La vibration des bâtiments sous l’effet de la circulation

Cet article décrit la nature et les causes des vibrations dues à la circulation, dans les bâtiments; on y étudie les mesures correctrices et préventives qui peuvent être prises. L'accent est mis sur les maisons.

Les vibrations constituent souvent un problème, dans les bâtiments. Les sources internes courantes sont les machines, les systèmes de CVC, les ascenseurs et les activités des occupants. Parmi les sources externes se trouvent les tremblements de terre, le vent, le dynamitage et les activités de construction, ainsi que la circulation routière ou ferroviaire. Cet article ne porte que sur les vibrations causées par la circulation routière.

Les vibrations dues à la circulation routière constituent un sujet de préoccupation courant dans les villes du Canada ou d'autres pays. Les propriétaires de maisons peuvent se plaindre du désagrément ou des dommages qu'elles causent. Il y a aussi le risque d'effets néfastes des vibrations, à long terme, sur les bâtiments historiques, en particulier ceux qui sont fragiles. Les vibrations peuvent aussi nuire aux activités sensibles, par exemple celles qui se déroulent dans les blocs opératoires des hôpitaux, dans les laboratoires de recherche scientifique et dans les secteurs de technologie de pointe.

Comme la plupart des vibrations, celles qui sont dues à la circulation peuvent être caractérisées par un scénario source-trajet-receveur. Le contact des véhicules avec les irrégularités de la chaussée (p. ex. les nids de poule, les fissures et les tampons de regard non au niveau de la rue) exerce des charges dynamiques sur la chaussée. Ces charges donnent lieu à des ondes de contrainte qui se propagent dans le sol et finissent par atteindre les fondations des bâtiments adjacents en les faisant vibrer. Les vibrations dues à la circulation sont surtout causées par les véhicules lourds comme les autobus et les camions. Les voitures et les camions légers provoquent rarement des vibrations qui peuvent être ressenties dans les bâtiments.

Lorsqu'un autobus ou un camion passe sur une irrégularité de la chaussée, il produit une charge d'impact, ainsi qu'une charge d'oscillation due au piochage subséquent du véhicule. La charge d'impact crée dans le sol des vibrations qui sont dominantes aux fréquences propres de vibration du sol, tandis que le piochage donne lieu à des vibrations à la fréquence de celui-ci (une caractéristique de la suspension du véhicule). Si les fréquences propres du sol coïncident avec l'une ou l'autre des fréquences propres de la structure ou des constituants du bâtiment, il y a résonance et les vibrations sont amplifiées.

Contrairement aux irrégularités comme les tampons de regard ou les nids de poule, le mauvais état de la chaussée produit des charges dynamiques qui s'exercent continuellement sur celle-ci. Si les inégalités de la chaussée comportent une composante harmonique qui, à la vitesse indiquée sur le panneau, mène à une fréquence d'excitation coïncidant avec l'une ou l'autre des fréquences propres du véhicule et/ou du sol, il peut en résulter une vibration importante. Ce phénomène (dit « de la planche à laver » ) est bien connu des conducteurs roulant sur des chemins non macadamisés ou des routes en gravier qui présentent des ondulations. À une vitesse donnée, le véhicule vibre beaucoup mais le trépidation diminue si le conducteur accélère ou ralentit.

Risques d'endommagement des bâtiments

Il se peut que les propriétaires de maisons se plaignent des dommages résultant des vibrations dues à la circulation : fissures dans les murs, les plafonds ou les fondations, séparation de la maçonnerie, etc. Cependant, même s'ils peuvent contribuer au processus de dégradation attribuable à d'autres causes, les niveaux de vibration sont rarement assez élevés pour être directement à l'origine de ces dommages. Les composants du bâtiment sont habituellement soumis à des déformations résiduelles par suite du mouvement inégal du sol, des cycles d'humidité et de température, du manque d'entretien, ou bien de travaux de rénovation ou de réparation passés. Les faibles niveaux de vibration produits par la circulation routière peuvent donc s'ajouter aux déformations résiduelles pour déclencher les dommages. Comme il est difficile de définir un niveau de vibration qui peut occasionner des dommages à un bâtiment, on comprend pourquoi cette question demeure controversée. Dans certains cas, lorsqu'un bâtiment est soumis à des vibrations pendant de nombreuses années, il peut y avoir endommagement sous l'effet de la fatigue (c.-à-d. de la mise en charge répétée) si les contraintes s'exerçant sur le bâtiment sont assez fortes. Outre les dommages causés directement par les vibrations, des dommages indirects peuvent résulter des mouvements différentiels provoqués par le tassement du sol dû à la densification. Les sols constitués de sable meuble sont particulièrement susceptibles de se densifier lorsqu'ils sont soumis à des vibrations.