Propriétés acoustiques de planchers alvéolaires en béton précontraint : Modèles de prédiction et optimisation de l isolation acoustique

Dimension: px

Commencer à balayer dès la page:

Download "Propriétés acoustiques de planchers alvéolaires en béton précontraint : Modèles de prédiction et optimisation de l isolation acoustique"

Oscar Ménard
il y a 7 ans
Total affichages :

1 Propriétés acoustiques de planchers alvéolaires en béton précontraint : Modèles de prédiction et optimisation de l isolation acoustique Gary Jacqus Thibaut Blinet Jean-Baptiste Chéné Philippe Jean Centre Scientifique et Technique du Bâtiment

2 Plan de l exposé I. La problématique des planchers alvéolaires précontraints II. Simulation des propriétés acoustiques III. Exemples d applications et optimisation IV. Conclusion 2

3 I. La problématique des planchers alvéolaires précontraints Facilité de mise en œuvre (préfabrication en usine) Réduction du poids propre (-2% à -5%) facilite la manutention sur site Portée accrue grâce à la précontrainte (torons) qui confère au système une bonne résistance mécanique 5m<portée<2m etc Système constructif attractif couramment utilisé dans le bâtiment (habitations, bureaux, parkings, locaux industriels, ) 3

4 Synthèse d essais réalisés en laboratoire (aérien et structural) Affaiblissement acoustique R (db) Plancher alvéolaire 1 : Rw(C;Ctr)= 54(-2;-6) db Plancher alvéolaire 2 : Rw(C;Ctr)= 56(-1;-4) db Plancher alvéolaire 3 : Rw(C;Ctr)= 58(-2;-6) db Plancher alvéolaire 4 : Rw(C;Ctr)= 59(-1;-4) db Plancher homogène : Rw(C;Ctr)= 63(-1;-6) db Niveau de bruit de choc Ln (db) Plancher béton homogène (Lnw=69dB) Plancher alvéolaire 4 (Lnw=81dB) Plancher alvéolaire 3 (Lnw=83dB) Plancher alvéolaire 2 (Lnw=87dB) Plancher alvéolaire 1 (Lnw=86dB) fréquence (Hz) fréquence (Hz) Comportement complexe L évaluation par essai est coûteuse en temps et en mise en œuvre Intérêt de la modélisation : Analyse des phénomènes physiques Etudes de sensibilité Optimisation 4

Impossible d afficher l image. II. Simulation des propriétés acoustiques Approches existantes A. Modèle hybride FEM/modal : code LAVANDE (CSTB) (Jean & Rondeau acta acustica 22, Jean & al.

5 Impossible d afficher l image. II. Simulation des propriétés acoustiques Approches existantes A. Modèle hybride FEM/modal : code LAVANDE (CSTB) (Jean & Rondeau acta acustica 22, Jean & al. 26 Building acoustics etc ) Adapté aux structures hétérogènes Temps de calcul rédhibitoires au-delà de f>1khz B. Modèle hybride FTMM/homogénéisation mécanique (Jacqus & al. acta acustica 212, Jacqus & al. JSV 211) Calcul analytique (TMM) d une plaque épaisse anisotrope homogène (modes de Lamb) Calcul FEM des composantes du tenseur élastique Cijkl effectif Temps de calcul réduits (TMM) MAIS pas de prise en compte des conditions aux limites 5

6 Approche proposée : 1. Hybridation des modèles : homogénéisation + LAVANDE 2. Formulation SEA de la puissance rayonnée côté réception : W ray = ρ air c air Sσ 2 v 3. Hypothèse sur le facteur de rayonnement de la dalle homogénéisée : (Fahy Sound and Structural vibration 27) R = 1log τ = W W ray inc ( τ ) ( ρ c ) 4 air P air 2 em 2 v 2 n 6

7 Validation de la démarche : A. Cas d un plancher d épaisseur modérée (18mm) Recalage par identification de mobilités d entrée Homogénéisation numérique du plancher Mobilité en db (non référencé) Mesure (moyenne sur 6 points) Calcul avec E=33GPa C αβ = ρ = 1555kg. m GPa fréquence (Hz) 8 75 mesure plancher 18mm + dalle de compression 5mm modèle 2 Comportement modal et phénomènes usuels de plaques minces en BF Comportement de plaque épaisse en HF Bon accord calcul/mesure (RA=6/61dB) sur l ensemble du spectre R (db) fréquence (Hz) 7

8 B. Cas d un plancher de «forte» épaisseur (32mm) Recalage par identification de mobilités d entrée -9 Conditions de montage du plancher (en laboratoire) Mobilités d'entrée en db (non référencé) calcul avec Eeq=33GPa mesure (moyenne sur 6 positions) calcul avec Eeq= 33GPa et appui simple en z= et z=32cm fréquence (Hz) 8 7 modèle 2 avec encastrement en périphérie modèle 2 avec appui simple en z= et z=32cm mesure Forte influence des conditions aux limites Approche FTMM peu pertinente dans cette situation R (db) fréquence (Hz) 8

9 III. Exemples d applications et optimisation Influence de la tension de précontrainte Caractérisée par un paramètre mécanique statique : Rc28 (MPa) Variable selon la tension imposée aux torons : [4MPa, 6MPa] 65 6 Cas d un plancher de 18mm d épaisseur Rc28=45MPa : Rw(C;Ctr)=55(-2;-7) Rc28=53MPa : Rw(C;Ctr)=57(-2;-7) 55 R (db) fréquence (Hz) Propriétés mécaniques et acoustiques modulables selon le contexte (réglementation, eurocode, ) 9

10 Influence d un revêtement de sol (optimisation thermique) Chape mortier 6mm PSE 8mm Dalle de compression 5mm Plancher 18mm 8 R (db) plancher 18mm + dalle de compression 5mm Avec isolant "souple" Avec isolant "rigide" fréquence (Hz) (Moore & Lyon JASA 1991) Compromis à trouver afin de concilier confort thermique, acoustique (et résistance mécanique) 1

11 Influence de la géométrie des alvéoles Principe : (Sapoval & Hébert JASA 1997, Gibiat & al. PRE 23, Bertaud JSV 211, etc ) introduction d irrégularités géométriques dans un milieu homogène ou périodique Apparition de modes localisés dans le milieu Création d un filtre acoustique, dont les propriétés (amortissement, transmission) dépendent de la fréquence Intérêt du modèle fractal pour étudier des structures irrégulières (Pré-) Fractale de surface (Pré-) Fractale de masse (Sapoval & al. brevet EP B1 23) (Jacqus & al. brevet FR A1 212) Application à l optimisation des propriétés acoustiques (aérien et choc) de dalle creuse? 11

12 Modélisation 2D (sans homogénéisation) de 3 planchers de 32mm d épaisseur z y Isolation au bruit aérien R Isolation au bruit de choc Ln R (db) Sierpinski ordre 2 (632kg/m2 Périodique (395kg/m2) Cantor ordre 2 (38kg/m2) f(hz) Niveau de bruit de choc Ln (db) Périodique Cantor (ordre 2) Tapis de Sierpinski (ordre 2) f( Hz) 12

13 Caractérisation du phénomène de localisation (excitation aérienne) Structure périodique : existence de modes étendus dans le milieu 13

14 Caractérisation du phénomène de localisation : Cantor (ordre 2) Structure auto-similaire : apparition de modes piégés dans le milieu pour certaines fréquences filtre acoustique 14

15 IV. Conclusion Modèle hybride permettant une prédiction fiable sur l ensemble du spectre avec des temps de calcul faibles Forte influence des conditions aux limites pour des planchers épais recours à une approche FEM pour la structure Etudes paramétriques afin de concilier les différentes contraintes rencontrées dans le bâtiment (thermique, mécanique, acoustique, ) Optimisation via l introduction d irrégularités dans la structure Perspectives : o Approche quantitative pour optimiser le design de filtre acoustique o Passage 2D 3D o Confirmation expérimentale o. (Filoche & Mayboroda PNAS 212) Merci de votre attention! 15

16 Annexe Avant 16

17 Annexe Et après coulage 17

18 Annexe 1 Surface d existence des modes propres (2D) RPz 1-1 Périodique CANTOR (ordre 2) SIERPINSK (ordre 2) numéro du mode 18

Documents pareils

ACOUSTIQUE REGLEMENTATION ISOLEMENT AUX BRUITS AÉRIENS ISOLEMENT AUX BRUITS DE CHOCS

ACOUSTIQUE REGLEMENTATION ISOLEMENT AUX BRUITS AÉRIENS ISOLEMENT AUX BRUITS DE CHOCS ACOUSTIQUE REGLEMENTATION Dans les exigences réglementaires, on distingue l isolement aux bruits aériens (voix, télévision, chaîne-hifi...) et l isolement aux bruits d impact (chocs). ISOLEMENT AUX BRUITS