Vibrations dues au passage d'un tramway : mesures expérimentales et simulations numériques

Vibrations dues to a tram passage : experimental investigations and numerical simulations

• Auteur / Autrice : Marc Maldonado
• Direction : Donatien Le Houédec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Centrale Nantes
• Jury : Président / Présidente : David Bigaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Donatien Le Houédec, Olivier Chiello, Lutz Auersch Saworski, Franck Poisson
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Régis Dufour, Denis Duhamel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vibrations

Interaction sol-structure

Ondes -- Propagation

Mots clés libres

Tramway

Simulations numériques

Résumé

 La circulation des tramways peut produire des vibrations se propageant dans le sol, et induire une gêne pour les personnes résidant et travaillant dans les bâtiments voisins de la voie. Par conséquent, lors de la réalisation d'une ligne de tramway, il est important de considérer ces phénomènes vibratoires. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail est double. Premièrement, les procédures expérimentales permettant d'analyser les vibrations générées par le tramway sont présentées, prenant en compte notamment : la vitesse et le type de rame (deux constructeurs), le type de pose (classique ou sur dalle flottante), et les caractéristiques du sol. Le traitement des données expérimentales fournit des informations sur le sol (procédure Sasw), une validation du comportement de la voie (mobilités de transfert voie-sol et réceptance du rail) en comparaison avec les données constructeurs, et l'estimation des efforts dynamiques exercés par les essieux sur les rails (mesures de vibrations sur un bogie porteur). Le second objectif correspond à la validation des modèles numériques (prenant en compte la voie et le sol) pour la prédiction des vibrations générées. Les efforts dynamiques provenant des essieux sont estimés à partir de rugosités simplifiées pour les rails et les roues, ces rugosités étant validées par comparaison avec les mesures. Les équations couplées sont résolues dans le domaine des nombres d'onde, à l'aide de transformées de Fourier (une ou deux dimensions). L'effet de la rotation de la dalle flottante ou d'assise est pris en compte et intervient de façon significative dans la réponse du sol. Etant donné que la précision des amplitudes vibratoires calculées dans le cas d'un passage de tramway est correcte, ce travail peut être utilisé pour l'analyse et la validation de nouvelles lignes de tramways.

Tram traffic can produce vibrations propagating in soil leading to annoyance for people living or working in neighbouring buildings. Thus vibration is an important parameter to be considered when planning new lines. Within this topic, the aim of this work is twofold. The first objective is to present experimental investigations for the analysis of tram induced vibrations, taking into account various parameters: tram speed, tram type (two manufacturers), track type (standard or floating slab track), and ground configuration. Experimental data and numerical analysis provide a subsoil characterization (\textsc{Sasw} test), a validation of the track behaviour (track-soil transfer functions and track receptance) in comparison with manufacturer's data, and an estimation of the dynamic axle loads acting on the rails (measurements on a carrying bogie). The second objective is to validate numerical models, taking into account track and soil, for the prediction of these tram induced vibrations. Dynamic axle loads are calculated from a simplified wheel-rail surface unevenness, which is validated in comparison with measurements. Coupled equations are solved in the frequency and wave number domain, using Fourier transforms (one or two dimensional). Slab rotations are taken into account and it is shown that these rotations have a great influence on the ground response. Since the accuracy of the computed wave field amplitudes in the case of a tram passage is rather good, this work can be used for the analysis and validation of new planned lines.