ISO 22476-1:2012
(Main)Geotechnical investigation and testing - Field testing - Part 1: Electrical cone and piezocone penetration test
Geotechnical investigation and testing - Field testing - Part 1: Electrical cone and piezocone penetration test
ISO 22476-1:2012 deals with equipment requirements, the execution of and reporting on electrical cone and piezocone penetration tests as part of geotechnical investigation and testing according to EN 1997‑1 and EN 1997‑2. Within the electrical cone and piezocone penetration test, two subcategories of the cone penetration test are considered: electrical cone penetration test (CPT), which includes measurement of cone resistance and sleeve friction; piezocone test (CPTU), which is a cone penetration test with the additional measurement of pore pressure. The CPTU is performed like a CPT with the measurement of the pore pressure at one or several locations on the penetrometer surface. ISO 22476-1:2012 specifies the following features: type of cone penetration test; application class; penetration length or penetration depth; elevation of the ground surface or the underwater ground surface at the location of the cone penetration test with reference to a datum; location of the cone penetration test relative to a reproducible fixed location reference point; pore pressure dissipation tests.
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais en place — Partie 1: Essais de pénétration au cône électrique et au piézocône
L'ISO 22476-1:2012 traite des exigences relatives à l'appareillage, à l'exécution et au compte rendu des essais de pénétration au cône électrique et au piézocône dans le cadre de la reconnaissance, et des essais géotechniques selon l'EN 1997-1 et l'EN 1997-2. À la dénomination «essai de pénétration au cône électrique et au piézocône» correspondent deux essais distincts: l'essai de pénétration au cône électrique (CPT), qui comporte à la fois le mesurage de la résistance au cône et celui du frottement latéral sur le manchon; l'essai de pénétration au piézocône (CPTU), qui est un essai de pénétration au cône complété par le mesurage de la pression interstitielle. L'essai CPTU est réalisé comme un essai CPT avec mesurage de la pression interstitielle en un ou plusieurs emplacements à la surface de la pointe pénétrométrique. L'ISO 22476-1:2012 spécifie les points suivants: le type de l'essai de pénétration au cône, conformément au Tableau 1; la classe d'application, conformément au Tableau 2; la longueur ou la profondeur de pénétration; la cote altimétrique de la surface du sol ou la cote de la surface de la nappe à l'emplacement de l'essai de pénétration au cône par rapport à un repère précisé; l'emplacement de l'essai de pénétration au cône par rapport à un point de référence fixe toujours accessible; les essais de dissipation de la pression interstitielle.
General Information
Relations
Frequently Asked Questions
ISO 22476-1:2012 is a standard published by the International Organization for Standardization (ISO). Its full title is "Geotechnical investigation and testing - Field testing - Part 1: Electrical cone and piezocone penetration test". This standard covers: ISO 22476-1:2012 deals with equipment requirements, the execution of and reporting on electrical cone and piezocone penetration tests as part of geotechnical investigation and testing according to EN 1997‑1 and EN 1997‑2. Within the electrical cone and piezocone penetration test, two subcategories of the cone penetration test are considered: electrical cone penetration test (CPT), which includes measurement of cone resistance and sleeve friction; piezocone test (CPTU), which is a cone penetration test with the additional measurement of pore pressure. The CPTU is performed like a CPT with the measurement of the pore pressure at one or several locations on the penetrometer surface. ISO 22476-1:2012 specifies the following features: type of cone penetration test; application class; penetration length or penetration depth; elevation of the ground surface or the underwater ground surface at the location of the cone penetration test with reference to a datum; location of the cone penetration test relative to a reproducible fixed location reference point; pore pressure dissipation tests.
ISO 22476-1:2012 deals with equipment requirements, the execution of and reporting on electrical cone and piezocone penetration tests as part of geotechnical investigation and testing according to EN 1997‑1 and EN 1997‑2. Within the electrical cone and piezocone penetration test, two subcategories of the cone penetration test are considered: electrical cone penetration test (CPT), which includes measurement of cone resistance and sleeve friction; piezocone test (CPTU), which is a cone penetration test with the additional measurement of pore pressure. The CPTU is performed like a CPT with the measurement of the pore pressure at one or several locations on the penetrometer surface. ISO 22476-1:2012 specifies the following features: type of cone penetration test; application class; penetration length or penetration depth; elevation of the ground surface or the underwater ground surface at the location of the cone penetration test with reference to a datum; location of the cone penetration test relative to a reproducible fixed location reference point; pore pressure dissipation tests.
ISO 22476-1:2012 is classified under the following ICS (International Classification for Standards) categories: 93.020 - Earthworks. Excavations. Foundation construction. Underground works. The ICS classification helps identify the subject area and facilitates finding related standards.
ISO 22476-1:2012 has the following relationships with other standards: It is inter standard links to ISO 22476-1:2012/Cor 1:2013, ISO 22476-1:2022. Understanding these relationships helps ensure you are using the most current and applicable version of the standard.
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 22476-1
First edition
2012-09-15
Geotechnical investigation and testing —
Field testing —
Part 1:
Electrical cone and piezocone
penetration test
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais en place —
Partie 1: Essais de pénétration au cône électrique et au piézocône
Reference number
©
ISO 2012
© ISO 2012
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E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2012 – All rights reserved
Contents Page
Foreword . v
Introduction . vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 2
3 Terms, definitions and symbols . 2
3.1 Terms and definitions . 2
3.2 Symbols . 9
4 Equipment . 10
4.1 Cone penetrometer . 10
4.2 Tolerances . 10
4.3 Surface roughness . 11
4.4 Cone . 11
4.5 Friction sleeve . 12
4.6 Filter element . 13
4.7 Gaps and soil seals . 15
4.8 Push rods . 15
4.9 Measuring system . 15
4.10 Thrust machine . 16
5 Test procedures . 16
5.1 Selection of cone penetrometer . 16
5.2 Selection of equipment and procedures . 17
5.3 Position and level of thrust machine . 19
5.4 Preparation of the test . 19
5.5 Pushing of the cone penetrometer . 19
5.6 Use of friction reducer . 20
5.7 Frequency of logging parameters . 20
5.8 Registration of penetration length . 20
5.9 Dissipation test . 21
5.10 Test completion . 21
5.11 Equipment checks and calibrations . 21
5.12 Safety requirements . 22
6 Test results . 22
6.1 Measured parameters . 22
6.2 Correction of parameters. 22
6.3 Calculated parameters . 24
7 Reporting . 24
7.1 General . 24
7.2 Reporting of test results . 24
7.3 Presentation of test results . 26
7.4 Presentation of test results and calculated parameters . 26
Annex A (normative) Maintenance, checks and calibration . 28
Annex B (normative) Calculation of penetration depth . 32
Annex C (informative) Correction of sleeve friction for water pressure . 33
Annex D (informative) Preparation of the piezocone . 34
Annex E (informative) Uncertainties in cone penetrometer testing. 35
Bibliography .36
Figures
Figure 1 — Cross section of an example of a cone penetrometer . 3
Figure 2 — Locations of pore pressure filters . 6
Figure 3 — Penetration length and penetration depth (schematic only) . 8
Figure 4 — Tolerance requirements for use of 1000 mm cone penetrometer . 12
Figure 5 — Geometry and tolerances of friction sleeve . 13
Figure 6 — Correction of cone resistance and sleeve friction due to the unequal end area effect . 23
Figure A.1 — Pressure chamber for determination of the net area ratio, a . 30
Tables
Table 1 — Types of cone penetration test . 17
Table 2 — Application classes . 18
Table A.1 — Control scheme for maintenance routines . 29
iv © ISO 2012 – All rights reserved
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. Each 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, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 22476-1 was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee
CEN/TC 341, Geotechnical investigation and testing, in collaboration with Technical Committee ISO/TC 182,
Geotechnics, Subcommittee SC 1, Geotechnical investigation and testing, in accordance with the Agreement
on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
ISO 22476 consists of the following parts, under the general title Geotechnical investigation and testing —
Field testing:
Part 1: Electrical cone and piezocone penetration test
Part 2: Dynamic probing
Part 3: Standard penetration test
Part 4: Ménard pressuremeter test
Part 5: Flexible dilatometer test
Part 7: Borehole jack test
Part 9: Field vane test
Part 10: Weight sounding test [Technical Specification]
Part 11: Flat dilatometer test [Technical Specification]
Part 12: Mechanical cone penetration test (CPTM)
Introduction
The electrical cone penetration test (CPT) consists of pushing a cone penetrometer using a series of push
rods into the soil at a constant rate of penetration. During penetration, measurements of cone resistance and
sleeve friction are recorded. The piezocone penetration test (CPTU) also includes the measurement of pore
pressures around the cone. The test results can be used for interpretation of stratification, classification of soil
type and evaluation of engineering soil parameters. Two International Standards define cone penetration
tests: ISO 22476-1 defines CPT and CPTU practice using electronic transducers; ISO 22476-12 defines CPT
practice using mechanical measuring systems.
“Cone resistance” is the term used in practice and in this part of ISO 22476, although “cone penetration
resistance” is a more correct description of the process.
The test results of this part of ISO 22476 are specially suited for the qualitative and/or quantitative
determination of a soil profile together with direct investigations (e.g. sampling according to ISO 22475-1 [2])
or as a relative comparison of other in situ tests.
The results from a cone penetration test are used to evaluate:
stratification;
soil type;
geotechnical parameters such as
soil density,
shear strength parameters, and
deformation and consolidation characteristics.
vi © ISO 2012 – All rights reserved
INTERNATIONAL STANDARD ISO 22476-1:2012(E)
Geotechnical investigation and testing — Field testing —
Part 1:
Electrical cone and piezocone penetration test
1 Scope
This part of ISO 22476 deals with equipment requirements, the execution of and reporting on electrical cone
and piezocone penetration tests.
NOTE 1 This part of ISO 22476 fulfills the requirements for electrical cone and piezocone penetration tests as part of
geotechnical investigation and testing according to EN 1997-1 [3] and EN 1997-2 [4].
Within the electrical cone and piezocone penetration test, two subcategories of the cone penetration test are
considered:
electrical cone penetration test (CPT), which includes measurement of cone resistance and sleeve
friction;
piezocone test (CPTU), which is a cone penetration test with the additional measurement of pore
pressure.
The CPTU is performed like a CPT with the measurement of the pore pressure at one or several locations on
the penetrometer surface.
NOTE 2 CPT or CPTU can also be used without measurement of sleeve friction, but this is not covered in this part of
ISO 22476.
This part of ISO 22476 specifies the following features:
a) type of cone penetration test, according to Table 1;
b) application class, according to Table 2;
c) penetration length or penetration depth;
d) elevation of the ground surface or the underwater ground surface at the location of the cone penetration
test with reference to a datum;
e) location of the cone penetration test relative to a reproducible fixed location reference point;
f) pore pressure dissipation tests.
NOTE 3 This part of ISO 22476 covers onshore and nearshore CPT. For extra requirements for offshore CPT, see
NORSOK G-001 [8].
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 8503, Preparation of steel substrates before application of paints and related products — Surface
roughness characteristics of blast-cleaned steel substrates
ISO 10012, Measurement management systems — Requirements for measurement processes and
measuring equipment
3 Terms, definitions and symbols
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1.1
average surface roughness
Ra
average deviation between the real surface of the cone penetrometer and a medium reference plane placed
along the surface of the cone penetrometer
3.1.2
cone
conical shaped bottom part of the cone penetrometer and the cylindrical extension
NOTE 1 When pushing the penetrometer into the ground, the cone resistance is transferred through the cone to the
load sensor.
NOTE 2 This part of ISO 22476 assumes that the cone is rigid, so when loaded its deformation is very small relative to
the deformation of other parts of the cone penetrometer.
3.1.3
cone penetration test
CPT
pushing of a cone penetrometer at the end of a series of cylindrical push rods into the ground at a constant
rate of penetration
3.1.4
cone penetrometer
assembly containing the cone, friction sleeve, any other sensors and measuring systems as well as the
connection to the push rods
NOTE An example of a cone penetrometer is shown in Figure 1; for other filter locations, see Figure 2.
2 © ISO 2012 – All rights reserved
a) Cone resistance and sleeve b) Cone resistance load cell in c) Subtraction type cone
friction load cells in compression compression and sleeve friction penetrometer
load cells in tension
Key
1 sleeve load cell
2 point load cell overload protection device
3 cone load cell
4 thread
5 soil seal
Figure 1 — Cross section of an example of a cone penetrometer
3.1.5
cone resistance
cone penetration resistance
3.1.6
corrected cone resistance
q
t
measured cone resistance, q , corrected for pore pressure effects
c
3.1.7
corrected friction ratio
R
ft
ratio of the measured or corrected sleeve friction to the corrected cone resistance measured at the same
depth
NOTE Usually the measured sleeve friction is used; however, if available, the corrected sleeve friction is used.
3.1.8
corrected sleeve friction
f
t
measured sleeve friction, f , corrected for pore pressure effects
s
3.1.9
dissipation test
measurement of the pore pressure change with time during a pause in pushing while holding the cone
penetrometer stationary
3.1.10
electrical cone penetration test
cone penetration test where forces are measured electrically in the cone penetrometer
3.1.11
excess pore pressure
u , u , u
1 2 3
pore pressure in excess of the ambient pore pressure at the level of the filter caused by the penetration of the
cone penetrometer into the ground:
u u u (1)
1 1 0
u u u (2)
2 2 0
u u u (3)
3 3 0
3.1.12
filter element
porous element in the cone penetrometer that transmits the pore pressure to the pore pressure sensor,
maintaining the geometry of the cone penetrometer
3.1.13
friction ratio
R
f
ratio of the measured sleeve friction to the measured cone resistance at the same depth
3.1.14
friction reducer
local and symmetrical enlargement of the diameter of a push rod to obtain a reduction of the friction along the
push rods
3.1.15
friction sleeve
section of the cone penetrometer where friction between the soil and the sleeve is measured
4 © ISO 2012 – All rights reserved
3.1.16
in situ equilibrium pore pressure
u
o
original in situ pore pressure at filter depth
3.1.17
inclination
angular deviation of the cone penetrometer from the vertical
3.1.18
initial pore pressure
u
i
measured pore pressure at the start of the dissipation test
3.1.19
measured cone resistance
q
c
division of the measured force on the cone, Q , by the projected area of the cone A :
c c
q Q / A (4)
c c c
3.1.20
measured pore pressure
u , u , u
1 2 3
pressure measured in filter element during penetration and dissipation testing
NOTE The pore pressure can be measured at several locations as follows (see Figure 2):
u on the face of the cone;
u on the cylindrical section of the cone (preferably in the gap between the cone and the sleeve;
u just behind the friction sleeve.
Key
1 friction sleeve
2 cone penetrometer
3 cone
Figure 2 — Locations of pore pressure filters
3.1.21
measured sleeve friction
f
s
division of the measured force acting on the friction sleeve, F , by the area of the sleeve, A :
s s
f FA/ (5)
ss s
3.1.22
measuring system
all sensors and auxiliary parts used to transfer and/or store the electrical signals generated during the cone
penetration test
NOTE The measuring system normally includes components for measuring force (cone resistance, sleeve friction),
pressure (pore pressure), inclination, clock time and penetration length.
3.1.23
net area ratio
a
ratio of the cross-sectional area of the load cell or shaft, A , of the cone penetrometer above the cone at the
st
location of the gap where fluid pressure can act, to the nominal cross-sectional area of the base of the cone,
A
c
NOTE See Figure 6.
3.1.24
net cone resistance
q
n
measured cone resistance corrected for the total overburden soil pressure
6 © ISO 2012 – All rights reserved
3.1.25
net friction ratio
R
fn
ratio of the sleeve friction to the net cone resistance measured at the same depth
3.1.26
normalized excess pore pressure
U
excess pore pressure during a dissipation test compared to the initial excess pore pressure
NOTE See 7.4.
3.1.27
penetration depth
z
vertical depth of the base of the cone, relative to a fixed point
NOTE See Figure 3.
3.1.28
penetration length
l
sum of the lengths of the push rods and the cone penetrometer, reduced by the height of the conical part,
relative to a fixed horizontal plane
NOTE 1 See Figure 3.
NOTE 2 The fixed horizontal plane usually corresponds to the level of the ground surface (on shore or off shore). This
can be different from the starting point of the test.
Key
a fixed horizontal plane
b base of conical part of cone
l penetration length
z penetration depth
Figure 3 — Penetration length and penetration depth (schematic only)
3.1.29
piezocone penetration test
CPTU
electrical cone penetration test with measurement of the pore pressures around the cone
3.1.30
pore pressure ratio
B
q
ratio of the excess pore pressure at the u filter position to the net cone resistance
3.1.31
push rod
part of a string of rods for the transfer of forces to the cone penetrometer
3.1.32
reference reading
reading of a sensor just before the penetrometer penetrates the ground or just after the penetrometer leaves
the ground
NOTE 1 In offshore situations, it is the reading taken at the sea bed or at the bottom of a bore hole with water pressure
acting.
NOTE 2 With tests starting on shore from the ground surface, the reference reading equals the zero reading.
3.1.33
thrust machine
equipment that pushes the cone penetrometer and rods into the ground at a constant rate of penetration
3.1.34
total overburden stress
vo
stress due to the total weight of the soil layers at the depth of the base of the cone
3.1.35
zero drift
absolute difference between the zero readings (or reference readings) of a measuring system at the start and
after completion of the cone penetration test
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3.1.36
zero reading
stable output of a measuring system when there is zero load on the sensors, i.e. the parameter to be
measured has a value of zero, while any auxiliary power supply required to operate the measuring system is
switched on
3.2 Symbols
Symbol Name Unit
A cross-sectional projected area of the cone mm²
c
A cross-sectional area of load cell or shaft mm²
n
A surface area of friction sleeve mm²
s
A cross-sectional area of the bottom of the friction sleeve mm²
sb
A cross-sectional area of the top of the friction sleeve mm²
st
a net area ratio
B pore pressure ratio
q
C correction factor for the effect of the inclination of the cone penetrometer relative to the
inc
vertical axis
d diameter of the cone at a specified height mm
cone
d diameter of the cylindrical part of the cone mm
c
d diameter of the filter mm
fil
d diameter of the friction sleeve mm
u excess pore pressure at filter locations 1, 2 and 3 MPa
1, 2, 3
F axially measured force on the friction sleeve kN
s
f measured sleeve friction MPa
s
f corrected sleeve friction MPa
t
h height of the conical section of the cone mm
c
h length of the cylindrical extension of the cone mm
e
l penetration length m
l length of the friction sleeve m
s
Q axially measured force on the cone kN
c
q measured cone resistance MPa
c
q
net cone resistance MPa
n
q corrected cone resistance MPa
t
Ra average surface roughness µm
R friction ratio %
f
R corrected friction ratio %
ft
Symbol Name Unit
R net friction ratio %
fn
t time s
t time needed for 50 % excess pore pressure dissipation s
U normalized excess pore pressure
u pore pressure MPa
u pore pressure at the start of the dissipation test MPa
i
u pore pressure at time t during a dissipation test MPa
t
u
in situ, initial pore pressure MPa
o
u pore pressure measured at location 1 MPa
u pore pressure measured at location 2 MPa
u pore pressure measured at location 3 MPa
z penetration depth m
measured total angle between the vertical axis and the axis of the cone penetrometer °
measured angle between the vertical axis and the projection of the axis of the cone °
penetrometer on a fixed vertical plane
measured angle between the vertical axis and the projection of the axis of the cone °
penetrometer on a vertical plane that is perpendicular to the plane of angle
total overburden stress MPa
vo
4 Equipment
4.1 Cone penetrometer
The cone penetrometer has internal load sensors for the measurement of force on the cone (cone resistance),
side friction on the friction sleeve (sleeve friction) and, if applicable, pore pressure at one or several locations
on the surface of the cone penetrometer. An internal inclinometer is included for measurement of the
inclination of the penetrometer to meet the requirements of the application classes 1, 2 and 3 as given in
Table 2.
NOTE 1 Other sensors can be included in the cone penetrometer.
The axis of all parts of the cone penetrometer shall be coincident.
Cone penetrometers should ideally have a net area ratio approaching 1, taking into account the robustness of
the cone penetrometer.
NOTE 2 Net area ratio, a, varies between 0,5 and 0,9 for commonly used cone penetrometers.
The cross-sectional area of the top end of the friction sleeve shall not be smaller than the cross-sectional area
of the lower end.
4.2 Tolerances
The dimensional tolerances are operational tolerances. Manufacturing tolerances should be stricter.
10 © ISO 2012 – All rights reserved
The tolerance on surface roughness is a manufacturing tolerance.
4.3 Surface roughness
The surface roughness as mentioned in 4.4 and 4.5 refers to average roughness, Ra, determined by a surface
profile comparator according to ISO 8503, or equivalent. The intention of the surface roughness requirement
is to prevent the use of an “unusually smooth” and “unusually rough” cone or friction sleeve. Steel, including
hardened steel, is subject to wear in soil (in particular sands) and the friction sleeve develops its own
roughness with use. It is therefore important that the roughness at manufacture approaches the roughness
acquired upon use. It is believed that the surface roughness requirement will usually be met in practice for
common types of steel used for penetrometer manufacture and for common ground conditions (sand and clay).
The effort required for metrological confirmation can thus be limited in practice.
4.4 Cone
The cone consists of a conical part and a cylindrical extension. The cone shall have a nominal apex angle of
60°. The cross-sectional area of the cone shall be 1 000 mm , which corresponds to a diameter of 35,7 mm.
Depending on ground conditions, cones with a diameter between 25 mm (A 500 mm ) and 50 mm
c
(A 2 000 mm ) may be used for special purposes, without the application of correction factors. In this case,
c
the geometry of the cone shall be adjusted proportionally to the diameter. The geometry of the friction sleeve
should be adjusted to obtain comparable results. The use of a cone with A 1 000 mm shall be reported.
c
The diameter of the cylindrical part shall be within the tolerance requirement as shown in Figure 4:
35,3 mm d 36,0 mm
c
The length of the cylindrical extension shall be within the following tolerance requirement:
7,0 mm h 10,0 mm
e
The height of the conical section shall be within the following tolerance requirement:
24,0 mm h 31,2 mm
c
If a filter is put at position u , the diameter of the filter element itself may be larger than the required
dimensions (see also 4.5 and 4.4).
The cone should be manufactured to a surface roughness of Ra < 5 µm.
The cone shall not be used if a visual check indicates that it is asymmetrically worn or unusually rough, even if
it otherwise fulfils the tolerance requirements.
Dimensions in millimetres
Key
1 minimum shape of the cone after wear
2 maximum shape of the cone
Figure 4 — Tolerance requirements for use of 1000 mm cone penetrometer
4.5 Friction sleeve
The friction sleeve shall be placed just above the cone. The distance due to gaps and soil seals shall not be
more than 5,0 mm.
The nominal surface area shall be 15 000 mm . Tolerance requirements are shown in Figure 5.
Friction sleeves with an external diameter between 25 mm and 50 mm may be used for special purposes if
used with cones of the corresponding diameter without the application of correction factors. The ratio of the
length and the diameter should preferably be 3,75. Ratios of 3 to 5 are allowable.
The diameter of the friction sleeve, d , shall be equal to the diameter of the cone, d , with a tolerance of 0 mm
2 c
to 0,35 mm.
12 © ISO 2012 – All rights reserved
Dimensions in millimetres
Key
l length of friction sleeve
s
d diameter of friction sleeve
a
d d ; d < (d 0,35); d < 36,1
2 c 2 c 2
b 2
A 15 000 mm
s
Figure 5 — Geometry and tolerances of friction sleeve
The geometry and tolerances of the friction sleeve shall be within the tolerance requirement as shown in
Figure 5:
d d < (d 0,35) mm
c 2 c
and
d < 36,1 mm
The length of the cylindrical part shall be within the following tolerance requirement:
132,5 mm < l 135,0 mm
s
The friction sleeve shall be manufactured to a surface roughness of Ra 0,4 µm ± 0,25 µm, measured in the
longitudinal direction.
The friction sleeve shall not be used if a visual check indicates that it is scratched, asymmetrically worn or
unusually rough, even if it otherwise fulfils the tolerance requirements.
4.6 Filter element
4.6.1 General filter location
A filter position in or just behind the cylindrical extension of the cone is recommended like in Figure 2. Other
filter locations can be accepted.
NOTE 1 Measurements at different filter locations in addition to the recommended ones can give valuable information
about the soil conditions.
NOTE 2 The measured pore pressure is influenced by soil type, in situ pore pressure and filter location on the surface
of the cone penetrometer. The pore pressure consists of two components: the original in situ pore pressure and the
additional or excess pore pressure caused by the penetration of the cone penetrometer into the ground.
The filter should not influence the measured cone resistance or sleeve friction.
Tolerances on filter dimensions are tolerances at the start of a test.
The pore pressure measuring system shall be saturated at the start of the test.
The filter should remain saturated, even when the cone penetrometer is penetrating an unsaturated layer.
NOTE 3 This might not always be possible; in these circumstances other methods like prepushing, preboring or
changing saturating fluid can be necessary.
4
Porous filters should have a pore size between 2 µm and 20 µm, matching a permeability between 10 m/s
5
and 10 m/s. Filter materials that get clogged by fine particles should be avoided.
NOTE 4 The following types of material have been used with good experience in soft normally consolidated clay:
sintered stainless steel or bronze, carborundum, ceramics, porous PVC and HDPE.
The cone penetrometer shall be designed in such a way that it is easy to replace the filter and that the liquid
chamber is easy to saturate (see 5.4).
NOTE 5 With regard to the choice of saturating liquid, saturation of pore pressure measurement system, and use of
slot filters, see Annex D.
Filters should be replaced before each test.
4.6.2 Pore pressure u
The surface of the filter shall fit the shape of the cone: it shall not protrude more than 0,5 mm and shall not
recess.
The deviation of the surface of the filter to the surface of the cone should be assessed visually.
The filter element should be positioned in the middle third of the conical part.
4.6.3 Pore pressure u
The filter element shall be placed in or just behind the cylindrical part of the cone. The diameter of the filter at
the start of test shall correspond to the diameter of the cylindrical part of the cone and the friction sleeve, with
a tolerance limit of 0,0 mm to 0,2 mm. The filter can be larger, but shall never be smaller than the diameter of
the cylindrical part of the cone. The filter shall not have a larger diameter than the friction sleeve:
d 0,2 mm d d
2 fil 2
d d (d 0,2) mm
c fil c
To correct for pore pressure effects on cone resistance, the filter element should be located in the gap
between the cone and the friction sleeve. Since this is not possible in practice, the filter should be located in
the cylindrical part of the cone as close as possible to the gap.
14 © ISO 2012 – All rights reserved
4.6.4 Pore pressure u
The diameter of the filter shall correspond to the diameter of the friction sleeve with a tolerance limit of 0,0 mm
to 0,2 mm, i.e. the diameter of the filter shall not be smaller than the diameter of the friction sleeve:
d d d + 0,2 mm
2 fil 2
The filter element should be placed immediately above and as close as possible to the gap between the
friction sleeve and the shaft of the cone penetrometer.
4.7 Gaps and soil seals
Gaps between the different parts of the cone penetrometer shall not exceed 5 mm in height. A soil seal shall
protect the gap to prevent soil particles affecting the measurement.
The soil seal shall deform easily relative to the load cell and other elements in the penetrometer, to prevent
the transfer of significant forces through the gap.
4.8 Push rods
The push rods shall have the same diameter as the cone for at least 400 mm measured from the base of the
cone for cones with a base area of 1 000 mm . For other size cones, this distance shall be scaled linearly in
proportion to the diameter.
Prior to each use, the straightness shall be checked visually. The straightness of the push rods shall be
determined as specified in A.1.1, at the intervals given in Table A.1.
Friction along the push rods can be reduced by a local increase in the rod diameter (friction reducer). The
friction can also be reduced by lubrication of the push rods, for instance by mud injection during the test. The
injection point should be at least 400 mm above the base of the cone for cones with a base area of 1 000 mm .
For other size cones, this distance shall be scaled linearly in proportion to the diameter of the cone.
Above the ground level, the push rods should be guided by rollers, a casing or similar device to reduce the
risk of buckling. The push rods may also be guided by a casing in water or soft strata to avoid buckling.
The push rods should be chosen with respect to the data signal transmission system chosen.
NOTE The push rods can also be used to support and/or protect parts of the measuring system. With acoustic
transfer of CPT results, the rods are also used for transmission of data.
4.9 Measuring system
4.9.1 Accuracy
The resolution of the measuring system shall be better than one-third of the required accuracy applicable to
the application class given in Table 2.
Uncertainties in the measuring system, including temperature effects, are described in Annex E.
4.9.2 Sensors for cone resistance and sleeve friction
The load sensor shall be compensated for possible eccentricity of axial forces. The sensor for recording the
side friction force shall be constructed so that it measures the friction along the sleeve, and not the earth
pressure against it.
NOTE Normally strain gauged load cells are used for recording cone resistance and sleeve friction.
4.9.3 Sensor for pore pressure
The sensor should not show significant deformation during loading. The sensor communicates with the porous
filter on the surface of the cone penetrometer via a liquid-filled chamber. The measuring system should be as
rigid as possible (see 5.4) to obtain a good response.
NOTE 1 The pore pressure sensor is normally a pressure transducer of the membrane type.
NOTE 2 This system measures the pore pressure in the surrounding soil during penetration.
4.9.4 Sensor for inclination
The inclinometer shall normally have a measuring range of at least 15° relative to the vertical axis.
Other measuring ranges may be used, but these can affect the maximum penetration which can be achieved
(see 4.9.5).
An inclination sensor is not required where the target penetration is less than 5 m and for application class 4.
4.9.5 Measuring system for penetration length
The measuring system shall include measurement of the penetration length.
If relevant, the measurement system for depth shall also include a procedure for correction of measurements
if upward movements of the push rods occur relative to the depth sensor, caused by a decrease in force on
the push rods.
4.9.6 Raw data
The test data may be recorded as raw data.
NOTE It is preferable to record the data as raw data so they are available for future processing. Raw data is the
unprocessed data as the output of the sensors.
4.10 Thrust machine
The cone penetrometer shall be able to penetrate at a standard rate of penetration of 20 mm/s 5 mm/s, and
the equipment shall be loaded or anchored to limit movements of the thrust machine relative to ground level
while the penetration occurs. Hammering or rotation of the penetration rods during measurements is not
allowed.
Required reaction (counterweight) for the thrust machine may be supplied by dead weight and/or soil anchors.
The pushing equipment shall give a stroke of at least 1 m. Other stroke lengths may be used in special
circumstances.
5 Test procedures
5.1 Selection of cone penetrometer
Select a cone penetrometer to fulfil the requirements of the penetration test according to Table 1.
16 © ISO 2012 – All rights reserved
Table 1 — Types of cone penetration test
Type Measured parameter
TE1 Cone resistance and sleeve friction
TE2 Cone resistance, sleeve friction and pore pressure
NOTE Cone penetration tests with measurements of pore pressures at more than one location are
variants of type TE2.
Inclination measurement should be included depending on application class; see Table 2.
5.2 Selection of equipment and procedures
The required accuracy is meant to be a function of what the results are to be used for. Application classes
have been developed to give guidance on selecting type of CPT, required accuracy and logging frequency.
For given soil profiles and use of CPT results, the application class specifies the needed minimum accuracy
and the maximum length between measurements, with an associated degree of uncertainty. The use of CPT
results is stated in terms of profiling, material identification and definition of soil parameters.
Equipment and procedures shall be selected according to the required application class given in Table 2.
Application classes are defined as follows:
Application class 1 is intended for soft to very soft soil deposits. Class 1 penetration tests are normally not
apt for mixed bedded soil profiles with soft to dense layers (although pre-drilling through stiff layers can
overcome the problem). Tests can only be performed with use of the CPTU.
Application class 2 is intended for precise evaluation for mixed bedded soil profiles (see note 1) with soft
to dense layers, in terms of profiling and material identification. Interpretation in terms of engineering
properties is also possible, with restriction to indicative use for the soft layers. Penetrometer type to be
used depends on project requirements.
Application class 3 is intended for evaluation of mixed bedded soil profiles (see Note 1) with soft to dense
soils, in terms of profiling and material identification. Interpretation in terms of engineering properties is
achievable for very stiff to hard and dense to very dense layers. For stiff clays or silts and loose sands,
only an indicative interpretation can be given. Penetrometer type to be used depends on project
requirements.
Application class 4 is only intended for indicative profiling and material identification for mixed bedded soil
profiles with soft to very stiff or loose to dense layers. No appreciation in terms of engineering parameters
can be given. Tests are to be performed with an electrical cone penetrometer (type TE1) and inclination
measurement may be omitted.
If all possible sources of errors are added, the accuracy of the recorded measurements shall be better than
the largest of the values given in Table 2. The inaccuracy analyses shall include internal friction, errors in the
data acquisition, eccentric loading, temperature (ambient and transient) effects and dimensional errors.
Metrological confirmation applicable to a cone penetration test shall be according to ISO 10012.
The actual cross-sectional area of the base of the cone and the actual external cylindrical surface area of the
friction sleeve shall be determined and recorded for application class 1.
NOTE 1 Mixed bedded soil profiles refer to soil conditions containing typically dense and compact soils, but possibly
also including soft layers.
NOTE 2 The achievable penetration length or penetration depth depends on the soil conditions, the allowable
penetration force, the allowable forces on the push rods and push rod connectors and the application of a friction reducer
and/or push rod casing and the measuring range of the cone penetrometer.
If dissipation tests are required (see 5.9), equipment of TE2 type tests shall be selected depending on the
project requirements.
NOTE 3 For uncertainties in cone penetration testing, see Annex E.
Table 2 — Application classes
Use
Maximum length
Allowable minimum
Application Test Measured
between
a Interpretation
class type parameter
accuracy
b
measurements Soil
c
/ evaluation
Cone resistance 35 kPa or 5 %
Sleeve friction 5 kPa or 10 %
1 TE2 Pore pressure 10 kPa or 2 % 20 mm A G, H
Inclination 2°
Penetration length 0,1 m or 1%
Cone resistance 100 kPa or 5 %
A G, H*
Sleeve friction 15 kPa or 15 %
B G, H
TE1
d
2 Pore pressure 25 kPa or 3 % 20 mm
TE2
C G, H
Inclination 2°
D G, H
Penetration length 0,1 m or 1 %
Cone resistance 200 kPa or 5 %
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 22476-1
Première édition
2012-09-15
Reconnaissance et essais
géotechniques — Essais en place —
Partie 1:
Essais de pénétration au cône électrique
et au piézocône
Geotechnical investigation and testing — Field testing —
Part 1: Electrical cone and piezocone penetration test
Numéro de référence
©
ISO 2012
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Sommaire Page
Avant-propos . v
Introduction . vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 2
3 Termes, définitions et symboles . 2
3.1 Termes et définitions . 2
3.2 Symboles . 8
4 Appareillage . 9
4.1 Pointe pénétrométrique . 9
4.2 Tolérances . 10
4.3 Rugosité de surface . 10
4.4 Cône . 10
4.5 Manchon de frottement . 11
4.6 Élément filtrant . 12
4.7 Gorges pour joints et joints . 14
4.8 Tiges de fonçage . 14
4.9 Système de mesure . 14
4.10 Engin de fonçage . 15
5 Modes opératoires d’essai . 16
5.1 Choix de la pointe pénétrométrique . 16
5.2 Choix de l'appareillage et des modes opératoires . 16
5.3 Position et niveau de l’engin de fonçage . 18
5.4 Préparation de l'essai . 19
5.5 Fonçage de la pointe pénétrométrique . 19
5.6 Utilisation d’un réducteur de frottement . 20
5.7 Fréquence de consignation des paramètres . 20
5.8 Enregistrement de la longueur de pénétration . 20
5.9 Essai de dissipation de la pression interstitielle . 20
5.10 Fin de l’essai . 21
5.11 Vérifications et étalonnages de l’appareillage . 21
5.12 Exigences de sécurité . 22
6 Résultats d’essai . 22
6.1 Paramètres mesurés . 22
6.2 Correction de paramètres . 22
6.3 Paramètres calculés . 24
7 Compte rendu . 24
7.1 Généralités . 24
7.2 Compte rendu des résultats d'essai . 24
7.3 Présentation des résultats d'essai . 26
7.4 Présentation des résultats d'essai et des paramètres calculés . 27
Annexe A (normative) Maintenance, vérifications et étalonnage . 29
Annexe B (normative) Calcul de la profondeur de pénétration . 33
Annexe C (informatif) Correction du frottement latéral sur le manchon pour tenir compte de la
pression interstitielle de l'eau . 34
Annexe D (informatif) Préparation du piézocône. 35
Annexe E (informatif) Incertitudes lors des essais à la pointe pénétrométrique . 36
Bibliographie .38
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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé 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 l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 22476-1 a été élaborée par le comité technique CEN/TC 341, Reconnaissance et essais géotechniques,
du Comité européen de normalisation (CEN) en collaboration avec le comité technique ISO/TC 182,
Géotechnique, sous-comité SC 1, Recherches et essais géotechniques, conformément à l'Accord de
coopération technique entre l'ISO et le CEN (Accord de Vienne).
L'ISO 22476 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Reconnaissance et essais
géotechniques — Essais en place:
Partie 1: Essais de pénétration au cône électrique et au piézocône
Partie 2: Essais de pénétration dynamique
Partie 3: Essai de pénétration au carottier
Partie 4: Essai au pressiomètre Ménard
Partie 5: Essai au dilatomètre flexible
Partie 7: Essai au dilatomètre rigide diamétral
Partie 9: Essai au scissomètre de chantier
Partie 10: Essai de sondage par poids [Spécification technique]
Partie 11: Essai au dilatomètre plat [Spécification technique]
Partie 12: Essai de pénétration statique au cône à pointe mécanique
Introduction
L’essai de pénétration au cône électrique (CPT) consiste à enfoncer dans le sol, à vitesse constante, une
pointe pénétrométrique au moyen d’un train de tiges de fonçage. Au cours de la pénétration, les mesurages
de la résistance au cône et du frottement latéral sur le manchon sont enregistrés. L’essai de pénétration au
piézocône (CPTU) inclut également le mesurage des pressions interstitielles autour du cône. Les résultats
des essais peuvent être utilisés pour l’exploitation de la stratification, la classification du type de sol ainsi que
pour l’évaluation des paramètres mécaniques du sol. Il existe deux Normes internationales relatives aux
essais de pénétration au cône: la présente partie de l'ISO 22476 qui décrit la mise en œuvre des essais CPT
et CPTU en utilisant des capteurs électroniques et l'ISO 22476-12 qui décrit la mise en œuvre de l'essai CPT
à l'aide de systèmes de mesure mécaniques.
Bien que le terme utilisé dans la pratique et dans la présente partie de l'ISO 22476 soit «résistance au cône»,
le terme «résistance à la pénétration au cône» est une description plus correcte du processus.
Les résultats d’un essai de pénétration au cône permettent d'évaluer
la stratification,
le type de sol, et
les paramètres géotechniques tels que
la densité du sol,
les paramètres de résistance au cisaillement, et
les caractéristiques de déformation et de consolidation.
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NORME INTERNATIONALE ISO 22476-1:2012(F)
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais en place —
Partie 1:
Essais de pénétration au cône électrique et au piézocône
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 22476 traite des exigences relatives à l'appareillage, à l'exécution et au compte
rendu des essais de pénétration au cône électrique et au piézocône.
NOTE 1 La présente partie de l'ISO 22476 traite des exigences relatives au au cône électrique et au piézocône dans le
[3] [4]
cadre de la reconnaissance, et des essais géotechniques selon l'EN 1997-1 et l'EN 1997-2 .
À la dénomination «essai de pénétration au cône électrique et au piézocône» correspondent deux essais
distincts:
l’essai de pénétration au cône électrique (CPT), qui comporte à la fois le mesurage de la résistance au
cône et celui du frottement latéral sur le manchon;
l’essai de pénétration au piézocône (CPTU), qui est un essai de pénétration au cône complété par le
mesurage de la pression interstitielle.
L’essai CPTU est réalisé comme un essai CPT avec mesurage de la pression interstitielle en un ou plusieurs
emplacements à la surface de la pointe pénétrométrique.
NOTE 2 L'essai CPT ou CPTU peut être utilisé sans mesurage du frottement latéral sur le manchon, mais il n'est pas
couvert par la présente partie de l'ISO 22476.
La présente partie de l'ISO 22476 spécifie les points suivants:
a) le type de l’essai de pénétration au cône, conformément au Tableau 1;
b) la classe d’application, conformément au Tableau 2;
c) la longueur ou la profondeur de pénétration;
d) la cote altimétrique de la surface du sol ou la cote de la surface de la nappe à l’emplacement de l’essai de
pénétration au cône par rapport à un repère précisé;
e) l’emplacement de l’essai de pénétration au cône par rapport à un point de référence fixe toujours
accessible;
f) les essais de dissipation de la pression interstitielle.
NOTE 3 La présente partie de l'ISO 22476 couvre les essais CPT en milieux terrestre et voisin des rivages. Pour les
[8]
exigences supplémentaires relatives aux essais CPT en milieu aquatique, voir NORSOK G-001 .
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 8503 (toutes les parties), Préparation des subjectiles d'acier avant application de peintures et de produits
assimilés. Caractéristiques de rugosité des subjectiles d'acier décapés
ISO 10012, Systèmes de management de la mesure — Exigences pour les processus et les équipements de
mesure
3 Termes, définitions et symboles
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1.1
rugosité moyenne de surface
Ra
écart moyen entre la surface réelle de la pointe pénétrométrique et un plan de référence moyen placé le long
de la surface de cette pointe
3.1.2
cône
partie inférieure conique de la pointe pénétrométrique et de la partie cylindrique
NOTE 1 Lorsque le pénétromètre est enfoncé dans le sol, la résistance au cône est transférée au capteur de force par
l'intermédiaire du cône
NOTE 2 La présente partie de l'ISO 22476 considère que le cône est rigide de sorte que, lorsqu'il est chargé, sa
déformation est très faible par rapport à celle des autres parties de la pointe pénétrométrique
3.1.3
essai de pénétration au cône
CPT
fonçage dans le sol, à une vitesse de pénétration constante, d’une pointe pénétrométrique placée à
l’extrémité d’un train de tiges de fonçage cylindriques
3.1.4
pointe pénétrométrique
assemblage comportant le cône, le manchon de frottement, tous les autres capteurs et systèmes de mesure
ainsi que la connexion aux tiges de fonçage
NOTE La Figure 1 représente un exemple de pointe pénétrométrique; pour les autres emplacements des filtres, voir
la Figure 2.
2 © ISO 2012 – Tous droits réservés
a) Capteurs de résistance au b) Capteur de résistance au cône c) Pointe pénétrométrique dont
cône et de force de frottement du en compression et capteurs de les forces se déduisent par
manchon en compression frottement du manchon en tension différence l'une de l'autre
Légende
1 capteur de force du manchon
2 dispositif anti-surcharge du capteur de pointe
3 capteur de force du cône
4 filetage
5 joint de protection vis-à-vis du sol
Figure 1 — Vue en coupe d'un exemple de pointe pénétrométrique
3.1.5
résistance au cône
résistance au cône
3.1.6
résistance au cône corrigée
q
t
résistance au cône mesurée q corrigée en fonction des effets de la pression interstitielle
c
3.1.7
rapport de frottement corrigé
R
ft
rapport entre le frottement latéral sur le manchon, mesuré ou corrigé, et la résistance au cône corrigée et
mesurée à la même profondeur (si le frottement latéral corrigé est disponible, il doit être utilisé)
NOTE Le frottement latéral mesuré est généralement utilisé.
3.1.8
frottement latéral corrigé sur le manchon
f
t
frottement latéral sur le manchon, f , corrigé en fonction des effets de la pression interstitielle
s
3.1.9
essai de dissipation de la pression interstitielle
mesurage de la variation de la pression interstitielle en fonction du temps, après arrêt du fonçage et maintien
de la pointe pénétrométrique immobile
3.1.10
essai de pénétration au cône électrique
essai CPT au cours duquel les forces sont mesurées au moyen de capteurs électriques placés dans la pointe
pénétrométrique
3.1.11
surpression interstitielle
u , u , u
1 2 3
pression interstitielle supérieure à la pression interstitielle ambiante au niveau du filtre, générée par la
pénétration de la pointe pénétrométrique dans le terrain
uu=-u (1)
11 0
uu=-u (2)
22 0
uu=-u (3)
33 0
3.1.12
élément filtrant
élément poreux de la pointe pénétrométrique transmettant la pression interstitielle au capteur de pression
interstitielle, sans modification de la géométrie de la pointe pénétrométrique
3.1.13
rapport de frottement
R
f
rapport entre le frottement latéral mesuré sur le manchon et la résistance au cône, les deux étant mesurés à
la même profondeur
3.1.14
réducteur de frottement
élargissement local et symétrique du diamètre d’une tige de fonçage afin de réduire le frottement sur les tiges
de fonçage
3.1.15
manchon de frottement
partie de la pointe pénétrométrique sur laquelle est mesuré le frottement entre le sol et le manchon
3.1.16
pression interstitielle au repos in situ
u
o
pression interstitielle in situ avant le fonçage de la pointe pénétrométrique, à la profondeur du filtre
3.1.17
inclinaison
angle que forme l’axe de la pointe pénétrométrique avec la verticale
3.1.18
pression interstitielle avant essai
u
i
pression interstitielle mesurée au début de l’essai de dissipation de la pression interstitielle
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3.1.19
résistance au cône mesurée
q
c
force axiale mesurée, Q , divisée par l'aire totale de la base du cône A :
c c
q Q / A
c c c
(4)
3.1.20
pression interstitielle mesurée
u , u , u
1 2 3
pression mesurée dans l'élément filtrant au cours des essais de pénétration et de dissipation de la pression
interstitielle
NOTE La pression interstitielle peut être mesurée en différents points, comme suit (voir Figure 2):
u pression interstitielle mesurée à la surface du cône;
u pression interstitielle mesurée sur la partie cylindrique du cône (de préférence dans la gorge pour joints entre le
cône et le manchon);
u pression interstitielle mesurée juste derrière le manchon de frottement.
Légende
1 manchon de frottement
2 pointe pénétrométrique
3 cône
Figure 2 — Emplacement des filtres de pression interstitielle
3.1.21
frottement latéral mesuré sur le manchon
f
s
force de frottement mesurée agissant sur le manchon, F , divisée par l'aire de la surface latérale du manchon
s
A :
s
f F / A
s s s
(5)
3.1.22
système de mesure
ensemble des capteurs et accessoires utilisés pour transférer et/ou stocker les signaux électriques générés
au cours de l’essai de pénétration au cône
NOTE Le système de mesure inclut normalement les éléments permettant le mesurage des forces (résistance au
cône, frottement latéral sur le manchon), de la pression (pression interstitielle), de l’inclinaison, du temps et de la longueur
de pénétration.
3.1.23
facteur net de surface du cône
a
rapport entre, d'une part, l'aire de la section transversale du capteur de force ou du corps, A , de la pointe
st
pénétrométrique au-dessus du cône au niveau de la gorge pour joint où la pression interstitielle peut agir et,
d'autre part, l’aire de la section transversale nominale de la base du cône, A .
c
Voir Figure 6.
3.1.24
résistance au cône nette
q
n
résistance au cône mesurée après déduction de la contrainte totale verticale des terres
3.1.25
rapport de frottement net
R
fn
rapport entre le frottement latéral sur le manchon et la résistance au cône nette, les deux étant mesurés à la
même profondeur
3.1.26
surpression interstitielle normalisée
U
surpression interstitielle au cours d’un essai de dissipation, comparée à la surpression interstitielle avant essai
Voir 7.4.
3.1.27
profondeur de pénétration
z
profondeur verticale de la base du cône par rapport à un point fixé
Voir Figure 3.
3.1.28
longueur de pénétration
l
longueur totale des tiges de fonçage et de la pointe pénétrométrique, moins la hauteur de la partie conique,
par rapport à un plan horizontal fixé
Voir Figure 3.
NOTE Le plan horizontal fixé correspond généralement au niveau du terrain naturel (en milieu terrestre ou
aquatique). Il peut être différent du point de départ de l’essai.
6 © ISO 2012 – Tous droits réservés
Légende
l longueur de pénétration
z profondeur de pénétration
a
Plan horizontal fixé.
b
Base de la partie conique du cône.
Figure 3 — Longueur et profondeur de pénétration (représentation schématique)
3.1.29
essai de pénétration au piézocône
CPTU
essai de pénétration au cône électrique avec mesurage des pressions interstitielles autour du cône
3.1.30
rapport de pression interstitielle
B
q
rapport entre la surpression interstitielle engendrée au niveau du filtre u et la résistance au cône nette
3.1.31
tige de fonçage
partie d'un train de tiges destinée à transmettre les forces jusqu'à la pointe pénétrométrique
3.1.32
lecture de référence
valeur lue sur un capteur juste avant que le pénétromètre ne soit enfoncé dans le sol ou juste après son
extraction du terrain
NOTE 1 En milieu aquatique, il s’agit de la lecture effectuée au fond de l’eau ou au fond d’un trou de forage dans
lequel il y a de l’eau.
NOTE 2 En milieu terrestre, pour les essais débutant à partir du niveau du terrain naturel, la lecture de référence est la
lecture du zéro
3.1.33
engin de fonçage
appareillage qui introduit les tiges et la pointe pénétrométrique par poussée dans le terrain, à une vitesse de
pénétration constante
3.1.34
contrainte totale verticale du terrain en place
vo
contrainte avant l’essai de pénétration due au poids total des terres à la profondeur atteinte par la base du
cône
3.1.35
dérive du zéro
différence absolue des lectures du zéro (ou des lectures de référence) d’un système de mesure au début et à
la fin de l’essai de pénétration au cône
3.1.36
lecture du zéro
résultat stable d’un système de mesure lorsque aucune force ne s’exerce sur les capteurs, par exemple le
paramètre à mesurer a une valeur égale à zéro alors que tous les dispositifs d’alimentation en énergie requis
pour le fonctionnement du système de mesure sont actifs
3.2 Symboles
Symbole Nom Unité
aire de la section transversale de la base du cône mm²
A
c
aire de la section transversale du capteur de force ou du corps de pointe mm²
A
n
aire de la surface latérale du manchon de frottement mm²
A
s
aire de la section transversale annulaire de la partie inférieure du manchon de mm²
A
sb
frottement
aire de la section transversale annulaire de la partie supérieure du manchon de mm²
A
st
frottement
facteur net de surface du cône
a
rapport de pression interstitielle
B
q
coefficient de correction de l’effet de l’inclinaison de la pointe pénétrométrique par
C
inc
rapport à la direction verticale
diamètre du cône à une hauteur spécifiée mm
d
cone
diamètre de la partie cylindrique du cône mm
d
c
diamètre du filtre mm
d
fil
diamètre du manchon de frottement mm
d
surpression interstitielle aux emplacements des filtres 1, 2 et 3 MPa
u
1, 2, 3
mesure de la force axiale exercée sur le manchon de frottement kN
F
s
frottement latéral mesuré sur le manchon MPa
f
s
frottement latéral corrigé sur le manchon MPa
f
t
hauteur de la partie conique du cône mm
h
c
hauteur de la partie cylindrique du cône mm
h
e
longueur de pénétration m
l
longueur du manchon de frottement m
l
s
force axiale mesurée agissant sur le cône kN
Q
c
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Symbole Nom Unité
résistance au cône mesurée MPa
q
c
résistance au cône nette MPa
q
n
résistance au cône corrigée MPa
q
t
rugosité moyenne de surface
Ra m
rapport de frottement %
R
f
rapport de frottement corrigé %
R
ft
rapport de frottement net %
R
fn
temps s
t
temps nécessaire pour une dissipation de la surpression interstitielle de 50 % s
t
surpression interstitielle normalisée
U
pression interstitielle MPa
u
pression interstitielle au début de l’essai de dissipation MPa
u
i
pression interstitielle à l’instant t pendant l’essai de dissipation MPa
u
t
pression interstitielle in situ avant essai MPa
u
o
pression interstitielle mesurée à l'emplacement 1 MPa
u
pression interstitielle mesurée à l'emplacement 2 MPa
u
pression interstitielle mesurée à l'emplacement 3 MPa
u
profondeur de pénétration m
z
angle total mesuré par rapport à la verticale de l’axe de la pointe pénétrométrique °
angle mesuré entre la direction verticale et la projection de l’axe de la pointe °
pénétrométrique sur un plan vertical fixé
angle mesuré entre la direction verticale et la projection de l’axe de la pointe
°
pénétrométrique sur un plan vertical orthogonal au plan dans lequel est mesuré
l’angle
contrainte totale verticale du terrain en place MPa
vo
4 Appareillage
4.1 Pointe pénétrométrique
La pointe pénétrométrique contient des capteurs de force pour le mesurage de la force exercée sur le cône
(résistance au cône), du frottement latéral sur le manchon (frottement latéral) et, le cas échéant, de la
pression interstitielle en un ou plusieurs points à la surface de la pointe pénétrométrique. Un inclinomètre
interne est incorporé pour mesurer l’inclinaison du pénétromètre, afin de satisfaire aux exigences des classes
d’application 1, 2 et 3 indiquées dans le Tableau 2.
NOTE 1 D’autres capteurs peuvent être inclus dans la pointe pénétrométrique.
Toutes les parties de la pointe pénétrométrique doivent avoir le même axe.
Il convient que la pointe pénétrométrique ait idéalement un facteur net de surface du cône voisin de 1, en
tenant compte de la robustesse de ladite pointe.
NOTE 2 Le facteur net de surface du cône, a, varie entre 0,5 et 0,9 pour les pointes pénétrométriques couramment
utilisées.
L'aire de section transversale de l'extrémité supérieure du manchon de frottement ne doit pas être inférieure à
celle de l'extrémité inférieure.
4.2 Tolérances
Les tolérances dimensionnelles sont les tolérances d'utilisation. Il est recommandé que les tolérances de
fabrication soient plus strictes.
La tolérance relative à la rugosité de surface est une tolérance de fabrication.
4.3 Rugosité de surface
La rugosité de surface telle que mentionnée en 4.4 et 4.5 fait référence à la rugosité moyenne, Ra,
déterminée par un comparateur de profil de surface conformément à l’ISO 8503 (toutes les parties) ou par un
dispositif équivalent. L’exigence relative à la rugosité de surface a pour objectif d’empêcher l’utilisation d’un
manchon de frottement ou d'un cône «anormalement lisse» ou «anormalement rugueux». L’acier, y compris
l’acier trempé, subit une usure dans le sol (notamment dans les sols sableux) et le manchon de frottement
acquiert sa propre rugosité en cours d’utilisation. Par conséquent, il est important que la rugosité au stade de
la fabrication s’approche de celle acquise en cours d’utilisation. On considère généralement que l’exigence
relative à la rugosité de surface est respectée dans la pratique pour les types d’acier communs utilisés pour la
fabrication des pointes pénétrométriques et pour les types de sols courants (sable et argile). Dans la pratique,
les efforts pour la vérification métrologique sont limités.
4.4 Cône
Le cône est constitué d’une partie conique et d’une partie cylindrique. La valeur nominale de l’angle au
sommet du cône doit être de 60°. L’aire de la base du cône doit être de 1 000 mm , ce qui correspond à un
diamètre de 35,7 mm.
Selon les conditions du terrain, des cônes de diamètre compris entre 25 mm (A = 500 mm ) et 50 mm
c
(A = 2 000 mm ) peuvent être utilisés à des fins particulières, sans application de coefficients de correction.
c
Dans ce cas, la géométrie du cône doit être ajustée proportionnellement au diamètre. Il convient d'ajuster la
géométrie du manchon de frottement afin d'obtenir des résultats comparables. L'utilisation d'un cône avec
A ≠ 1 000 mm² doit être mentionnée.
c
Le diamètre de la partie cylindrique doit se trouver dans les limites tolérées indiquées à la Figure 4:
35,3 mm d 36,0 mm
c
La hauteur de la partie cylindrique doit se trouver dans les limites tolérées suivantes:
7,0 mm h 10,0 mm
e
La hauteur de la partie conique doit se trouver dans les limites tolérées suivantes:
24,0 mm h 31,2 mm
c
Si un filtre est placé en position u , le diamètre de l’élément filtrant lui-même peut être supérieur aux
dimensions requises (voir aussi 4.5 et 4.4).
Il convient de fabriquer le cône avec une rugosité de surface Ra 5 µm.
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Le cône ne doit pas être utilisé si un examen visuel laisse apparaître une usure asymétrique ou une rugosité
inhabituelle, même si les exigences en matière de tolérance sont par ailleurs respectées.
Dimensions en millimètres
Légende
1 forme minimale du cône après usure
2 forme maximale du cône
Figure 4 — Limites tolérées pour l'utilisation d'une pointe pénétrométrique de 1 000 mm²
4.5 Manchon de frottement
Le manchon de frottement doit être placé juste au-dessus du cône. L’espacement imposé pour la gorge pour
joints et les joints ne doit pas être supérieur à 5,0 mm.
L’aire nominale de la surface latérale du manchon doit être de 15 000 mm . Les dimensions tolérées sont
indiquées à la Figure 5.
Des manchons de frottement présentant un diamètre extérieur compris entre 25 mm et 50 mm peuvent être
utilisés à des fins particulières, s’ils sont associés à des cônes de diamètre correspondant sans application de
coefficient de correction. Il convient que le rapport entre la longueur et le diamètre soit de préférence égal à
3,75. Des rapports compris entre 3 et 5 sont admis.
Le diamètre du manchon de frottement, d , doit être égal au diamètre maximal du cône, d , avec une
2 c
tolérance de 0 mm à 0,35 mm.
Dimensions en millimètres
Légende
d diamètre du cône
c
d diamètre du manchon de frottement
a
d d ; d < (d 0,35); d < 36,1.
2 c 2 c 2
b 2
A 15 000 mm .
s
Figure 5 — Géométrie et tolérances du manchon de frottement
La géométrie et les dimensions tolérées du manchon de frottement doivent se trouver dans les limites
indiquées à la Figure 5:
d d d 0,35 mm
c 2 c
et
d 36,1 mm
La longueur de la partie cylindrique doit se trouver dans les limites tolérées suivantes:
132,5 mm l 135,0 mm
s
Le manchon de frottement doit être fabriqué avec une rugosité de surface Ra de 0,4 µm ± 0,25 µm, mesurée
dans la direction longitudinale.
Le manchon de frottement ne doit pas être utilisé si un examen visuel laisse apparaître des rayures, une
usure asymétrique ou une rugosité inhabituelle, même si les exigences en matière de tolérance sont par
ailleurs respectées.
4.6 Élément filtrant
4.6.1 Emplacement général du filtre
Il est recommandé de positionner un filtre sur la partie cylindrique du cône, ou juste derrière celle-ci, comme
illustré à la Figure 2. D’autres positions de filtre peuvent être acceptées.
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NOTE 1 Les mesurages effectués à d’autres emplacements des filtres, en plus des positions recommandées, peuvent
fournir des informations importantes sur les conditions du terrain.
NOTE 2 La pression interstitielle mesurée est influencée par le type de sol, la pression interstitielle in situ et
l’emplacement du filtre à la surface de la pointe pénétrométrique. La pression interstitielle a deux composantes: la
pression interstitielle in situ avant essai et la surpression interstitielle générée par la pénétration de la pointe
pénétrométrique dans le terrain.
Il convient que le filtre n’influence ni la résistance au cône mesurée, ni le frottement latéral sur le manchon.
Les tolérances relatives aux dimensions du filtre correspondent aux tolérances au début d’un essai.
Le système de mesure de la pression interstitielle doit être saturé au début de l’essai.
Il convient de garder le filtre saturé, même lorsque la pointe pénètre dans une couche non saturée.
NOTE 3 Il n'est pas toujours possible de respecter cette recommandation. Dans ce cas, d'autres méthodes peuvent
être nécessaires, telles qu'un pré-enfoncement, un préforage ou un changement de fluide de saturation.
Il convient que les filtres poreux présentent une dimension de pores comprise entre 2 µm et 20 µm, ce qui
–4 –5
correspond à une perméabilité entre 10 m/s et 10 m/s. Il est recommandé d'éviter les matériaux filtrants
qui sont colmatés par de fines particules.
NOTE 4 L’utilisation des types de matériaux suivants a donné de bons résultats dans une argile molle normalement
consolidée: acier inoxydable ou bronze fritté, carborundum, céramique, PVC poreux et PEHD (polyéthylène haute densité).
La pointe pénétrométrique doit être conçue de manière à faciliter le remplacement du filtre ainsi que la
saturation de la chambre contenant le liquide (voir 5.4).
NOTE 5 En ce qui concerne le choix du liquide de saturation, la saturation du système de mesure de la pression
interstitielle et l’utilisation de filtres à fentes, voir Annexe D.
Il convient de remplacer les filtres avant chaque essai.
4.6.2 Pression interstitielle, u
La surface du filtre doit correspondre à la forme du cône: elle ne doit pas dépasser de plus de 0,5 mm et ne
doit pas présenter de cavité.
Il convient de pouvoir évaluer visuellement l’écart de la surface du filtre à la surface du cône.
II est également recommandé de positionner l’élément filtrant dans le tiers inférieur de la partie conique.
4.6.3 Pression interstitielle, u
L'élément filtrant doit être placé sur la partie cylindrique du cône ou juste derrière celle-ci. Le diamètre du filtre
au début de l'essai doit correspondre à celui de la partie cylindrique du cône et du manchon de frottement,
avec une limite de tolérance de 0,0 mm à 0,2 mm. Le filtre peut être plus grand mais il ne doit jamais être
plus petit que le diamètre de la partie cylindrique du cône. De plus, il ne doit pas avoir un diamètre plus grand
que le manchon de frottement:
d – 0,2 mm d d
2 fil 2
d d d 0,2 mm
c fil c
Pour corriger les effets de la pression interstitielle sur la résistance au cône, il convient de placer l’élément
filtrant dans la gorge située entre le cône et le manchon de frottement. Si ce positionnement s'avère
impossible dans la pratique, il est recommandé de placer le filtre dans la partie cylindrique du cône, aussi près
que possible de la gorge.
4.6.4 Pression interstitielle, u
Le diamètre du filtre doit correspondre au diamètre du manchon de frottement, avec une limite tolérée
comprise entre 0,0 mm et 0,2 mm. Par conséquent, le diamètre du filtre ne doit pas être inférieur à celui du
manchon de frottement:
d d d 0,2 mm
2 fil 2
Il convient de positionner l’élément filtrant immédiatement au-dessus et aussi près que possible de la gorge
entre le manchon de frottement et le corps de pointe.
4.7 Gorges pour joints et joints
Les gorges entre les différentes parties de la pointe pénétrométrique ne doivent pas dépasser 5 mm de
hauteur. Un joint doit protéger la gorge contre les particules du sol qui peuvent affecter le mesurage.
Ce joint doit se déformer facilement par rapport au capteur de force et aux autres éléments de la pointe, afin
d’empêcher un report significatif de forces sur le joint.
4.8 Tiges de fonçage
Au-dessus de la base du cône sur une longueur d’au moins 400 mm, les tiges de fonçage doivent avoir le
même diamètre que le cône pour les cônes ayant une base dont l’aire est de 1 000 mm . Pour les cônes
ayant d’autres dimensions, cette longueur doit être adaptée proportionnellement au diamètre.
Un examen visuel doit permettre de vérifier la rectitude avant chaque utilisation. La rectitude des tiges de
fonçage doit être déterminée, comme spécifié en A.1.1, aux intervalles indiqués dans le Tableau A.1.
Il est possible de réduire le frottement le long des tiges de fonçage en augmentant localement le diamètre des
tiges (réducteur de frottement). Le frottement peut également être réduit par lubrification des tiges de fonçage,
notamment en injectant de la boue de forage au cours de l’essai. Il convient que le point d’injection se situe au
moins à 400 mm au-dessus de la base du cône, pour les cônes ayant une aire de base de 1 000 mm . Pour
d’autres dimensions de cônes, cette distance doit être adaptée proportionnellement au diamètre du cône.
Dans la partie hors du sol, il est recommandé de guider les tiges de fonçage par un système à galets, un
tubage ou un dispositif similaire permettant de réduire le risque de flambage. Afin d’éviter ce risque, les tiges
de fonçage peuvent également être guidées par un tubage dans des couches de sol molles et dans l’eau.
Il convient de choisir les tiges de fonçage en fonction du système choisi pour la transmission des signaux.
NOTE Les tiges de fonçage peuvent également servir à supporter et/ou protéger les parties du système de mesure.
Les tiges peuvent également être utilisées pour la transmission sonique des données issues des mesures CPT.
4.9 Système de mesure
4.9.1 Exactitude
La résolution du système de mesure doit être inférieure au tiers de l’exactitude exigée pour la classe
d’application indiquée dans le Tableau 2.
Les incertitudes dans le système de mesure, y compris les effets de la température, sont décrites dans
l'Annexe E.
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4.9.2 Capteurs de mesure de la résistance au cône et de la force de frottement agissant sur le
manchon
Le capteur de force doit être compensé afin de prendre en compte l’éventuelle excentricité des forces axiales.
Le capteur destiné à l’enregistrement de la force due au frottement latéral doit être conçu de manière à
mesurer le frottement le long du manchon, et non la pression du terrain exercée sur le manchon.
NOTE Normalement, des pesons à jauge de contraintes sont utilisés pour l’enregistrement de la résistance au cône
et de la force de frottement agissant sur le manchon.
4.9.3 Capteur de pression interstitielle
Il convient que le capteur présente une déformation non significative lors de la phase de chargement. Ce
capteur communique avec le filtre poreux placé à la surface de la pointe pénétrométrique par l’intermédiaire
du liquide contenu dans la chambre. Il convient d'utiliser un système de mesure aussi rigide que possible
(voir 5.4) afin d'obtenir une réponse exploitable.
NOTE 1 Le capteur de pression interstitielle est normalement un capteur de pression de type à membrane.
NOTE 2 Ce système mesure la pression interstitielle dans le sol environnant au cours de la pénétration.
4.9.4 Capteur inclinométrique
L’inclinomètre doit normalement avoir une plage de mesure d’au moins 15° par rapport à la direction
verticale.
D’autres plages de mesure peuvent être utilisées, mais elles peuvent affecter la pénétration maximale
susceptible d’être réalisée (voir 4.9.5).
Un capteur inclinométrique n’est pas nécessaire lorsque la profondeur de pénétration prévue est inférieure à
5 m et dans le cas de la classe d’application 4.
4.9.5 Système de mesure de la longueur de pénétration
Le système de mesure doit comporter le mesurage de la longueur de pénétration.
Le cas échéant, le système de mesure de la profondeur doit également inclure un mode de correction des
mesurages du capteur de profondeur en cas de mouvements ascendants des tiges de fonçage provoqués par
une diminution de la force exercée sur les tiges de fonçage.
4.9.6 Données brutes
Les données de l'essai peuvent être enregistrées sous forme brute.
NOTE Il est préférable d'enregistrer ces données sous forme brute de manière à ce qu'elles soient par la suite
directement exploitables. Les données brutes désignent les données non traitées obtenues à la sortie des capteurs.
4.10 Engin de fonçage
La pointe pénétrométrique doit pouvoir être introduite par poussée dans le sol à une vitesse normalisée de
20 mm/s 5 mm/s, et l’appareillage doit être chargé ou ancré afin de limiter les mouvements de l’engin de
fonçage par rapport au niveau du sol pendant la phase de pénétration. Le battage ou la rotation des tiges de
pénétration n’est pas autorisé pendant les mesurages.
Il est admis d’utiliser un poids mort et/ou des ancrages au sol afin de mobiliser la réaction prévue
(contrepoids).
Le dispositif de fonçage doit avoir une course d’au moins 1 m. Des courses d’amplitude différente peuvent
être utilisées dans certaines circonstances.
5 Modes opératoires d’essai
5.1 Choix de la pointe pénétrométrique
Choisir une pointe pénétrométrique répondant aux exigences de l’essai de pénétration conformément au
Tableau 1.
Tableau 1 — Types d'essais de pénétration au cône
Type d’essai de pénétration au Paramètre mesuré
cône
TE1 Résistance au cône et frottement latéral sur le manchon
TE2 Résistance au cône, frottement latéral sur le manchon
et pression interstitielle
NOTE Les essais de pénétration au cône avec mesurage des pressions interstitielles en plusieurs
emplacements sont des variantes du type d’essai TE2.
Selon la classe d’application, il convient d’inclure ou non le mesurage de l'inclinaison, voir Tableau 2.
5.2 Choix de l'appareillage et des modes opératoires
L'exactitude exigée a été établie en fonction de la finalité des résultats. Les classes d’application ont été
conçues pour aider à choisir le type de CPT, d'exactitude exigée et de fréquence de saisie. Pour des profils
de sol et des résultats CPT donnés, la classe d’applic
...
Questions, Comments and Discussion
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