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.
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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 22477-4:2018(E)
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ISO 2018
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ISO 22477-4:2018(E)
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Published in Switzerland
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ISO 22477-4:2018(E)
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
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ISO 22477-4:2018(E)
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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ISO 22477-4:2018(E)
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.
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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.
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ISO 22477-4:2018(E)
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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ISO 22477-4:2018(E)
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.
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ISO 22477-4:2018(E)
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
2
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.
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ISO 22477-4:2018(E)
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
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ISO 22477-4:2018(E)
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
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ISO 22477-4:2018(E)
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., frequ
...
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
ISO 22477-4:2018(F)
©
ISO 2018
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ISO 22477-4:2018(F)
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Publié en Suisse
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ISO 22477-4:2018(F)
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
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ISO 22477-4:2018(F)
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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ISO 22477-4:2018(F)
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.
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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.
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ISO 22477-4:2018(F)
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
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ISO 22477-4:2018(F)
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.
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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
2
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
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ISO 22477-4:2018(F)
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.
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ISO 22477-4:2018(F)
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’ess
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.