellectuelle réservé selon les dispositions du "Marché SGP PN "

32 5 Modèles de simulation réception Couplage entre sol et fondation du bâtiment Réponse vibratoire (atténuation/amplification) en fonction du type de construction (maçonnerie, plancher, nombre d étages, fondations) Analyse des résultats en fonction de l activité (résidence, école, laboratoire, etc). Exemple de cartographie des vibrations dans un bâtiment excité par le sol (méthode par Eléments Finis) Selon degré de précision exigé, possibilité d utiliser des données statistiques (fonctions de transfert) Tout droit de propriété industrielle et intellectuelle réservé selon les dispositions du "Marché SGP PN "

33 6 Exemples de mesures de réduction des vibrations Poses de voies anti-vibratiles Principe: réduction des vibrations transmises à la plateforme Pose classique (niveau 0) Efficacité & coûts croissants Solution de base envisagée Illustrations extraites de la norme ISO :2005 (F) Tout droit de propriété industrielle et intellectuelle réservé selon les dispositions du "Marché SGP PN "

34 Point vibrations Exemples de pose de voie ferrée 28/05/2014

35 Pose de voie Métro de Sao Paulo L4 : solution PANDROL SFC 35

36 Pose de voie Métro L4 Santiago : Solution Système 336 (Vossloh) 36

37 Pose de voie Quelques métros en France Traverse à coques 37

38 Pose de voie Métro de Barcelone L9 Pose sur dalles flottantes et blochets Pose sur dalle flottante appuis discontinus 38

39 Fin de présentation