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Surveillance des vibrations structurelles

Construction vibration measurements

Lorsque des vibrations importantes sont présentes, comme celles provenant d'un chantier de construction, il est important de mesurer les vibrations des structures, comme les bâtiments, les ponts, ou même le sol. Cela est crucial pour garantir que ces vibrations n'occasionnent pas d'inconfort pour les personnes à proximité et, plus critique encore, ne causent pas de dommages aux ouvrages.

Bien que chaque structure vibre naturellement, il est important de contrôler des valeurs limites pour garantir l'intégrité des matériaux de construction et le bien-être des occupants. En raison des préoccupations de sécurité et de confort, de nombreux pays ont établi des normes et des réglementations pour définir ces limites de vibrations dans différents contextes.

Une station de surveillance vibratoire est la solution la plus adaptée pour mesurer les niveaux de vibration.

Station de surveillance vibratoire

Les vibrations structurelles sont caractérisées par les oscillations des particules mécaniques. Elles sont mesurées dans trois directions orthogonales.

Vibration in 3 Dimensions

Quels domaines d’application pour la surveillance des vibrations ?

Les vibrations liées aux structures sont mesurées dans de nombreux cas :

  • Chantiers de construction :
    • Les opérations de machinerie lourde, telles que l'excavation, le battage de pieux, le compactage vibratoire, la démolition et le déplacement d'équipements à chenilles, génèrent des vibrations qui peuvent endommager les bâtiments voisins. Ces vibrations peuvent également perturber les personnes pendant ou après les heures de travail. Des réglementations, recommandations définissent des valeurs limites à respecter pour cette application.
  • Dynamitage :
    • Réduire l'impact des activités de dynamitage sur l'environnement, le voisinage et la sécurité des travailleurs dans l'industrie minière.
  • Chemins de fer et Voies routières :
    • En période de trafic intense, il peut être nécessaire de surveiller les vibrations des bâtiments et du sol pour le confort des riverains.
  • Creusement de tunnels :
    • Les vibrations dues à la construction des tunnels (métro, voies ferroviaires,…) ont un impact significatif sur l'environnement urbain. Surveiller les travaux de fondation au-dessus est un point majeur de la gestion de ce type de projets.
  • Ponts : 
    • Les réponses structurelles aux événements extrêmes, l'augmentation du trafic peuvent causer des dommages soudains et l'effondrement des ponts. Une évaluation continue ou périodique est essentielle pour prévenir ces effondrements.
  • Bridges
    • Structural responses to extreme natural and man-made events, as well as an increasing volume of users and vehicle sizes can lead to the sudden damage and collapse of bridge structures. Continuous or periodic assessment of the condition and performance is crucial in preventing bridge collapses.

Les stations de surveillance vibratoire sont utilisées dans le cadre de la gestion de la gestion des vibrations et l’impact sur des structures sensibles. Parmi ces nombreuses applications, on peut citer :

  • Hôpitaux
  • Centrales électriques
  • Barrages hydrauliques
  • Centres de données
  • Musées
  • Sites historiques

Les mesures de vibrations sont également réalisées dans le cadre d’essais de produits manufacturés, la recherche,….

Quels critères pour évaluer les vibrations ?

Les particules d'une structure oscillent lors des vibrations. La vitesse de ces particules est déterminée pour chaque axe à partir de la distance parcourue (déplacement) en fonction du temps.

La vitesse particulaire (v), en mm/s ou in/s, est définie par :

v = Δd / Δt

Δd → déplacement des particules en millimètres ou pouces
Δt → temps en secondes


PPV (Peak Particle Velocity / Vitesse crête particulaire)

Le PPV est la valeur de base pour les mesures de vibration. Il montre la plus grande vitesse particulaire sur une période par axe.

Le PPV est la valeur absolue maximale du signal non pondéré.

Peak Particle Velocity


PCPV (Peak Component Particle Velocity)

Le PCPV est la Valeur maximale des trois valeurs de PPV pour chaque axe.

 

PCPV = max(PPVx, PPVy, PPVz)


PVS (Peak Vector Sum / Somme vectorielle des vitesses de crête)

PVS (Peak Vector Sum / somme vectorielle des vitesses de crête) La PVS est la vitesse résultante calculée en considérant simultanément les PPV selon les troix x, y et z.

 

PVS = √((PPVx)2 + (PPVy)2 + (PPVz)2)

 

cela est mathématiquement décrit comme la racine carrée de la somme des carrés des composantes PPV.


DF (Dominant Frequencies / Fréquences Dominantes)

Un signal de vibration peut être décomposé en composantes individuelles de fréquence (en utilisant des méthodes de passage par zéro* ou de transformation rapide de Fourier). À partir de cela, les fréquences dominantes (DF) peuvent fournir des informations précieuses, telles qu'un changement dans les fréquences naturelles (résonantes). Ces fréquences sont proportionnelles à la rigidité d'une structure. Un changement, par exemple dans une structure en acier, peut indiquer une corrosion grave. La surveillance des ponts en acier devrait donc alerter sur tout décalage dans les valeurs de fréquence.

Switch Time to Frequency Domain

Vue d'un signal dans le domaine temporel et fréquentiel

* Le Zéro crossing / Franchissement de zéro (ZC) est la méthode la plus simple d'estimation de fréquence. Elle repose sur le principe selon lequel, puisqu'une oscillation traverse l'axe x deux fois lors de chaque cycle, nous pouvons simplement compter le nombre de franchissements et le diviser par deux, puis le diviser à nouveau par la largeur de la fenêtre d'observation. La Fréquence dominante est ainsi caractérisée. Cette méthode est plus précise avec plusieurs cycles complets. Plus grande est la fenêtre d'observation est grande, meilleure est la précision.

 

Station de surveillance vibratoire

 

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