Bruit secondaire perturbateur, dû aux ponts roulants de la production
Appuis sous les voies de roulement des ponts roulants dans des bâtiments à usage mixte pour augmenter le confort des zones d’habitation et de travail.
Situation initiale
Lors de la construction d‘un nouveau bâtiment de production et de bureaux en Suisse, quatre ponts roulants ont été installés. Le bâtiment a été conçu et construit majoritairement à partir d‘éléments préfabriqués en béton. Ainsi, la structure du plafond est un plafond préfabriqué mixte béton-acier et les murs (cloison de séparation) sont des éléments préfabriqués en béton armé. Avec leurs deux étages, les bureaux sont directement intégrés dans le bâtiment de production et représentent environ un quart de la surface totale au sol. L‘aile des bureaux intègre en outre une salle de formation où ont lieu des formations internes et externes.
Ce bâtiment n‘est utilisé que par une seule entreprise – il ne s‘agit donc pas d‘une utilisation mixte où d‘autres parties auraient dû être protégées du bruit. Toutefois, dans les directives relatives à l‘art.22 (bruit et vibrations) de l‘ordonnance 3 de la loi sur le travail, le SECO fixe que le niveau d‘exposition au bruit LEX en dB(A) doit être compris entre 40 et 50 dB(A) dans les bureaux et 40 dB(A) dans les salles de cours.
Le bâtiment a été occupé fin 2019, et depuis lors, diverses réclamations ont été déposées par des employés auprès de la direction de l‘entreprise concernant les nuisances sonores gênantes causées par le fonctionnement des ponts roulants.
Il semble que des énergies perturbatrices dues au déplacement des ponts roulants sur les voies de roulement soient introduites dans les bureaux des 1er et 2e étages, où elles sont perçues comme des immissions sonores aériennes gênantes (bruit aérien rayonné). Cette étude de cas en montre les causes, détermine si des appuis sous les voies de roulement auraient été nécessaire dès le début et formule des recommandations pour l‘avenir.
Description de la mission
L‘approche en plusieurs étapes de HBT-ISOL SA permet d‘obtenir une vue d‘ensemble à l‘aide des étapes suivantes et de déterminer finalement si des appuis isolants phoniquement sous les voies de roulement des ponts roulants auraient été nécessaires:
- saisie des caractéristiques pertinentes de la construction et de l‘installation.
- analyse des problèmes en cours d‘exploitation
- évaluation de la situation
- mesure vibratoire des fréquences propres du plafond
- analyse des résultats des mesures
- recommandation de mesures concrètes
Mesures
Les mesures ont été effectuées presque uniquement avec la grue n° 2. Avec celle-ci, d‘une part, le transport des charges est très simple (avant tout zone de circulation) et d‘autre part, elle est directement adjacente aux bureaux.
Avant les mesures, la perception subjective du bruit dans les bureaux a été évaluée avec le maître d‘ouvrage. Il est apparu clairement que le déplacement du chariot ainsi que l‘actionnement du mécanisme de levage sont à peine audibles et que l‘on peut donc partir du principe que ces éléments de la grue ne provoquent pas de perturbations. Pour cette raison, aucune mesure n‘a été effectuée avec le chariot ou le mécanisme de levage. En revanche, le déplacement du pont a été clairement perçu et attribué. En résumé, les mesures de vibrations et de niveau sonore aérien suivantes ont été effectuées:
- mesures du niveau de bruit aérien dans les bureaux des 1er et 2e étages
- mesures des vibrations sur le plafond au-dessus du rez-de-chaussée et sur les murs du 1er et du 2e étage
- mesures des vibrations au points ou repose le chemin de roulement
Mesure du niveau de bruit aérien
Pendant le déplacement du pont roulant no.2, le niveau de bruit aérien a été mesuré pendant 30 secondes dans la salle de formation du 1er étage ainsi que dans la salle de réunion du 2e étage. Les résultats sont résumés dans le tableau ci-contre :
Niveau de pression du son aérien dans la salle de formation ou la salle de réunion dans différents états de fonctionnement. Pont roulant no 2 comme source d‘excitation.
Remarque : les résultats des mesures sont déterminés avec une seule position de mesure et une seule mesure.
Mesure des vibrations au plafond et sur les murs
La fréquence propre du plafond est de 14 Hz, ce qui est plausible pour ce type de construction et de structure de bâtiment.
En se basant sur les échantillons sonores subjectifs et sur la construction des murs en éléments préfabriqués, on a essayé de déterminer les fréquences propres des murs. Pour ce faire, la plaque d‘acier de l‘accéléromètre a été pressée manuellement contre le mur et excitée (pour des raisons évidentes, on a renoncé à une fixation mécanique de l‘accéléromètre).
La fréquence propre de la paroi est probablement de 16 Hz, ce qui est toutefois entaché d‘une grande incertitude de mesure en raison des conditions de mesure.
Mesure des vibrations du chemin de roulement
Les vibrations du plafond lors d‘un déplacement du pont roulant ont été déterminées à différentes vitesses et poids au 1er étage sur le mur ainsi que sur la voie de roulement du pont.
Signal en fonction du temps du plafond au-dessus du rez-de-chaussée
en cas de déplacement du pont à la vitesse maximale, sans charge (déplacement à vide), durée de mesure 8 s, les vitesses maximales au plafond sont d‘environ 0.8 mm/s
Spectre d‘amplitude à partir du signal en fonction du temps
du plafond au-dessus du rez-de-chaussée lors du déplacement du pont roulant à la vitesse maximale, sans charge (déplacement à vide) ; le pic à 26 Hz est dominant. Il ressort de la mesure de la fréquence propre du plafond que la fréquence de 26 Hz est également bien resentie.
Signal en fonction du temps sur la poutre du pont roulant
(canal A) lors du déplacement du pont roulant à vitesse maximale et sans charge (déplacement à vide), durée de mesure 8 s, les vitesses maximales sur la poutre sont d‘environ 16.0 mm/s
Spectre d‘amplitude du signal en fonction du temps
du chemin de roulement du pont roulant lors du déplacement du pont roulant à vitesse maximale, sans charge (déplacement à vide) ; le pic le plus important se situe à 102 Hz. L‘excitation sur la poutre du pont roulant se situe principalement dans la plage de fréquences de 10 à 240 Hz environ.
Résultats
Nous avons notamment déterminé ce que l‘on appelle le niveau de pression acoustique continu équivalent Leq. La pondération A est censée reproduire la capacité auditive humaine, qui diminue à des fréquences plus basses. La pondération C ne corrige que marginalement le niveau de pression acoustique.
Le niveau pondéré A LA,eq est proche de 50 dB(A), qui est considéré comme relativement bruyant. Il est donc compréhensible qu’il y ait eu der réclamations. En outre, le niveau sonore continu équivalent a été évalué avec une pondération C. La différence entre ces deux niveaux pondérés est intéressante. Elle est de 12 à 15 dB, ce qui permet de conclure qu‘il existe certes une grande part de bruits perturbateurs de basse fréquence, mais qu‘il ne s‘agit pas d‘un problème exclusivement lié aux basses fréquences (sinon, la différence devrait être supérieure à 20 dB).
Il ressort également des mesures du bruit aérien que la réduction de la vitesse de déplacement du pont roulant ne diminue que faiblement le niveau de bruit aérien. Par conséquent, une telle restriction d‘exploitation ne serait pas judicieuse.
Les mesures de niveau de bruit montrent également que la charge transportée par le pont roulant n‘a pas d‘influence déterminante sur le niveau de bruit aérien.
Les fréquences propres du plafond se situent autour de 14 Hz. Il s‘ensuit qu‘un éventuel support élastique de la voie de roulement de la grue devrait avoir une fréquence d‘accord de ≤ 5 Hz ou que la fréquence propre ne devrait si possible pas dépasser 10 Hz dans les différents cas de charge. Mais comme, lors de la mesure des vibrations du plafond au-dessus du rez-de-chaussée, le pic dominant se situe à 26 Hz (aussi bien à vide que lors du déplacement avec une charge de 1.5 t), la fréquence propre du plafond d‘environ 14 Hz ne se reproduit pas, on peut supposer qu‘il ne s‘agit pas d‘un problème de résonance, mais d‘un problème de bruit solidien à large bande.
L‘analyse de la mesure des vibrations sur l’appui de la voie de roulement montre des vitesses relativement élevées du signal en fonction du temps, allant jusqu‘à 20 mm/s. Le spectre d‘amplitude correspondant présente certes des pics à environ 45 Hz, 92 Hz et 102 Hz, mais il faut finalement partir du principe que l‘excitation se situe sur une large bande, entre 10 et environ 240 Hz.
Conclusions
Les niveaux de bruit aérien mesurés dans les bureaux, proches de 50 dB(A), donnent lieu à des réclamations compréhensibles, car ils sont bien audibles et nettement supérieurs à un niveau de bruit de bureau habituel.
Les mesures de vibrations montrent qu‘il existe une perturbation à large bande. Les mesures effectuées sur le plafond au-dessus du rez-de-chaussée et sur le mur montrent également une excitation à large bande. On peut donc partir du principe qu‘il s‘agit d‘un problème classique de bruit solidien et qu‘il n‘existe pas de problème dit de résonance – où une fréquence d‘excitation dominante «rencontre» une fréquence propre d‘un élément de construction.
La fréquence propre du plafond et des éléments de murs serait supérieure à 14 Hz. Dans le cas d‘un appui élastique du chemin de roulement, il faudrait en tenir compte.
Idéalement, le niveau de pression acoustique devrait être réduit de 10 à 15 dB(A) par des mesures prises dans les bureaux, ce qui correspondrait à un niveau de bruit aérien de 35 à 40 dB(A). Ainsi, les ponts roulants seraient toujours audibles, mais cela ne devrait plus être gênant dans les bureaux au quotidien (par exemple, l‘entreprise Roche à Bâle exige un niveau sonore de base d‘au moins 40 dB(A) pour les bureaux paysagers nouvellement planifiés)*.
*) Source : exposé fait au séminaire de la SSA de novembre 2019
Même si aucune norme SIA ne prescrit le découplage des chemins de roulement de ponts roulants dans sa propre entreprise, il est recommandé de le faire pour les raisons mentionnées ci-dessus.
Mesure sur les galets de roulement
Plusieurs possibilités d’action contribuent à réduire le niveau de bruit aérien dans les bureaux de 10 à 15 dB(A).
Le passage des galets en acier du pont roulant sur les rails de roulement entraîne un frottement et donc une faible corrosion. Associé à l‘encrassement normal, il provoque
un „roulement“ irrégulier et génère ainsi des bruits solidiens plus élevés.
Il convient ici d‘examiner si d‘autres rouleaux ou un nettoyage automatique des surfaces de roulement sont possibles. Dans la mesure du possible, il faudrait toujours renoncer aux galets en acier en cas d‘utilisation mixte du bâtiment.
Appuis élastiques sous les voies de roulement d’un pont roulant
Les seules mesures qui réduisent avec certitude le niveau de pression acoustique de 10 à 15 dB(A) sont des appuis élastiques des voies de roulement. Si l‘on y pense dès la phase de planification, une telle mesure peut être mise en œuvre de manière peu coûteuse. Deux méthodes sont envisageables:
Variante 1
Dans les nouvelles consoles à concevoir, les poutres du chemin de roulement doivent être séparées élastiquement des consoles en acier au moyen de nattes de mousse de polyuréthane de type ISOLMER®/ ISOLDYN®. Ce découplage élastique permet d’obtenir, de manière optimale, une fréquence propre d‘environ 10 Hz.
Variante 2
Séparation élastique entre les poutres du chemin de roulement du pont roulant et les consoles en acier au moyen dde ressorts en acier de type ISOFED®.
Le découplage élastique peut atteindre à l‘optimum une fréquence propre de < 8 Hz. La solution proposée est représentée sur la figure ci-dessous. L‘avantage de cette variante par rapport à la variante 1 est qu‘une fréquence propre plus basse de l‘appui peut être atteinte dans la „zone cible de la charge“ et qu‘un meilleur découplage a ainsi lieu.
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