Étude expérimentale des vibrations causées par l'humain sur quatre escaliers monumentaux de géométrie irrégulière en acier

Le sujet de recherche concerne le comportement dynamique des escaliers monumentaux en acier. Ces éléments architecturaux vedettes en acier, souvent sans supports intermédiaires, sont sensibles aux vibrations causées par une personne ou un groupe qui y circule. Les vibrations des structures causées par l’activité humaine constituent un élément important que les ingénieurs ne doivent pas négliger lors de la conception. À vrai dire, le comportement en service et la résistance sont deux critères de conception tout aussi importants qui doivent être pris en considération pour empêcher des vibrations excessives ou un effondrement lors de l’utilisation. La problématique est qu’il n’y a pas de directives dans la norme canadienne concernant la prédiction des vibrations pour ce type de structure. Il existe pourtant un guide américain qui propose une procédure et des formules adaptées aux escaliers monumentaux, qu’ils soient de portée simple ou de géométrie complexe, pour prédire les vibrations d’un individu descendant l’escalier. Cela étant dit, un sérieux doute subsiste quant à la validité de la formule adaptée aux escaliers monumentaux présentant une géométrie irrégulière, car elle est essentiellement fondée sur l’étude d’escaliers linéaires à volée simple. L’objectif de cette étude est d’évaluer le comportement en service de quatre escaliers, situés à Montréal, ayant des géométries irrégulières. Pour y parvenir, la réponse dynamique en accélération, générée par les forces des pas humains descendant et montant les escaliers, a été mesurée à l’aide d’accéléromètres selon différents cas de chargement. Par la suite, une prédiction des vibrations causées par une personne descendant chaque escalier a été effectuée à l’aide de la méthode de calcul du guide américain et des modèles par éléments finis dans le but de les comparer avec les résultats expérimentaux. Les limites de vibrations du guide ont ensuite été remises en question en fonction du jugement d’un seul témoin présent sur le palier dans l’optique de déterminer si les vibrations étaient tolérables. Les résultats expérimentaux ont révélé que les limites de vibration n’ont pas excédé les limites du guide de conception américain pour les trois escaliers hélicoïdaux étudiés, à l’exception de l’escalier parallèle où certains dépassements ponctuels ont été observés. Le témoin n’a tout de même ressenti aucune vibration importante pouvant suggérer une conception inadéquate pour les quatre escaliers. Aussi, la formule empirique et la méthode de conception du guide américain ne permettent pas toujours d’obtenir des résultats très représentatifs de la réalité, en supposant que l’ingénieur est capable de modéliser les propriétés dynamiques (fréquences et modes) de façon représentative. La retombée principale anticipée de cette recherche est de vérifier la conception des quatre escaliers conçus contre les vibrations selon les guides de conception en vigueur et de confirmer leur bon comportement par des mesures quantitatives (accélération) et qualitatives (ressenti du témoin).