ISO 22476-7:2012

NORME ISO
INTERNATIONALE 22476-7
Première édition
2012-12-01
Reconnaissance et essais
géotechniques — Essais en place —
Partie 7:
Essai au dilatomètre rigide diamétral
Geotechnical investigation and testing — Field testing —
Part 7: Borehole jack test
Numéro de référence
ISO 22476-7:2012(F)
©
ISO 2012

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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction . v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions et symboles . 1
3.1 Termes et définitions . 1
3.2 Symboles et abréviations . 2
4 Appareillage . 3
5 Mode opératoire . 8
5.1 Étalonnage du dispositif d’essai . 8
5.2 Forage de la cavité et mise en place du dispositif . 8
5.3 Programme de chargement . 9
5.4 Remblayage du trou de forage .10
5.5 Exigences de sécurité .10
6 Résultats d’essai . 11
6.1 Équations de base . 11
6.2 Essais de chargement . 11
6.3 Essai de chargement sous contrainte constante .12
7 Rapport .12
7.1 Généralités .12
7.2 Rapport des résultats d’essai .12
7.3 Choix de la mise à l’échelle des axes .14
7.4 Présentation des résultats d’essai .14
Annexe A (normative) Dimensions des sondes dilatométriques rigides et facteurs de forme du
dispositif associés .15
Annexe B (normative) Étalonnage et correction .16
Annexe C (normative) Exemple de rapport du terrain .17
Annexe D (informative) Exemple d’essai.18
Annexe E (normative) Introduction de la sonde dilatométrique rigide dans le terrain .20
Annexe F (normative) Résolutions et incertitudes .22
Bibliographie .23
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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 22476-7 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
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ISO 22476-7:2012(F)
Introduction
Les résultats des essais au dilatomètre rigide diamétral dans les forages peuvent être utilisés pour les calculs de
déformation à condition que la plage des contraintes appliquée lors de l’essai soit représentative des contraintes
exercées par la fondation prévue. L’expérience locale améliore normalement l’application des résultats.
Pour l’identification et la classification du terrain, les résultats du prélèvement (selon l’ISO 22475-1) issu de
chaque trou de forage sont disponibles pour l’évaluation des essais. De plus, les résultats de l’identification et de
la classification (ISO 14688-1 et ISO 14689-1) sont disponibles pour chaque couche distincte de terrain prélevée
à la profondeur de reconnaissance souhaitée [voir l’EN 1997-2:2007, 2.4.1.4(2) P, 4.1 (1) P et 4.2.3(2) P].
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NORME INTERNATIONALE ISO 22476-7:2012(F)
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais en place —
Partie 7:
Essai au dilatomètre rigide diamétral
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 au dilatomètre rigide diamétral.
NOTE La présente partie de l’ISO 22476 traite des exigences relatives à l’essai au dilatomètre rigide diamétral qui est
[1] [2]
un des essais en place du domaine de la reconnaissance et des essais géotechniques selon l’EN 1997-1 et l’EN 1997-2 .
La présente partie de l’ISO 22476 spécifie le mode opératoire permettant de réaliser un essai au dilatomètre
rigide diamétral dans un terrain suffisamment ferme pour ne pas être affecté par l’opération de forage. Deux
coquilles de chargement en acier cylindriques et diamétrales sont mises en place dans le terrain et déplacées par
pression. La pression appliquée et le déplacement associé sont mesurés et enregistrés de manière à déterminer
la relation contrainte-déplacement du terrain dans la plage des contraintes estimées dans le cadre de l’étude.
La présente partie de l’ISO 22476 s’applique à des profondeurs d’essai ≤100 m et aux essais en milieu terrestre
ou aquatique.
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 10012, Systèmes de management de la mesure — Exigences pour les processus et les équipements de mesure
ISO 14688-1, Reconnaissance et essais géotechniques — Dénomination, description et classification des
sols — Partie 1: Dénomination et description
ISO 14689-1, Reconnaissance et essais géotechniques — Dénomination et classification des roches —
Partie 1: Dénomination et description
ISO 22475-1, Reconnaissance et essais géotechniques — Méthodes de prélèvement et mesurages
piézométriques — Partie 1: Principes techniques des travaux
Guide ISO/CEI 98-3, Incertitude de mesure — Partie 3: Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure
(GUM:1995)
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
appareillage pour l’essai au dilatomètre rigide diamétral
sonde dilatométrique rigide, pompe hydraulique, dispositif de mesure et câbles pour raccorder la sonde au
dispositif de mesure et à la pompe hydraulique
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3.1.2
sondage au dilatomètre rigide
ensemble des opérations successives nécessaires pour réaliser un essai au dilatomètre rigide diamétral en
un emplacement donné, c’est-à-dire permettant la réalisation d’un trou de forage et des essais au dilatomètre
rigide diamétral dans ce trou de forage
3.1.3
cavité pour l’essai au dilatomètre rigide diamétral
cavité cylindrique réalisée par forage et destinée à recevoir la sonde dilatométrique rigide
3.1.4
sonde dilatométrique rigide
instrument cylindrique dans lequel deux coquilles diamétralement opposées à surface extérieure courbe sont
écartées par l’application d’une pression hydraulique à un ou plusieurs petits vérins situés entre elles
3.1.5
essai au dilatomètre rigide diamétral
processus d’application de deux coquilles de chargement cylindriques diamétralement opposées contre la
paroi d’un forage et de mesurage du déplacement associé en fonction de la pression et du temps
Voir Figure 1.
NOTE Lorsque les essais sont réalisés dans un forage dans lequel la charge hydraulique dans la ligne d’alimentation
de la sonde est susceptible de dépasser la charge hydraulique du fluide dans le forage, il faut envisager de limiter de
l’expansion de la sonde avant sa mise en place dans la cavité et à la fin de l’essai.
3.1.6
profondeur de l’essai
distance entre le niveau du terrain naturel et le milieu des coquilles de chargement mesurée selon la direction
de l’axe du forage
Voir Figure 2.
3.1.7
opérateur
personne qualifiée réalisant l’essai
3.2 Symboles et abréviations
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les symboles et abréviations du Tableau 1 s’appliquent.
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Tableau 1 — Symboles
Symbole Description Unité
2
A Aire de la surface projetée d’es coquilles de chargement cylindriques sur le plan normal m
à la direction du déplacement
2
Aire de la section transversale d’un cylindre de vérin m
A
c
b Largeur des coquilles de chargement mm
Diamètre de fabrication du vérin mm
d
d Diamètre initial de la cavité d’essai mm
0
Diamètre actuel de la cavité d’essai mm
d
c
Diamètre de la cavité au début de l’essai mm
d
s
e Déplacement de la coquille associée au chargement mm
Déplacement des coquilles de chargement au temps t ou à la pression p mm
e
1 1
1
Déplacement des coquilles de chargement au temps t ou à la pression p mm
e
2 2 2
Variation du déplacement des coquilles de chargement égale au déplacement diamétral mm
Δe
i
de la paroi de forage
Module d’essai au dilatomètre rigide diamétral pour la phase de chargement MPa
E
B
E Module d’essai au dilatomètre rigide diamétral pour la phase de déchargement MPa
U
Facteur de forme du dispositif -
f
paramètre de déformation dépendant du temps mm
k
f
l Longueur axiale des coquilles de chargement mm
Distance entre les axes des capteurs mm
l
T
p Pression appliquée MPa
Contrainte de contact moyenne calculée MPa
p
c
Contrainte de contact maximale MPa
p
max
Pression de contact initiale MPa
p
s
p Pression au temps t MPa
1
1
Pression au temps t MPa
p
2
2
Pression hydraulique régnant dans un vérin MPa
q
q Pression hydraulique maximale à atteindre MPa
max
Pression au début de l’essai MPa
q
s
Résistance au frottement dans un cylindre de vérin MPa
r
c
t Temps min
Durée 1 d’un essai à contrainte constante min
t
1
Durée 2 d’un essai à contrainte constante min
t
2
z Profondeur de l’essai m
Profondeur de la nappe m
z
w
Angle d’inclinaison des coquilles de chargement °
α
β Angle d’ouverture des coquilles de chargement °
Variation de la contrainte de contact moyenne calculée MPa
Δp
c
ν Coefficient de Poisson -
4 Appareillage
Le principe de l’essai au dilatomètre rigide diamétral est représenté à la Figure 1.
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Légende
1 surface du terrain
2 trou de forage
3 cavité d’essai
4 coquilles de chargement
p pression appliquée
A-A coupe axiale
B-B coupe transversale
Figure 1 — Exemple d’essai au dilatomètre rigide diamétral
L’appareillage permettant de réaliser des essais au dilatomètre rigide diamétral doit comprendre les éléments
représentés à la Figure 2.
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Légende
1 tiges de manœuvre
2 câble transmettant le signal émis par les capteurs
3 dispositif de mesure
4 manomètre
5 pompe hydraulique
6 tube d’alimentation du fluide sous pression
7 tube de collecte des sédiments
8 sonde dilatométrique rigide
9 coquille de chargement
β angle d’ouverture
d diamètre initial de la cavité d’essai
0
b largeur de la coquille de chargement
z profondeur de l’essai
B-B coupe transversale
Figure 2 — Diagramme de l’appareillage dilatométrique rigide (profondeur inférieure à 100 m)
Les éléments suivants sont obligatoires:
— sonde dilatométrique rigide (N° 8 à la Figure 2);
— tube d’alimentation du fluide sous pression (N° 6 à la Figure 2);
— câble transmettant le signal émis par les capteurs (N° 2 à la Figure 2);
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— dispositif de mesurage (N° 3 à la Figure 2);
— pompe hydraulique (N° 5 à la Figure 2);
— manomètre (N° 4 à la Figure 2).
Les éléments suivants sont recommandés:
— tube de collecte des sédiments pour protéger des effondrements (N° 7 à la Figure 2);
— tiges de manœuvre (N° 1 à la Figure 2).
Le diamètre nominal du forage doit être de quelques millimètres plus important que le diamètre extérieur de la
sonde dilatométrique rigide fermée.
NOTE Dans le cas d’un diamètre de forage de 101 mm, il a été démontré qu’une sonde dilatométrique rigide de
95 mm de diamètre extérieur est appropriée.
L’Annexe A fournit les caractéristiques géométriques de différents instruments.
La pression hydraulique appliquée dans les vérins entre les coquilles de chargement doit être mesurée au
moyen d’un capteur électrique placé dans la sonde (voir Figure 3). La pression peut être enregistrée par un
dispositif de mesurage approprié à la surface du terrain.
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Légende
1 capteur de déplacement
2 vérins hydrauliques (n° variable)
3 surface de contact sphérique
4 coquille de chargement
5 axe d’expansion cylindrique
b largeur de la coquille de chargement
D diamètre de fabrication du vérin
l longueur axiale des coquilles de chargement
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l distance entre les axes des capteurs
T
A-A coupe axiale
B-B coupe transversale
Figure 3 — Croquis d’une sonde dilatométrique rigide dilatée: coupe axiale et transversale
Le déplacement des coquilles de chargement doit être suivi par un ou plusieurs capteurs électriques. Si le
déplacement des coquilles de chargement s’effectue sous l’effet de vérins hydrauliques, il convient qu’au
moins deux de ces capteurs soient raccordés en parallèle de sorte que toute inclinaison des coquilles de
chargement soit enregistrée. Si les coquilles ne peuvent pas s’incliner, un seul capteur suffit.
Le tube d’alimentation du fluide sous pression et le câble transmettant le signal émis par les capteurs doivent
relier la sonde dilatométrique située dans le forage aux dispositifs de mesure et de régulation en surface. Le
tube d’alimentation du fluide sous pression doit être raccordé à une pompe hydraulique et à un manomètre. Le
câble transmettant le signal émis par les capteurs doit relier les capteurs à l’intérieur de la sonde dilatométrique
au dispositif de mesure.
5 Mode opératoire
5.1 Étalonnage du dispositif d’essai
Avant l’essai, l’appareillage doit avoir été étalonné et les corrections applicables doivent avoir été déterminées
(voir Annexe B). Des exemplaires des documents de l’étalonnage doivent être disponibles sur le chantier. Les
éléments suivants de l’appareillage doivent être étalonnés:
— le dispositif de mesurage du déplacement;
— le dispositif de mesurage de la pression.
Si une partie du dispositif est réparée ou remplacée, l’étalonnage doit être vérifié.
5.2 Forage de la cavité et mise en place du dispositif
Un échantillon doit être récupéré selon l’ISO 22475-1 à la profondeur de l’essai avant de réaliser l’essai au
dilatomètre rigide diamétral.
Dans les forages dont les parois ne sont pas stables, un tubage de diamètre adapté doit être placé à 1,0 m au-
dessus de l’emplacement de l’essai souhaité. Un trou de forage ou une cavité d’environ 3 m de longueur doit
alors être creusé(e) au diamètre nominal de la sonde.
La cavité doit être forée et la sonde dilatométrique descendue dans le forage à l’emplacement de l’essai en
perturbant au minimum le terrain soumis à essai (Voir Annexe E). Il convient de prêter une attention particulière
aux effets éventuels de la sédimentation dans le forage.
La sonde dilatométrique doit être mise immédiatement en place dans la cavité. Si nécessaire, la sonde peut
être orientée dans la cavité par rotation des tiges de manœuvre. La sonde dilatométrique doit être placée dans
la cavité de sorte que les bords supérieurs des coquilles se trouvent à au moins 0,5 m de la partie supérieure
de la cavité. Les bords inférieurs des coquilles de chargement doivent se trouver à plus de 0,5 m de la base
de la cavité.
Il convient que les essais au dilatomètre rigide diamétral ne soient pas réalisés dans un terrain où la stabilité
de la paroi du forage n’est pas garantie.
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5.3 Programme de chargement
5.3.1 Généralités
La pression hydraulique maximale, q , à utiliser pendant l’essai doit être décidée en tenant compte de la
max
contrainte maximale attendue appliquée au terrain par la structure proposée.
Il est possible de choisir entre deux modes opératoires pour réaliser l’essai:
— des essais incluant des phases de chargement, déchargement et rechargement;
— des essais dans lesquels les effets relatifs au temps sont importants. Ces essais doivent être conçus
individuellement en fonction des exigences exactes des données.
Dans le premier mode opératoire, au moins trois cycles de déchargement/rechargement doivent être effectués
au cours de la phase de chargement. Le programme de ces cycles de déchargement/rechargement doit être
indiqué dans les spécifications de l’essai ou décidé en fonction de l’évolution observée de l’essai. La valeur
de la pression du premier déchargement doit être décidée par référence à la contrainte de contact initiale (voir
6.1.1). Avant le début de la phase de déchargement lors d’un cycle de rechargement, suffisamment de temps
doit être accordé pour que les effets relatifs au temps deviennent négligeables.
5.3.2 Phase de chargement
Au début de l’essai, les coquilles de chargement doivent être déplacées lentement jusqu’à ce qu’elles entrent
en contact avec la paroi de la cavité d’essai. Ce contact est indiqué par une augmentation brutale de la
pression hydraulique. Il doit s’agir de la pression de contact initiale p . La pression doit être augmentée jusqu’à
s
atteindre la pression, q , qui doit être choisie entre 2 % et 5 % de la pression maximale prévue (voir Figure 4).
s
En partant de cette pression de contact initiale, le sol ou la roche doit être chargé(e) par paliers de pression
successifs. La durée de ces paliers doit généralement être comprise entre 1 et 3 minutes. Les lectures
simultanées de la pression et du déplacement des coquilles de chargement sont enregistrées. Chaque phase
de chargement doit être réalisée en 5 à 8 pas. Avant le début de chaque déchargement dans un cycle de
déchargement/rechargement, la pression doit être maintenue constante jusqu’à ce que les effets du temps
aient diminué jusqu’à une valeur acceptable.
Les écarts par rapport au mode opératoire d’essai doivent être rapportés individuellement et leur influence sur
les résultats d’essai doit être expliquée.
Légende
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a
Première phase de chargement.
b
Deuxième phase de chargement.
c
Troisième phase de chargement.
Figure 4 — Exemple de programme d’essai de chargement
5.3.3 Phase de déchargement
Une fois la pression hydraulique maximale atteinte pour la phase de chargement, la charge doit être diminuée
par étapes et les lectures de la pression et du déplacement des coquilles de chargement enregistrées.
La pression hydraulique dans une phase de déchargement ne doit jamais être inférieure à q . Le déroulement
s
exact d’un cycle de rechargement doit être indiqué dans les spécifications de l’essai ou décidée en fonction de
l’évolution observée de l’essai. Suffisamment de points de mesures doivent être disponibles dans un cycle de
rechargement pour donner une bonne définition du cycle complet.
5.3.4 Fin de chargement
La phase de chargement doit prendre fin lorsque
— la pression hydraulique maximale est atteinte, ou
— le déplacement maximal admissible des coquilles de chargement est atteint, ou
— l’angle d’inclinaison, α, des coquilles de chargement est supérieur à 3°. L’angle d’inclinaison est défini comme
différence entre les capteurse12t
tanα =
l
T
5.4 Remblayage du trou de forage
Lorsque les essais sont terminés, chaque trou de forage doit être remblayé et le site doit être remis en état
conformément aux spécifications indiquées dans l’ISO 22475-1.
5.5 Exigences de sécurité
Les réglementations nationales en matière de sécurité doivent être respectées; notamment celles relatives
— à l’appareillage pour la sécurité et la santé du personnel,
— au filtrage de l’air, si le travail s’effectue en atmosphère confinée,
— à la sécurité de l’appareillage.
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6 Résultats d’essai
6.1 Équations de base
6.1.1 Calcul de la contrainte de contact moyenne
La contrainte de contact moyenne, p , entre les coquilles de chargement et la paroi de forage doit être
c
déterminée par
F
p = (1)
c
A
où
A est l’aire de la surface projetée sur un plan d’une coquille de chargement;
F est la force exercée par les vérins sur une coquille de chargement:
Fn= Aq− r (2)
()
cc
où
n est le nombre de vérins;
q est la pression hydraulique;
A est l’aire de la section transversale de chaque cylindre de vérin;
c
r est une correction de l’effet du frottement qu’il faut déterminer par étalonnage (voir B.4).
c
6.1.2 Mode d’essai au dilatomètre rigide diamétral, E
B
Le module de l’essai au dilatomètre rigide, E , doit être déterminé par la formule générale
B
d
c
Ef=⋅ ⋅Δp (3)
B i
Δe
i
où
f est le facteur de forme du dispositif en fonction de l’angle d’ouverture des coquilles de chargement β
et du coefficient de Poisson ν;
NOTE Les facteurs de forme, f, pour les sondes utilisées sont donnés dans l’Annexe A.
d est le diamètre actuel de la cavité;
c
Δe est la variation du déplacement des coquilles de chargement résultant de Δp ;
i i
Δp est la variation de la contrainte de contact moyenne calculée.
i
E est toujours spécifique de la plage de contraintes considérée.
B
6.2 Essais de chargement
Les données d’essai doivent être représentées telles qu’à la Figure D.1. Le déplacement e des coquilles
de chargement est représenté en fonction de la contrainte de contact moyenne calculée p . Le module de
c
chargement E de l’essai au dilatomètre rigide diamétral doit être déterminé à partir des données d’essai Δe et
B
Δp conformément à l’Équation (3).
c
Lors de l’expression des résultats des essais au dilatomètre rigide diamétral, Δp doit uniquement être choisie
c
dans une plage d’une phase de chargement ou de déchargement. La phase qui est choisie détermine si le
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module mesuré est un module de chargement ou de déchargement. Une autre distinction est à faire entre le
premier module de chargement et les autres modules de rechargement (voir Tableau D.1 et Figure D.2). Tous
les modules doivent être calculés et rapportés individuellement (voir Tableau D.1). Les valeurs des modules
doivent être rapportées avec trois chiffres significatifs.
6.3 Essai de chargement sous contrainte constante
Afin d’évaluer la déformation du terrain en fonction du temps sous une contrainte constante (p = p ), le
1 2
déplacement mesuré des coquilles de chargement doit être représenté en fonction du logarithme de temps.
La pente correspond au paramètre de déformation dépendant du temps k . De manière analytique, k peut être
f f
déterminé par l’Équation (4) pour un niveau de pression maintenu constant p:
ee-
21
k = (4)
f
(lgltt- g)
21
où
e est le déplacement des coquilles de chargement au temps t ;
2 2
e est le déplacement des coquilles de chargement au temps t ;
1 1
avec p = p
1 2
7 Rapport
7.1 Généralités
Il convient que la présentation des résultats d’essai permette d’accéder facilement aux informations, par
exemple à partir de tableaux ou d’une représentation schématique standardisée. La présentation sous un
format numérique est possible pour faciliter l’échange des données.
Le paragraphe 7.2 décrit le contenu exigé pour
— le rapport du terrain des résultats de l’essai,
— le rapport d’essai, et
— chaque tableau et tracé de résultats d’essai.
Le rapport du terrain établi sur site et le rapport d’essai doivent contenir les informations indiquées en 7.2.
Les résultats de l’essai doivent être consignés de manière qu’ils puissent être vérifiés et compris par un tiers.
Les particularités o
...