| Abstract
| - The characterization of the seismic hazard represents a major issue in the field of civil engineering. In vibration engineering, a similar field of study is not present although this question is decisive for the prediction of the generated impact (on population, environment, structures, and high-tech industry instruments). This characterization necessarily involves the knowledge of the various sources of vibrations: operation of infrastructure (railways and road traffic), construction or renovation work (vibro-driving, pile-driving). The characterization strongly depends on the propagation mode of mechanical waves between the source and the receiver taking into consideration soils (sites) and their stratification. The nocivity of vibrations ( i.e. ability to cause damage/degree of harmfulness) will therefore depend not only on the type of source and on the propagation of waves in soils, but also on the dynamic response of receivers expressed by their modal properties. In this paper, numerical simulations results are combined with vibration recordings, generated by the operation of infrastructure or by construction sites. Assuming a viscoelastic response for soils and for a given stratigraphic configuration, potential vibration on the free surface are computed and considered as a function of the distance from the source. The studied records enabled the identification of relevant proxies and the proposition of a simplified classification for sources and sites. The spectral characteristics of vibration sources (represented by their Fourier Transform) in one hand; and those of the propagation between the source and the receiver on the other hand are thus combined by means of a transfer function (spectral ratio between vibration at a given distance and that at the source). The matching between the spectral properties of the sources and those of a given site is quantified by the immunity factor (IMF) independently from the receivers properties. This quantification represents the “vibration hazard” which indicates the vibration level expected as the input at the receiver level. This definition is similar to that of seismic hazard used in Eurocode 8 for seismic design and reinforcement studies. Using parameters such as the velocity gradient and the spectral content of the recordings, the induced effects in soil were analyzed for multiple sources. Relevant indicators (harmonic average shear-wave velocity at shallow depth and velocity gradient-proxy) are introduced in order to propose a simplified classification of the vibration hazard for the different sources considered. In the absence of measurement for a given source and site, this empirical classification can be used to estimate the expected vibration level at the input level of a receiver.
- La caractérisation de l’aléa sismique constitue un enjeu majeur dans le domaine du génie civil. En ingénierie des vibrations, il n’existe pas de domaine d’étude similaire bien que cette question soit décisive pour la prédiction de l’impact et de la gêne occasionnée (population, environnement, ouvrages, industrie de pointe). Cette caractérisation passe nécessairement par la connaissance des diverses sources de vibrations : exploitation des infrastructures (ferrées et routières), travaux de construction ou de rénovation (vibrofonçage, battages). Elle dépend fortement du mode de propagation des ondes mécaniques entre la source et le récepteur selon les sols (sites) et leur stratification. La nocivité des vibrations ( i.e. capacité à occasionner des dégâts) dépendra donc du type de source, de la propagation, mais également de la réponse dynamique du récepteur exprimée en fonction de ses propriétés modales. Dans cet article, des simulations numériques sont combinées à des enregistrements de vibrations, liées à l’exploitation d’infrastructures ou engendrées par des chantiers. Dans l’hypothèse de sols à comportement viscoélastique et pour une configuration stratigraphique donnée, les niveaux de vibrations envisageables à la surface libre s’estiment en fonction de la distance à la source. Les enregistrements considérés permettent d’identifier des indicateurs pertinents et de proposer une classification simplifiée des sources et des sites. On combine ainsi les caractéristiques spectrales des sources (représentées par leur Transformée de Fourier) et la propagation entre la source et le récepteur au moyen d’une fonction de transfert (rapport spectral entre vibration à une distance donnée et celle au niveau de la source). La correspondance entre les propriétés spectrales des sources et celles d’un site donné est quantifiée par le facteur d’immunité (IMF) indépendamment du récepteur à considérer. Cette quantification représente l’ « aléa vibratoire » qui indique le niveau vibratoire attendu en entrée au niveau du récepteur. Ceci est similaire à la définition de l’aléa sismique utilisée dans l’Eurocode 8 pour les études de dimensionnement et renforcement sismique. En utilisant les paramètres comme le gradient de vitesse et le contenu spectral des enregistrements, les effets induits ont été analysés pour de multiples sources. Des indicateurs pertinents (vitesse moyenne à faible profondeur et gradient de vitesse) sont introduits afin de proposer une classification simplifiée de l’aléa vibratoire pour les différentes sources considérées. En cas d’absence de mesure pour une source et un site donnés, cette classification empirique pourra être utilisée afin d’estimer le niveau vibratoire attendu en entrée d’un récepteur.
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