ISO 10815:1996
(Main)Mechanical vibration — Measurement of vibration generated internally in railway tunnels by the passage of trains
Mechanical vibration — Measurement of vibration generated internally in railway tunnels by the passage of trains
Establishes the basic principles for measuring, processing and evaluating vibration generated internally in railway tunnels by the passage of trains (e. g. speed of train, ist composition and axle load).
Vibrations mécaniques — Mesurage des vibrations produites à l'intérieur des tunnels ferroviaires par le passage des trains
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
IS0
INTERNATIONAL
10815
STANDARD
First edition
1996-l l-01
Mechanical vibration - Measurement of
vibration generated internally in railway
tunnels by the passage of trains
Vibrations mkaniques - Mesurage des vibrations produites
il I’int6rieur des tunnels ferroviaires par le passage des trains
Reference number
IS0 10815:1996(E)
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IS0 10815:1996(E)
Page
Contents
.......................................................................................
1 Scope
..............................................................
Normative references
2
...............................................................................
3 Definitions
.......................................................
4 Factors affecting vibration
..............................................................
4.1 Tunnel-related factors
.............................................................
4.2 Source-related factors
Quantities to be measured .
5
...........................................................
6 Measurement methods
61 . Positioning the pick-ups with respect to the passage
3
of trains .
4
............................................................
62 . Fastening the pick-ups
4
Signal-to-noise ratio .
63 .
5
...........................................................
7 Measuring instruments
5
..........................................
8 Measurement for internal sources
5
............................................................
81 . Conditions of the track
5
.............................................................
82 . Conditions of the train
6
9 Types of test .
6
..................................................................................
91 . Full tests
6
9.2 Limited tests .
7
...................................................
10 Evaluation of measurements
7
Test report .
11 ----.-,----
0 IS0 1996
no part of this publication may be
All rights reserved. Unless otherwise specified,
reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including
photocopying and microfilm, without permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case Postale 56 l CH-1211 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
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IS0 10815:1996(E)
0 IS0
Annexes
A Tunnel vibration resulting from the passage of trains . 9
Examples of railway tunnels . 10
B
Bibliography . 24
C
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IS0 10815:1996(E) @ IS0
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national standards bodies (IS0 member bodies). The work of
preparing International Standards is normally carried out through IS0
technical committees. Each member body interested in a subject for
which a technical committee has been established has the right to be
represented on that committee. International organizations, governmental
and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. IS0
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission
(I EC) on all matters of electrotechnical standardization.
Draft International Standards adopted by the technical committees are
circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting
a vote.
International Standard IS0 10815 was prepared by Technical Committee
lSO/TC 108, Mechanical vibration and shock, Subcommittee SC 2,
Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied
to machines, vehicles and structures.
Annexes A to C of this International Standard are for information only.
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@ IS0 IS0 10815:1996(E)
Introduction
are regularly exposed to vi b ration originating from internal
Railway tunnels
sources (trains a nd service ca rriages, maint e nance work, etc.).
In this International Standard only vibration resulting from the passage of
trains is considered.
Vibration is measured in tunnels for different purposes, which are
summarized as follows.
When a tunnel is reported to be exposed to vibration which might cause
concern regarding its integrity, suitable measurements (see 9.1) should be
taken to assess whether the levels are acceptable.
Measurements of vibration might be carried out in the following cases:
- when the maximum allowable vibration level has been established
and a regul ar check is required (see 9.2);
- when the dynamic performance of a newly built tunnel has been
predicted and performance must be checked against design data (see
.
.
9 1) I
- a special situation may arise when the tunnel has been exposed to
abnormal external action (e.g. due to fires, earthquakes, blasting, pile
drivers or demolition of nearby buildings) and the integrity of the
structure has to be checked (see 9.1);
- whe n any modification to the track a nd/or internal vibration sources
. . load on vehicle axles) has been ade.
(e cl
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INTERNATIONAL STANDARD @ IS0
- Measurement of vibration generated
Mechanical vibration
internally in railway tunnels by the passage of trains
1 Scope
This International Standard establishes the basic principles for measuring, processing and evaluating vibration
generated internally in railway tunnels by the passage of trains.
By establishing a standard procedure, comparative data may be obtained on response of the tunnel elements from
time to time, provided that the excitation source is the same. Data obtained in different tunnels may also be
compared.
The measurements considered in this International Standard concern the response of the structure and secondary
elements mounted in the tunnel. They do not concern the response of persons in the tunnel or in its vicinity, or of
passengers on trains running through the tunnel.
2 Normative references
The following standards contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of this
International Standard. At the time of publication, the editions indicated were valid. All standards are subject to
revision, and parties to agreements based on this lnternational Standard are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent editions of the standards indicated below. Members of IEC and IS0 maintain
registers of currently valid International Standards.
IS0 1683: 1983, Acoustics - Preferred reference quantities for acoustic levels.
IS0 4866: 1990, Mechanical vibration and shock - Vibration of buildings - Guidelines for the measurement of
vibrations and evaluation of their effects on buildings.
IS0 5348: 1987, Mechanical vibration and shock - Mechanical mounting of accelerometers.
3 Definitions
For the purposes of this International Standard, the following definitions apply.
3.1 tunnel: An underground structure in which passenger trains, freight trains or service trains travel.
3.2 background noise: Sum of all the signals except the one under investigation.
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4 Factors affecting vibration
4.1 Tunnel-related factors
The dynamic characteristics of a tunnel depend largely on its geometry, the secondary elements, depth of the
tunnel and the soil properties.
A lined tunnel is usually a system of discrete elements (e.g. concrete, ventilation channels, etc.) each coupled with
the soil. They may have different response characteristics and coupling with the surrounding soil and/or rock.
4.1.1 Tunnel types and conditions
There are many kinds of tunnels, all of which respond to vibration in a different way. Examples are given in
annex B.
4.12 Natural frequencies and damping ratios
For this International Standard, the frequencies of interest are likely to relate to the response of the tunnel
elements and not to a fundamental frequency of the tunnel cavity in the surrounding medium. The natural
frequencies of these elements can be determined as follows:
- measurement of the response of the tunnel elements when they are affected by a large, transient external
influence such as, for instance, pile driving or blasting;
- the use of a shaker as a mono-frequency source together with measurement of the response amplitude;
- measurement of the response using ambient excitation and spectrum analysis.
Accurate determination of damping is a difficult task, especially for tunnels containing both lightly damped
elements, such as beams, and elements which are in firm contact with the tunnel surfaces and therefore are highly
damped due to wave radiation.
4.1.3 Soil
The soil surrounding the tunnel has an important effect on the stiffness of the tunnel and on the tunnel response to
vibration, and as such is therefore of main concern when making predictions about response. Its characteristics
depend on soil particle size, compaction, saturation, underground water level and bedding, and upon amplitude,
frequency and duration of the excitation.
4.2 Source-related factors
The vibration produced by the passage of trains may be classified according to the signal type, the duration and the
frequency range (see IS0 4866).
The signal depends on the mechanical properties of the train, the track, the wheel-rail contact and on the loading
and speed of the train.
The frequency range to be anal ysed depends on the spectral distribution of the excitation forces and the transfer
function from t tunnel walls or linings.
he sou rce to the
The frequency range from 1 Hz to 100 Hz covers the responses of different elements of the tunnel. On the rail, the
frequency range of interest is usually up to 2 kHz, although higher frequencies are often present.
5 Quantities to be measured
In the frequency range of interest for tunnel vibration, usually a kinematic value such as velocity or acceleration is
measured.
2
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In the lower frequency range, velocity measurement is preferred although in the higher frequency range
instrumental factors dictate that acceleration be measured.
6 Measurement methods
6.1 Positioning the pick-ups with respect to the passage of trains
Ideally, a straight stretch of the tunnel, at least 200 m long, should be available for the readings. The pick-ups
should be placed away from any visible singular features (major cracks, water seepages, switch points and
crossings), unless the effect of such a feature is to be investigated. To investigate the tunnel response, the
pick-ups should preferably be oriented in line with the three principal axes of the tunnel (one vertical, two
horizontal; see figure 1).
Dimensions in metres
l
e
Z
I X
d
a
LL-
Y
Type of test Measurement points
Full (see 9.1) a, b, c, d, e
Limited (see 9.2)
b, 4 e
Figure 1 - Measurement points at a cross-section, depending on the type of test
In the following assignment of measurement points, it is assumed that the train is running over the left track (see
figure I).
For full and limited tests (see 9.1 and 9.2), the pick-ups should be arranged:
- on the invert at the cross-section vertical centreline (point d of figure I), between two sleepers in the case of
tracks laid on ballast, or between two successive fasteners or rail spikes for other types of track;
- on the vault (point e of figure I), directly above point d;
- on the tunnel wall close to the track where the train will run, I,20 m above the level of the rails (point b of
figure 1).
In order to investigate the relationship between trains as excitation sources and vibration transmitted to the tunnel,
measurements should be made on the foot of the rail perpendicular to the plane of the rails (point a of figure 1).
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IS0 10815:1996(E)
Position a is prone to local effects and its typicality and stability should be established before its selection as a
control point for a limited test.
Allowance should be made for the slope shaping the foot of the rail (see figure 2).
If the invert is not accessible, the pick-up should be placed at the nearest suitable point, and any element between
the pick-up and the invert should be indicated.
For full tests (see 9.1), readings shall also be taken at other two sections away from the middle section (typically
20 m) in order to minimize local influences. However, when the signal issuing from two corresponding points on
two sections placed 20 m away from each other are equal, measurements may be taken at one section only.
If, however, such readings differ systematically by more than 25 % (2 dB), they should be discarded and a third
section considered.
When the readings taken at all three sections are in disagreement, the local conditions should be examined and
another measurement section selected.
6.2 Fastening the pick-ups
The pick-ups should be mounted in accordance with IS0 5348, so as to reproduce the motion of the vibrating
elements, minimizing the response due to the mounting system.
The mounting, therefore, shall be rigid and as light as possible.
When fixing pick-ups to the foot of a rail, a shaped steel plate should be rigidly fixed between the pick-up and the
rail (preferably welded to the rail), otherwise the pick-ups cannot be mounted perpendicular to the foot of the rail
(see figure 2).
Pick-up
Shaped steel plate
Figure 2 - Measurement point at the foot of a rail
It is very
important that the system of pick-ups, mounting su and bolt has a mounting resonance frequency
PPort
much hig her than the upper frequency of the range of interest SO 5348)
(see I
It may be noted that accelerometers can be very sensitive to air-coupled response during the passage of a train. It
is, therefore, necessary to protect them from airborne sound.
6.3 Signal-to-noise ratio
It is a dvisa ble to measure the background noise (see . wh enever possible, d eactivating the sources of
3 2) vibration
For insta
to be measured. rice, when the vibration ca used a passi ng train is recorded, the signal prese nt in the
bY
4
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absence of the train should be recorded and processed in the same way. The results of both are then compared;
their ratio is the signal-to-noise ratio S/N.
When the signal is more than three times higher than the noise (S/N > 10 dB), the readings can be accepted
without correction. When the signal is between two and three times higher than the noise (6 dB < S/N < 10 dB),
the readings should be corrected and this should be mentioned in the test report.
When the signal is less than twice as hi
...
ISO
NORME
INTERNATIONALE 10815
Première édition
1996-I I-OI
Vibrations mécaniques - Mesurage des
vibrations produites à l’intérieur des
tunnels ferroviaires
par le passage des trains
Mechanical vibration - Measuremen t of vibration genera ted in ternally
in railwa y tunnels by the passage of trains
Numéro de référence
ISO 10815:1996(F)
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ISO 10815:1996(F)
Page
Sommaire
.............................................................
1 Domaine d’application
Références normatives .
2
...............................................................................
3 Définitions
..........................................
Facteurs influençant les vibrations
4
.........................................................
4.1 Facteurs liés aux tunnels
Facteurs liés à la source .
4.2
...............................................................
5 Grandeurs à mesurer
..........................................................
6 Méthodes de mesurage
. Positionnement des capteurs en fonction du passage
61
3
.................................................................................
des trains
.............................................................. 4
. Fixation des capteurs
62
5
..................................................................
63 . Rapport signal-bruit
5
Instruments de mesure .
7
....................................... 5
8 Mesurage pour les sources internes
5
. État de la voie .
81
......................................................................... 6
82 . État des trains
6
.........................................................................
9 Types d’essais
6
91 . Essais complets .
.......................................................................... 6
92 . Essais partiels
7
Évaluation des mesurages .
10
7
11 Rapport d’essai .
--I-I-- -- ----
0 ISO 1996
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-I 211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
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@ ISO
ISO 10815:1996(F)
Annexes
A Vibration du tunnel résultant du passage des trains . 9
B Exemples de tunnels ferroviaires . 10
C Bibliographie .
24
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 10815:1996(F) @ ISO
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre intéresse par une
étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques
sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication comme
Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 10815 a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques, sous-comité SC 2, Mesure
et évaluation des vibrations et chocs mécaniques intéressant les machines,
les véhicules et les structures.
nte Norme internationale sont données
Les annexe sAàC de la prése
uniquement à titre d’i nfo rmation.
---------------------- Page: 4 ----------------------
@ ISO ISO 10815:1996(F)
Introduction
Les tunnels ferroviaires sont régulièrement soumis à des vibrations, dont
les sources sont de nature interne (trains et voitures de service, travaux de
maintenance, etc.).
Seules les v ibrations résultant du passage des trains sont prises en
considé ration dans la p Irésente Norme international e.
Les différen tes raisons justifiant le mesurage des vibrations dans les
tunnels sont présentées comme s uit.
Lorsqu’on sait qu’un tunnel est exposé à des vibrations susceptibles de
mettre en doute son intégrité, il convient d’effectuer les mesurages
appropriés (voir 9.1) afin de vérifier si les niveaux atteints sont acceptables.
Les mesurages des vibrations peuvent être effectués lorsque
- le niveau de vibratio n maximal acceptable a été déterminé et qu’une
vérif icatio n régulière est requise (voir 9.2);
- les performances dynamiques d’un tunnel construit récemment ont
été prévues et qu’il faut les vérifier par rapport aux données de
conception (voir 9.1);
- le tunnel subit des phénomènes externes à caractère exceptionnel
(par exemple en raison d’incendies, de tremblements de terre,
d’explosions, d’engins de battage ou de démolition de bâtiments à
proximité), et l’intégrité de la structure devant être vérifiée (voir 9.1);
-
une modification quelconque de la voie et/ou des sources de vibration
interne (par exemple charge sur l’essieu des véhicules) a été
effectuée.
V
---------------------- Page: 5 ----------------------
Page blanche
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ISO 10815:1996(F)
NORME INTERNATIONALE @ ISO
Mesurage des vibrations produites à
Vibrations mécaniques -
l’intérieur des tunnels ferroviaires par le passage
des trains
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale établit les principes fondamentaux de mesurage, de traitement et d’évaluation
des vibrations produites au niveau interne dans les tunnels ferroviaires par le passage des trains.
L’établissement de modes opératoires normalisés peut permettre d’obtenir des données comparatives sur la
réponse des différents éléments d’un tunnel, par intervalles, à condition que la source d’excitation soit la même.
II est également possible de comparer les données obtenues dans différents tunnels.
Les mesurages considérés dans le cadre de la présente Norme internationale concernent la réponse des éléments
de structures et des éléments secondaires fixés dans le tunnel. Ils ne concernent pas la réponse des personnes se
trouvant dans le tunnel ou à proximité, ni celle des passagers de trains circulant sous le tunnel.
2 Références normatives
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui en est faite, constituent des
dispositions valables pour la présente Norme internationale. Au moment de la publication, les éditions indiquées
étaient en vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties prenantes des accords fondés sur la présente
Norme internationale sont invitées à rechercher la possibilité d’appliquer les éditions les plus récentes des normes
indiquées ci-après. Les membres de la CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes internationales en vigueur
à un moment donné.
Grandeurs normales de référence pour les niveaux acoustiques.
ISO 1683:1983, Acoustique -
ISO 4866: 1990, Vibrations et chocs mécaniques - Vibrations des bâtiments - Lignes directrices pour le
mesurage des vibrations et évaluation de leurs effets sur les bâtiments.
- Fixation mécanique des accéléromè tres.
ISO 5348: 1987, Vibrations et chocs mécaniques
3 Définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les définitions suivantes s’appliquent.
3.1 tunnel: Structure souterraine dans laquelle circulent des trains de voyageurs, des trains de marchandises ou
des trains de service.
3.2 bruit de fond: Somme de tous les signaux à l’exception de celui en cours de recherche.
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4 Facteurs influençant les vibrations
4.1 Facteurs liés aux tunnels
tun nel dépendent, dan s une large mesure, de sa géométrie, des éléments
Les caractéristiques dynamiques d’un
secondaires, de la profondeur ainsi que 1 de la qualité des sols.
Un tunnel recouvert est généralement un système composé d’éléments discrets (tels que béton, conduits de
ventilation, etc.), chacun étant relié au sol. Ils peuvent présenter différentes caractéristiques de réponse et
différents modes de couplage au sol environnant, qu’il s’agisse de terre ou de rocher.
4.1.1 Type et état des tunnels
répondant aux vibrations de
II existe différen ts types de tunnels, chacun façon différente. L’annexe B en donne des
exemples.
4.1.2 Fréquences propres et amortissement
Dans le cadre de la présente Norme internationale, les fréquences concernées sont probablement liées à la
réponse des éléments du tunnel et non à une fréquence fondamentale de la cavité du tunnel dans le milieu
environnant. Les fréquences propres de ces éléments peuvent être déterminées comme suit:
- le mesurage de la réponse des éléments du tunnel lorsqu’ils sont affectés par un phénomène extérieur
transitoire important, tel que le battage des pilotis ou une explosion;
- l’utilisation d’un vibreur comme source mono-fréquentielle avec le mesurage de l’amplitude de réponse;
- le mesurage de la réponse utilisant l’excitation ambiante et l’analyse de spectre.
II est difficile de déterminer l’amortissement avec précision, notamment pour les tunnels comportant à la fois des
éléments légèrement amortis, tels que des faisceaux et des éléments en contact étroit avec les surfaces du
tunnel, par conséquent fortement amortis en raison du rayonnement d’ondes.
4.1.3 Sol
La qualité du sol aux abords du tunnel joue un rôle important quant à sa raideur et sa réponse aux vibrations; par
conséquent, il en va de même lors des prévisions de réponse. Ses caractéristiques dépendent de la taille des
particules du sol, de leur compacité, saturation, niveau d’eau souterraine et stratification, ainsi que de l’amplitude,
la fréquence et la durée de l’excitation.
4.2 Facteurs liés à la source
Les vibrations produites par le passage des trains peuvent être classées en fonction du type de signal, de leur
durée et de la plage de fréquences (voir ISO 4866).
Le signal dépend des propriétés mécaniques du train, de la voie, du contact entre le rail et les roues, et du chargement
et de la vitesse du train.
fréquences à ana lyser d épend de rtition
La plage de la répa spectrale des forces d’excitation et de la fonction de
transfert, de la source vers les S du tunnel ou leur couve rture.
La plage de fréquences de 1 Hz à 100 Hz concerne la réponse de différents éléments du tunnel. Sur le rail, la plage
de fréquences considérée va généralement jusqu’à 2 kHz, mais des fréquences plus élevées se manifestent
souvent.
2
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@ ISO ISO 10815:1996(F)
5 Grandeurs à mesurer
Dans la plage de fréquences considérée, au niveau des vibrations d’un tunnel, on mesure généralement une valeur
cinématique telle que la vitesse ou l’accélération.
Dans la plage de fréquences plus basses, il est préférable de mesurer la vitesse, alors que, pour une plage de
fréquences plus élevées, les facteurs instrumentaux indiquent de mesurer l’accélération.
6 Méthodes de mesurage
6.1 Positionnement des capteurs en fonction du passage des trains
Pour effectuer les relevés, il convient, idéalement, de disposer d’un tunnel s’étendant de façon rectiligne, d’une
longueur minimale de 200 m. II convient de placer les capteurs à l’écart de toute anomalie apparente (fissure
majeure, infiltration d’eau, points d’aiguille et croisements), à moins que leur effet ne fasse, par ailleurs, l’objet de
l’étude. Pour étudier la réponse du tunnel, il convient, de préférence, d’aligner les capteurs selon les trois axes
principaux du tunnel (un verticalement et deux horizontalement; voir figure 1).
Dimensions en mètres
Z
X
I
K
Y
Type d’essai Points de mesurage
Complet (voir 9.1)
a, b, c, d, e
Partiel (voir 9.2)
b, d, e
Figure 1 - Points de mesurage à un croisement, fonction du type d’essai
Dans l’affectation suivante des points de mesurage, on suppose que le train roule sur la voie de gauche (voir
figure 1).
Qu’il s’agisse d’essais complets ou partiels (voir 9.1 ou 9.2), il convient de disposer les capteurs ainsi:
- au niveau du plancher et au centre par rapport à la verticale (point d sur la figure 1): entre deux traverses dans
le cas où les rails sont posés sur le ballast, ou entre deux attaches successives ou pointes de fer pour les
autres types de voies;
- sur la voûte (point e sur la figure 11, directement au-dessus du point d;
- sur la paroi du tunnel la plus proche de la voie de passage du train, à 1,20 m’ au-dessus du niveau des rails
(point b sur la figure 1).
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@ ISO
ISO 10815:1996(F)
Pour approfondir la connaissance du lien qui unit les trains en tant que sources d’excitation et les vibrations
transmises au tunnel, il convient de procéder aux mesurages à la semelle du rail, perpendiculairement au plan des
rails (point a sur la figure 1).
La position a étant sujette à des effets locaux, il convient de déterminer ses caractéristiques et son niveau de
stabilité avant de la sélectionner en tant que point de contrôle, dans le cas d’essais partiels.
II convient de prendre en compte la pente formant la semelle du rail (voir figure 2).
Si le plancher n’est pas accessible, il convient de placer le capteur au point accessible le plus proche et d’indiquer
tout élément se trouvant entre le capteur et le plancher.
Pour les essais complets (voir 9.11, les relevés doivent également être effectués sur deux autres sections,
éloignées de la section médiane (en général 20 m) afin de limiter toute influence locale. Cependant, en cas
d’équivalence des signaux provenant de deux points correspondants situés dans deux sections différentes,
éloignés de 20 m l’un de l’autre, il suffit d’effectuer les mesurages sur une seule section.
proportion supérieure à 25 % (2 dB), il convient
Par contre i ces relevés diffèrent systématiquem une de
3
et de considérer une tro sième section.
les rejeter
és des trois sections, il convient d’étudier les conditions locales et de sélectionner
S’il y a divergence entre les relev
une autre section pour mesurage
6.2 Fixation des capteurs
II convient d’installer les capteurs conformément à I’ISO 5348, afin de reproduire le mouvement des éléments
vibrants, tout en minimisant la réponse due au système de fixation.
La fixation doit être rigide et aussi légère que possible.
Lors de la fixation des capteurs sur la semelle du rail, il convient de fixer solidement, entre les capteurs et le rail,
une plaque en acier moulé (de préférence soudée au rail); sinon, les capteurs ne pourront pas être fixés
perpendiculairement à la semelle du rail (voir figure 2).
Capteur
Plaque en acier moulé
Figure 2 - Point de mesurage au niveau de la semelle du rail
II est très important que le système de capteurs, support de fixation et écrou possède une fréquence de résonance
de fixation nettement supérieure à la fréquence la plus élevée de la plage considérée (voir ISO 5348).
On peut remarquer que les accéléromètres peuvent être très sensibles à la réponse couplée avec l’air lors du
passage d’un train. II est ainsi nécessaire de les protéger des sons aériens.
4
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@ ISO ISO 10815:1996(F)
6.3 Rapport signal-bruit
II est recommandé de mesurer le bruit de fond (voir 3.2) dans la mesure du possible, en désactivant les sources de
vibration devant être mesurées. Par exemple, si les vibrations provoquées par le passage d’un train sont
enregistrées, il convient de noter l’apparition du signal en l’absence de train et de le traiter de façon identique, puis
de comparer les résultats des deux; le rapport entre les deux correspond alors au rapport signal-bruit S/N.
Lorsque le signal est plus de trois fois supérieur à celui du brui t (S/N > 10 dB), I es relevés peuvent être acceptés
deux à trois fois supérie ur à celui du bruit
sans y apporter de correction. Lorsque le signal es
...
ISO
NORME
INTERNATIONALE 10815
Première édition
1996-I I-OI
Vibrations mécaniques - Mesurage des
vibrations produites à l’intérieur des
tunnels ferroviaires
par le passage des trains
Mechanical vibration - Measuremen t of vibration genera ted in ternally
in railwa y tunnels by the passage of trains
Numéro de référence
ISO 10815:1996(F)
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ISO 10815:1996(F)
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Sommaire
.............................................................
1 Domaine d’application
Références normatives .
2
...............................................................................
3 Définitions
..........................................
Facteurs influençant les vibrations
4
.........................................................
4.1 Facteurs liés aux tunnels
Facteurs liés à la source .
4.2
...............................................................
5 Grandeurs à mesurer
..........................................................
6 Méthodes de mesurage
. Positionnement des capteurs en fonction du passage
61
3
.................................................................................
des trains
.............................................................. 4
. Fixation des capteurs
62
5
..................................................................
63 . Rapport signal-bruit
5
Instruments de mesure .
7
....................................... 5
8 Mesurage pour les sources internes
5
. État de la voie .
81
......................................................................... 6
82 . État des trains
6
.........................................................................
9 Types d’essais
6
91 . Essais complets .
.......................................................................... 6
92 . Essais partiels
7
Évaluation des mesurages .
10
7
11 Rapport d’essai .
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0 ISO 1996
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-I 211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
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Annexes
A Vibration du tunnel résultant du passage des trains . 9
B Exemples de tunnels ferroviaires . 10
C Bibliographie .
24
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Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre intéresse par une
étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques
sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication comme
Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 10815 a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques, sous-comité SC 2, Mesure
et évaluation des vibrations et chocs mécaniques intéressant les machines,
les véhicules et les structures.
nte Norme internationale sont données
Les annexe sAàC de la prése
uniquement à titre d’i nfo rmation.
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Introduction
Les tunnels ferroviaires sont régulièrement soumis à des vibrations, dont
les sources sont de nature interne (trains et voitures de service, travaux de
maintenance, etc.).
Seules les v ibrations résultant du passage des trains sont prises en
considé ration dans la p Irésente Norme international e.
Les différen tes raisons justifiant le mesurage des vibrations dans les
tunnels sont présentées comme s uit.
Lorsqu’on sait qu’un tunnel est exposé à des vibrations susceptibles de
mettre en doute son intégrité, il convient d’effectuer les mesurages
appropriés (voir 9.1) afin de vérifier si les niveaux atteints sont acceptables.
Les mesurages des vibrations peuvent être effectués lorsque
- le niveau de vibratio n maximal acceptable a été déterminé et qu’une
vérif icatio n régulière est requise (voir 9.2);
- les performances dynamiques d’un tunnel construit récemment ont
été prévues et qu’il faut les vérifier par rapport aux données de
conception (voir 9.1);
- le tunnel subit des phénomènes externes à caractère exceptionnel
(par exemple en raison d’incendies, de tremblements de terre,
d’explosions, d’engins de battage ou de démolition de bâtiments à
proximité), et l’intégrité de la structure devant être vérifiée (voir 9.1);
-
une modification quelconque de la voie et/ou des sources de vibration
interne (par exemple charge sur l’essieu des véhicules) a été
effectuée.
V
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NORME INTERNATIONALE @ ISO
Mesurage des vibrations produites à
Vibrations mécaniques -
l’intérieur des tunnels ferroviaires par le passage
des trains
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale établit les principes fondamentaux de mesurage, de traitement et d’évaluation
des vibrations produites au niveau interne dans les tunnels ferroviaires par le passage des trains.
L’établissement de modes opératoires normalisés peut permettre d’obtenir des données comparatives sur la
réponse des différents éléments d’un tunnel, par intervalles, à condition que la source d’excitation soit la même.
II est également possible de comparer les données obtenues dans différents tunnels.
Les mesurages considérés dans le cadre de la présente Norme internationale concernent la réponse des éléments
de structures et des éléments secondaires fixés dans le tunnel. Ils ne concernent pas la réponse des personnes se
trouvant dans le tunnel ou à proximité, ni celle des passagers de trains circulant sous le tunnel.
2 Références normatives
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui en est faite, constituent des
dispositions valables pour la présente Norme internationale. Au moment de la publication, les éditions indiquées
étaient en vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties prenantes des accords fondés sur la présente
Norme internationale sont invitées à rechercher la possibilité d’appliquer les éditions les plus récentes des normes
indiquées ci-après. Les membres de la CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes internationales en vigueur
à un moment donné.
Grandeurs normales de référence pour les niveaux acoustiques.
ISO 1683:1983, Acoustique -
ISO 4866: 1990, Vibrations et chocs mécaniques - Vibrations des bâtiments - Lignes directrices pour le
mesurage des vibrations et évaluation de leurs effets sur les bâtiments.
- Fixation mécanique des accéléromè tres.
ISO 5348: 1987, Vibrations et chocs mécaniques
3 Définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les définitions suivantes s’appliquent.
3.1 tunnel: Structure souterraine dans laquelle circulent des trains de voyageurs, des trains de marchandises ou
des trains de service.
3.2 bruit de fond: Somme de tous les signaux à l’exception de celui en cours de recherche.
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4 Facteurs influençant les vibrations
4.1 Facteurs liés aux tunnels
tun nel dépendent, dan s une large mesure, de sa géométrie, des éléments
Les caractéristiques dynamiques d’un
secondaires, de la profondeur ainsi que 1 de la qualité des sols.
Un tunnel recouvert est généralement un système composé d’éléments discrets (tels que béton, conduits de
ventilation, etc.), chacun étant relié au sol. Ils peuvent présenter différentes caractéristiques de réponse et
différents modes de couplage au sol environnant, qu’il s’agisse de terre ou de rocher.
4.1.1 Type et état des tunnels
répondant aux vibrations de
II existe différen ts types de tunnels, chacun façon différente. L’annexe B en donne des
exemples.
4.1.2 Fréquences propres et amortissement
Dans le cadre de la présente Norme internationale, les fréquences concernées sont probablement liées à la
réponse des éléments du tunnel et non à une fréquence fondamentale de la cavité du tunnel dans le milieu
environnant. Les fréquences propres de ces éléments peuvent être déterminées comme suit:
- le mesurage de la réponse des éléments du tunnel lorsqu’ils sont affectés par un phénomène extérieur
transitoire important, tel que le battage des pilotis ou une explosion;
- l’utilisation d’un vibreur comme source mono-fréquentielle avec le mesurage de l’amplitude de réponse;
- le mesurage de la réponse utilisant l’excitation ambiante et l’analyse de spectre.
II est difficile de déterminer l’amortissement avec précision, notamment pour les tunnels comportant à la fois des
éléments légèrement amortis, tels que des faisceaux et des éléments en contact étroit avec les surfaces du
tunnel, par conséquent fortement amortis en raison du rayonnement d’ondes.
4.1.3 Sol
La qualité du sol aux abords du tunnel joue un rôle important quant à sa raideur et sa réponse aux vibrations; par
conséquent, il en va de même lors des prévisions de réponse. Ses caractéristiques dépendent de la taille des
particules du sol, de leur compacité, saturation, niveau d’eau souterraine et stratification, ainsi que de l’amplitude,
la fréquence et la durée de l’excitation.
4.2 Facteurs liés à la source
Les vibrations produites par le passage des trains peuvent être classées en fonction du type de signal, de leur
durée et de la plage de fréquences (voir ISO 4866).
Le signal dépend des propriétés mécaniques du train, de la voie, du contact entre le rail et les roues, et du chargement
et de la vitesse du train.
fréquences à ana lyser d épend de rtition
La plage de la répa spectrale des forces d’excitation et de la fonction de
transfert, de la source vers les S du tunnel ou leur couve rture.
La plage de fréquences de 1 Hz à 100 Hz concerne la réponse de différents éléments du tunnel. Sur le rail, la plage
de fréquences considérée va généralement jusqu’à 2 kHz, mais des fréquences plus élevées se manifestent
souvent.
2
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5 Grandeurs à mesurer
Dans la plage de fréquences considérée, au niveau des vibrations d’un tunnel, on mesure généralement une valeur
cinématique telle que la vitesse ou l’accélération.
Dans la plage de fréquences plus basses, il est préférable de mesurer la vitesse, alors que, pour une plage de
fréquences plus élevées, les facteurs instrumentaux indiquent de mesurer l’accélération.
6 Méthodes de mesurage
6.1 Positionnement des capteurs en fonction du passage des trains
Pour effectuer les relevés, il convient, idéalement, de disposer d’un tunnel s’étendant de façon rectiligne, d’une
longueur minimale de 200 m. II convient de placer les capteurs à l’écart de toute anomalie apparente (fissure
majeure, infiltration d’eau, points d’aiguille et croisements), à moins que leur effet ne fasse, par ailleurs, l’objet de
l’étude. Pour étudier la réponse du tunnel, il convient, de préférence, d’aligner les capteurs selon les trois axes
principaux du tunnel (un verticalement et deux horizontalement; voir figure 1).
Dimensions en mètres
Z
X
I
K
Y
Type d’essai Points de mesurage
Complet (voir 9.1)
a, b, c, d, e
Partiel (voir 9.2)
b, d, e
Figure 1 - Points de mesurage à un croisement, fonction du type d’essai
Dans l’affectation suivante des points de mesurage, on suppose que le train roule sur la voie de gauche (voir
figure 1).
Qu’il s’agisse d’essais complets ou partiels (voir 9.1 ou 9.2), il convient de disposer les capteurs ainsi:
- au niveau du plancher et au centre par rapport à la verticale (point d sur la figure 1): entre deux traverses dans
le cas où les rails sont posés sur le ballast, ou entre deux attaches successives ou pointes de fer pour les
autres types de voies;
- sur la voûte (point e sur la figure 11, directement au-dessus du point d;
- sur la paroi du tunnel la plus proche de la voie de passage du train, à 1,20 m’ au-dessus du niveau des rails
(point b sur la figure 1).
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ISO 10815:1996(F)
Pour approfondir la connaissance du lien qui unit les trains en tant que sources d’excitation et les vibrations
transmises au tunnel, il convient de procéder aux mesurages à la semelle du rail, perpendiculairement au plan des
rails (point a sur la figure 1).
La position a étant sujette à des effets locaux, il convient de déterminer ses caractéristiques et son niveau de
stabilité avant de la sélectionner en tant que point de contrôle, dans le cas d’essais partiels.
II convient de prendre en compte la pente formant la semelle du rail (voir figure 2).
Si le plancher n’est pas accessible, il convient de placer le capteur au point accessible le plus proche et d’indiquer
tout élément se trouvant entre le capteur et le plancher.
Pour les essais complets (voir 9.11, les relevés doivent également être effectués sur deux autres sections,
éloignées de la section médiane (en général 20 m) afin de limiter toute influence locale. Cependant, en cas
d’équivalence des signaux provenant de deux points correspondants situés dans deux sections différentes,
éloignés de 20 m l’un de l’autre, il suffit d’effectuer les mesurages sur une seule section.
proportion supérieure à 25 % (2 dB), il convient
Par contre i ces relevés diffèrent systématiquem une de
3
et de considérer une tro sième section.
les rejeter
és des trois sections, il convient d’étudier les conditions locales et de sélectionner
S’il y a divergence entre les relev
une autre section pour mesurage
6.2 Fixation des capteurs
II convient d’installer les capteurs conformément à I’ISO 5348, afin de reproduire le mouvement des éléments
vibrants, tout en minimisant la réponse due au système de fixation.
La fixation doit être rigide et aussi légère que possible.
Lors de la fixation des capteurs sur la semelle du rail, il convient de fixer solidement, entre les capteurs et le rail,
une plaque en acier moulé (de préférence soudée au rail); sinon, les capteurs ne pourront pas être fixés
perpendiculairement à la semelle du rail (voir figure 2).
Capteur
Plaque en acier moulé
Figure 2 - Point de mesurage au niveau de la semelle du rail
II est très important que le système de capteurs, support de fixation et écrou possède une fréquence de résonance
de fixation nettement supérieure à la fréquence la plus élevée de la plage considérée (voir ISO 5348).
On peut remarquer que les accéléromètres peuvent être très sensibles à la réponse couplée avec l’air lors du
passage d’un train. II est ainsi nécessaire de les protéger des sons aériens.
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6.3 Rapport signal-bruit
II est recommandé de mesurer le bruit de fond (voir 3.2) dans la mesure du possible, en désactivant les sources de
vibration devant être mesurées. Par exemple, si les vibrations provoquées par le passage d’un train sont
enregistrées, il convient de noter l’apparition du signal en l’absence de train et de le traiter de façon identique, puis
de comparer les résultats des deux; le rapport entre les deux correspond alors au rapport signal-bruit S/N.
Lorsque le signal est plus de trois fois supérieur à celui du brui t (S/N > 10 dB), I es relevés peuvent être acceptés
deux à trois fois supérie ur à celui du bruit
sans y apporter de correction. Lorsque le signal es
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.