ISO 22477-4:2018
(Main)Geotechnical investigation and testing — Testing of geotechnical structures — Part 4: Testing of piles: dynamic load testing
Geotechnical investigation and testing — Testing of geotechnical structures — Part 4: Testing of piles: dynamic load testing
ISO 22477-4:2018 establishes the specifications for the execution of dynamic load tests in which a single pile is subject to an axial dynamic load in compression. ISO 22477-4:2018 outlines the methods of testing required to allow assessment of pile resistance to be determined from the following methods and procedures described in EN1997-1:2004+A1:2013: a) dynamic impact testing ? determination of pile compressive resistance by evaluation of measurements of strain and acceleration and or displacement at the pile head with respect to time; b) pile driving formulae ? evaluation of pile compressive resistance from blow counts and hammer energy during pile driving; c) wave equation analysis ? evaluation of pile compressive resistance from blow counts by modelling of the pile, soil and driving equipment; d) multi-blow dynamic testing ? evaluation of pile compressive resistance from a series of blows designed to generate different levels of pile head displacement and velocity. ISO 22477-4:2018 is applicable to piles loaded axially in compression. ISO 22477-4:2018 is applicable to all pile types mentioned in EN 1536, EN 12699 and EN 14199. The tests considered in this document are limited to dynamic load tests on piles only. NOTE 1 ISO 22477‑4 can be used in conjunction with EN1997-1:2004+A1:2013. Numerical values of partial factors for limit states from pile load tests to be taken into account in design are provided in EN 1997‑1. For design to EN 1997‑1 the results from dynamic load tests will be considered equivalent to the measured compressive resistance Rc,m after being subject to appropriate analysis. NOTE 2 Guidance on analysis procedures for dynamic load testing results is given in Annexes A, B, D, E and F. ISO 22477-4:2018 provides specifications for: i) investigation tests, whereby a sacrificial pile is loaded up to ultimate limit state; ii) control tests, whereby the pile is loaded up to a specified load in excess of the serviceability limit state. NOTE 3 Generally, an investigation test focuses on general knowledge of a pile type; a control test focuses on one specific application of a pile.
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais de structures géotechniques — Partie 4: Essais de pieux: essai de chargement dynamique
Le présent document établit les spécifications relatives à l'exécution des essais de chargement dynamique au cours desquels un pieu unique est soumis à une charge de compression axiale dynamique. Il précise les méthodes d'essai nécessaires pour permettre une évaluation de la résistance d'un pieu, déterminée à partir des méthodes et des procédures décrites dans la norme EN1997-1:2004+A1:2013: a) Essai d'impact dynamique: détermination de la résistance à la compression d'un pieu par évaluation des mesures de déformation et d'accélération et/ou de déplacement, prises au niveau de la tête du pieu, en fonction du temps. b) Formules de fonçage de pieux: évaluation de la résistance à la compression d'un pieu à partir du nombre de coups de battage et de l'énergie du mouton pendant le fonçage du pieu. c) Analyse de l'équation d'onde: évaluation de la résistance à la compression d'un pieu à partir du nombre de coups de battage par modélisation du pieu, du sol et de l'équipement de fonçage. d) Essais dynamiques basés sur une série de coups ? évaluation de la résistance à la compression d'un pieu à partir d'une série de coups conçue pour créer des niveaux différents de déplacements et de vitesses de tête de pieu. Ce document s'applique aux pieux sous chargement axial en compression. Il s'applique à tous les types de pieux mentionnés par l'EN 1536, l'EN 12699 et l'EN 14199. Les essais envisagés dans le présent document sont limités aux essais de chargement dynamique des pieux uniquement. NOTE 1 L'ISO 22477-4 peut être utilisée conjointement à l'EN1997-1:2004+A1:2013. Les valeurs numériques des facteurs partiels des états limites, obtenues à partir des essais de chargement des pieux et devant être prises en compte dans la conception, sont données dans l'EN 1997-1. Dans le cas d'une conception selon l'EN 1997-1, les résultats des essais de chargement dynamique seront considérés comme équivalents à la résistance à la compression mesurée Rc,m après l'analyse appropriée. NOTE 2 Des consignes relatives aux procédures d'analyse des résultats des essais de chargement dynamique sont données dans les Annexes A, B, D, E et F. Le présent document fournit des spécifications pour: i) les essais préalables, au cours desquels un pieu sacrificiel est chargé jusqu'à l'état limite ultime; ii) les essais de contrôle, au cours desquels le pieu est chargé jusqu'à une charge spécifiée au-delà de l'état limite de service. NOTE 3 En général, un essai préalable se focalise sur la connaissance générale d'un type de pieu; un essai de contrôle se focalise sur une application particulière d'un pieu.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 22477-4
First edition
2018-03
Geotechnical investigation and
testing — Testing of geotechnical
structures —
Part 4:
Testing of piles: dynamic load testing
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais de structures
géotechniques —
Partie 4: Essais de pieux: essai de chargement dynamique
Reference number
©
ISO 2018
© ISO 2018
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 2
3 Terms, definitions and symbols . 2
3.1 Terms and definitions . 2
3.2 Symbols . 4
4 Testing equipment . 4
4.1 General . 4
4.2 Loading . 5
4.2.1 General. 5
4.2.2 Loading by an impact driving system . 6
4.2.3 Loading by a single or multiple blow drop mass . 6
4.3 Measurements . 6
4.3.1 General. 6
4.3.2 Measurements for dynamic impact tests . 7
4.3.3 Measurements and recordings required for pile driving formula or wave
equation analysis . 8
5 Test procedure . 9
5.1 Preparation for testing . 9
5.2 Safety requirements . 9
5.2.1 People and equipment in the surrounding area . 9
5.2.2 Test pile .10
5.3 Preparation of the pile .10
5.4 Timing of tests .10
5.4.1 General.10
5.4.2 Driving — Continuous monitoring and end of initial driving test .10
5.4.3 Re-driving .10
5.4.4 Bored or cast-in-situ piles .11
6 Test results .11
6.1 Test results for dynamic load test with driving formula .11
6.2 Test results for dynamic load test with wave equation analysis .11
6.3 Test results for dynamic load test with measurements at the pile head .11
7 Test reporting .12
Annex A (informative) Driving formula .14
Annex B (informative) Wave equation analysis .17
Annex C (informative) Examples of transducer attachment and pile extension details .27
Annex D (informative) Evaluation by closed form solutions using empirical damping values .29
Annex E (informative) Evaluation of the measurements by signal matching .36
Annex F (informative) Multi-blow dynamic testing technique .44
Bibliography .51
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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
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. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www .iso .org/ iso/ foreword .html.
This document was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) Technical
Committee CEN/TC 341, Geotechnical investigation and testing, in collaboration with ISO Technical
Committee TC 182, Geotechnics, in accordance with the Agreement on technical cooperation between
ISO and CEN (Vienna Agreement).
A list of all parts in the ISO 22477 series can be found on the ISO website.
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Introduction
This document establishes the specifications for the execution of dynamic load tests in which a single
pile is subject to an axial load in compression to measure strain, acceleration and displacement under
dynamic loading and to allow an assessment of its compressive resistance. This document outlines
how a dynamic load test is defined and specifies the equipment and testing procedures required.
Informative non-prescriptive guidance is included on the analysis of dynamic load test results required
to determine mobilized or ultimate measured compressive resistance of a pile.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 22477-4:2018(E)
Geotechnical investigation and testing — Testing of
geotechnical structures —
Part 4:
Testing of piles: dynamic load testing
1 Scope
This document establishes the specifications for the execution of dynamic load tests in which a single
pile is subject to an axial dynamic load in compression.
This document outlines the methods of testing required to allow assessment of pile resistance to be
determined from the following methods and procedures described in EN1997 -1: 2004+A1: 2013:
a) dynamic impact testing – determination of pile compressive resistance by evaluation of
measurements of strain and acceleration and or displacement at the pile head with respect to time;
b) pile driving formulae – evaluation of pile compressive resistance from blow counts and hammer
energy during pile driving;
c) wave equation analysis – evaluation of pile compressive resistance from blow counts by modelling
of the pile, soil and driving equipment;
d) multi-blow dynamic testing – evaluation of pile compressive resistance from a series of blows
designed to generate different levels of pile head displacement and velocity.
This document is applicable to piles loaded axially in compression.
This document is applicable to all pile types mentioned in EN 1536, EN 12699 and EN 14199.
The tests considered in this document are limited to dynamic load tests on piles only.
NOTE 1 ISO 22477-4 can be used in conjunction with EN1997 -1: 2004+A1: 2013. Numerical values of partial
factors for limit states from pile load tests to be taken into account in design are provided in EN 1997-1. For design
to EN 1997-1 the results from dynamic load tests will be considered equivalent to the measured compressive
resistance R after being subject to appropriate analysis.
c,m
NOTE 2 Guidance on analysis procedures for dynamic load testing results is given in Annexes A, B, D, E and F.
This document provides specifications for:
i) investigation tests, whereby a sacrificial pile is loaded up to ultimate limit state;
ii) control tests, whereby the pile is loaded up to a specified load in excess of the serviceability
limit state.
NOTE 3 Generally, an investigation test focuses on general knowledge of a pile type; a control test focuses on
one specific application of a pile.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements 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.
EN1997 -1: 2004+A1: 2013, Eurocode 7: Geotechnical design — Part 1: General rules
3 Terms, definitions and symbols
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions in EN1997 -1: 2004+A1: 2013 and the
following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: available at http:// www .iso .org/ obp
3.1.1
trial pile
pile installed before the commencement of the main piling works or a specific part of the works for
the purpose of investigating the suitability of the chosen type of pile and for confirming its design,
dimensions and compressive resistance
Note 1 to entry: The trial pile might be sacrificed to achieve ultimate limit state.
3.1.2
working pile
pile that will form part of the foundation of the structure
3.1.3
test pile
pile to which loads are applied to determine the compressive resistance - deformation characteristics
of the pile and the surrounding ground
Note 1 to entry: A test pile can be a trial pile or a working pile.
3.1.4
pile load
axial compressive load (or force) applied to the head of the pile during the test
3.1.5
dynamic load
axial compressive impact load (or force) applied to the head of a pile by a driving hammer or drop mass
3.1.6
maximum pile load
highest axial compressive force applied to the pile during the test
Note 1 to entry: This is generally defined prior to the test.
3.1.7
dynamic load test
test where a pile is subjected to chosen axial dynamic load at the pile head to allow the determination of
its compressive resistance
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3.1.8
dynamic impact test
pile test with measurement of strain, acceleration and displacement versus time during the impact event
Note 1 to entry: The impact event is normally a hammer blow.
Note 2 to entry: This test is used to assess the compressive resistance of individual piles.
3.1.9
driving formula
formula that relates impact hammer energy and number of blows for a unit distance or permanent set
for a single blow to pile compressive resistance
3.1.10
wave equation analysis
analysis of a dynamically loaded pile by a mathematical model that can represent the dynamic behaviour
of the pile by the progression of stress waves in the pile and the resulting response of the soil
3.1.11
signal matching
operation to evaluate the shaft and base resistance of piles by modelling of the pile and soil with
variation of parameters to match measured signals from pile head strain or displacement and
acceleration measurements
3.1.12
impedance
the dynamic stiffness of a pile determined from the cross-sectional area, material stiffness and density.
Note 1 to entry: For a non-uniform pile the impedance can be different over the length of the pile.
3.1.13
mobilized compressive resistance
the resistance that is mobilized with the available energy of the impact device
3.1.14
ultimate measured compressive resistance
corresponding state in which the pile foundation displaces significantly with negligible increase of
resistance
Note 1 to entry: Where it is difficult to define an ultimate limit state from a load settlement plot showing a
continuous slight increase, a settlement of the pile top equal to 10 % of the pile base diameter should be adopted
as the “failure” criterion.
Note 2 to entry: The ultimate compressive resistance is not measured directly during a dynamic load test. The
measured or mobilized compressive resistance obtained from dynamic load testing shall be analysed to remove
the effects of dynamic soil dependent behaviour before it can be considered equivalent to the ultimate measured
compressive resistance as outlined in the appropriate Annex.
3.1.15
design compressive static resistance
ultimate compressive resistance of a pile
Note 1 to entry: This shall be determined prior to load testing to allow specification of the appropriate magnitude
of dynamic load test.
3.1.16
equivalent diameter
diameter of the circle of which the area equals the area of the relevant pile section
Note 1 to entry: The equivalent diameter for a circular pile is the outer diameter of the pile, for a square pile the
diameter which gives the same area as the square pile (as long as the longest side is smaller than 1,5 times the
shortest side) is the equivalent diameter.
3.1.17
minimum reference separation distance
distance which separates a stationary reference point from a point that will be significantly displaced
by the testing method
Note 1 to entry: Only stationary points can be used for reference of displacement measurement devices.
Displacement measuring systems can be placed on the soil outside the reference distance without isolating
(displacement compensating) measures.
3.1.18
displacement
axial movement of the pile head measured during testing
3.2 Symbols
a acceleration
A cross-sectional area of the pile at the level being considered
A cross-sectional area of the pile reinforcement at the level being considered
r
c velocity of the stress wave in the test pile
E Young's modulus of the pile material at the measurement level being considered
dyn
E kinetic energy
k
E potential energy
p
F force at the pile head derived from strain measurements
f the characteristic yield strength of the pile reinforcement
yk
g acceleration due to gravity (g = 9,8 m/s )
h drop height (or stroke) the mass or hammer has fallen through
L pile length
m mass
R measured ultimate compressive resistance of the ground in the test, or measured geotechni-
c,m
cal resistance of the pile
t time
v velocity
Z pile impedance
w pile displacement or settlement
ε strain
4 Testing equipment
4.1 General
The loading equipment shall be able to generate sufficient force and energy to be able to mobilize the
compressive resistance to be verified.
4 © ISO 2018 – All rights reserved
If information on the ultimate measured compressive resistance of the pile is one of the aims of the test,
the equipment shall have enough capacity to reach the ultimate measured compressive resistance and
mobilize adequate settlement under dynamic loading with a single or a sequence of single blows.
The maximum pile load during a dynamic load test required to determine the ultimate measured
compressive resistance can exceed the design compressive static resistance. The need to apply such
high loads shall be considered when specifying equipment and pile materials.
If for a dynamic load test, one or more of the requirements in this document is not met; it should be
proven that this shortcoming has no influence on the achievement of the objectives of the test, before
the results can be interpreted as a dynamic load test.
Dynamic load testing systems rely on a mass to apply load to the head of the pile. This is either as
part of a pile driving hammer referred to as an impact driving system or by dropping a mass, referred
to as a drop mass system. Dynamic load testing can be undertaken during pile installation of precast
concrete piles or steel piles (displacement piles) when driving with a hammer. Drop mass systems are
used for the testing of cast-in-situ piles (bored piles, continuous flight auger or other cast-in-situ piles)
or testing associated with re-driving. The type of load application used during testing can depend on
several factors including the availability of pile installation or loading equipment and the phase of the
construction project.
Three types of dynamic pile tests are given in EN1997 -1: 2004+A1: 2013 which relate to the type of
measurements and analysis undertaken and are referred to as dynamic impact tests, pile driving
formula and wave equation analysis. These together with the multi-blow dynamic testing technique
are presented in more detail in the annexes. The measurements taken, equipment and information
required for a dynamic load test will be dependent on the specific dynamic load test being undertaken.
4.2 Loading
4.2.1 General
The selection of the loading equipment shall take into account:
— the aim of the test;
— the type of dynamic test and the analysis to be undertaken;
— the pile type;
— the ground conditions;
— the maximum pile load;
— the strength of the pile (material) and permissible stresses it can carry;
— the execution of the test;
— safety considerations.
The loading equipment shall generate adequate force and energy which fulfils the requirements in
4.1 and is able to apply the required maximum compressive force to mobilize a specified compressive
resistance or the ultimate measured compressive resistance of a pile. The equipment shall load the
pile accurately with appropriate guidance of the drop mass along the direction of the pile axis. The
eccentricity of the load shall be smaller than 10 % of the equivalent diameter. The deviation of the
alignment of the force to the axis of the pile shall be smaller than 20 mm/m.
The stress generated in the pile under the maximum applied load shall not exceed the permissible
stress of the pile material. For concrete piles in compression the maximum stress in the pile, including
any prestress in the pile, shall not exceed 0,8 times the characteristic concrete strength in compression
at the time of driving (as outlined in EN 12699). For concrete piles in tension the tensile force induced
should not exceed 0,9 × f × A minus any compressive prestress force. For steel piles the maximum
yk r
stress in steel piles should not exceed 0,9 times the characteristic yield strength of the steel.
NOTE Where stresses are monitored during impact driving, these can be up to 20 % higher than the values
stated above. The yield strength of materials can increase under dynamic impact loading.
To avoid potential damage to concrete piles, a simulation of the planned loading process can be
undertaken by simulation using wave equation analysis. Based upon wave equation analysis, the loading
scheme can be adjusted and re-simulated for example to avoid high tension stresses in a concrete pile.
4.2.2 Loading by an impact driving system
Impact hammers consist of a mass (ram) and lifting and releasing systems. They are defined by their mass
and maximum stroke (drop height) or the respective potential energy (mass × acceleration × stroke) or
kinetic energy immediately prior to impact.
The frequency of hammer blows should not exceed 120 blows per minute where an evaluation by a
driving formula is to be considered.
4.2.3 Loading by a single or multiple blow drop mass
The mass of the drop mass should be chosen to be greater than 2 % of the design compressive static
resistance of the pile (where the mass of the drop mass is expressed as a weight).
In very hard soils, piles resting on hard bedrock or where a pile is installed with a rock socket drop
mass weights of 1 % of the required design compressive static resistance can be sufficient to mobilize
pile resistance.
The applied energy or the stroke of the drop mass should be adjusted to achieve full mobilization of the
pile skin friction and tip resistance.
4.3 Measurements
4.3.1 General
The measurements taken, equipment and information required for a dynamic load test will be
dependent on the specific dynamic load test being undertaken.
During a dynamic impact test a minimum of three variables shall be directly measured relative to time (t):
— the strain at the pile head (ε);
— the acceleration of the pile head (a);
— the permanent pile displacement per dynamic load application (set per blow).
Where dynamic impact testing is analysed using the multi-blow dynamic load testing technique
(Annex F) this will additionally include:
— the pile head displacement (w).
During a test where pile driving formula or wave equation analysis will be used a minimum of two
variables shall be directly recorded:
— the permanent pile displacement per impact of the hammer referred to as set per blow(s);
— the mass of the piling hammer (or drop mass) and drop height (and/or energy rating).
Where piles are subjected to a single hammer blow or cycles of drop mass loading and are accessible,
the level of the pile head shall be determined relative to a point outside of the minimum reference
6 © ISO 2018 – All rights reserved
separation distance by optical levelling. The optical levelling measurements shall be controlled by
reference to one or more fixed reference points and should be undertaken to an accuracy of ±1 mm.
4.3.2 Measurements for dynamic impact tests
The transducers and signal processing shall satisfy the requirements from Table 1 to Table 3. Sampling
shall commence a minimum of 10 ms before loading commences and continue for a minimum duration
such that the pile has come to rest. The transducers shall have sufficient measuring range, in order to
avoid re-adjustment or change of position during testing. All instrumentation shall be able to withstand
pile installation and testing procedures. For diesel hammers the duration of pre-event sampling should
be extended to a minimum of 35 ms, and extension of the corresponding duration of measurement to
>125 ms. For longer piles the length of the pile should be considered when determining the duration of
measurement. The particular minimum sampling rate adopted should take into account the type of pile
and test being undertaken.
Table 1 — Dynamic impact test: signal processing general requirements
Parameter Requirement
Sampling rate ≥5 000 samples per second
Duration of pre-event sampling ≥10 ms
Duration of the measurement ≥100 ms
Table 2 — Dynamic impact test: strain transducer requirements
Parameter Requirement
Maximum strain ≥0,015
Resonant frequency ≥2 000 Hz
Table 3 — Dynamic impact test: acceleration transducer requirements
Parameter Requirement
linearity up to 2 000 g
and 2 000 Hz
Table 4 — Dynamic impact test: displacement measurement using
remote theodolite during load application
Parameter Requirement
Sampling rate ≥10 000 samples per second
Accuracy <1 mm
All equipment used for measuring strain, displacement and acceleration in the test shall be calibrated.
The equipment shall be checked on a regular basis. The results of these checks shall be registered
and kept with the most recent calibration. This data shall be made available on request prior to
commencement of the test.
The time between the checks and calibrations is not prescribed, since the duration of validity of a
calibration can depend on the type of measurement device and manufacturers recommendations.
However, checks shall be sufficiently detailed that it can be verified that all measurement devices are
operating correctly during the test. It is preferred that all checks are carried out directly before the
test, to avoid influence of transport and time. In some circumstances, e.g., frequent use or change of
components or presumed damage, additional calibration and checking might be required.
The strain (ε) as a function of time (t) induced in the pile head by the dynamic load, shall be measured
by at least two strain transducers, mounted in an axial direction and diametrically opposed pairs (see
Annex C). The acceleration a as a function of time (t) of the pile head shall be measured by at least one
acceleration transducer, mounted in an axial direction (see Annex C).
4.3.3 Measurements and recordings required for pile driving formula or wave equation
analysis
The permanent pile displacement per impact of the hammer referred to as set per blow(s) is recorded
by manually counting the number of blows for a unit distance of penetration for at least the last 1,0 m of
pile penetration.
Distance markers should be clearly marked on the pile under test prior to testing. In continuous driving,
blows are counted for a unit penetration. As an alternative, a penetration for a defined number of blows
can be determined.
The set per blow is determined either by optical levelling to a reference point which is unaffected by
pile driving operations or by visual observations of marks on the pile passing a stable reference beam
which is unaffected by the pile testing process. The requirements for optical levelling are outlined in
Table 5.
Table 5 — Dynamic load test displacement requirements for set per blow
when determined by optical instrument levelling
Parameter Requirement
Accuracy ≤1 mm
To determine the energy transferred to the pile from the dynamic loading it is necessary to know the
mass of the ram or hammer and the drop height that mass or ram falls through.
The potential energy of the driving system:
E = m × g × h (1)
p
where
E potential energy;
p
m mass of ram or hammer;
g acceleration due to gravity (g = 9,8 m/s );
h drop height (or stroke) the mass or hammer has fallen through.
The drop height or stroke is measured by a visual estimate only if the ram can be seen.
The kinetic energy of the mass or ram directly before impact is given by:
E = m × v/2 (2)
k
where
E kinetic energy;
k
v velocity of mass or ram before impact.
The velocity of the ram before impact can be measured by proximity switches installed as part of the
hammer casing.
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5 Test procedure
5.1 Preparation for testing
It is recommended that in advance of the test, an execution plan should be formulated that is consistent
with the planned final report shown in Clause 7. The plan should include the following where
appropriate:
a) test objectives;
b) the ground and groundwater conditions with reference to the relevant site investigation reports;
c) topographic locations, types and specifications of the test piles;
d) allowable maximum values of the load and stresses on the pile and the pile displacement;
e) required pile displacement and applied load;
f) specification of the loading device;
g) specifications of the measurement devices and calibration certificates if applicable;
h) specifications of additional measurement-devices;
i) plan of the test site;
j) testing programme;
k) list of key personnel, showing who is responsible for supervision, safety, test execution, data
recording and other tasks;
l) logistical requirements on site (for example flat ground, vehicle requirements and limitations,
lifting plan, working space around the pile, etc.);
m) accessibility of the pile for sensor attachment;
n) procedures for preventing pile damage and detecting pile damage in the case of cast-in-situ piles;
o) assessment of feasibility of testing by wave equation analysis;
p) safety requirements.
It is recommended that the execution plan is made available at least seven days prior to commencement
of testing.
5.2 Safety requirements
5.2.1 People and equipment in the surrounding area
Safety of personnel and equipment in the surrounding area shall be given due consideration during
execution of the test and should be undertaken in accordance with EN 16228 where applicable.
People in neighbouring buildings that are likely to be affected by testing shall be informed of the nature
of testing and the programme of tests to be undertaken. Separate notification of dynamic load testing
is not required where the testing forms part of a larger programme of displacement pile installation
where notification has already occurred.
Disturbance to vibration sensitive processes in neighbouring buildings should be prevented where
possible. Where testing is undertaken close to existing buildings consideration should be given to the
age, integrity and sensitivity of the structure.
5.2.2 Test pile
The test pile should be designed, manufactured and installed such that the test pile should not be
damaged by the maximum compressive load that will be applied during the test. As cast-in-situ piles
(bored piles, continuous flight auger or other injection piles) are not normally designed for dynamic
loading, pile heads should be reinforced by a steel casing. Prior to the test the allowable compression
and tension stresses for the pile should be defined and compared to wave equation analysis for the pile.
For cast-in-situ piles integrity testing should be undertaken before and after dynamic load testing.
NOTE During a dynamic load test, the test pile is loaded with a force which can exceed the static equivalent
test loads. Test piles are to be designed to withstand the resulting higher stresses. For concrete piles a pile
cushion is usually used to reduce and evenly distribute stresses.
For working piles the maximum accumulated final displacement of the pile head shall be agreed before
commencement of the test. The displacement of the pile head shall not exceed 10 % of the (equivalent)
diameter under normal circumstances without prior approval from all parties concerned.
5.3 Preparation of the pile
The pile head shall be flat, plane, perpendicular to the pile axis and undamaged. The heads of concrete
piles shall be protected by a pile cushion. The test pile shall have enough length above the ground
surface to attach the measurement devices. Proposed positioning of transducers and pile extension
details are given in Annex C.
5.4 Timing of tests
5.4.1 General
The compressive resistance of a pile has the tendency to vary significantly depending on the time after
installation at which it is tested. This should be given due consideration for dynamic load testing as
testing can be carried out during pile installation or at some time later.
5.4.2 Driving — Continuous monitoring and end of initial driving test
In continuous pile driving for installation each individual impact can be considered as a separate
dynamic load test. Usually a compressive resistance calculation is undertaken when the pile is
penetrating what is considered a competent ground layer or when it achieves final penetration.
As the ground resistance can be reduced in continuous driving the pile compressive resistances
determined during initial driving or at end of initial driving can be lower than that determined from
static pile load tests. In certain soil conditions the compressive resistance at end of driving can also
be larger than the compressive resistance in re-driving. The potential for difference in the measured
characteristic compressive pile resistance due to the timing of testing should be given appropriate
consideration.
5.4.3 Re-driving
Re-driving is a dynamic load test carried out some time after the installation of the pile and is a separate
operation to testing during pile installation. It can be considered that a dynamic load test undertaken
during re-driving is less influenced by the pile installation process if adequate time after installation
is allowed to elapse. The optimum timing for re-drive dynamic load testing should be assessed for the
specific ground conditions at the site.
Where re-driving gives lower pile resistance than that measured during driving for installation this
shall be used as the basis for ultimate compressive resistance assessment (EN1997 -1: 2004+A1: 2013,
Clause 7). If re-driving gives higher results, these can be considered.
10 © ISO 2018 – All rights reserved
For certain ground conditions re-driving should be carried out. Re-driving should usually be carried
out in silty soils, unless local comparable experience has shown it to be unnecessary.
NOTE Re-driving of friction piles in clayey soils normally results in reduced compressive resistance.
5.4.4 Bored or cast-in-situ piles
Between the installation of a bored or cast-in-situ test pile and the beginning of the test, adequate time
shall be allowed to ensure that the required strength of the pile material is achieved and the soil has
sufficient time to recover from the process of pile installation and dissipation of pore-water pressures
and other aspects, such as heat from boring or hardening concrete. During this period, the pile shall not
be disturbed by load, impact or vibration, or other external influence.
Time periods between installation and testing of a pile should be taken from Table 6. Alternative time
periods can be specified with appropriate justification.
Table 6 — Time periods between installation and testing of bored piles
Minimum time
Test pile type Soil type
[days]
Trial Non-cohesive 7
Cohesive 21
Working Non-cohesive 5
Cohesive 14
Alternative time periods can be specified with appropriate justification.
6 Test results
6.1 Test results for dynamic load test with driving formula
The test results shall include records of the following:
— set per blow or blows for unit distance of penetration;
— energy per blow;
— calculated ultimate compressive resistance as R .
c,m
6.2 Test results for dynamic load test with wave equation analysis
The test results shall include records of the following:
— blows for unit distance of penetration with penetration;
— energy per blow with penetration;
— calculated ultimate compressive resistance, R .
c,m
6.3 Test results for dynamic load test with measurements at the pile head
The test results shall include the following time based measurement, where a common base to all time
measurements shall be applied:
— the average force derived from strain due to the loading system at the pile head as a function of
time F(t);
— the velocity as integrated from acceleration of the pile head as a function of time v(t);
— force F(t) and velocity v(t) in a single graph where the velocity is scaled to the dimension of the force
by the impedance Z = E × A/c (Annex D).
dyn
Where the cross section of a pile is a combination of materials the impedance based upon the properties
of the combined materials shall be considered.
For the multi-blow dynamic load testing technique these measurements are also combined with:
— the displacement of the pile head as a function of time (where a remote theodolite is used), w(t).
Results can be evaluated by:
— direct closed form solution by applying soil dependent estimated damping values (Annex D);
— signal matching (Annex E);
— multi-blow dynamic load testing technique (Annex F).
Where appropriate, all measured test results shall be available in hard copy charts and digitally in
a readable text based format. All results shall be corrected for calibration factors and presented in
engineering units. Calibration corrections applied to the measured signals shall be recorded in writing
and within the digital data records. Measured results in engineering units should be made available in
open access format, such as ASCII, prior to any further analysis.
The measurements of pile levels by independent optical measurement shall be reported. All other
readings, such as local site temperature, tests on concrete samples, optical level readings, pile geometry,
adjacent static tests on the site, when relevant, shall also be recorded in the test report.
7 Test reporting
A factual report should be written for all load tests. Where appropriate, this report should include:
a) Reference to all relevant standards;
b) General information concerning the test site and the test programme:
— topographic location of the test including definition of the level datum that is used as a reference
for elevation measurements;
— description of the site;
— purpose of the test;
— test date;
— the intended and realized testing programme;
— name of the organization which carried out the test;
— name of the organization which supervised the test.
c) Specifications of the test pile(s):
— the pile type, reason for testing and its reference number;
— the topographic position and level of the test pile referenced to a local datum;
— pile data, such as geometry (including as a minimum the total pile length, L and diameter, D or
equivalent diameter), level of the pile top and base, pile material (including material density
and modulus of elasticity if known), inclination (if inclined) and reinforcement arrangement;
— date of installation;
12 © ISO 2018 – All rights reserved
— description of the pile installation and of any problems encountered during the works;
— installation records, such as driving logs, concrete consumption, drilling progress;
— test reports on pile material quality or specification (where applicable);
— report for integrity investigation if undertaken prior to testing.
d) information concerning the ground conditions:
— the ground and groundwater conditions with reference to the relevant site investigation
reports;
— description of the ground conditions, in particular in the vicinity of the test pile.
e) specifications of the test:
— the postulated maximum force and resulting stresses in the pile;
— a description of the loading apparatus and measuring apparatus;
— information on the potential energy for each cycle (drop height, mass);
— calibration documents for the strain gauges, accelerometers and displacement measuring
devices (if used);
— the distance between the pile and the displacement measurement device (if used);
— details of the installation of the pile testing equipment by drawings and/or photographs.
f) test results:
— for evaluation by driving formula; verification of equivalence to static tests, driving record,
energy per blow and justification of empirical parameters adopted. See Annex A;
— for the wave equation solution; description of calculation model adopted, driving re
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 22477-4
Première édition
2018-03
Reconnaissance et essais
géotechniques — Essais de structures
géotechniques —
Partie 4:
Essais de pieux: essai de chargement
dynamique
Geotechnical investigation and testing — Testing of geotechnical
structures —
Part 4: Testing of piles: dynamic load testing
Numéro de référence
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ISO 2018
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Fax: +41 22 749 09 47
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 2
3 Termes, définitions et symboles . 2
3.1 Termes et définitions . 2
3.2 Symboles . 4
4 Équipement d’essai . 5
4.1 Généralités . 5
4.2 Chargement . 5
4.2.1 Généralités . 5
4.2.2 Chargement par un système de fonçage par impact . 6
4.2.3 Chargement par une masse tombante à coup unique ou multiple . 6
4.3 Mesures . 6
4.3.1 Généralités . 6
4.3.2 Mesures pour les essais d’impact dynamique . 7
4.3.3 Mesures et enregistrements exigés pour la formule de fonçage de pieux
ou l’analyse de l’équation d’onde . 8
5 Mode opératoire d’essai. 9
5.1 Préparation d’un essai . 9
5.2 Exigences relatives à la sécurité .10
5.2.1 Personnes et équipement dans la zone environnante.10
5.2.2 Pieu d’essai .10
5.3 Préparation du pieu .10
5.4 Timing des essais .11
5.4.1 Généralités .11
5.4.2 Fonçage – suivi en continu et fin de l’essai de fonçage initial .11
5.4.3 Re-fonçage .11
5.4.4 Pieux forés ou coulés en place.11
6 Résultats des essais .12
6.1 Résultats des essais de chargement dynamique avec la formule de fonçage .12
6.2 Résultats des essais de chargement dynamique avec analyse de l’équation d’onde .12
6.3 Résultats des essais de chargement dynamique avec mesures au niveau de la tête
du pieu .12
7 Rapports d’essais .13
Annexe A (informative) Formule de fonçage .15
Annexe B (informative) Analyse de l’équation d’onde .18
Annexe C (informative) Exemples de fixation de transducteurs et informations sur les
extensions de pieux .28
Annexe D (informative) Évaluation par résolution sous forme fermée à l’aide de valeurs
d’amortissement empiriques .30
Annexe E (informative) Évaluation des mesures par correspondance de signal .38
Annexe F (informative) Technique d’essais dynamiques basée sur une série de coups .47
Bibliographie .54
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 procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/CEI, Partie 1. Il convient en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction définies dans les Directives ISO/CEI, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L’attention est attirée 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. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/patents).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, de la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/foreword .html.
Ce document a été élaboré par le comité technique du Comité européen de normalisation CEN/
TC 341, Reconnaissance et essais géotechniques, en collaboration avec le comité technique ISO TC 182,
Géotechniques, conformément à l’accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (accord de
Vienne).
Une liste de toutes les parties de la série ISO 22477 est disponible sur le site web de l’ISO.
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Introduction
Le présent document établit les spécifications relatives à l’exécution des essais de chargement
dynamique au cours desquels un pieu unique est soumis à une charge de compression axiale afin d’en
mesurer la déformation, l’accélération et le déplacement sous un chargement dynamique et d’évaluer
sa résistance à la compression. Le présent document précise la manière dont est défini un essai
de chargement dynamique et spécifie l’équipement et les procédures d’essai exigés. Des consignes
informatives, non prescriptrices, sont incluses. Elles portent sur l’analyse des résultats des essais de
chargement dynamique exigés, pour déterminer la résistance à la compression mobilisée ou ultime
mesurée d’un pieu.
NORME INTERNATIONALE ISO 22477-4:2018(F)
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais de
structures géotechniques —
Partie 4:
Essais de pieux: essai de chargement dynamique
1 Domaine d’application
Le présent document établit les spécifications relatives à l’exécution des essais de chargement
dynamique au cours desquels un pieu unique est soumis à une charge de compression axiale dynamique.
Il précise les méthodes d’essai nécessaires pour permettre une évaluation de la résistance d’un pieu,
déterminée à partir des méthodes et des procédures décrites dans la norme EN1997 -1: 2004+A1: 2013:
a) Essai d’impact dynamique: détermination de la résistance à la compression d’un pieu par évaluation
des mesures de déformation et d’accélération et/ou de déplacement, prises au niveau de la tête du
pieu, en fonction du temps.
b) Formules de fonçage de pieux: évaluation de la résistance à la compression d’un pieu à partir du
nombre de coups de battage et de l’énergie du mouton pendant le fonçage du pieu.
c) Analyse de l’équation d’onde: évaluation de la résistance à la compression d’un pieu à partir du
nombre de coups de battage par modélisation du pieu, du sol et de l’équipement de fonçage.
d) Essais dynamiques basés sur une série de coups – évaluation de la résistance à la compression d’un
pieu à partir d’une série de coups conçue pour créer des niveaux différents de déplacements et de
vitesses de tête de pieu.
Ce document s’applique aux pieux sous chargement axial en compression.
Il s’applique à tous les types de pieux mentionnés par l’EN 1536, l’EN 12699 et l’EN 14199.
Les essais envisagés dans le présent document sont limités aux essais de chargement dynamique des
pieux uniquement.
NOTE 1 L’ISO 22477-4 peut être utilisée conjointement à l’EN1997 -1: 2004+A1: 2013. Les valeurs numériques
des facteurs partiels des états limites, obtenues à partir des essais de chargement des pieux et devant être prises
en compte dans la conception, sont données dans l’EN 1997-1. Dans le cas d’une conception selon l’EN 1997-1,
les résultats des essais de chargement dynamique seront considérés comme équivalents à la résistance à la
compression mesurée R après l’analyse appropriée.
c,m
NOTE 2 Des consignes relatives aux procédures d’analyse des résultats des essais de chargement dynamique
sont données dans les Annexes A, B, D, E et F.
Le présent document fournit des spécifications pour:
i) les essais préalables, au cours desquels un pieu sacrificiel est chargé jusqu’à l’état limite ultime;
ii) les essais de contrôle, au cours desquels le pieu est chargé jusqu’à une charge spécifiée au-delà de
l’état limite de service.
NOTE 3 En général, un essai préalable se focalise sur la connaissance générale d’un type de pieu; un essai de
contrôle se focalise sur une application particulière d’un pieu.
2 Références normatives
Les documents suivants sont mentionnés dans le texte d’une manière telle que tout ou partie de leur
contenu constitue des exigences 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).
E N 19 97-1:20 0 4 +A 1: 2013, Eurocode 7: calcul géotechnique — Partie 1: règles générales
3 Termes, définitions et symboles
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions des normes EN1997 -1: 2004+A1: 2013 et
suivantes s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
3.1.1
pieu d’étude
pieu installé avant le début des travaux de fonçage principaux ou d’une partie donnée des travaux, dans
le but d’étudier l’adéquation du type de pieu choisi et d’en confirmer la conception, les dimensions et la
résistance à la compression
Note 1 à l'article: le pieu d’étude peut être sacrifié pour atteindre l’état limite ultime.
3.1.2
pieu de travail
pieu qui sera intégré à la fondation de la structure
3.1.3
pieu d’essai
pieu auquel des charges sont appliquées pour déterminer les caractéristiques de résistance à la
compression / de déformation du pieu et du terrain environnant
Note 1 à l'article: un pieu d’essai peut être un pieu d’étude ou un pieu de travail.
3.1.4
charge du pieu
charge (ou force) de compression axiale exercée sur la tête du pieu pendant l’essai
3.1.5
charge dynamique
charge (ou force) de compression axiale d’impact exercée sur la tête d’un pieu par un mouton de battage
ou une masse tombante
3.1.6
charge maximale du pieu
force de compression axiale maximale appliquée au pieu durant l’essai
Note 1 à l'article: cette charge est généralement définie avant l’essai.
3.1.7
essai de chargement dynamique
essai au cours duquel la tête d'un pieu est soumise à une charge axiale dynamique dans le but d’en
déterminer la résistance à la compression
2 © ISO 2018 – Tous droits réservés
3.1.8
essai d’impact dynamique
essai de pieu prévoyant la mesure de la déformation, de l’accélération et du déplacement en fonction du
temps pendant l’événement d’impact
Note 1 à l'article: l’événement d’impact est normalement un coup de mouton.
Note 2 à l'article: cet essai permet d’évaluer la résistance à la compression de pieux individuels.
3.1.9
formule de fonçage
formule reliant l’énergie de l’impact du mouton et le nombre de coups pour une distance unitaire ou un
tassement permanent associé à un unique coup, à la résistance à la compression du pieu
3.1.10
analyse de l’équation d’onde
analyse d’un pieu chargé de manière dynamique à l’aide d’un modèle mathématique représentant le
comportement dynamique du pieu à travers la progression des ondes de contrainte dans le pieu et la
réponse correspondante du sol
3.1.11
correspondance de signal
opération consistant à évaluer la résistance du fût et la résistance de la base des pieux en modélisant le
pieu et le sol avec une variation des paramètres permettant de faire correspondre les signaux mesurés
de déformation ou de déplacement de la tête de pieu et les mesures d’accélération
3.1.12
impédance
rigidité dynamique d’un pieu déterminée par la superficie de la section transversale, la rigidité du
matériau et la masse volumique
Note 1 à l'article: pour un pieu non uniforme, l’impédance peut varier sur la longueur du pieu.
3.1.13
résistance à la compression mobilisée
résistance mobilisée avec l’énergie disponible du dispositif d’impact
3.1.14
résistance ultime à la compression mesurée
état correspondant dans lequel la fondation du pieu se déplace de manière significative avec une
augmentation négligeable de la résistance
Note 1 à l'article: lorsqu’il est difficile de définir un état limite ultime à partir d’un tracé de tassement sous charge
faisant apparaître une augmentation légère et continue, il est recommandé d’utiliser un tassement du sommet du
pieu égal à 10 % du diamètre de la base du pieu comme critère de « défaillance ».
Note 2 à l'article: la résistance ultime à la compression n’est pas mesurée directement lors d’un essai de
chargement dynamique. Avant de pouvoir être considérée comme équivalente à la résistance ultime à la
compression mesurée, la résistance à la compression mesurée ou mobilisée obtenue lors d’un essai de chargement
dynamique doit être analysée afin d’éliminer les effets du comportement dynamique du sol, conformément à
l’Annexe correspondante.
3.1.15
résistance statique à la compression calculée
résistance ultime à la compression d’un pieu
Note 1 à l'article: elle doit être déterminée avant l’essai de chargement afin de permettre de spécifier l’ordre de
grandeur approprié de l’essai de chargement dynamique.
3.1.16
diamètre équivalent
diamètre du cercle dont l’aire est égale à la section correspondante du pieu
Note 1 à l'article: le diamètre équivalent d’un pieu circulaire est son diamètre extérieur. Pour un pieu de section
carrée, il s’agit du diamètre du cercle dont l’aire est égale à celle de la section du pieu carré (tant que le côté le
plus long mesure moins de 1,5 fois la longueur du côté le plus court).
3.1.17
distance de séparation minimale de référence
distance séparant un point de référence fixe d’un point qui sera déplacé de manière significative par la
méthode d’essai
Note 1 à l'article: les points utilisés comme référence des dispositifs de mesure du déplacement doivent être des
points fixes. Les systèmes de mesure du déplacement peuvent être placés sur le sol au-delà de la distance de
référence, sans élément d’isolement (compensation du déplacement).
3.1.18
déplacement
mouvement axial de la tête du pieu mesuré pendant l’essai
3.2 Symboles
a accélération
A aire de la section transversale du pieu au niveau considéré
A aire de la section transversale du renfort du pieu au niveau considéré
r
c vitesse de l’onde de contrainte dans le pieu d’essai
E module d’Young du matériau du pieu au niveau de mesure considéré
dyn
E énergie cinétique
k
E énergie potentielle
p
F force au niveau de la tête du pieu dérivée des mesures de déformation
f limite d’élasticité caractéristique du renfort de pieu
yk
g accélération de la pesanteur (g = 9,8 m/s )
h hauteur (ou course) de laquelle a chuté la masse ou le mouton.
L longueur du pieu
m masse
R résistance ultime à la compression mesurée du terrain lors de l’essai, ou résistance géotech-
c,m
nique mesurée du pieu
t temps
v vitesse
Z impédance du pieu
w déplacement ou tassement du pieu
ε déformation
4 © ISO 2018 – Tous droits réservés
4 Équipement d’essai
4.1 Généralités
L’équipement de chargement doit être capable de générer une force et une énergie suffisantes pour
pouvoir mobiliser la résistance à la compression destinée à être vérifiée.
Si l’un des objectifs de l’essai est d’obtenir des informations sur la résistance ultime à la compression
mesurée du pieu, l’équipement doit avoir une capacité suffisante pour atteindre la résistance ultime à la
compression mesurée et mobiliser le tassement adéquat sous chargement dynamique en un seul coup
ou en plusieurs cycles de coups.
La charge maximale du pieu lors d’un essai de chargement dynamique nécessaire pour déterminer
la résistance ultime à la compression mesurée peut être supérieure à la résistance statique à la
compression calculée. La nécessité d’appliquer des charges aussi élevées doit être prise en compte lors
de la spécification de l’équipement et des matériaux du pieu.
Si, pour un essai de chargement dynamique, une ou plusieurs des exigences de la présente norme ne
sont pas respectées, avant de pouvoir interpréter les résultats comme ceux d’un essai de chargement
dynamique, il convient de prouver que ce défaut est sans effet sur l’atteinte des objectifs de l’essai.
Les systèmes d’essai de chargement dynamique utilisent une masse permettant d’exercer une charge
sur la tête du pieu. Celle-ci fait soit partie du mouton, auquel cas on parle de système de fonçage par
impact, soit d’une masse que l’on fait chuter, on parle alors de système à masse tombante. Les essais
de chargement dynamique peuvent être conduits pendant l’installation de pieux en béton préfabriqué,
ou de pieux en acier (pieux avec refoulement du sol) lorsqu’ils sont foncés à l’aide d’un mouton. Les
systèmes à masse tombante sont utilisés pour les essais sur des pieux coulés en place (pieux forés,
tarière à vis ou autres pieux coulés en place) ou les essais associés à un re-fonçage. Le type d’application
de charge utilisé lors de l’essai peut dépendre de plusieurs facteurs, dont la disponibilité de l’équipement
d’installation ou de chargement de pieu et de la phase du projet de construction.
La norme EN1997 -1: 2004+A1: 2013 donne trois types d’essais dynamiques de pieux. Ceux-ci se
rapportent au type de mesure et à l’analyse réalisée et sont désignés sous le vocable: essais d’impact
dynamique, formule de fonçage de pieux et analyse d’équation d’onde. Ces éléments, ainsi que la
technique d’essais dynamiques basés sur une série de coups, sont présentés en détail dans les annexes.
Les mesures réalisées, l’équipement et les informations nécessaires pour un essai de chargement
dynamique dépendront de chaque essai de chargement dynamique réalisé.
4.2 Chargement
4.2.1 Généralités
Le choix de l’équipement de chargement doit prendre en compte:
— l’objectif de l’essai;
— le type d’essai dynamique et l’analyse à réaliser;
— le type de pieu;
— les conditions du terrain;
— la charge maximale du pieu;
— la résistance du pieu (matériau) et les contraintes qu’il peut supporter;
— l’exécution de l’essai;
— les aspects liés à la sécurité.
L’équipement de chargement doit produire une force et une énergie conformes aux exigences énoncées
au paragraphe 4.1 et être capable d’appliquer la force de compression maximale requise pour mobiliser
une résistance à la compression spécifique ou la résistance ultime à la compression mesurée d’un pieu.
L’équipement doit charger le pieu avec précision et être doté de dispositifs appropriés permettant de
guider la masse tombante le long de la direction axiale du pieu. L’excentricité de la charge doit être
inférieure à 10 % du diamètre équivalent. L’écart d’alignement entre la force exercée et l’axe du pieu
doit être inférieur à 20 mm/m.
La contrainte générée dans le pieu sous la charge maximale appliquée ne doit pas excéder la contrainte
autorisée pour le matériau du pieu. Dans le cas de pieux de béton en compression, la contrainte
maximale dans le pieu, compte tenu des éventuelles précontraintes au sein du pieu, ne doit pas dépasser
0,8 fois la résistance caractéristique du béton en compression au moment du fonçage (ainsi que cela est
souligné dans l’EN 12699). Dans le cas de pieux en béton en tension, il convient que la force de tension
induite ne dépasse pas 0,9 × f × A moins les éventuelles forces de précontrainte en compression. Dans
yk r
le cas des pieux en acier il est recommandé que la contrainte maximale dans les pieux ne dépasse pas
0,9 fois la limite d’élasticité caractéristique de l’acier.
NOTE Lorsque les contraintes sont surveillées pendant le fonçage par impact, celles-ci peuvent être jusqu’à
20 % supérieures aux valeurs données ci-dessus. La limite d’élasticité des matériaux peut augmenter sous l’effet
du chargement dynamique de l’impact.
Pour éviter tout risque d’endommager les pieux en béton, une simulation du processus de chargement
prévu peut être réalisée au moyen d’une analyse de l’équation d’onde. Sur la base de cette analyse, le
schéma de chargement peut être ajusté et faire l’objet d’une nouvelle simulation, par exemple pour
éviter les contraintes de tension élevées dans un pieu en béton.
4.2.2 Chargement par un système de fonçage par impact
Les moutons sont constitués d’une masse (piston) et de systèmes de levage et de libération. Ils sont
définis par leur masse et la course maximale (hauteur de chute) ou l’énergie potentielle correspondante
(masse × accélération × course) ou l’énergie cinétique immédiatement avant l’impact.
Lorsqu’on envisage une évaluation à l’aide de la formule de fonçage, il convient que la fréquence des
coups du mouton ne dépasse pas 120 coups par minute.
4.2.3 Chargement par une masse tombante à coup unique ou multiple
Il convient que la masse de la masse tombante soit choisie de sorte à être supérieure à 2 % de la
résistance statique à la compression calculée du pieu (lorsque la masse de la masse tombante est
exprimée en poids).
Dans les sols très durs, pour les pieux reposant sur un substratum rocheux dur ou lorsque le pieu est
placé dans un trou d’ancrage au roc, des masses tombantes pesant 1 % de la résistance statique à la
compression calculée peuvent suffire pour mobiliser la résistance du pieu.
Il est recommandé que l’énergie appliquée ou la course de la masse tombante soit ajustée pour obtenir une
mobilisation totale du frottement à la surface latérale du pieu et de la résistance de l’extrémité du pieu.
4.3 Mesures
4.3.1 Généralités
Les mesures réalisées, l’équipement et les informations nécessaires pour un essai de chargement
dynamique dépendront de chaque essai de chargement dynamique réalisé.
Lors d’un essai d’impact dynamique, au minimum trois variables doivent être mesurées directement en
fonction du temps (t):
— la déformation au niveau de la tête du pieu (ε);
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— l’accélération de la tête du pieu (a);
— le déplacement permanent du pieu en fonction de l’application de la charge dynamique (tassement
par coup(s)).
Lorsqu’un essai d’impact dynamique est analysé au moyen de la technique d’essai de chargement
dynamique basée sur une série de coups (Annexe F), la variable supplémentaire suivante sera intégrée:
— le déplacement de la tête du pieu (w).
S’il est prévu, lors d’un essai, d’utiliser la formule de fonçage de pieux ou une analyse de l’équation
d’onde, au moins deux variables doivent être enregistrées directement:
— le déplacement permanent du pieu à chaque impact du mouton, désigné par l’expression « tassement
par coup(s) »;
— la masse du mouton de battage (ou masse tombante) et la hauteur de chute (et/ou l’énergie
correspondante).
Lorsque les pieux sont soumis à un unique coup de mouton ou à des cycles de chargement d’une masse
tombante et qu’ils sont accessibles, le niveau de la tête du pieu doit être déterminé par rapport à un
point situé au-delà de la distance de séparation minimale de référence en déterminant le niveau à l’aide
d’un dispositif optique. Les mesures de détermination du niveau à l’aide d’un dispositif optique doivent
être contrôlées en se référant à un ou plusieurs points de référence fixes et il convient qu’elles soient
conduites avec une exactitude de ± 1 mm.
4.3.2 Mesures pour les essais d’impact dynamique
Les transducteurs et le traitement du signal doivent satisfaire aux exigences énoncées, du Tableau 1
au Tableau 3. L’échantillonnage doit débuter au minimum 10 ms avant le début du chargement et
se poursuivre pendant une durée minimale telle qu’elle laisse au pieu le temps de revenir au repos.
Les transducteurs doivent avoir une plage de mesure suffisante pour qu’il ne soit pas nécessaire de
procéder à un réajustement ou à un changement de position en cours d’essai. Toute l’instrumentation
doit pouvoir résister aux procédures d’installation et d’essai des pieux. Pour les moutons-Diesel, il
convient d’étendre la durée de l’échantillonnage préalable à l’événement à 35 ms au moins, et l’extension
de la durée de mesure correspondante à > 125 ms. Pour les pieux plus longs, il convient de tenir
compte de la longueur du pieu lors de la détermination de la durée de mesure. Il convient que le taux
d’échantillonnage minimum particulier adopté tienne compte du type de pieu et d’essai réalisé.
Tableau 1 — Essai d’impact dynamique: exigences générales relatives au traitement du signal
Paramètre Exigence
Taux d’échantillonnage ≥ 5 000 échantillons par
seconde
Durée de l’échantillonnage avant ≥ 10 ms
l’événement
Durée de la mesure ≥ 100 ms
Tableau 2 — Essai d’impact dynamique: exigences relatives au transducteur de déformation
Paramètre Exigence
Déformation maximale ≥ 0,015
Fréquence de résonance ≥ 2 000 Hz
Tableau 3 — Essai d’impact dynamique: exigences relatives au transducteur d’accélération
Paramètre Exigence
Tableau 3 (suite)
Linéarité jusqu’à 2 000 g
et 2 000 Hz
Tableau 4 — Essai d’impact dynamique: mesure du déplacement au moyen d’un théodolite
contrôlable à distance durant l’application de la charge
Paramètre Exigence
Taux d’échantillonnage ≥ 10 000 échantillons par
seconde
Exactitude < 1 mm
L’ensemble de l’équipement utilisé pour mesurer la déformation, le déplacement et l’accélération lors
d’un essai doit être étalonné. L’équipement doit être contrôlé régulièrement. Les résultats de ces
contrôles doivent être consignés et conservés avec l’étalonnage le plus récent. Ces données doivent être
accessibles sur demande avant le début de l’essai.
Le temps entre les contrôles et les étalonnages n’est pas spécifié, car la durée de validité d’un étalonnage
peut dépendre du type de dispositif de mesure et des recommandations des fabricants. Toutefois, les
contrôles doivent être suffisamment détaillés pour permettre de s’assurer que tous les dispositifs de
mesure fonctionnent correctement pendant l’essai. Afin de s’affranchir des effets du transport et du
passage du temps, il est préférable que les contrôles soient réalisés juste avant les essais. Parfois, par
exemple en cas d’utilisation fréquente, ou de changement d’un ou plusieurs composants, ou encore de
suspicion de détérioration, un étalonnage et un contrôle supplémentaires peuvent être nécessaires.
La déformation (ε) en fonction du temps (t) induite dans la tête du pieu par la charge dynamique doit
être mesurée par au minimum deux transducteurs de déformation, montés dans la direction axiale et
en paires diamétralement opposées (voir l’Annexe C). L’accélération a en fonction du temps (t) de la tête
du pieu, doit être mesurée par au minimum un transducteur d’accélération, monté dans une direction
axiale (voir l’Annexe C).
4.3.3 Mesures et enregistrements exigés pour la formule de fonçage de pieux ou l’analyse de
l’équation d’onde
Le déplacement permanent du pieu à chaque impact du mouton, appelé tassement par coup(s), est
enregistré en comptant manuellement le nombre de coups pour une distance unitaire de pénétration,
sur au moins le dernier mètre de pénétration du pieu.
Préalablement à l’essai, il convient que des repères de distance soient clairement marqués sur le pieu
soumis à l’essai. Dans le cas d’un fonçage continu, les coups sont comptés pour une pénétration unitaire.
En variante, il est possible de déterminer la pénétration pour un nombre de coups défini.
Le tassement par coup est déterminé soit par une mesure optique du niveau par rapport à un point de
référence qui n’est pas affecté par les opérations de fonçage des pieux, soit en observant visuellement
les repères sur le pieu à leur passage au niveau d’une poutre de référence stable qui n’est pas affectée
par le processus d’essai du pieu. Le Tableau 5 présente les exigences de mesure optique du niveau.
Tableau 5 — Exigences relatives au déplacement de l’essai de chargement dynamique pour le
tassement par coup, dans le cas d’une détermination à l’aide d’un instrument de niveau optique
Paramètre Exigence
Exactitude ≤ 1 mm
Pour déterminer l’énergie transférée au pieu par le chargement dynamique, il est nécessaire de
connaître la masse du piston ou mouton et sa hauteur de chute.
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Énergie potentielle du système de fonçage:
E = m × g × h (1)
p
où
E est l’énergie potentielle ;
p
m est la masse du piston ou du mouton ;
g est l’accélération de la pesanteur (g = 9,8 m/s );
h est la hauteur de chute (ou course) de laquelle a chuté la masse ou le mouton.
La hauteur de chute ou course est mesurée par une estimation visuelle, uniquement si le piston est
visible.
L’énergie cinétique de la masse ou du piston juste avant l’impact est donnée par:
E = m × v/2 (2)
k
où
E est l’énergie cinétique ;
k
v est la vitesse de la masse ou du piston avant l’impact.
La vitesse du piston avant l’impact peut être mesurée par des contacteurs de proximité placés dans
l’enveloppe du mouton.
5 Mode opératoire d’essai
5.1 Préparation d’un essai
Avant l’essai, il est recommandé d’établir un plan d’exécution cohérent avec le rapport final prévu,
présenté à l’Article 7. Il convient que ce plan comprenne les éléments suivants, le cas échéant:
a) objectifs de l’essai;
b) conditions du terrain et d’eau souterraine avec référence aux rapports d’étude du site
correspondants;
c) emplacements topographiques, types et spécifications des pieux d’essai;
d) valeurs maximales permises de charge et de contraintes sur le pieu et de déplacement du pieu;
e) déplacement du pieu exigé et charge appliquée;
f) spécification du dispositif de chargement;
g) spécifications des dispositifs de mesure et certificats d’étalonnage le cas échéant;
h) spécifications des dispositifs de mesure supplémentaires;
i) plan du site d’essai;
j) programme d’essai;
k) liste du personnel clé, faisant apparaître les personnes responsables de la supervision, de la
sécurité, de l’exécution des essais, de l’enregistrement des données et des autres tâches;
l) exigences logistiques relatives au site (par exemple, terrain plat, exigences et limites relatives aux
véhicules, plan de levage, espace de travail autour du pieu, etc.);
m) accessibilité du pieu pour la fixation de capteurs;
n) procédures mises en place pour éviter d’endommager les pieux et pour détecter les dommages
causés aux pieux dans le cas de pieux coulés en place;
o) évaluation de la faisabilité d’essai par analyse de l’équation d’onde;
p) exigences relatives à la sécurité.
Il est recommandé que le plan d’exécution soit disponible au minimum sept jours avant le début des essais.
5.2 Exigences relatives à la sécurité
5.2.1 Personnes et équipement dans la zone environnante
La sécurité du personnel et de l’équipement dans la zone environnante doit recevoir toute l’attention
nécessaire pendant l’exécution de l’essai. Par ailleurs, le cas échéant, il est recommandé qu’elle soit
conforme à l’EN 16228.
Les personnes présentes dans les bâtiments voisins susceptibles d’être affectés par l’essai doivent être
informées de la nature et du programme des essais qui vont être conduits. Aucune notification distincte
des essais de chargement dynamique n’est exigée lorsque les essais sont intégrés à un programme plus
vaste d’installation de pieux par déplacement et lorsqu’une notification a déjà eu lieu.
Lorsque cela est possible, il est recommandé d’éviter de perturber les processus sensibles aux vibrations
dans les bâtiments voisins. Lorsque des essais sont entrepris à proximité de bâtiments, il convient de
prendre en compte l’âge, l’intégrité et la sensibilité de leurs structures.
5.2.2 Pieu d’essai
Il convient que le pieu d’essai soit conçu, fabriqué et installé de sorte qu’il ne soit pas détérioré par la
charge de compression maximale qui sera exercée pendant l’essai. Comme les pieux coulés en place
(pieux forés, tarière à vis ou autres pieux formés par injection) ne sont normalement pas conçus pour
un chargement dynamique, il est recommandé de renforcer les têtes de pieux par un casque en acier.
Il est recommandé de définir les contraintes permises de compression et de tension applicables au
pieu, avant de procéder à l’essai et de comparer ces contraintes à l’analyse de l’équation d’onde pour le
pieu. Pour les pieux coulés en place, il convient de réaliser un essai d’intégrité avant et après l’essai de
chargement dynamique.
NOTE Pendant un essai de chargement dynamique, le pieu d’essai est soumis à une charge à l’aide d’une force
susceptible de dépasser les charges d’essai statiques équivalentes. Les pieux d’essai doivent être conçus pour
résister aux contraintes supérieures qui en résultent. Dans le cas des pieux en béton, un coussinet de pieu est
généralement utilisé pour réduire les contraintes et les répartir uniformément.
Dans le cas des pieux de travail, le déplacement final cumulé maximal de la tête du pieu doit être
convenu avant de commencer l’essai. Dans des circonstances normales et en l’absence de l’approbation
préalable de toutes les parties concernées, le déplacement de la tête du pieu ne doit pas dépasser 10 %
du diamètre (équivalent).
5.3 Préparation du pieu
La tête du pieu doit être plate, plane, perpendiculaire à l’axe du pieu et ne doit pas être détériorée.
Les têtes des pieux en béton doivent être protégées par un coussinet. La longueur du pieu d’essai au-
dessus de la surface du terrain doit être suffisante pour permettre la fixation de dispositifs de mesure.
L’Annexe C fournit des propositions de positionnement des transducteurs et des informations sur les
extensions de pieux.
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5.4 Timing des essais
5.4.1 Généralités
La résistance à la compression d’un pieu tend à varier de manière significative en fonction du temps
écoulé entre l’installation et l’essai. Il est recommandé de prendre ce paramètre en compte lors des
essais de chargement dynamique car les essais peuvent être réalisés lors de l’installation du pieu, ou
plus tard.
5.4.2 Fonçage – suivi en continu et fin de l’essai de fonçage initial
Lors du fonçage continu d’un pieu en vue de son installation, chaque impact peut être considéré comme
un essai de chargement dynamique indépendant. En général, un calcul de résistance à la compression
est réalisé lorsque le pieu pénètre ce qui est considéré comme une couche de terrain compétente ou
lorsqu’il atteint la pénétration finale.
Lorsque la résistance du terrain peut être réduite en fonçant le pieu en continu, les résistances à la
compression déterminées lors du fonçage initial ou à la fin du fonçage initial peuvent être inférieures
à celles déterminées par des essais de chargement statique de pieux. Pour certaines conditions de sol,
la résistance à la compression à la fin du fonçage peut également être supérieure à la résistance à la
compression en re-fonçage. Il est recommandé d’accorder toute l’attention nécessaire au fait qu’il existe
un risque d’écart dans la résistance à la compression caractéristique mesurée pour un pieu en fonction
du moment auquel a lieu l’essai.
5.4.3 Re-fonçage
Le re-fonçage est un essai de chargement dynamique réalisé quelque temps après l’installation du
pieu et constitue une opération distincte des essais réalisés lors de l’installation d’un pieu. On peut
considérer qu’un essai de chargement dynamique réalisé lors d’un re-fonçage est moins influencé
par le processus d’installation du pieu si un temps suffisant a pu s’écouler après l’installation. Il est
recommandé d’évaluer le timing optimal d’un essai de chargement dynamique de re-fonçage pour les
conditions propres au terrain du site.
Lorsqu’un re-fonçage donne une résistance de pieu inférieure à celle mesurée lors du fonçage
d’installation, celle-ci doit être utilisée comme base pour l’évaluation de la résistance ultime à la
compression (EN1997 -1: 2004+A1: 2013, Article 7). Si le re-fonçage donne des résultats supérieurs, ceux-
ci peuvent être pris en compte.
Pour certaines conditions de terrain, il est recommandé de réaliser un re-fonçage. Il est généralement
recommandé de réaliser un re-fonçage lorsque le sol est limoneux, sauf si une expérience comparable
locale a montré que cela n’est pas nécessaire.
NOTE Le re-fonçage de pieux flottants dans des sols argileux conduit normalement à une moindre résistance
à la compression.
5.4.4 Pieux forés ou coulés en place
Entre l’installation du pieu d’essai foré ou coulé en place et le début de l’essai, il est nécessaire d’attendre
un temps suffisant afin de s’assurer que le matériau du pieu a atteint la résistance nécessaire et que le
sol a eu le temps de récupérer suite à l’installation du pieu et à la dissipation des pressions de l’eau
interstitielle et aux autres aspects, tels que la génération de chaleur par le forage ou la prise du béton.
Pendant ce temps, le pieu ne doit pas êt
...
Questions, Comments and Discussion
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