Système masse-ressort

1 Bruit solidien etses conséquences

Le calme est de retour
Le trafic routier et les trains produisent un bruit solidien en raison deleur poids propre et de leur vitesse.
Celui-ci se diffuse dans le sol etengendre des vibrations ressenties
sur les bâtiments et sur les instruments de mesure sensibles ou lesmachines installés à proximité.

es bâtiments, appareils et machines sont eux-mêmes des systèmesoscillants. Les excitations issues destrains ou de la circulation s‘intensifient
encore par la structure des objets
touchés. Les vibrations mécaniques
et le bruit aérien secondaire qui enrésulte, donc la nuisance sonore,
constituent une atteinte à la santé del‘homme sur le long terme. Les vibrations influencent également la capacitéL

fonctionnelle des machines et appareils. Des contraintes extrêmement
importantes et des effets négatifs
peuvent s‘en suivre sur la productivité
et la qualité. De plus, une sollicitation
dynamique extrême peut engendrer
des dommages sur la structure dubâtiment, tels que fissures ou affaiblissements.

3

2 Une protection de bruit destructures hautement efficace

Une eficacité
sur desdécennies4

es émissions de bruits solidienspeuvent être réduites à partir dupoint d'origine par diverses mesures
et selon les exigences. Les systèmesmasse-ressort sont utilisés partout oùd'importantes exigences en matière deprotection de bruit de structures sontformulées. Les matériaux Sylomer®
et Sylodyn® sont utilisés en tant queLsuspensions élastiques spécifiques
dans le monde entier. Ils garantissent
l'efficacité exigée sur des décennies.
Les matériaux éprouvés font tous
partie du savoir-faire technique deGetzner d'aujourd'hui et constituent
la solution éprouvée en matièrede technologie de pointe pour lessystèmes masse-ressort.

Les avantages des suspensionsélastiques en Sylomer ® et Sylodyn ®
— Produit fiable, homogène et élasticité constante

Le Sylomer® et le Sylodyn® constituent
les matériaux idéaux pour une utilisation en tant que suspensions hautement élastiques dans un système
masse-ressort , quel que soit le typede construction.

— Des surcharges de courte durée et extrêmes sont possibles— Praticable immédiatement par des véhicules lourds— Faibles coûts de construction par une installation simple
et rapide— Divers types de construction sont possibles par une variation
des densités, de l‘épaisseur et de la surface du matériau
— Une rentabilité élevée par une stabilité de longue durée— Des coûts d‘entretien minimes

53 La fonction d‘un système
masse-ressort

Isolation eficace
des vibrations
L'objectif de l'isolation des vibrations
est de découpler dynamiquement l'infrastructure de son environnement etde réduire ainsi, la transmission desfortes vibrations et bruits solidiens.

Fe(t)e découplage est produit parl'élaboration d'un système absorbeur de vibrations. Lorsqu'une couched'amortissement élastique et permanente en Sylomer® ou Sylodyn® est
intégrée, l'isolation est réalisée
directement à la source des émissions.
On obtient ainsi des forces d'appui àla base Fu(t) plus faibles que les forces
excitatrices Fe(t), atténuant l'impact
des vibrations sur la base.

L

m

c

d

F u(t)

a fonction d'une infrastructureéquipée de suspensions élastiques
peut être décrite de façon très simple
à l'aide d'un système à un degré deliberté. De nombreux problèmesde vibrations peuvent être expliquésde manière simplifiée à l'aide de ce
modèle physique. Lorsque le montage
subit un choc important Fe(t), l'oscillation résultante correspond à la fréquence propre du système masseressort suspendu f0.

L

6

f0

1
2π

c
m

c = Rigidité dynamique du ressort
m = Poids de l'infrastructure +poids non suspendu des essieux

a diminution de l'amplitude decette vibration dépend de l'amortissement exercé par le ressort. En
présence de matériaux en Sylomer® et
Sylodyn®, l'amortissement est décrit
par le facteur de perte mécanique.

concerne l'isolation des vibrations, il
existe deux domaines, à savoir undomaine d'amplification et un domained'isolation.

L

L'amplification ne se forme qu'enprésence d’une fréquence excitatricecorrespondant à la fréquence proprede la suspension élastique, ou bien en
présence d'une excitation à fréquencevariable.

Facteur de transmission de force VR

Pour évaluer un système masse-ressort, il faut déterminer la relation
fréquentielle des amplitudes (valeur dufacteur de transmission). Elle décrit lerapport de l'amplitude en fonction dela fréquence ou en fonction du rapport
de fréquence entre la force à la baseFu(t) et la force excitatrice Fe(t) lors del'isolation d'une source. En ce qui

3,0
0,2
0

Le domaine d'isolation commence àpartir d'une fréquence excitatricecorrespondant à 2•f0. On peut voirdans la relation fréquentielle des

0,1
0

2,5

0,3

2,0

amplitudes que l'amplification diminueà la fréquence de résonance f0 lorsque
le degré d'amortissement augmente,
alors que le degré d'isolation s'affaiblit
avec un amortissement croissant.
Le rapport entre la rigidité statique etdynamique est moins marqué pour une
suspension avec peu d'amortissement
ce qui permet d'abaisser la fréquence
propre f0.
Le dimensionnement d'un système
masse-ressort est une tâche d'optimisation pour les ingénieurs. Cette tâche
exige un savoir-faire solide et spécialisé, un savoir-faire que propose
Getzner depuis des années à sespartenaires. Le mode d'action d'unsystème masse-ressort peut également être fortement influencé par del'eau stagnante. Lors de l'élaborationd'un système masse-ressort, il fautabsolument s'assurer qu'un systèmede drainage suffisant et durable soit
mis en place.

0,5

1,5

0,8
1,0

=1,0
0,8
0,3
0,2

0,5

0,5
0,1

0,0
0,3 0,4

Amplification
Isolation
0,6

0,8

1

2

2

3
4
5 6 7 8
Rapport de fréquence7

4 Variantesd'exécution

Une grande diversité de systèmesmasse-ressort a été développée parles chemins de fer européens au cours
des dernières décennies. Il existe ainsi
plusieurs types de construction en
béton coulé sur site ou préfabriqué, ou
une combinaison des deux, avec ousans lit de ballast.
ors de la conception des suspensions élastiques pour les systèmesmasse-ressort, la méthode de construction sélectionnée est également
décisive pour la fonctionnalité etl'aspect économique du système
global.

L

Qu‘il s‘agisse d‘une conception de typesurfacique, par bande ou par points,
Getzner garantit grâce à son savoirfaire des solutions techniques parfaites, efficaces durablement et opérationnelles.

8

Suspension surfaciqueSuspension par bandes

Suspension ponctuelle

Suspension
surfaciqueSuspension
par bande

Suspension
ponctuelle

n utilisant une suspension élastique surfacique et selon le cas
d'application, les fréquences propres
du système suspendu sont réalisées
entre 14 et 25 Hz. Ceci correspond à
une isolation du bruit solidien pouvant
atteindre jusqu'à 30 dB dans la plagedes fréquences hypercritiques.

es suspensions par bandes sontutilisées de préférence pour dessystèmes masse-ressort combinant deséléments de béton préfabriqués ou
coulés sur site. Les forces horizontales
générées par le passage du train, aussi
bien dans le sens de la marche (forcesde freinage et d'accélération) que
transversalement à l'axe des voies(forces centrifuges et latérales dues
aux défauts de géométrie de la voie)sont parfaitement maîtrisées grâce aux
surfaces d'appui relativement importantes.

e type de construction sélectionné
pour les dalles de support de voie
ou auges détermine la forme desappuis ponctuels. La plupart du temps,
les dalles en béton sont coulées surplace. Elles sont surélevées après prisedu béton et les suspensions élastiquessont insérées dans les ouvertures
prévues à cet effet.

E

Les avantages de construction d'une
suspension surfacique de Getzner
sont :— Une conception simple, rapide etavantageuse— Un risque réduit de défauts deconstruction— Une répartition de charge optimisée— Un amortissement des vibrations dela structure des éléments porteurs
des rails— Un nombre réduit des jointuresde pose— Une stabilité horizontale élevée
du système global— Un système global économiqueL

Comparé aux suspensions surfaciques,les suspensions par bandes permettent
d'atteindre des fréquences propres dela superstructure plus basses (8 — 15 Hz)
moyennant un investissement raisonnable.

L

Etant donné les forces horizontales
générées par le passage du train, il fautprendre en considération l'action deces forces lors du dimensionnement
des appuis à surfaces réduites. Afin delimiter la déflexion horizontale selon
les spécifications, on utilise dans lapratique le rapport optimal entre lemodule de cisaillement, l'épaisseur etla surface de l'appui.
Les suspensions ponctuelles permettent d'obtenir les fréquences
propres les plus basses (5 — 12 Hz), ce
qui permet d'assurer une isolationextrêmement élevée contre les bruits
solidiens. Avec ce type de système, il
est possible d'atteindre une isolationde 30å dB ou plus.

95 Aménagement de transitions
avec appuis élastiques

Pour un passage
sans dificultées zones de transition entre lesinfrastructures avoisinantes(superstructure ballastée, dalle continue) doivent être élaborées de façon
très précise afin qu'aucun défaut
persistant n'apparaisse sur la voie.
Dans les systèmes masse-ressort, lesimperfections apparaissent toujours
dans les zones de transition étant
donné qu'elles s'accompagnent dedéflexions importantes, contrairement
aux infrastructures normales. Lesvariations de température et la détérioration du béton engendrent en plus,
des sollicitations particulières dans les

Lzones de transition. Ici également,
Getzner propose des solutions compétentes. La rigidité du système nécessaire dans la construction des transitions peut être atteinte par exemple
par :— Une disposition des appuis
plus dense— Une variation de la raideur dumatériau d'appui— La pose de fixations spéciales
rails— La pose de semelles sous
traverse

Lors de la mise en œuvre, il faut savoir
que des charges d'appui trop élevées
peuvent engendrer une sursollicitation
des attaches de rail. En utilisant laméthode par éléments finis, Getzner
calcule et simule tous les facteurs pourune implantation optimale dans leszones de transition.

Transition entre lesystème masse-ressort etla dalle continue avec
semelles sous traverses.
Superstructure ballastée

10

Dalle continue

11

6 Défaut de réalisation

Notre expérience vous
apporte la sécurité
elon les cas, les défauts de conception, de construction ou encore
de finitions non conformes ont une
influence sur les propriétés effectives
des systèmes masse-ressort.

S

En voici des exemples :— Un drainage insuffisant ou absent engendre un «effet
tampon» dans le système— Pour les systèmes surfaciques : des tapis latéraux
manquants, inadaptés ou trop rigides— Une mauvaise isolation des gaines de câble, des installations dedrainage et d‘autres raccordements— Un matériau isolant inadapté ou des épaisseurs d'appui
inférieures aux minimales requises— Une quantité élevée de joints de pose
— Une installation négligée et non professionnelle du matériau d‘appui— Une conception des structures telle que la longueur des dallesde voie ou une conception de l‘armature, répartition de charges
insuffisante sur l‘élastomère

ne malfaçon dans la réalisation dusystème masse-ressort ne peut
généralement être résolue qu‘aprèsd‘importants et coûteux travaux. En
fonction de la gravité de la malfaçon, ilarrive dans certains cas, qu‘unereconstruction complète soit nécessaire.

U

12

7 Exigences concernant
les suspensionsélastomère

Variées etéprouvées
epuis plus de quatre décennies, lesmatériaux Sylomer® et Sylodyn®
se sont avérés être une protection
efficace contre les fortes vibrations et
les bruits solidiens dans les infrastructures ferroviaires.

D

Les matériaux Getzner-Werkstoffe
contribuent à la protection d'ouvrages
d'art, améliorent la stabilité des voies,
réduisent la sollicitation dynamiquedu ballast et par conséquent, réduisent les travaux d'entretien. Il est
prouvé que les applications ferroviaires en Sylomer® et Sylodyn®
restent efficaces après 30 ans ou plus
d'utilisation : lors du contrôle d'échantillons déposés, les élastomères neprésentent eux-mêmes aucun signe defatigue après de nombreuses annéesd'exploitation.
Il est particulièrement important pourles isolations d'appui partiel de définir
les exigences du matériau d'appui ainsi
que la surveillance de la qualité
spécifique au projet.

a norme DIN 45673-7, «Vibrations mécaniques – Eléments élastiques desvoies ferrées – Partie 7 : Les procédures d‘essais en laboratoire pour leséléments élastiques des systèmes masse-ressort» donne des indications supplémentaires sur l‘aptitude à l‘emploi des produits et sur le contrôle des rigiditésstatiques et dynamiques.

L

Conditions pour des systèmes masse-ressort
opérationnels de longue durée :— Afin de déterminer les propriétés spécifiques requises des suspensions, les rigidités statiques et dynamiques doivent être spécifiées.
— Avec un essai de fatigue aux charges d'exploitation avec au moins
trois millions de cycles, on contrôle le changement des propriétés
spécifiques des suspensions.
— Le changement des propriétés des suspensions lié aux influences del'environnement (par ex. : ozone, eau, huiles, substances chimiques)
doit également être contrôlé.
— On contrôlera également dans quelle mesure la géométrie de lasuspension se modifie par le fluage, la charge d'exploitation et les
influences environnementales.
— La qualité des suspensions élastiques est scrupuleusement
surveillée avant même la pose.

138 Calcul paréléments finis14

Un calcul par éléments finis
donne les résultats suivants :— Capacité de portance de la dalle— Déformation statique due au
poids propre

Savoir ce à quoi vous devrez faire face
our analyser un système, il faut habituellement établir
un modèle physique d'équivalence qui tient compte de larépartitions des masses, des rigidités et coefficients d'amortissement. L'analyse de système la plus connue est le calcul
par éléments finis.

P— Formes propres— Fréquences propres du systèmesuspendu— Données de résistance— Sollicitations dynamiques et mouvements vibratoires— Comportement du système enprésence d'une excitation définie(simulation)— Prévision du comportement dynamique d'un système en présence dedivers paramètres de système

Lors de l'isolation des vibrations, on part généralement duprincipe que l'objet isolé des vibrations (dalle-support de lavoie) et le sous-sol sont respectivement des corps rigides.
L'objectif de cette hypothèse est de prouver par le calcul,
l'effet de l'isolation des vibrations. Cependant, si l'on souhaiteréaliser un sondage des limites et comprendre le comportement général du système, d'autres degrés de liberté importants sont admis pour le système réel puis analysés à l'aide
d'un calcul des éléments finis.
es exigences lors des constructions sont constammenten croissance. Getzner propose, en tant que partenaire
compétent, de nombreuses prestations aux planificateurs etsociétés d'ingénierie en présence de ces évaluations complexes.

L— Modifications nécessaires pour uncomportement dynamique recherché

15

9 Informations sur la pose

16

Isolation d'un système masse-ressortd'une canalisation

Mesurespréparatoires

LivraisonPose

etzner livre les matériaux directement sur le chantier : tapis pourles remontées latérales, appuis pontuels et par bandes sur les palettes,
tapis de sol sous forme de rouleauxd'une largeur standard de 1,50 m. Selon
la géométrie et les conditions de pose,
Getzner confectionne les tapis en usine
et permet ainsi une pose rapide etéconomique.

LLors de la pose, il est important des'assurer que les suspensionsélastiques en Sylomer® ou Sylodyn®
puissent découpler par la suite, la
totalité de la dalle-support de l'environnement. Des ponts acoustiquesempêchent l'isolation opérationnelle
des vibrations. Parallèlement, on doitégalement assurer le drainage dusystème.

G

La surface de pose doit donc être plate
et libre de tout objet pointu ou d'arêtes
vives. Si cela n'est possible que sousconditions, il est envisageable, parexemple, de poser un géotextile entre
le sol et le tapis pour assurer laprotection des appuis. Une couche depropreté en béton a également fait ses
preuves. Les appuis ponctuels doiventêtre positionnés très précisément et defaçon stable. Une possibilité efficace
est un socle approprié avec un cadreen acier.

Les tapis de sol peuvent être disposésà la fois parallèlement et perpendiculairement à l'axe de la voie. Dès lors, il est
important de créer le moins de joints
de pose possible. Les joints de posesont étanchés par du ruban adhésif
pour éviter que du lait de ciment nes'introduise et que des ponts acoustiques ne se créent.

ors de la confection des rouleaux,Getzner veille constamment sur lepoids total des tapis. Ceux-ci peuventêtre posés à tout moment et sansproblème, par deux personnes. Ainsi,
on obtient des prestations de pose deplus de 500 m2 par personne et parjour. De même, les appuis pontuels etpar bandes peuvent être installés parune seule personne. Le poseur ajuste
la longueur du tapis ou des angles ensaillie en toute simplicité avec uncouteau à lame jetable.
Sur demande, Getzner établi des plansde pose et met à disposition une
supervision de travaux professionnels
afin de garantir la conformité de lapose.

En application d'une solution pleine
surface, le cas échéant un renforcement de la base est utile. Dans ce cas,une répartition des charges satisfaisante doit être assurée à la base destapis Sylomer® ou Sylodyn®. Le supportde base adéquat (plaques en bois ou en
matière plastique) empêche despressions spécifiques et des déflexions
localisées trop importantes.

17

10 Référencesinternationales

es solutions Getzner sont en action
dans le monde entier – tout commeles experts Getzner. Au travers de 10
iliales, nous sommes présents sur sitedans les sept importantes régions géographiques. Nous desservons la quasitotalité des marchés les plus importants au monde par le biais de nos
nombreux associés commerciaux.

L

Des filiales à :— Bürs, Autriche— Berlin, Allemagne— Munich, Allemagne— Stuttgart, Allemagne— Lyon, France— Amman, Jordanie— Tokyo, Japon— Pune, Inde
— Beijing, Chine— Charlotte, US

Filiales Getzner
Des associés commerciaux
Pays de référence18Tramway de Milan

Tramway de Nottingham

es projets réalisés par Getznerparlent par eux-mêmes. Voici unextrait de nos références dans lesecteur ferroviaire :Le train à grande vitesse

Les tramways

Sélection des projets :— Brenner accès Nord,
Tunnel du Römerberg,
Tunnel de Zammer,
Tunnel de l'Arlberg,
Nouveau tunnel de Lainz,
Tunnel du Sittenberg(ÖBB, ch. de fer féd. autrichiens)— Tunnel de la ville de Leipzig,
Ancien tunnel de Mayence,
Nouveau tunnel de Mayence,
Tunnel du zoo
Berlin Nord – Sud,
Gare de Lehrt,
Pont de l'Amper,
Liaison de l'aéroport Cologne/Bonn,
Tunnel de Siegauen,
Tunnel d'Audi à Ingolstadt(DB AG, ch. de fer féd. allemands)— NLFA : Tunnel «Zürichbergtunnel»
de Zurich,Tunnel du Zimmerberg (CFF)— Rome – Fiumicino,
Udine – Tarvis,
Milan – Saronno,
Catania (FS)— Channel Tunnel Rail Link
(NetworkRail)— Bruxelles (SNCB)— Augsbourg— Barcelone— Berlin— Berne— Bordeaux— Brest— Constantine— Essen— Florence— Genève
— Göteborg— Graz— Grenoble— Isfahan— Le Mans— Linz— Lyon— Madrid— Milan— Marseille— MashadL

Métro de Munich— Montpellier— Munich— Nantes— Nice— Nottingham— Orléans
— Paris – St. Denis— Paris – T1
— Prague— Rome— Rouen— Saint Domingue— Séville— Shiraz— Strasbourg— Stuttgart— Ténériffe— Valence(Espagne)— Vienne

Les métros / R.E.R.
— Athènes
— Augsbourg— Berlin— Bochum— Buenos Aires— Dortmund— Dusseldorf— Hong-Kong— Inchéon— Cracovie— Milan— Munich— New-York— Nuremberg— Sao Paulo— Vienne— Zurich

19

Getzner Werkstoffe GmbHAm Borsigturm 11
13507 Berlin
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F +49-30-405034-35
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