ISO 4866:1990
(Main)Mechanical vibration and shock — Vibration of buildings — Guidelines for the measurement of vibrations and evaluation of their effects on buildings
Mechanical vibration and shock — Vibration of buildings — Guidelines for the measurement of vibrations and evaluation of their effects on buildings
Vibrations et chocs mécaniques — Vibrations des bâtiments — Lignes directrices pour le mesurage des vibrations et évaluation de leurs effets sur les bâtiments
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
ISO
INTERNATIONAL
STANDARD - 4866
First edition
1990-08-0 1
Mechanical Vibration and shock - Vibration of
buildings - Guideiines for the measurement of
vibrations and evaluation of their effects on
buildings
Vibrations et chocs mecaniques - Vibrations des batiments - Lignes
directrices pour le mesurage des vibrations et &aluation de leurs effets
SW les batiments
Reference number
ISO 4866: 199O(E)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 4866:1990(E)
Contents
Page
1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 Scop,e
1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 Normative references
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
3 Source-related factors to be considered
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
4 Building-related factors to be considered
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 Quantity to be measured
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 Measuring instrumentation
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
7 Position and fixing of transducers
6
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 Data collection, reduction and analysis
8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 Method of data evaluation
Annexes
11
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A Classification of buildings
11
AA General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
A.2 Structures involved . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
I.
A.3 Definition of classes (see tableA.2)
12
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.4 Categories of structures
12
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
AS Categories of foundations
12
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.6 Types of soil
. . . . . . . . . . . . . 15
B Estimation of peak stress from peak particle velocity
16
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C Random data
16
General . . . . . . . . . . . . . . . ~.
Cl
f
16
..,.............................,....................................
C.2 Frequency domain
16
C.3 Time domain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
D Bibliography
0 ISO 1990
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form
or by any means, electronie or mechanical, including photocopying and microfilm, without
Permission in wrltlng from the publisher.
International Organization for Standardization
Case Postale 56 l CH-121 1 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
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ISO 4866:1990(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national Standards bodies (ISO member bodies). The work
of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Esch 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, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take patt in the
work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) 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 Interna-
tional Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies
casting a vote.
International Standard ISO 4866 was prepared by Technical Committee
ISO/TC 108, Mechanical Vibration and shock.
Annexes A, B, C and D of this International Standard are for information
only.
. . .
Ill
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ISO 4866:1990(E)
Introduction
lt is increasingly recognized that buildings must sustain vibrations, and
recognition of this is needed both in design for structural integrity, ser-
viceability and environmental acceptability, and in the preservation of
historic buildings.
Measureme nt of vi bration in a building is carried out for a variety of
purposes:
- Problem recognition
Where it is reported that a building is vibrating at such a level as to
Cause concern to occupants, it may be necessary to establish
whether or not the levels Warrant concern for structural integrity.
- Controi monitoring
Where maximum permitted Vibration levels have been established
by some agency and those vibrations have to be measured and re-
ported.
- Documentation
Where dynamic loading has been recognized in design and meas-
urements are made to verify the predictions of response and provide
new design Parameters. These may use ambient or imposed loading.
Strong motion seismographs, for example, may be installed so as to
indicate whether or not the responses to earthquake Warrant
changes on operating procedure in a structure.
- Diagnosis
Where it has been established that Vibration levels require further
investigation, measurements are made in Order to provide informa-
tion for mitigation procedures.
Another diagnostic procedure is to use structural response to ambi-
ent or imposed loading to establish structural condition, for example,
after a severe loading, such as an earthquake.
Technical guidance is needed by many interested Parties on the most
appropriate ways of measuring, characterizing and evaluating those vi-
brations that affect buildings. This applies both to buildings already in
existente, which may be subjected to some new or changed Source of
excitation, and to the design of buildings to be erected in an environ-
ment where the building may be excited significantly.
iv
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 4866:1990(E)
The effects of Vibration may also be taken into account by calculation
(see 9.1).
Although the material in this International Standard may be used in ap-
praising the relative severity of structural Vibration, it is not to be re-
garded as suggesting acceptable or non-acceptable levels. Nor does it
consider economic and social aspects, which would be dealt with, as
appropriate, by national regulatory bodies.
V
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This page intentionalJy Jeft blank
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ISO 4866:1990(E)
INTERNATIONAL STANDARD
Mechanical Vibration and shock - Vibration of buildings -
Guidelines for the measurement of vibrations and evaluation
of their effects on buildings
2 Normative references
1 Scope
The following Standards contain provisions which,
This International Standard establishes the basic through reference in this text, constitute provisions
principles for carrying out Vibration measurement of this International Standard. At the time of publi-
and processing data, with regard to evaluating vi- cation, the editions indicated were valid. All stan-
bration effects on buildings. It does not cover the
dards are subject to revision, and Parties to
Source of excitation except insofar as the Source
agreements based on this International Standard
dictates dynamic range, frequency or other param-
tire encouraged to investigate the possibility of ap-
eters. The evaluation of the effects of building vi-
plying the most recent editions of the Standards in-
bration is primarily directed at structural response,
dicated below. Members of IEC and ISO maintain
and includes appropriate analytical methods where
registers of currently valid International Standards.
the frequency, duration and amplitude tan be de-
fined. This International Standard only deals with the
ISO 2041:1975, Vibration and shock - Vocabulary.
measurement of structural Vibration and excludes
the measurement of airborne Sound pressure and
ISO 26352:1989, Evaluation of human exposure fo
other pressure fJuctuations although response to
whole-body Vibration - Part 2: Confinuous and
such excitations is taken into consideration.
shock-induced vibrations in buildings (1 fo 80 Hz).
A building, for the purposes of this International
ISO 4356:1977, Bases for the design of structures -
Standard, is defined as any above-ground structure,
Deformations of buildings at the serviceability Limit
which man frequently inhabits. This excludes from
states.
consideration certain items of plant, for example
columns, Stacks, headframe, containments, even
ISO 5348:1987, Mechanical Vibration and shock -
though they may receive intermittent visits from op-
Mechanical mounting of accelerometers.
erating staff.
IEC 68-2-27:1987, Environmental testing - Part 2:
The structural response of buildings depends upon
Tests - Test Ea and Guidance: Shock.
the excitation; to this end this International Standard
examines the methods of measurements as affected
by the Source, i.e. frequency, duration, and ampli-
tudes as induced by any Source, such as earth-
3 Source-related factors to be considered
quakes, explosions, wind effects, sonic booms,
internal machinery, traffit, construction activities
and others.
3.1 Characteristics of Vibration responses in
buildings
NOTE 1 There are differentes between earthquakes and
man-made vibrations which affect recording conditions.
The types of Vibration tan be classifred as
Earthquake-fault-rupture sources are large in size and
much deeper than most man-made sources. They tan
a) deterministic,
Cause darnage at great distances, have much greater en-
ergy flux and duration and a different Pattern of wave
propagation. Consequently, for the Same Parameter value b) random,
(for example peak particle velocity), the effects on
buildings are different. and further subdivided as given in 8.2.
1
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ISO 4866:1990(E)
For each type of Vibration, a minimum amount of in- from natura1 (wind and earthquake) and to man-
formation is needed so that adequate definition of made (construction, blasting, traffit) Causes. Internal
the type of Vibration tan be drawn up (see machinery may require higher frequencies to be re-
ISO 2041). J ’] corded.
Most building darnage from man-made sources oc-
curs in the frequency range from 1 Hz to 150 Hz.
3.2 Durktion
Natura1 sources, such as earthquakes, usually con-
tain energy at lower frequencies in the range from
The duration of the dynamic exciting forte is an im-
0,i Hz to 30 Hz at damaging intensities. Wind
portant Parameter. For the purposes of this Interna-
excitation tends to have significant energy in the
tional Standard, the response tan be regarded as
frequency range from 0,l Hz to 2 Hz.
continuous or transient, and the type of response
will be dictated by the relationship between the time
Vibration levels of interest range from a few to se-
constants associated with the structural response
veral hundred millimetres per second depending on
and the forcing function.
frequency.
The time con stant of a re sonance response for res-
ona nee, r, in seconds, is given
% bY
4 Building-related factors to be
1
considered
=r=xgjf-
The reaction of buildings and building components
where
to dynamic excitation depends upon response char-
acteristics (for example ,natura1 frequencies, mode
represents the influence of the damping
t
r
shapes and modal damping) as weil as the spectral
and depends on the kind of excitation (lin-
content of the excitation. Cumulative effects should
ear or non-linear);
be considered, especially at high response level and
is the resonance frequency.
long exposure times where fatigue darnage is a
f
r
possibility.
Two cases tan thus be defined (without regard to
whether or not the excitation is deterministic or
random):
4.1 Type and condition of buildings
- Continuous
In Order to describe properly and categorize the
visible effects of Vibration and the results of instru-
If the forcing function impinges on the structure
mental measurements, As classification of buildings
continuously for more than 52,, then the Vibration
as defined in clause 1 is needed. For the purposes
is regarded as continuous.
of this International Standard, a classification of
buildings is set out in annex A.
- Transient
lf the forcing function exists for a time which is
4.2 Natura1 frequencies and damping
less than 52,, then the response is regarded as
transient.
The fundamental natura1 frequencies of a building
or of Parts of the building influence its response and
Since forcing functions which occur naturally are of-
need to be known to allow the several methods of
ten not weil behaved it may be that responses do
evaluating Vibration to be applied. This may be
not fall easily into a Single category. For example
achieved by spectral analysis of low-level response
blasting even with several intervals would be con-
to ambient excitation or by the use of exciters. J*J
sidered transient.
Where a full response analysis is not undertaken
and an assessment of potential Vibration severity is
Frequency and range of Vibration intensity
3.3
needed, empirical expressions relating the height
of a building to the fundamental period tan be used.
The frequency range of vibrations of interest de-
Pl, w, PI
pends upon the distribution of spectral content over
Experimental studiesf61 have indicated the range of
the frequency range of the excitation and upon the
fundamental shear frequency of low-rise buildings
mechanical response of the building. This pinpoints
the spectral content as a most important property 3 m to 12 m high to be from 4,Hz to 15 Hz. Damping
of Vibration input. For simplicity ’s Sake, this Jnterna- behaviour is generaJly amplitude-dependent. The
tional Standard deals with frequencies ranging from natura1 frequency and damping behaviour of sta-
0,l Hz to 500 Hz; it covers the response of buildings tionary structures will be dealt with in a future ad-
of a wide variety and building elements to excitation dendum to this International Standard.
2
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 4866:1990(E)
4.3 Building base dimensions
6 Measuring fnstrumentation
Ground-borne vibrations may have wavelengths of
6.1 General requirements
a few metres to several hundreds of metres. The
response excitation from shorter wavelengths is
Vibration is measured with a view to using the data
complex and the foundations may act as a filter.
in some evaluatory or diagnostic procedure or to
Smaller domestic buildings would generally have
monitoring a Vibration with some established target
base dimensions smaller than the characteristic
level in mind. For evaluation, the minimum per-
wavelengths of all but the highest-frequency sources
formante shall be sufficient to meet the require-
(for example precision blasting in rock).
ments laid down in clause 3 and clause 7 with
regard to the evaluatory procedures described in
clause 9.
4.4 lnfluence of seil
lt is not expected that a Single instrumentation sys-
.
tem would meet all the requirements of frequency
in earthquake eng ineering studies
It l s now common
and dynamic range for the wide range of structures
the soil. Pl
to take into accou nt the influence of
and inputs for which this International Standard is
An evaluation of such interaction effects is some-
applicable.
times justifred for man-made vibrations; such an
The measuring System includes the following
evaluation demands that the shear wave velocity or
instrumentation:
dynamic rigidity modulus in an appropriate volume
of ground material be determined. Empirical, nu-
- transducers (see 6.2);
merical and analytical procedures may be obtained
from several sources. 171
- signal-conditioning equipment;
Foundations on poor soils and frll may suffer from
settlement or loss of bearing capacity due to ground - data recording System.
Vibration. The risk of such effects is a function of the
The frequency response characteristics (amplitude
particle size of the soil, its uniformity, compactionl),
and Phase) need to be specified for the complete
degree of Saturation, internal stress state, as well
measuring System when connected together in the
as the peak multiaxial acceleration and duration of
manner to be used.
the ground Vibration. Loose, cohesionless, saturated
Sands are especially vulnerable and in extreme cir-
The degree to which measured motion needs to ap-
cumstances may undergo Iiquefaction. This phe-
proach true motion will depend upon the Character
nomenon needs to be taken into consideration in
of the investigation and the evaluation method used.
evaluating vibrations and explaining their effects.
f81Vf9] (See also annex A.)
The minimum requirement for 9.2.2 and 9.2.3 is that
the Vibration shall be characterized by a continuous
measurement of the peak particle velocity values.
The minimum requirement for 9.2.4 is that the time
5 Quantity to be measured
history of the Vibration shall be recorded over suffi-
cier t duration and with sufficient accuracy to estab-
.
The characterization of both the nature of Vibration
Irsh its spectral characteristics. Analog or digital
input and the response may be effected by a variety
met Iods are available subject to the stipulations
of displacement, velocity or acceleration trans-
laid down in this clause.
ducers. These tan furnish a record as a function of
time. lt is the usual practice to sense a kinematic
62 . Choice of transducers
quantity, such as velocity or acceleration. From
knowledge of the appropriate transfer function of the
The choice of transducers is important for the cor-
sensing System., each quantity tan be derived from
rect evaluation of vibratory motion. In general,
another by integration or differentiation. Integration
transducers may be divided into two groups prod-
at lower frequencies calls for care and confidence
ucing a linear output either above or below the na-
in amplitude-Phase response of the transducer and
tural resonance of the sensing mechanism. The
instrument chain (see clause 6). As long as the re-
so-called “velocity pick-up” or “geophone” widely
quirement on data collection, treatment and pres-
entation (see clause 6) tan be met, the Sensor may used in structural Vibration measurement is typical
respond to any Chosen quantity. Experience sug- of an electromagnetic Sensor operating at a fre-
gests that there are preferred measuring quantities quency above its natura1 resonance; whereas a
for different situations (see table 1). piezo-electric accelerometer usually operates below
1) Seil compaction may be monitored by precise levelling.
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ISO 4866:1990(E)
L
Table 1 - Typical range of strtktural response for various sources
Particle
Particle
Amplitude
Frequency
Time
velocity acceleration
Measuring
range range
charac-
Vibration forcing function range range
quantities
teristic
Hz mmls m/s*
Pm
Traffit
pvth
1 to 80 1 to 200 0,2 to 50 0,02 to 1 CF
road, rail, ground-borne
Blasting Vibration
0,2 to 500 T pvth
1 to 300 100 to 2500 0,02 to 50
ground-borne
Pile driving
1 to 100 10 to 50 0,2 to 50 . 0,02 to 2 T pvth
ground-borne
Machinery outside
1 to 300 10 to 1000 0,2 to 50 0,02 to 1 CYT pvth/ath
ground-borne
Acoustic
C pvth/ath
10 to 250 1 to 1100 0,2 to 30 0,02 to 1
traffit, machinery outside
T pvth
Air over pressure 1 to 40
Machinery inside 1 to 1000 1 to 100 0,2 to 30 0,02 to 1 C/T pvth/ath
Human activities
a) impact 0,l to 100 100 to 500 0,2 to 20 0,02 to 5
pvth/ath
T
b) direct 0,l to 12 100 to 5000 0,2 to 5 0,02 to 0,2
T pvth/ath
Earthquakes 0,l to 30 10 to 105 0,2 to 400 0,02 to 20
T ath
Wind 0,l to 10 IOIO 105
5 to 500
Acoustic inside
KeY
C = continuous
(simplified categories, see 3.1 and 3.2)
T = transient
1
pvth = particle velocity time history
ath = acceleration time history
NOTES
1 The ranges quoted are extremes but indicate the values which may be experienced and which may have to be
measured (see also note 3). Extreme ranges of amplitude of displacement and frequency have not been used to derive
particle velocity and acceleration.
2 The frequency range quoted refers to the response of buildings and building elements to the particular type of
excitation. lt is indicative only.
3 Vibration values within the ranges given may Cause concern. There are no Standards which cover all varieties of
building, condition and duration of exposure, but many national Codes associate the threshold of visible effects with peak
particle velocities at the foundation of a building of more than a few millimetres per second. A significant probability
of some darnage is linked to peak particle velocities of several hundred millimetres per second. Vibration levels below
the threshold of human perception (see ISO 2631-2) may be of concern in delicate and industrial processes.
plitude and Phase response are critical, linear per-
the resonance. There are electromagnetic Sensors
formante of the whole measuring chain should be
which operate below their natura1 frequency, such
as are widely used strong-motion seismographs. ensured. A low-frequency tut-off ten times the low-
est required measured frequency is often recom-
In practice, care should be exercised in using the
mended as a good compromise and, in general, the
Phase information from the “velocity pick-up” type
measured Signal should be 5 dB above the back-
of transducer at the lower frequencies. If both am-
ground noise.
4
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ISO 4866:1990(E)
Vetocity pick-ups generate a relatively high Signal measurement of maximum responses in the whole
structure together with observations on elements
thus simplifying the instrument chain. If particle ve-
such as floors, Walls and windows.
locity is needed, the piezo-electric accelerometer
output needs integrating, and with transients the re-
sponse of the whole chain should be verified.
7.1.2 Measurement in a bullding
6.3 Signal-to-noise ratio
Transducer placement in a building depends on the
The signal-to-noise ratio should generally be not
Vibration response of concern. As described in
less than 5 dß. If the signal-to-noise ratio is between
7.1.1, assessment of the Vibration being input to a
10 dB and 5 dB, the measured value should be cor-
building from ground-borne sources is best done by
rected (i.e. diminished) and the correction method
measurements on or near the foundation. Determi-
reported. Background noise is defined as the sum
nation of structural racking or of shear deformation
of all the Signals not due to the phenomenon under
of the building as a whole requires measurements
investigation.
directly on the load-bearing members which afford
the structures’ stiffness. This usually means three
components of measurement in corners, although
7 Position and fixing of transducers
other arrangements are possible.
Sometimes, floor or wall motions are of concern,
7.1 Positions
with maximum amplitudes at mid-span locations.
Although sometimes very severe, these vibrations
are usually unrelated to structural integrity. ~11
7.1 .i General
Investigations associated with sources within a
The proper characterization of the Vibration of a
building usually involve a trial-and-error exploratory
building requires a number of positions of meas-
Phase.
urement which depend upon the size and complexity
of the building.
In cases where measurements related to equipment
are to be made, such as when monitoring comput-
Where the purpose is to monitor with regard to im-
ers, relays and other installations sensitive to vi-
posed Vibration, the preferred Position is at the
bration, the measurement should reflect the
foundation, a typical location being at a Point low on
incoming Vibration. The Point of measurement
the main load-bearing external wall at ground floor
should be placed on or at the foundation or on the
level when measurements on the foundations
frame of the equipment. In this case, the equipment
proper are not possible.
should if possible be switched off for the measure-
ment.
Measurements of Vibration response generated by
traffit, pile-driving and blasting, especially at a great
In cases where measurements related to ground-
distance, show that the Vibration may be amplified
transmitted Vibration are to be made, such as where
within the building and in proportion to the height
ground Vibration sources are being studied, it is
of the building. lt may, therefore, be necessary to
usual to orientate the Sensors with respect to radial
carry out simultaneous measurements at several
direction defined as the line joining the Source and
Points within the building. Simultaneous measure-
the Sensor. When studying structural response to
ments on the foundation and the ground outside will
ground Vibration, it is more realistic to orientate with
serve to establish a transfer function.
respect to the major and minor axes of the structure.
lt is often not possible to make measurements at the
Where a building is higher than 4 floors (N 12 m),
foundation proper so instruments have to be cou-
subsequent measuring Points should be added ev-
pled to the ground.
er-y 4 floors and at the highest floor of the building.
Vibration measurements made on or below the
Where a building is more than 10 m long, measuring
ground surface may be affected by the Variation of
positions should be installed at horizontal intervals
the amplitude of a surface wave with the depth.
of approximately 10 m.
Building foundations may then be exposed to a mo-
Additional measuring Points may have to be made tion which is different from the one observed on the
ground surface depending on the wavelength, foun-
in response to requests by occupants and as a con-
dation depths and geotechnical conditions.
sequence of initial obsewations.
For wind-induced Vibration, vertical components are
For investigations of the analytical type, positioning
often dispensed with and test instrument disposition
will depend upon the modes of deformation to be
should be made with rotational and translational
considered. Most practical cases are economically
modes in mind.
limited to identification of fundamental modes and
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ISO 4866:1990(E)
where w1 is the mass of the transducer and plate and
7.2 Fixing of transducers
r is the equivalent radius of the plate. The rigid sur-
face plate may, for example, be a weil-bedded pav-
7.2.1 Coupling to strucftiral eiernenk
ing slab. For most soils, the mass density, p, ranges
from 1500 kg/ms to 2 600 kg/m%
The mounting of Vibration transducers to vibrating
elements or Substrate should comply with ISO 5348
with rega?d to accelerometers. The aim should be
8 Data collection, redtktion and analysis
to reproduce faithfully the motion of the element or
Substrate without introducing additional response.
8.1 General
Care should be taken with triaxial assemblies to
avoid rocking or bending.
The aim of measurement is to acquire sufficient in-
formation to enable the selected method of evalu-
The mass of the transducer and monitoring unit (if
any) shall not be greater than 10 % of the building ation (see clause 9) to be carried out with a
element to which it is fixed. Mounting shall be as stiff sufficient degree of confrdence.
and as light as possible.
The amount of information required to characterize
Vibration properly increases as the complexity of the
Brackets should be avoided. lt is better to fix three
uniaxial transducers to three faces of a metal cube Vibration increases from simple periodic to non-
rigidly mounted by means of studs or quick-setting, stationary random and transient motion.
high modulus resin. The transducer mounting tan
Data collection Systems which are adequate for de-
be secured to the frame of the building by expansion
fining a periodic motion over a specified frequency
bolts. Gypsum joints are preferred when measuring
range may not be adequate for establishing even a
on lig htweight concrete elements.
Single Parameter index (for example peak particle
In special circumstances, it is acceptable to glue the velocity) for a more complex motio
...
Iso
NORME
INTERNATIONALE 4866
Première édition
1990-08-o 1
Vibrations et chocs mécaniques - Vibrations
des bâtiments - Lignes directrices pour le
mesurage des vibrations et évaluation de leurs
effets sur les bâtiments
Mechanical vibration and shock - Vibration of buildings - Guidelines
for the measurement of vibrations and evaluation of their effects on
buildings
Numéro de référence
ISO 4866: 1990(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
Sommaire
Page
1
Domaine d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Références normatives
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Facteurs à examiner relatifs à la source
2
Facteurs relatifs aux bâtiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
Grandeur à mesurer . . . . . . . . . . . . . . .~.
3
Appareillage de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Position et fixation des transducteurs
7
Acquisition, réduction et analyse des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
Méthode d’évaluation des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Annexes
12
A Classification des bâtiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
Généralités .
Al ,
12
...............................................................
A2 I Structures impliquées
12
A3 . Définition des catégories (voir tableau A.2) .
13
A4 . Catégories des structures .
13
A5 . Catégories de fondations .
13
A.6 Types de sols .
B Estimation des contraintes maximales d’après la vitesse maximale
16
des particules ,.,.,.
17
C Données aléatoires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
C.l Généralit& . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
C.2 Domaine fréquentiel
17
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C.3 Domaine temporel
18
D Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
0 iso 1990
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être repro-
duite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, 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-1211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
Avant-propos
LIS0 (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 inté-
ressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé
à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux tra-
vaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique
internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotech-
nique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techni-
ques 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 4866 a été élaborée par le comité techni-
que ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques.
Les annexes A, B, C et D de l’a présente Norme internationale sont
données uniquement à titre d’information.
. . .
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
Introduction
II est de plus en plus évident que les bâtiments doivent supporter des
vibrations et il est nécessaire d’en tenir compte à la fois pour la
conception en vue de l’intégrité des structures, du comportement en
service et de I’acceptabilité de l’environnement, ainsi que pour la pré-
servation des b$timents historiques.
La mesure des vibrations dans un bâtiment est réalisée afin de répon-
dre à divers objectifs:
- Reconnaissance du problème
Lorsqu’il est signalé qu’un bâtiment est soumis à des vibrations at-
teignant un niveau tel qu’elles peuvent donner lieu à des soucis ‘pour
les occupants, il peut se révéler nécessaire d’établir si ces niveaux
justifient ou non de s’intéresser à l’intégrité des structures.
- Vérification de contrôle
Lorsque les niveaux vibratoires maximaux permis ont été détermi-
nés par certains organismes et que ces vibrations doivent être me-
surées et faire l’objet d’un compte rendu.
- Documentation
Lorsque des vibrations dynamiques ont été déterminées lors de la
conception et que des mesures ont été réalisées pour vérifier les
prévisions en matière de réponse et pour fournir de nouveaux para-
mètres de conception. Ces derniers peuvent utiliser des vibrations
ambiantes ou des vibrations imposées. Des séismographes de
mouvement fort peuvent, par exemple, être mis en place de facon à
indiquer si les réponses à un tremblement de terre justifient des
modifications de la procédure de mise en œuvre dans une structure.
- Diagnostic
Lorsqu’il a été établi que les niveaux vibratoires nécessitent la réa-
lisation de mesures complémentaires afin de fournir des infor-
mations en ce qui concerne les procédures d’atténuation.
Une autre méthode de diagnostic consiste à utiliser la réponse des
structures à des vibrations ambiantes ou imposées afin d’établir
l’état de la structure, par exemple après une charge sévère telle
qu’un tremblement de terre.
Ces différents objectifs demandent divers systèmes de mesure du plus
simple au plus sophistiqué mis en place lors de différents types de re-
cherche (voir 9.2).
De nombreuses parties intéressées ont besoin d’un guide technique
concernant les méthodes les plus appropriées de mesure, de caracté-
risation et d’évaluation des vibrations qui affectent les bâtiments. Cela
iv
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
s’applique à la fois aux b$timents existants qui sont susceptibles d’être
soumis à une certaine source externe nouvelle ou modifiée d’excitation
et à la conception de bâtiments à ériger dans un environnement où le
bâtiment peut être excité de facon significative.
.
Les effets des vibrations peuvent également être pris en compte par
calcul (voir 9.1).
Bien que les données de la présente Norme internationale puissent être
utilisées pour apprécier la sévkrit6 relative des vibrations des structu-
res il convient de ne pas les considérer comme des données proposant
des niveaux acceptables ou non acceptables. Les données ne tiennent
pas compte des aspects économiques et sociaux qui seront traités de
facon adéquate par des organismes nationaux de réglementation.
9
---------------------- Page: 5 ----------------------
Page blanche
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
NORME INTERNATIONALE
Vibrations et chocs mécaniques - Vibrations des
bâtiments - Lignes directrices pour le mesurage des
vibrations et évaluation de leurs effets sur les bâtiments
terre sorit de grandes dimensions et beaucoup plus pro-
1 Domaine d’application
fondes que la plupart des sources artificielles. Elles peu-
vent entraîner des dommages à de grandes distances, ont
La présente Norme internationale établit des princi-
un flux d’énergie et une durée beaucoup plus importante
pes fondamentaux de l’exécution des mesures des
et un type différent de propagation de l’onde. Par consé-
vibrations et du traitement des données en ce qui quent, pour une même valeur de paramètre (par exemple
la vitesse particulaire de crête), les effets sur les bâti-
concerne l’évaluation des effets des vibrations sur
ments sont différents.
les bâtiments. Elle ne traite pas de la source d’ex-
citation sauf lorsque celle-ci impose un effort dyna-
mique, une fréquence ou d’autres paramètres.
L’évaluation des effets des vibrations des structures
2 Références normatives
concerne principalement la réponse des structures
et inclut également des méthodes analytiques ap- Les normes suivantes contiennent des dispositions
propriées permettant de définir la fréquence, la du- qui, par suite de la référence qui en est faite,
rée et l’amplitude. La présente Norme internationale constituent des dispositions valables pour la pré-
ne traite en outre que du mesurage des vibrations sente Norme internationale. Au moment de la pu-
des structures et exclut la mesure du bruit aérien
blication, les éditions indiquées étaient en vigueur.
et d’autres variations de pression bien que la ré-
Toute norme est sujette à révision et les parties
ponse à de telles excitations soit prise en considé-
prenantes des accords fondés sur la présente
ration.
Norme internationale sont invitées à rechercher la
possibilité d’appliquer les éditions les plus récentes
Dans le cadre de la présente Norme internationale,
des normes indiquées ci-après. Les membres de la
un bâtiment est défini comme une structure quel-
CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes
conque s’élevant au-dessus du sol et fréquemment
internationales en vigueur à un moment donné.
habitée par l’homme. Cela exclut de l’examen cer-
tains éléments d’installation comme, par exemple,
ISO 2041:1975, Vibrations et chocs - Vocabulaire.
les colonnes, les cheminées, les étais, les réser-
voirs, même s’ils sont susceptibles de recevoir la
ISO 263%2:1989, Estimation de l’exposition des indi-
visite de personnel d’entretien.
vidus à des vibrations globales du corps - Partie 2:
Vibrations continues et induites par les chocs dans
La réponse des structures des bâtiments dépend de
les b$timents (1 à 80 Hz).
l’excitation; la présente Norme internationale exa-
mine à cet effet les méthodes de mesure affectées
ISO 4356:1977, Bases du calcul des constructions -
par la source, c’est-à-dire la fréquence, la durée et
Déformations des bâtiments à /‘état limite d’utili-
les amplitudes induites par une source quelconque,
sation.
tels les tremblements de terre, les explosions, les
effets du vent, les bangs soniques, les machines qui
ISO 5348:1987, Vibrations et chocs mécaniques -
se trouvent à l’intérieur, le trafic, les activités de
Fixation mécanique des accéléromètres.
construction et autres.
CEI 68-2-27: 1987, Essais fondamentaux climatiques
NOTE 1 II existe des différences entre les tremblements
et de robustesse mécanique - Deuxième partie: Es-
de terre et les vibrations de sources artificielles, qui af-
sais - Essai Ea et guide: Chocs.
fectent les conditions d’enregistrement. Les sources de
ruptures consituées par les failles des tremblements de
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
réponses ne se classent pas facilement dans une
3 Facteurs à examiner relatifs à la source
seule categorie. Par exemple, les explosions, même
avec plusieurs intervalles, sont considérées comme
3.1 Caractéristiques des réponses vibratoires transitoires.
dans les bâtiments
3.3 Fréquences et gammes des niveaux de
II est possible de classer les types de vibration en
vibrations
tant que
La gamme de fréquences vibratoires intéressante
a) déterministes, et
dépend de la répartition spectrale de l’excitation
ainsi que de la réponse mécanique du batiment.
b) aléatoires,
Cela permet de préciser que le spectre représente
la caractéristique la plus importante des phénomè-
et ensuite de les subdiviser comme décrit en 6.2
nes vibratoires. Dans un but de simplicité, la pré-
sente Norme internationale traite des fréquences
Pour chaque type de vibration un nombre minimal
comprises entre 0,l Hz et 500 Hz. Elle couvre la ré-
d’informations est nécessaire pour établir une
ponse d’une grande variété de bâtiments et d’élé-
définition adéquate du type de vibration (voir
ments de batiments, à l’excitation naturelle (vent et
ISO 2041). 1’1
tremblement de terre) ainsi qu’a l’excitation artifi-
cielle (activités de construction, explosion, trafic).
3.2 Durée
Les machines qui se trouvent a l’interieur nécessi-
tent l’enregistrement des fréquences supérieures.
La durée de la force dynamique d’excitation repré-
La plupart des dommages causés aux bâtiments par
sente un paramètre important. Dans le cadre de la
des sources artificielles se produisent dans la
présente Norme internationale, la réponse peut être
gamme des fréquences comprises entre 1 Hz et
considérée comme continue ou transitoire et le type
150 Hz. Les sources naturelles, comme par exemple
de réponse sera commandé par la relation entre les
les tremblements de terre, comportent habi-
constantes de temps liées à la réponse des structu-
tuellement de l’energie à des fréquences inférieures
res et à la fonction de la force d’excitation.
comprises dans la gamme de 0,l Hz à 30 Hz pour
La constante de temps d’une réponse de résonance,
des intensités occasionnant des dommages. L’exci-
zr, en secondes, pour la résonance r, est donnée par
tation due au vent a tendance à avoir une énergie
la formule suivante: significative dans la gamme de fréquence de 0,l Hz
à 2 Hz.
1
T’=w
Les vitesses particulaires intéressantes s’étendent
de quelques millimetres par seconde à plusieurs
où
centaines de millimètres par seconde selon la fré-
quence.
représente l’influence de l’amortissement
t
r
et dépend du type d’excitation (linéaire ou
non linéaire);
4 Facteurs relatifs aux bâtiments
est la fréquence de résonance.
f r
La réponse des bâtiments et des éléments de bâti-
ments à des excitations dynamiques dépend des
Deux cas peuvent ainsi être définis (que l’excitation
caractéristiques de réponse (par exemple fré-
soit déterministe ou aléatoire):
quences propres, formes de mode et amortissement
.
modal) ainsi que du spectre de l’excitation. II
- Réponse continue
convient d’examiner les effets cumules, notamment
Si la force d’excitation agit sur la structure de pour un niveau de réponse élevé et pour de longues
façon continue pour une durée supérieure à 52,, durees d’exposition, lorsque des dommages de fati-
les vibrations sont alors considérées comme gue sont susceptibles de se produire.
continues.
4.1 Type et état des bâtiments
- Rhponse transitoire
En vue de décrire de facon adéquate et de
Si la force d’excitation agit pour une durée infé-
catégoriser les effets visibles’ des vibrations et les
rieure à 52r, la réponse est alors considérée
résultats des mesures instrumentales, il convient de
comme transitoire.
disposer d’une classification des bâtiments telle que
Étant donné que les forces d’excitation qui appa- définie a l’article 1. Dans le cadre de la présente
raissent naturellement ne se comportent pas tou- Norme internationale, un classement des bâtiments
jours de façon réguliére, il est possible que les est établi dans l’annexe A.
2
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
ou une perte de résistance imputable aux vibrations
4.2 Fréquences propres et amortissement
du sol. Le risque présenté par ce type d’effet est
.
fonction de la taille des particules du sol, de I’uni-
Les fréquences propres fondamentales d’un bâti-
ment ou de parties d’un bâtiment influencent sa ré- formité, de son compactage? de son degré de sa-
turation, des contraintes internes préexistantes ainsi
ponse et, pour permettre d’appliquer plusieurs
méthodes d’évaluation des vibrations, leur détermi- que de l’accélération multi-axiale maximale et de la
durée des vibrations du sol. Les sables saturés de
nation est nécessaire. Celle-ci peut être réalisée à
l’aide d’une analyse spectrale de la réponse a faible moindre cohésion sont a cet égard particulièrement
niveau à l’excitation ambiante ou en utilisant des vulnérables et peuvent être, dans des conditions
excitateurs. PJ extrêmes, sujets a la liquéfaction. II convient de
prendre en considération ce phénomène pour éva-
Lorsqu’une analyse compléte de la réponse n’est
luer les vibrations et expliquer les dégâts qu’elles
pas entreprise et qu’une évaluation de la sévérité
causent. WY PI (Voir aussi annexe A.)
vibratoire potentielle est nécessaire, il est possible
d’utiliser des expressions empiriques entre la hau-
teur d’un bâtiment et la période fondamentale. C%
5 Grandeur à mesurer
w, 151
La caractérisation de la nature d’une vibration et de
Des études expérimentalesfs] ont indiqué la gamme
la réponse vibratoire des constructions peut être
de fréquences fondamentales de cisaillement d’un
effectuée à l’aide de divers capteurs de dépla-
bâtiment de faible hauteur (3 m à 12 m), comme al-
cement, de vitesse ou d’accélération. Ceux-ci peu-
lant de 4 Hz à 15 Hz. L’amortissement dépend gé-
vent fournir un enregistrement en fonction du temps.
néralement de l’amplitude. La fréquence propre et
II est de pratique courante de capter une grandeur
l’amortissement des structures fixes feront l’objet
cinématique, comme par exemple la vitesse ou
d’un additif ultérieur à la présente Norme interna-
l’accélération. D’après la connaissance de la fonc-
tionale.
tion de transfert appropriée du système de mesure,
il est possible de calculer chaque grandeur à partir
4.3 Dimension de base des bâtiments
d’une autre par intégration ou différentiation. L’inté-
gration, à des fréquences basses, nécessite des
Les vibrations solidiennes peuvent avoir des lon-
précautions ainsi qu’une confiance dans la réponse
gueurs d’onde comprises entre quelques mètres et
en phase et en amplitude du capteur et de la chaîne
plusieurs centaines de mètres. La réponse à des
de mesurage.(voir article 6). Tant que les exigences
excitations de longueur d’onde plus courte est
en matiére d’acquisition, de traitement et de pré-
complexe et les fondations sont alors susceptibles
sentation des données (voir article 6) peuvent être
d’agir comme un filtre. Les plus petits bâtiments
satisfaites, le capteur est susceptible de répondre à
d’habitation ont généralement des dimensions de
toute grandeur choisie. L’expérience laisse suppo-
base inférieures à celles des longueurs d’onde ca-
ser qu’il existe des grandeurs de mesure préféren-
ractéristiques de presque toutes les sources à haute
tielles pour différentes situations (voir tableau 1).
fréquence (par exemple explosion de précision dans
le rocher).
6 Appareillage de mesure
4.4 Influence du sol
6.1 Exigences générales
II est maintenant habituel, dans les études techni-
ques des tremblements de terre, de tenir compte de
Les vibrations sont mesurées en vue de l’utilisation
l’influence du sol. 131
des données dans une procédure d’évaluation ou
de controle des vibrations ayant permis d’établir
Une évaluation des effets d’une telle interaction est
certains niveaux objectifs. En ce qui concerne
quelquefois justifiée pour des vibrations artificielles.
l’évaluation, les performances minimales doivent
Une telle évaluation exige la détermination de la vi-
être suffisantes pour satisfaire aux exigences spé-
tesse d’onde de cisaillement ou du module dynami-
cifiées aux article 3 et article 7 relatives aux pro-
que de rigidité dans un volume approprié de
cédures d’évaluation décrites à l’article 9.
matériau de sol.
Il n’est pas prévu qu’un simple système d’instru-
Il est possible d’obtenir des méthodes empiriques,
mentation réponde à toutes les exigences de
numériques et analytiques à partir de plusieurs
gamme de fréquences et de gamme dynamique se
sources. 171
rapportant à la large gamme de structures et d’en-
trées à laquelle la présente Norme internationale
Des fondations sur sols médiocres et sur remblais
s’applique.
sont susceptibles d’être affectées par un tassement
1) Le compactage du sol peut être enregistré par de précises mises à niveau.
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
Tableau 1 - Gamme typique de réponse des structures pour des sources variées
Gamme de Gamme
Gamme de Gamme
d’accélération Caracté-
vitesse
Grandeurs
fréquences d’amplitude
Fonction d’effort des vibrations particulaire particulaire ristique
de mesure
de durée
Hz mmls m/s*
m
Trafic
Route, rail, solidienne
1 à80 1 à 200 0,2 à 50 0,02 à 1 Cfl- pvth
Vibration due à des explosions
Solidienne 1 à 300 100 a 2500 0,2 à 500 0,02 à 50 T pvth
Enfoncement de piliers
Solidienne 1 à 100 10 à 50 0,2 â 50 0,02 à 2 T pvth
Machines extérieures
Solidienne 1 à 300 10 à 1000 0,2 à 50 0,02 à 1 C/T pvth/ath
Acoustique
Trafic, machines extérieures
10 à 250 1 à1100 0,2 à 30 0,02 à 1 C pvth/ath
Soufflage d’air 1 à40 T pvth
Machines intérieures 1 à 1000 1 à 100 0,2 à 30
0,02 à 1 GIT pvth/ath
Activités humaines
a) impacts 0,l à 100 100 à 500 0,2 à 20 0,02 à 5
b) directes 0,l à 12 100 à 5000 0,2 à 5 0,02 â 0,2 T pvth/ath
Tremblements de terre
0,l à 30 10 à 105 0,2 à 400 0,02 à 20 T pvth/ath
Vent 0,l à 10 10 à 105
T ath
Acoustique à l’intérieur 5 à 500
Légende:
C = continu
(catégories simplifiées, voir 3.1 et 3.2)
T = transition
>
pvth = diagramme temporel de la vitesse des particules
ath = diagramme temporel de l’accélération
NOTES
1 Les gammes citées ci-dessus sont extrêmes, mais indiquent les valeurs qui peuvent être expérimentées et qui sont
susceptibles d’être mesurées (voir également note 3). Les gammes extrêmes d’amplitude, de déplacement et de fré-
quences n’ont pas été utilisées pour en déduire la vitesse et l’accélération particulaire.
2 La gamme de fréquences citée se réfère à la réponse des bâtiments et des éléments de batiment à un type parti-
culier d’excitation. Elle est donnée à titre indicatif.
3 Les valeurs de l’effet de la source de vibrations à l’intérieur des gammes données peuvent prêter à discussion. II
n’existe pas de norme qui couvre tous les types de bâtiments, les conditions et durées d’exposition, mais de nombreux
règlements nationaux associent le seuil des effets visibles aux vitesses particulaires de crête, à la fondation d’un bâti-
ment, de plus de quelques millimètres par seconde. Une probabilité importante de dommage est liée aux vitesses
particulaires de crête de plusieurs centaines de millimètres par seconde. Les niveaux de vibrations au-dessous du seuil
de perception humaine (voir ISO 2631-2) peuvent être intéressants pour des procédés industriels et délicats.
-
Le système de mesure comprend les appareils sui- équipement de conditionnement des signaux;
vants:
-
système d’enregistrement des données.
- transducteurs (voir 6.2);
Les réponses en fréquence (amplitude et phase)
doivent être précisées pour le système de mesure
4
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
complet lorsque ses éléments sont connectés de la 6.3 Rapport signal-bruit
. façon prescrite.
Le rapport signal-bruit devrait généralement être
Le degré selon lequel le mouvement mesure ne-
supérieur à 5 dB. Lorsque le rapport signal-bruit est
cessite une approche du mouvement réel dépend
compris entre 10 dB et 5 dB, la valeur mesurée de-
du caractère de l’étude et de la méthode d’éva-
vrait être corrigée (c’est-à-dire diminuée) et la mé-
luation utilisée.
thode de correction décrite. Le bruit de fond est
défini comme la somme de tous les signaux qui ne
L’exigence minimale pour 9.2.2 et 9.2.3 est que la
sont pas dus au phénoméne à l’étude.
vibration doit être caractérisée par un mesurage
continu des valeurs de crête de la vitesse des par-
ticules.
7 Position et fixation des transducteurs
La condition minimale requise pour 9.2.4 est que le
diagramme temporel des vibrations doit être enre-
7.1 Positions
gistre durant une période assez longue et avec suf-
fisamment de précision pour établir ses
7.1 A Généralités
caractéristiques spectrales. II existe, a cet égard,
des méthodes analogiques ou numériques, sous ré-
L’évaluation adéquate des vibrations d’un bâtiment
serve de conditions stipulées dans le présent arti-
nécessite un certain nombre de points de mesure
de.
qui dépendent des dimensions et de la complexité
du bâtiment.
Lorsqu’il s’agit de contrôler l’effet de la source de
vibrations, l’emplacement souhaitable est à la fon-
dation, un emplacement type étant en un point bas
sur le principal mur de soutènemént au niveau du
6.2 Choix des transducteurs
rez-de-chaussée, quand la mesure sur la vraie fon-
dation est impossible.
Le choix des transducteurs est important pour
l’évaluation correcte du mouvement vibratoire. En
Les mesures de la réponse aux vibrations générées
général, les transducteurs peuvent être divisés en
par le trafic, l’enfoncement de piliers et les explo-
deux groupes produisant une sortie linéaire, soit
sions, notamment à grandes distances, montrent
au-dessus, soit au-dessous de la résonance du mé-
que ces vibrations peuvent être amplifiées à I’inté-
canisme détecteur. Le (capteur de vitesse,, ou
rieur du bâtiment et dans une certaine mesure, par
((géophone,,, ainsi dénommé, largement utilisé dans
rapport à la hauteur de ce bâtiment. Il peut donc se
la mesure des vibrations des structures, est habi-
révéler nécessaire de réaliser des mesures simul-
tuellement muni d’un détecteur électromagnétique
tanées en plusieurs points à l’intérieur du bâtiment.
fonctionnant à une fréquence supérieure à sa réso-
Des mesures simultanées sur la fondation et le sol
nance propre, alors qu’un accéléromètre piézoélec-
extérieur servent pour l’établissement d’une fonc-
trique fonctionne normalement au-dessous de la
tion de transfert.
II existe des détecteurs électroma-
résonance.
gnétiques qui fonctionnent au-dessous de leurs fré-
Lorsqu’un bâtiment comporte plus de 4 étages
quences propres, comme dans les séismographes
(E 12 m), des points de mesurage supplémentaires
de mouvement fort largement utilisés.
devraient être ajoutés tous les 4 étages et à l’étage
le plus élevé du bâtiment.
En pratique, il conviendrait de prendre soin à I’utili-
sation de l’information en phase provenant de
Lorsqu’un bâtiment a plus de 10 m de longueur, des
ccapteur de vitesse>, à des fréquences basses.
emplacements de mesurage devraient être installés
Lorsque les réponses à la fois en amplitude et en
à des intervalles horizontaux d’approximativement
phase sont critiques, la performance linéaire de la
10 m.
chaîne de mesurage dans son entier devrait être
assurée. Une coupure à basse fréquence égale à 10 Il est possible que des points de mesurage complé-
fois la fréquence mesurée, la plus basse qui est mentaires doivent être ajoutés en réponse aux de-
exigée, est recommandée comme un bon compro- mandes des occupants et par suite des observations
mis et, en général, le signal mesuré devrait être de initiales.
5 dB au-dessus du bruit de fond.
Pour des études du type analytique, le choix des
emplacements dépend des modes de déformation
Les capteurs de vitesse fournissent un signal rela-
à examiner. Dans le plupart des cas, l’examen est
tivement élevé, ce qui simplifie la chaîne de mesu-
limité, en raison des contraintes économiques, à
rage. Lorsque la vitesse est nécessaire, la sortie de
l’identification des modes fondamentaux et aux me-
I’accéléromètre piézoélectrique nécessite une inté-
gration et, avec des transitoires la réponse de I’en- sures des réponses maximales dans l’ensemble de
la structure ainsi qu’à des observations sur des
semble de la chaîne devrait être vérifiée.
5
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
éléments comme par exemple les planchers, tes
gueur d’onde, des profondeurs de la fondation et
murs et les fenêtres.
des conditions géotechniques.
Pour des vibrations induites par le vent, où les
composantes verticales ne sont pas souvent mesu-
7.1.2 Mesures dans un bâtiment
rées à l’aide d’instruments de mesure, la mise en
place des capteurs devrait être réalisée en tenant
L’emplacement d’un transducteur dans un bâtiment
compte des modes de translation et de rotation.
dépend de la réponse aux vibrations qui sont consi-
dérées. Comme’ décrit en 7.1.1, l’évaluation des vi-
7.2 Fixation des transducteurs
brations dans un bâtiment transmises par le sol est
réalisée au mieux par des mesures sur ou prés de
7.2.1 Couplage à des éléments de la structure
la fondation. La détermination de l’endommagement
d’une structure ou de la déformation par ci-
Le montage des capteurs de vibrations sur des élé-
saillement d’un bâtiment dans
...
Iso
NORME
INTERNATIONALE 4866
Première édition
1990-08-o 1
Vibrations et chocs mécaniques - Vibrations
des bâtiments - Lignes directrices pour le
mesurage des vibrations et évaluation de leurs
effets sur les bâtiments
Mechanical vibration and shock - Vibration of buildings - Guidelines
for the measurement of vibrations and evaluation of their effects on
buildings
Numéro de référence
ISO 4866: 1990(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
Sommaire
Page
1
Domaine d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Références normatives
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Facteurs à examiner relatifs à la source
2
Facteurs relatifs aux bâtiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
Grandeur à mesurer . . . . . . . . . . . . . . .~.
3
Appareillage de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Position et fixation des transducteurs
7
Acquisition, réduction et analyse des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
Méthode d’évaluation des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Annexes
12
A Classification des bâtiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
Généralités .
Al ,
12
...............................................................
A2 I Structures impliquées
12
A3 . Définition des catégories (voir tableau A.2) .
13
A4 . Catégories des structures .
13
A5 . Catégories de fondations .
13
A.6 Types de sols .
B Estimation des contraintes maximales d’après la vitesse maximale
16
des particules ,.,.,.
17
C Données aléatoires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
C.l Généralit& . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
C.2 Domaine fréquentiel
17
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C.3 Domaine temporel
18
D Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
0 iso 1990
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être repro-
duite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, 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-1211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
Avant-propos
LIS0 (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 inté-
ressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé
à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux tra-
vaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique
internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotech-
nique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techni-
ques 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 4866 a été élaborée par le comité techni-
que ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques.
Les annexes A, B, C et D de l’a présente Norme internationale sont
données uniquement à titre d’information.
. . .
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
Introduction
II est de plus en plus évident que les bâtiments doivent supporter des
vibrations et il est nécessaire d’en tenir compte à la fois pour la
conception en vue de l’intégrité des structures, du comportement en
service et de I’acceptabilité de l’environnement, ainsi que pour la pré-
servation des b$timents historiques.
La mesure des vibrations dans un bâtiment est réalisée afin de répon-
dre à divers objectifs:
- Reconnaissance du problème
Lorsqu’il est signalé qu’un bâtiment est soumis à des vibrations at-
teignant un niveau tel qu’elles peuvent donner lieu à des soucis ‘pour
les occupants, il peut se révéler nécessaire d’établir si ces niveaux
justifient ou non de s’intéresser à l’intégrité des structures.
- Vérification de contrôle
Lorsque les niveaux vibratoires maximaux permis ont été détermi-
nés par certains organismes et que ces vibrations doivent être me-
surées et faire l’objet d’un compte rendu.
- Documentation
Lorsque des vibrations dynamiques ont été déterminées lors de la
conception et que des mesures ont été réalisées pour vérifier les
prévisions en matière de réponse et pour fournir de nouveaux para-
mètres de conception. Ces derniers peuvent utiliser des vibrations
ambiantes ou des vibrations imposées. Des séismographes de
mouvement fort peuvent, par exemple, être mis en place de facon à
indiquer si les réponses à un tremblement de terre justifient des
modifications de la procédure de mise en œuvre dans une structure.
- Diagnostic
Lorsqu’il a été établi que les niveaux vibratoires nécessitent la réa-
lisation de mesures complémentaires afin de fournir des infor-
mations en ce qui concerne les procédures d’atténuation.
Une autre méthode de diagnostic consiste à utiliser la réponse des
structures à des vibrations ambiantes ou imposées afin d’établir
l’état de la structure, par exemple après une charge sévère telle
qu’un tremblement de terre.
Ces différents objectifs demandent divers systèmes de mesure du plus
simple au plus sophistiqué mis en place lors de différents types de re-
cherche (voir 9.2).
De nombreuses parties intéressées ont besoin d’un guide technique
concernant les méthodes les plus appropriées de mesure, de caracté-
risation et d’évaluation des vibrations qui affectent les bâtiments. Cela
iv
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
s’applique à la fois aux b$timents existants qui sont susceptibles d’être
soumis à une certaine source externe nouvelle ou modifiée d’excitation
et à la conception de bâtiments à ériger dans un environnement où le
bâtiment peut être excité de facon significative.
.
Les effets des vibrations peuvent également être pris en compte par
calcul (voir 9.1).
Bien que les données de la présente Norme internationale puissent être
utilisées pour apprécier la sévkrit6 relative des vibrations des structu-
res il convient de ne pas les considérer comme des données proposant
des niveaux acceptables ou non acceptables. Les données ne tiennent
pas compte des aspects économiques et sociaux qui seront traités de
facon adéquate par des organismes nationaux de réglementation.
9
---------------------- Page: 5 ----------------------
Page blanche
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
NORME INTERNATIONALE
Vibrations et chocs mécaniques - Vibrations des
bâtiments - Lignes directrices pour le mesurage des
vibrations et évaluation de leurs effets sur les bâtiments
terre sorit de grandes dimensions et beaucoup plus pro-
1 Domaine d’application
fondes que la plupart des sources artificielles. Elles peu-
vent entraîner des dommages à de grandes distances, ont
La présente Norme internationale établit des princi-
un flux d’énergie et une durée beaucoup plus importante
pes fondamentaux de l’exécution des mesures des
et un type différent de propagation de l’onde. Par consé-
vibrations et du traitement des données en ce qui quent, pour une même valeur de paramètre (par exemple
la vitesse particulaire de crête), les effets sur les bâti-
concerne l’évaluation des effets des vibrations sur
ments sont différents.
les bâtiments. Elle ne traite pas de la source d’ex-
citation sauf lorsque celle-ci impose un effort dyna-
mique, une fréquence ou d’autres paramètres.
L’évaluation des effets des vibrations des structures
2 Références normatives
concerne principalement la réponse des structures
et inclut également des méthodes analytiques ap- Les normes suivantes contiennent des dispositions
propriées permettant de définir la fréquence, la du- qui, par suite de la référence qui en est faite,
rée et l’amplitude. La présente Norme internationale constituent des dispositions valables pour la pré-
ne traite en outre que du mesurage des vibrations sente Norme internationale. Au moment de la pu-
des structures et exclut la mesure du bruit aérien
blication, les éditions indiquées étaient en vigueur.
et d’autres variations de pression bien que la ré-
Toute norme est sujette à révision et les parties
ponse à de telles excitations soit prise en considé-
prenantes des accords fondés sur la présente
ration.
Norme internationale sont invitées à rechercher la
possibilité d’appliquer les éditions les plus récentes
Dans le cadre de la présente Norme internationale,
des normes indiquées ci-après. Les membres de la
un bâtiment est défini comme une structure quel-
CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes
conque s’élevant au-dessus du sol et fréquemment
internationales en vigueur à un moment donné.
habitée par l’homme. Cela exclut de l’examen cer-
tains éléments d’installation comme, par exemple,
ISO 2041:1975, Vibrations et chocs - Vocabulaire.
les colonnes, les cheminées, les étais, les réser-
voirs, même s’ils sont susceptibles de recevoir la
ISO 263%2:1989, Estimation de l’exposition des indi-
visite de personnel d’entretien.
vidus à des vibrations globales du corps - Partie 2:
Vibrations continues et induites par les chocs dans
La réponse des structures des bâtiments dépend de
les b$timents (1 à 80 Hz).
l’excitation; la présente Norme internationale exa-
mine à cet effet les méthodes de mesure affectées
ISO 4356:1977, Bases du calcul des constructions -
par la source, c’est-à-dire la fréquence, la durée et
Déformations des bâtiments à /‘état limite d’utili-
les amplitudes induites par une source quelconque,
sation.
tels les tremblements de terre, les explosions, les
effets du vent, les bangs soniques, les machines qui
ISO 5348:1987, Vibrations et chocs mécaniques -
se trouvent à l’intérieur, le trafic, les activités de
Fixation mécanique des accéléromètres.
construction et autres.
CEI 68-2-27: 1987, Essais fondamentaux climatiques
NOTE 1 II existe des différences entre les tremblements
et de robustesse mécanique - Deuxième partie: Es-
de terre et les vibrations de sources artificielles, qui af-
sais - Essai Ea et guide: Chocs.
fectent les conditions d’enregistrement. Les sources de
ruptures consituées par les failles des tremblements de
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
réponses ne se classent pas facilement dans une
3 Facteurs à examiner relatifs à la source
seule categorie. Par exemple, les explosions, même
avec plusieurs intervalles, sont considérées comme
3.1 Caractéristiques des réponses vibratoires transitoires.
dans les bâtiments
3.3 Fréquences et gammes des niveaux de
II est possible de classer les types de vibration en
vibrations
tant que
La gamme de fréquences vibratoires intéressante
a) déterministes, et
dépend de la répartition spectrale de l’excitation
ainsi que de la réponse mécanique du batiment.
b) aléatoires,
Cela permet de préciser que le spectre représente
la caractéristique la plus importante des phénomè-
et ensuite de les subdiviser comme décrit en 6.2
nes vibratoires. Dans un but de simplicité, la pré-
sente Norme internationale traite des fréquences
Pour chaque type de vibration un nombre minimal
comprises entre 0,l Hz et 500 Hz. Elle couvre la ré-
d’informations est nécessaire pour établir une
ponse d’une grande variété de bâtiments et d’élé-
définition adéquate du type de vibration (voir
ments de batiments, à l’excitation naturelle (vent et
ISO 2041). 1’1
tremblement de terre) ainsi qu’a l’excitation artifi-
cielle (activités de construction, explosion, trafic).
3.2 Durée
Les machines qui se trouvent a l’interieur nécessi-
tent l’enregistrement des fréquences supérieures.
La durée de la force dynamique d’excitation repré-
La plupart des dommages causés aux bâtiments par
sente un paramètre important. Dans le cadre de la
des sources artificielles se produisent dans la
présente Norme internationale, la réponse peut être
gamme des fréquences comprises entre 1 Hz et
considérée comme continue ou transitoire et le type
150 Hz. Les sources naturelles, comme par exemple
de réponse sera commandé par la relation entre les
les tremblements de terre, comportent habi-
constantes de temps liées à la réponse des structu-
tuellement de l’energie à des fréquences inférieures
res et à la fonction de la force d’excitation.
comprises dans la gamme de 0,l Hz à 30 Hz pour
La constante de temps d’une réponse de résonance,
des intensités occasionnant des dommages. L’exci-
zr, en secondes, pour la résonance r, est donnée par
tation due au vent a tendance à avoir une énergie
la formule suivante: significative dans la gamme de fréquence de 0,l Hz
à 2 Hz.
1
T’=w
Les vitesses particulaires intéressantes s’étendent
de quelques millimetres par seconde à plusieurs
où
centaines de millimètres par seconde selon la fré-
quence.
représente l’influence de l’amortissement
t
r
et dépend du type d’excitation (linéaire ou
non linéaire);
4 Facteurs relatifs aux bâtiments
est la fréquence de résonance.
f r
La réponse des bâtiments et des éléments de bâti-
ments à des excitations dynamiques dépend des
Deux cas peuvent ainsi être définis (que l’excitation
caractéristiques de réponse (par exemple fré-
soit déterministe ou aléatoire):
quences propres, formes de mode et amortissement
.
modal) ainsi que du spectre de l’excitation. II
- Réponse continue
convient d’examiner les effets cumules, notamment
Si la force d’excitation agit sur la structure de pour un niveau de réponse élevé et pour de longues
façon continue pour une durée supérieure à 52,, durees d’exposition, lorsque des dommages de fati-
les vibrations sont alors considérées comme gue sont susceptibles de se produire.
continues.
4.1 Type et état des bâtiments
- Rhponse transitoire
En vue de décrire de facon adéquate et de
Si la force d’excitation agit pour une durée infé-
catégoriser les effets visibles’ des vibrations et les
rieure à 52r, la réponse est alors considérée
résultats des mesures instrumentales, il convient de
comme transitoire.
disposer d’une classification des bâtiments telle que
Étant donné que les forces d’excitation qui appa- définie a l’article 1. Dans le cadre de la présente
raissent naturellement ne se comportent pas tou- Norme internationale, un classement des bâtiments
jours de façon réguliére, il est possible que les est établi dans l’annexe A.
2
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
ou une perte de résistance imputable aux vibrations
4.2 Fréquences propres et amortissement
du sol. Le risque présenté par ce type d’effet est
.
fonction de la taille des particules du sol, de I’uni-
Les fréquences propres fondamentales d’un bâti-
ment ou de parties d’un bâtiment influencent sa ré- formité, de son compactage? de son degré de sa-
turation, des contraintes internes préexistantes ainsi
ponse et, pour permettre d’appliquer plusieurs
méthodes d’évaluation des vibrations, leur détermi- que de l’accélération multi-axiale maximale et de la
durée des vibrations du sol. Les sables saturés de
nation est nécessaire. Celle-ci peut être réalisée à
l’aide d’une analyse spectrale de la réponse a faible moindre cohésion sont a cet égard particulièrement
niveau à l’excitation ambiante ou en utilisant des vulnérables et peuvent être, dans des conditions
excitateurs. PJ extrêmes, sujets a la liquéfaction. II convient de
prendre en considération ce phénomène pour éva-
Lorsqu’une analyse compléte de la réponse n’est
luer les vibrations et expliquer les dégâts qu’elles
pas entreprise et qu’une évaluation de la sévérité
causent. WY PI (Voir aussi annexe A.)
vibratoire potentielle est nécessaire, il est possible
d’utiliser des expressions empiriques entre la hau-
teur d’un bâtiment et la période fondamentale. C%
5 Grandeur à mesurer
w, 151
La caractérisation de la nature d’une vibration et de
Des études expérimentalesfs] ont indiqué la gamme
la réponse vibratoire des constructions peut être
de fréquences fondamentales de cisaillement d’un
effectuée à l’aide de divers capteurs de dépla-
bâtiment de faible hauteur (3 m à 12 m), comme al-
cement, de vitesse ou d’accélération. Ceux-ci peu-
lant de 4 Hz à 15 Hz. L’amortissement dépend gé-
vent fournir un enregistrement en fonction du temps.
néralement de l’amplitude. La fréquence propre et
II est de pratique courante de capter une grandeur
l’amortissement des structures fixes feront l’objet
cinématique, comme par exemple la vitesse ou
d’un additif ultérieur à la présente Norme interna-
l’accélération. D’après la connaissance de la fonc-
tionale.
tion de transfert appropriée du système de mesure,
il est possible de calculer chaque grandeur à partir
4.3 Dimension de base des bâtiments
d’une autre par intégration ou différentiation. L’inté-
gration, à des fréquences basses, nécessite des
Les vibrations solidiennes peuvent avoir des lon-
précautions ainsi qu’une confiance dans la réponse
gueurs d’onde comprises entre quelques mètres et
en phase et en amplitude du capteur et de la chaîne
plusieurs centaines de mètres. La réponse à des
de mesurage.(voir article 6). Tant que les exigences
excitations de longueur d’onde plus courte est
en matiére d’acquisition, de traitement et de pré-
complexe et les fondations sont alors susceptibles
sentation des données (voir article 6) peuvent être
d’agir comme un filtre. Les plus petits bâtiments
satisfaites, le capteur est susceptible de répondre à
d’habitation ont généralement des dimensions de
toute grandeur choisie. L’expérience laisse suppo-
base inférieures à celles des longueurs d’onde ca-
ser qu’il existe des grandeurs de mesure préféren-
ractéristiques de presque toutes les sources à haute
tielles pour différentes situations (voir tableau 1).
fréquence (par exemple explosion de précision dans
le rocher).
6 Appareillage de mesure
4.4 Influence du sol
6.1 Exigences générales
II est maintenant habituel, dans les études techni-
ques des tremblements de terre, de tenir compte de
Les vibrations sont mesurées en vue de l’utilisation
l’influence du sol. 131
des données dans une procédure d’évaluation ou
de controle des vibrations ayant permis d’établir
Une évaluation des effets d’une telle interaction est
certains niveaux objectifs. En ce qui concerne
quelquefois justifiée pour des vibrations artificielles.
l’évaluation, les performances minimales doivent
Une telle évaluation exige la détermination de la vi-
être suffisantes pour satisfaire aux exigences spé-
tesse d’onde de cisaillement ou du module dynami-
cifiées aux article 3 et article 7 relatives aux pro-
que de rigidité dans un volume approprié de
cédures d’évaluation décrites à l’article 9.
matériau de sol.
Il n’est pas prévu qu’un simple système d’instru-
Il est possible d’obtenir des méthodes empiriques,
mentation réponde à toutes les exigences de
numériques et analytiques à partir de plusieurs
gamme de fréquences et de gamme dynamique se
sources. 171
rapportant à la large gamme de structures et d’en-
trées à laquelle la présente Norme internationale
Des fondations sur sols médiocres et sur remblais
s’applique.
sont susceptibles d’être affectées par un tassement
1) Le compactage du sol peut être enregistré par de précises mises à niveau.
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
Tableau 1 - Gamme typique de réponse des structures pour des sources variées
Gamme de Gamme
Gamme de Gamme
d’accélération Caracté-
vitesse
Grandeurs
fréquences d’amplitude
Fonction d’effort des vibrations particulaire particulaire ristique
de mesure
de durée
Hz mmls m/s*
m
Trafic
Route, rail, solidienne
1 à80 1 à 200 0,2 à 50 0,02 à 1 Cfl- pvth
Vibration due à des explosions
Solidienne 1 à 300 100 a 2500 0,2 à 500 0,02 à 50 T pvth
Enfoncement de piliers
Solidienne 1 à 100 10 à 50 0,2 â 50 0,02 à 2 T pvth
Machines extérieures
Solidienne 1 à 300 10 à 1000 0,2 à 50 0,02 à 1 C/T pvth/ath
Acoustique
Trafic, machines extérieures
10 à 250 1 à1100 0,2 à 30 0,02 à 1 C pvth/ath
Soufflage d’air 1 à40 T pvth
Machines intérieures 1 à 1000 1 à 100 0,2 à 30
0,02 à 1 GIT pvth/ath
Activités humaines
a) impacts 0,l à 100 100 à 500 0,2 à 20 0,02 à 5
b) directes 0,l à 12 100 à 5000 0,2 à 5 0,02 â 0,2 T pvth/ath
Tremblements de terre
0,l à 30 10 à 105 0,2 à 400 0,02 à 20 T pvth/ath
Vent 0,l à 10 10 à 105
T ath
Acoustique à l’intérieur 5 à 500
Légende:
C = continu
(catégories simplifiées, voir 3.1 et 3.2)
T = transition
>
pvth = diagramme temporel de la vitesse des particules
ath = diagramme temporel de l’accélération
NOTES
1 Les gammes citées ci-dessus sont extrêmes, mais indiquent les valeurs qui peuvent être expérimentées et qui sont
susceptibles d’être mesurées (voir également note 3). Les gammes extrêmes d’amplitude, de déplacement et de fré-
quences n’ont pas été utilisées pour en déduire la vitesse et l’accélération particulaire.
2 La gamme de fréquences citée se réfère à la réponse des bâtiments et des éléments de batiment à un type parti-
culier d’excitation. Elle est donnée à titre indicatif.
3 Les valeurs de l’effet de la source de vibrations à l’intérieur des gammes données peuvent prêter à discussion. II
n’existe pas de norme qui couvre tous les types de bâtiments, les conditions et durées d’exposition, mais de nombreux
règlements nationaux associent le seuil des effets visibles aux vitesses particulaires de crête, à la fondation d’un bâti-
ment, de plus de quelques millimètres par seconde. Une probabilité importante de dommage est liée aux vitesses
particulaires de crête de plusieurs centaines de millimètres par seconde. Les niveaux de vibrations au-dessous du seuil
de perception humaine (voir ISO 2631-2) peuvent être intéressants pour des procédés industriels et délicats.
-
Le système de mesure comprend les appareils sui- équipement de conditionnement des signaux;
vants:
-
système d’enregistrement des données.
- transducteurs (voir 6.2);
Les réponses en fréquence (amplitude et phase)
doivent être précisées pour le système de mesure
4
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 4866:1990(F)
complet lorsque ses éléments sont connectés de la 6.3 Rapport signal-bruit
. façon prescrite.
Le rapport signal-bruit devrait généralement être
Le degré selon lequel le mouvement mesure ne-
supérieur à 5 dB. Lorsque le rapport signal-bruit est
cessite une approche du mouvement réel dépend
compris entre 10 dB et 5 dB, la valeur mesurée de-
du caractère de l’étude et de la méthode d’éva-
vrait être corrigée (c’est-à-dire diminuée) et la mé-
luation utilisée.
thode de correction décrite. Le bruit de fond est
défini comme la somme de tous les signaux qui ne
L’exigence minimale pour 9.2.2 et 9.2.3 est que la
sont pas dus au phénoméne à l’étude.
vibration doit être caractérisée par un mesurage
continu des valeurs de crête de la vitesse des par-
ticules.
7 Position et fixation des transducteurs
La condition minimale requise pour 9.2.4 est que le
diagramme temporel des vibrations doit être enre-
7.1 Positions
gistre durant une période assez longue et avec suf-
fisamment de précision pour établir ses
7.1 A Généralités
caractéristiques spectrales. II existe, a cet égard,
des méthodes analogiques ou numériques, sous ré-
L’évaluation adéquate des vibrations d’un bâtiment
serve de conditions stipulées dans le présent arti-
nécessite un certain nombre de points de mesure
de.
qui dépendent des dimensions et de la complexité
du bâtiment.
Lorsqu’il s’agit de contrôler l’effet de la source de
vibrations, l’emplacement souhaitable est à la fon-
dation, un emplacement type étant en un point bas
sur le principal mur de soutènemént au niveau du
6.2 Choix des transducteurs
rez-de-chaussée, quand la mesure sur la vraie fon-
dation est impossible.
Le choix des transducteurs est important pour
l’évaluation correcte du mouvement vibratoire. En
Les mesures de la réponse aux vibrations générées
général, les transducteurs peuvent être divisés en
par le trafic, l’enfoncement de piliers et les explo-
deux groupes produisant une sortie linéaire, soit
sions, notamment à grandes distances, montrent
au-dessus, soit au-dessous de la résonance du mé-
que ces vibrations peuvent être amplifiées à I’inté-
canisme détecteur. Le (capteur de vitesse,, ou
rieur du bâtiment et dans une certaine mesure, par
((géophone,,, ainsi dénommé, largement utilisé dans
rapport à la hauteur de ce bâtiment. Il peut donc se
la mesure des vibrations des structures, est habi-
révéler nécessaire de réaliser des mesures simul-
tuellement muni d’un détecteur électromagnétique
tanées en plusieurs points à l’intérieur du bâtiment.
fonctionnant à une fréquence supérieure à sa réso-
Des mesures simultanées sur la fondation et le sol
nance propre, alors qu’un accéléromètre piézoélec-
extérieur servent pour l’établissement d’une fonc-
trique fonctionne normalement au-dessous de la
tion de transfert.
II existe des détecteurs électroma-
résonance.
gnétiques qui fonctionnent au-dessous de leurs fré-
Lorsqu’un bâtiment comporte plus de 4 étages
quences propres, comme dans les séismographes
(E 12 m), des points de mesurage supplémentaires
de mouvement fort largement utilisés.
devraient être ajoutés tous les 4 étages et à l’étage
le plus élevé du bâtiment.
En pratique, il conviendrait de prendre soin à I’utili-
sation de l’information en phase provenant de
Lorsqu’un bâtiment a plus de 10 m de longueur, des
ccapteur de vitesse>, à des fréquences basses.
emplacements de mesurage devraient être installés
Lorsque les réponses à la fois en amplitude et en
à des intervalles horizontaux d’approximativement
phase sont critiques, la performance linéaire de la
10 m.
chaîne de mesurage dans son entier devrait être
assurée. Une coupure à basse fréquence égale à 10 Il est possible que des points de mesurage complé-
fois la fréquence mesurée, la plus basse qui est mentaires doivent être ajoutés en réponse aux de-
exigée, est recommandée comme un bon compro- mandes des occupants et par suite des observations
mis et, en général, le signal mesuré devrait être de initiales.
5 dB au-dessus du bruit de fond.
Pour des études du type analytique, le choix des
emplacements dépend des modes de déformation
Les capteurs de vitesse fournissent un signal rela-
à examiner. Dans le plupart des cas, l’examen est
tivement élevé, ce qui simplifie la chaîne de mesu-
limité, en raison des contraintes économiques, à
rage. Lorsque la vitesse est nécessaire, la sortie de
l’identification des modes fondamentaux et aux me-
I’accéléromètre piézoélectrique nécessite une inté-
gration et, avec des transitoires la réponse de I’en- sures des réponses maximales dans l’ensemble de
la structure ainsi qu’à des observations sur des
semble de la chaîne devrait être vérifiée.
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ISO 4866:1990(F)
éléments comme par exemple les planchers, tes
gueur d’onde, des profondeurs de la fondation et
murs et les fenêtres.
des conditions géotechniques.
Pour des vibrations induites par le vent, où les
composantes verticales ne sont pas souvent mesu-
7.1.2 Mesures dans un bâtiment
rées à l’aide d’instruments de mesure, la mise en
place des capteurs devrait être réalisée en tenant
L’emplacement d’un transducteur dans un bâtiment
compte des modes de translation et de rotation.
dépend de la réponse aux vibrations qui sont consi-
dérées. Comme’ décrit en 7.1.1, l’évaluation des vi-
7.2 Fixation des transducteurs
brations dans un bâtiment transmises par le sol est
réalisée au mieux par des mesures sur ou prés de
7.2.1 Couplage à des éléments de la structure
la fondation. La détermination de l’endommagement
d’une structure ou de la déformation par ci-
Le montage des capteurs de vibrations sur des élé-
saillement d’un bâtiment dans
...
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