ISO 18674-8:2023
(Main)Geotechnical investigation and testing — Geotechnical monitoring by field instrumentation — Part 8: Measurement of loads: Load cells
Geotechnical investigation and testing — Geotechnical monitoring by field instrumentation — Part 8: Measurement of loads: Load cells
This document specifies the measurement of forces by means of load cells carried out for geotechnical monitoring. General rules of performance monitoring of the ground, of structures interacting with the ground, of geotechnical fills and of geotechnical works are presented in ISO 18674-1. This document is applicable to: — performance monitoring of geotechnical structures such as anchors, tiebacks, piles, struts, props and steel linings; — checking geotechnical designs and adjustment of construction in connection with the observational method; — evaluating stability during or after construction. This document is not applicable to devices where the load is purposely applied to geotechnical structures in the wake of geotechnical field tests such as calibrated hydraulic jacks for pull-out tests of anchors or load tests of piles. NOTE 1 This document fulfils the requirements for the performance monitoring of the ground, of structures interacting with the ground and of geotechnical works by the means of load cells as part of the geotechnical investigation and testing in accordance with References [2] and [3]. NOTE 2 ISO 18674-7 is intended to define the measurement of forces by means of strain or displacement gauges.
Reconnaissance et essais géotechniques — Surveillance géotechnique par instrumentation in situ — Partie 8: Mesure de charges: Cellules de charge
Le présent document spécifie la mesure des forces au moyen de cellules de charge en vue de réaliser une surveillance géotechnique. Les règles générales de surveillance des performances du terrain, des structures en interaction avec le terrain, des remblais et des travaux géotechniques sont présentées dans l’ISO 18674-1. Le présent document s’applique: — à la surveillance des performances des structures géotechniques telles que les ancrages, les boulons d’ancrage, les tirants d’ancrage, les pieux, les butons, les étais et les soutènements en acier; — au contrôle des calculs géotechniques et à l’ajustement d’une construction en lien avec la procédure observationnelle; — à l’évaluation de la stabilité durant ou après la construction. Ce document n'est pas applicable aux dispositifs où la charge est appliquée à dessein aux structures géotechniques à la suite d’essais géotechniques sur le terrain, tels que les vérins hydrauliques étalonnés pour les essais d’arrachement des ancrages ou les essais de charge des pieux. NOTE 1 Le présent document satisfait aux exigences relatives à la surveillance des performances du terrain, des structures en interaction avec le terrain et des ouvrages géotechniques au moyen de cellules de charge mises en œuvre dans le cadre des études et essais géotechniques conformément aux Références [2] et [3]. NOTE 2 L'ISO 18674-7 a pour objet de définir la mesure des forces au moyen de jauges de déformation ou de déplacement.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18674-8
First edition
2023-09
Geotechnical investigation and
testing — Geotechnical monitoring by
field instrumentation —
Part 8:
Measurement of loads: Load cells
Reconnaissance et essais géotechniques — Surveillance géotechnique
par instrumentation in situ —
Partie 8: Mesure de charges: Cellules de charge
Reference number
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and abbreviated terms.3
5 Instruments. 3
5.1 General . 3
5.2 Electric load cells . 4
5.3 Hydraulic load cells . 5
5.4 Instruments for specific applications . 6
5.4.1 Anchor load cells. 6
5.4.2 Load cell for cast-in-place concrete piles . 7
5.5 Measurement accuracy . 9
6 Installation and measuring procedure . 9
6.1 Installation . 9
6.1.1 General . 9
6.1.2 Anchor load cells. 10
6.1.3 Load cells at the base of cast-in-place concrete piles . 10
6.1.4 Load cells for struts across excavations . 11
6.2 Carrying out the measurement . . . 11
6.2.1 Instrumentation check and calibration . 11
6.2.2 Measurement .12
7 Data processing and evaluation .12
8 Reporting .13
8.1 Installation report . 13
8.2 Monitoring report . 13
Annex A (informative) Geotechnical applications .14
Annex B (informative) Measuring examples .15
Bibliography .33
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ISO 18674-8:2023(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 document 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).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use
of (a) patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed
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For an explanation of 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
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 182, Geotechnics, in collaboration with
the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 341, Geotechnical
Investigation and Testing, in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and
CEN (Vienna Agreement).
A list of all parts in the ISO 18674 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
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Geotechnical investigation and testing — Geotechnical
monitoring by field instrumentation —
Part 8:
Measurement of loads: Load cells
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1 Scope
This document specifies the measurement of forces by means of load cells carried out for geotechnical
monitoring. General rules of performance monitoring of the ground, of structures interacting with the
ground, of geotechnical fills and of geotechnical works are presented in ISO 18674-1.
This document is applicable to:
— performance monitoring of geotechnical structures such as anchors, tiebacks, piles, struts, props
and steel linings;
— checking geotechnical designs and adjustment of construction in connection with the observational
method;
— evaluating stability during or after construction.
This document is not applicable to devices where the load is purposely applied to geotechnical
structures in the wake of geotechnical field tests such as calibrated hydraulic jacks for pull-out tests of
anchors or load tests of piles.
NOTE 1 This document fulfils the requirements for the performance monitoring of the ground, of structures
interacting with the ground and of geotechnical works by the means of load cells as part of the geotechnical
investigation and testing in accordance with References [2] and [3].
NOTE 2 ISO 18674-7 is intended to define the measurement of forces by means of strain or displacement
gauges.
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.
ISO 7500-1, Metallic materials — Calibration and verification of static uniaxial testing machines — Part 1:
Tension/compression testing machines — Calibration and verification of the force-measuring system
ISO 18674-1:2015, Geotechnical investigation and testing — Geotechnical monitoring by field
instrumentation — Part 1: General rules
3 Terms and definitions
For the purposes of this document the terms and definitions given in ISO 18674-1 and the following
apply.
1
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ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
load cell
field instrument for monitoring forces acting in geotechnical structures
Note 1 to entry: Load cells are commonly placed at an end of a structural member where forces are transmitted
from one member to another.
EXAMPLE Load cell at the anchor head where the force acting in the anchor tendon is transmitted to a
retaining wall.
Note 2 to entry: Common load cells are electric (see 3.2) and hydraulic (see 3.3) measuring principles.
Note 3 to entry: Indispensable components of load cells are a load bearing element and load distribution plates
for transmitting forces between structural members.
Note 4 to entry: Load cells are not useful for fully grouted rock bolts.
3.2
electric load cell
instrument with an elastically-behaving body which deforms under the applied force, where the
resulting deformation is measured by electric sensors
Note 1 to entry: An example of such body is a steel cylinder (see Figure 2).
Note 2 to entry: For typical electric sensors, see 5.2.4.
3.3
hydraulic load cell
instrument with a flat liquid-filled compartment where the force to be monitored acts normal to the
flat distribution plates on the sides of the compartment and where the pressure in the liquid of the
compartment is measured by a pressure measuring device
Note 1 to entry: See Figure 3.
Note 2 to entry: The compartment is formed by two steel plates, welded together around their peripheries, where
the intervening cavity is filled with a liquid (de-gassed fluid).
3.4
anchor load cell
purpose-designed load cell with a centric passage to accommodate the anchor tendon
Note 1 to entry: See Figure 4.
Note 2 to entry: The tendon typically comprises a bar, strands or wires.
3.5
nominal range
range over which the load cell is calibrated
Note 1 to entry: Other terms which are used in practice are, for example, load range, nominal load, capacity, full-
scale capacity or measuring range.
Note 2 to entry: Outside of the nominal range, the load cell is not calibrated and therefore the measurements are
not reliable.
2
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3.6
over range
maximum load that can be applied on the load cell, without damaging the load cell
Note 1 to entry: Other terms which are used in practice are, for example, “overrange capacity” or “overload”.
4 Symbols and abbreviated terms
Symbol Name Unit
B smallest dimension in cross section of structural member m
D outer diameter m
o
F axial force acting in a member N
FS full scale -
H height m
P installation load N
a
P effective axial load N
e
F reaction force in the anchor head N
R
P axial load N
R pile toe resistance N
T
T temperature °C
t elapsed time s, min, h, d
z depth m
α angle between the tendon at the anchor head and the anchor axis degree
5 Instruments
5.1 General
5.1.1 A load cell can be either electric (see 5.2) or hydraulic (see 5.3).
NOTE Other types of load cells, such as mechanical or photo-elastic are not considered in this document.
5.1.2 The maximum load anticipated in the lifetime of the monitoring project plus a margin of 10 %
to 30 % shall not exceed the nominal range of the load cell after installation (see 6.1.1.7).
NOTE 1 Too large a margin reduces the accuracy of the measurements.
NOTE 2 The measurement in the lower end (5 % to 10 %) of the nominal range is often less accurate.
5.1.3 At the measuring location, the force acting in a structural member shall be transmitted through
the load cell via load distribution plates. Spherical distribution plates may be used to improve an aligned
load distribution.
NOTE See Figure 1 for an example of a spherical distribution plate.
3
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Key
1 concave plate
2 convex plate
3 PTFE fabric
Figure 1 — Spherical load distribution plate (example)
5.1.4 The load cell shall have a specified load bearing element.
EXAMPLE See 1 in Figure 2 and 2 to 4 in Figure 3.
5.1.5 The material of the load bearing element (e.g. 1 in Figure 2) of the cell should be mechanically
stable.
EXAMPLE Heat-treated steel grade S355J2+N according to Reference [4].
5.1.6 The influence of temperature on the load measurement shall be considered and documented.
Exposure of the load cell to direct sunlight or other heat sources should be avoided or minimised. The
load cells should be designed to minimize temperature errors.
NOTE 1 The readings of load cells are affected by temperature changes. The use of temperature-compensated
sensors decreases the influence of temperature changes on the measurements. Information for temperature
correction of the load cell are commonly provided by the manufacturer.
NOTE 2 Independent temperature measurements in the vicinity of the load cell assist in the evaluation of the
load measuring results.
NOTE 3 Temperature changes can also affect the loads within the structural members, see ISO 18674-1:2015,
5.3.1.
5.2 Electric load cells
5.2.1 Electric load cells should have features as shown in Figure 2.
NOTE The load bearing element is usually either a solid cylinder or a hollow cylinder, see 1 in Figure 2.
5.2.2 Cylindrical load bearing elements should have a height H to outer diameter D ratio within the
o
range of 0,1 ≤ H/D ≤ 2.
o
NOTE 1 H/D > 2 tends to decrease the stability of the load cell assembly.
o
NOTE 2 The quality of the measurements of load cells with low ratios of H/D can be more sensitive to
o
imperfections on alignment, placement and load distribution plates.
4
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a) Top view b) Side view
Key
D outer diameter of load bearing element (1) 3 O-ring
o
P load 4 electric sensor (here: full-bridge strain gauges)
H height of load bearing element (1) 5 electric cable
1 load bearing element (here: hollow cylinder) 6 control and readout unit
2 protective cylindrical cover 7 upper load distribution plate
8 lower load distribution plate
Figure 2 — Features of an electric load cell (example, see Reference [5])
5.2.3 The deformation of the load bearing element shall be measured by electrical sensors.
5.2.4 The sensor can be based on either strain gauge, piezo-electric, vibrating wire or capacitive
measuring principles, configured in such a way that the influence of eccentric loading is minimised.
NOTE 1 The influence of eccentric loading can be typically minimised by using multiple sensors spaced evenly
around the cylinder and at equal distance from the axis.
NOTE 2 The output signal of an electrical strain gauge load cell can depend on the power supply of the logging
device, when not properly designed.
5.3 Hydraulic load cells
5.3.1 Hydraulic load cells should have features as shown in Figure 3.
NOTE Elements 2, 3 and 4 of Figure 3 form a liquid-filled compartment. Any change in the magnitude of the
load P results in a change of the pressure of the liquid in the compartment (4 in Figure 3).
5
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Key
P load 4 liquid-filled compartment
1 upper load distribution plate 5 lower load distribution plate/bearing plate
2/3 load cell plates 6 pressure measuring unit (here: electric pressure
transducer)
Figure 3 — Features of a hydraulic load cell
5.3.2 The pressure measuring unit (6 in Figure 3) should be positioned as close as practically feasible
to the liquid-filled compartment.
NOTE An increased spacing between the liquid-filled compartment (4) and the pressure measuring unit (6)
results in a decreased stiffness of the load measuring system influencing the measurement.
5.3.3 The pressure measuring unit can be either a Bourdon gauge or an electric pressure transducer.
5.4 Instruments for specific applications
NOTE See Annex A.
5.4.1 Anchor load cells
5.4.1.1 Anchor load cells shall have an axial centric passage to accommodate the anchor tendon.
NOTE See Figures 1 and 4.
5.4.1.2 Anchor load cells can be of an electric (see 5.2) or hydraulic type (see 5.3).
5.4.1.3 At the measuring location, the anchor load shall be transmitted through the load cell via load
distribution plates. The load distribution plates shall be designed to withstand yielding at capacity load
and to limit distortions when distributing the load to the structure.
NOTE 1 See 7 and 8 in Figure 2 and 1 and 5 in Figure 3.
NOTE 2 Common are heat-treated steel load distribution plates of a H/D -ratio of about 0,22 to 0,30.
o
NOTE 3 The plate between the bearing element and the load cell (8 in Figure 2 and 5 in Figure 3) is commonly
referred to as bearing plate.
6
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5.4.1.4 The hole for feeding the anchor tendon through a load distribution plate shall be in the centre
of the plate.
5.4.1.5 For anchor tendons, spherical seats or wedges may be used to improve aligned load
distribution.
NOTE 1 See Figures 4 a) and b).
NOTE 2 Deviations from the perpendicular alignment between the load distribution plates and the anchor
tendon generate a force component which acts in transverse direction of the load cell. This effect, which affects
the accuracy of the anchor load measurement, cannot be avoided by a spherical nut or wedges, see 6.1.1.4 to
6.1.1.6.
a) Spherical seat for a bar tendon b) Wedges for two strand tendons
Key
1a nut 5 load bearing element 10 bearing plate
1b wedge 6 protection sleeve 11 ground surface
2a spherical seat 7 potting 12a bar tendon
2b head plate 8 electric sensor 12b strand tendon
3 upper load distribution plate 9 electric cable to readout 13 borehole wall
4 lower load distribution plate
Figure 4 — Schematic layout of anchor head devices for aligning different types of tendons
5.4.2 Load cell for cast-in-place concrete piles
5.4.2.1 When monitoring the performance of a cast-in-place concrete pile, a load cell may be located
at the toe of the pile. In this case, the layout of the load cell should be as in Figure 5.
NOTE 1 The load at the top of the pile is commonly measured by means of strain gauges, see Reference [1].
7
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ISO 18674-8:2023(E)
NOTE 2 A load cell at the head or at another location between toe and head is commonly associated with
pile testing procedures where a load is actively applied and systematically varied and where the deformational
response of the pile is considered in dependency of the applied load.
NOTE 3 Outside of pile testing, the use of a load cell at the head of the pile is limited to situations where only
axial loads are expected during the lifetime of the pile, as the presence of the load cell can influence the load
transfer to the pile.
Key
1 hydraulic load cell embedded in (5)
2 weld ring
3 reinforcement cage
4 ring of compressible material
(e.g. synthetic rubber)
5 conical plug (e.g. mortar)
6 concrete/mortar bed
7 borehole wall
8 bottom of borehole
9 casing inner wall (where applicable)
Figure 5 — Schematic layout of a hydraulic load cell at the base of a cast-in-place concrete pile
(example, see Reference [6])
5.4.2.2 In case of a pile diameter greater than 1,00 m, an array of at least three load cells can be used.
Number and position (layout/geometry) of the load cells shall be designed to minimize eccentricity.
Distribution plates shall be designed to equally distribute the load into the load cells.
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5.5 Measurement accuracy
5.5.1 The measurement accuracy is predominately controlled by the design of the mounting devices,
the quality of the installation of these devices with regard to axiality (see 6.1.1.5) and eccentricity (see
6.1.1.6) and changes of the ambient temperature at the measuring location.
NOTE For strand tendons, the angle formed by the cables at the anchor head with respect to the anchor
axis produces a transverse effect that is absorbed by the (upper) distribution plate. The measured axial load
component is smaller than the actual strand load (see 7.4).
5.5.2 For anchor load cells, the central hole of the cell shall be large enough to avoid a contact of
the cell with the anchor tendon and, thus, the development of transverse loads to the cell resulting in
reduced overall accuracy and possible damage to the cell.
6 Installation and measuring procedure
6.1 Installation
6.1.1 General
6.1.1.1 Load cells should be installed concurrently with the structural member.
NOTE This simplifies the placement and alignment of the cells and the associated load distribution plates. It
also ensures a full record of the load history.
6.1.1.2 The forces shall be transmitted from the structural member through the cell only.
6.1.1.3 Load distribution plates shall be placed outside the load bearing element and on the structural
member to distribute the load evenly.
6.1.1.4 The load cell shall be installed taking into consideration the orientation as well as the location
of the axis of the structural member.
NOTE See 6.1.1.5 and 6.1.1.6.
6.1.1.5 The axis of the load cell shall be aligned parallel to the axis of the structural member and the
distribution plates should be perpendicular to the axis of the load cell and the structural member. A
deviation of ±5° is permissible.
NOTE Any non-parallelity leads to a transverse loading of the load cell which affects the quality of the
measurement.
6.1.1.6 Load cells and distribution plates shall be centred in the axis of the structural member. An
eccentricity of < 3 % of the diameter of the load bearing element of the cell is permissible.
EXAMPLE If the outer diameter D of the load bearing element of a load cell is 200 mm, the maximally
o
permissible off-set of the load cell would be 6 mm.
NOTE In the case that the diameter of the cell is small relative to the sectional area of the structural member,
a possibility is to install an array of load cells as per 5.4.2.2 or to provide the structural member with a suitable
adapter.
6.1.1.7 The load on the load cell shall not exceed the over range value during installation.
NOTE Over range value according to the specifications of the manufacturer. Typically, the over range of
commercially available load cells is up to 1,5 times the nominal range.
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6.1.2 Anchor load cells
6.1.2.1 The installation of the load cell shall commence when the anchor tendon is inserted, and the
bearing plate is placed. The lower load distribution plate shall be set onto the bearing plate and fixed
centrally in position.
NOTE Centraliser bushings are useful for centring and aligning the plate correctly.
6.1.2.2 Once the bearing plate and the lower load distribution plate are set, the anchor load cell
and upper load distribution plate shall be installed, and the anchor tightened. Provisional supporting
devices may be used throughout the installation and tightening procedures.
6.1.2.3 The load measurement should commence prior to and during stressing, during and after
the lock-off of the anchor, to check for any loss of load during the installation process and to allow the
effective load applied to be evaluated.
6.1.2.4 Load cells and load cell cables shall be protected against weather effects and mechanical
damage by a suitable protective cap.
6.1.2.5 Anchor heads with load cells for permanent applications should be placed in recesses or
niches in the structure.
NOTE The niches are often filled with grease or resin, which improves the long-term protection.
6.1.2.6 For load cells on permanent anchors, provisions may be made for a replacement of the load
cell.
NOTE The working life of electric anchor load cells is commonly limited to 20 to 25 years, often shorter.
6.1.3 Load cells at the base of cast-in-place concrete piles
6.1.3.1 The load cell shall be prepared for installation by attaching the cell to the bottom of the
reinforcement cage.
NOTE For this purpose, the load cells are often equipped with a weld ring, see 2 in Figure 5.
6.1.3.2 The hydraulic lines and/or electric cables to the cell shall be aligned along longitudinal bars of
the reinforcement cage and secured, e.g. by wires. The lines and cables shall be marked and protected
from damage.
NOTE The preparatory work of 6.1.3.1 to 6.1.3.2 is commonly carried out above ground at the construction
site.
6.1.3.3 A conical plug/plate should be underneath the load cell.
NOTE 1 See 5 in Figure 5.
NOTE 2 A conical plug assists in achieving a form-fitting contact of the cell with the concrete or mortar bed at
the bottom of the borehole (see 6.1.3.4) and thus with the ground beneath the pile.
NOTE 3 The conical plug is commonly factory-assembled to the cell.
6.1.3.4 Prior to installing the ready-made assembly of 6.1.3.1 to 6.1.3.3 into the borehole, the bottom
of the borehole shall be cleaned of debris and subsequently fully covered by a concrete or mortar bed.
6.1.3.5 The assembly shall be lowered into the borehole until the cell is in full contact with the fresh
concrete or mortar bed.
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NORME ISO
INTERNATIONALE 18674-8
Première édition
2023-09
Reconnaissance et essais
géotechniques — Surveillance
géotechnique par instrumentation in
situ —
Partie 8:
Mesure de charges: Cellules de charge
Geotechnical investigation and testing — Geotechnical monitoring by
field instrumentation —
Part 8: Measurement of loads: Load cells
Numéro de référence
ISO 18674-8:2023(F)
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DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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Publié en Suisse
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ISO 18674-8:2023(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles et termes abrégés .3
5 Instruments. 3
5.1 Généralités . 3
5.2 Cellules de charge électriques . 4
5.3 Cellules de charge hydrauliques . 5
5.4 Instruments pour applications spécifiques . 6
5.4.1 Cellules de charge d’ancrage . 6
5.4.2 Cellule de charge pour les pieux en béton coulés en place . 8
5.5 Exactitude de mesurage . 9
6 Mise en place et procédure de mesurage . 9
6.1 Mise en place . 9
6.1.1 Généralités . 9
6.1.2 Cellules de charge d’ancrage . 10
6.1.3 Cellules de charge à la base des pieux en béton coulés en place . 10
6.1.4 Cellules de charge pour les jambes de force à travers les excavations . 11
6.2 Réalisation des mesurages. 11
6.2.1 Vérification et étalonnage de l’instrumentation . 11
6.2.2 Mesurage . 12
7 Traitement et évaluation des données .12
8 Compte rendu .13
8.1 Compte rendu d’installation .13
8.2 Compte rendu de surveillance .13
Annexe A (informative) Applications géotechniques .14
Annexe B (informative) Exemples de mesurages.15
Bibliographie .34
iii
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ISO 18674-8:2023(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 (IEC) 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/IEC, 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 données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L’ISO attire l’attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner
l’utilisation d’un ou de plusieurs brevets. L’ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et
à l’applicabilité de tout droit de propriété revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent
document, l’ISO n'avait pas reçu notification qu’un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa
mise en application. Toutefois, il y a lieu d’avertir les responsables de la mise en application du présent
document que des informations plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de
brevets, disponible à l'adresse www.iso.org/brevets. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié tout ou partie de tels droits de propriété.
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, 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 www.iso.org/avant-propos.
Ce document a été élaboré par le Comité technique ISO/TC 182, Géotechnique, en collaboration avec
le comité technique CEN/TC 341, Reconnaissance et Essais géotechniques, du Comité européen de
normalisation (CEN) 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 18674 est disponible sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/members.html.
iv
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NORME INTERNATIONALE ISO 18674-8:2023(F)
Reconnaissance et essais géotechniques — Surveillance
géotechnique par instrumentation in situ —
Partie 8:
Mesure de charges: Cellules de charge
IMPORTANT — Le fichier électronique du présent document contient des couleurs considérées
comme utiles pour la bonne compréhension du document. Il convient par conséquent que les
utilisateurs impriment le présent document au moyen d’une imprimante couleur.
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie la mesure des forces au moyen de cellules de charge en vue de réaliser
une surveillance géotechnique. Les règles générales de surveillance des performances du terrain, des
structures en interaction avec le terrain, des remblais et des travaux géotechniques sont présentées
dans l’ISO 18674-1.
Le présent document s’applique:
— à la surveillance des performances des structures géotechniques telles que les ancrages, les boulons
d’ancrage, les tirants d’ancrage, les pieux, les butons, les étais et les soutènements en acier;
— au contrôle des calculs géotechniques et à l’ajustement d’une construction en lien avec la procédure
observationnelle;
— à l’évaluation de la stabilité durant ou après la construction.
Ce document n'est pas applicable aux dispositifs où la charge est appliquée à dessein aux structures
géotechniques à la suite d’essais géotechniques sur le terrain, tels que les vérins hydrauliques étalonnés
pour les essais d’arrachement des ancrages ou les essais de charge des pieux.
NOTE 1 Le présent document satisfait aux exigences relatives à la surveillance des performances du terrain,
des structures en interaction avec le terrain et des ouvrages géotechniques au moyen de cellules de charge mises
en œuvre dans le cadre des études et essais géotechniques conformément aux Références [2] et [3].
NOTE 2 L'ISO 18674-7 a pour objet de définir la mesure des forces au moyen de jauges de déformation ou de
déplacement.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, 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).
ISO 7500-1:2018, Matériaux métalliques — Étalonnage et vérification des machines pour essais statiques
uniaxiaux — Partie 1: Machines d'essai de traction/compression — Étalonnage et vérification du système
de mesure de force
ISO 18674-1:2015, Reconnaissance et essais géotechniques — Surveillance géotechnique par
instrumentation in situ — Partie 1: Règles générales
1
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ISO 18674-8:2023(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l’ISO 18674-1 ainsi que les
suivants 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 https:// www .electropedia .org/
3.1
cellule de charge
instrument de mesure sur le terrain des forces agissant dans les structures géotechniques
Note 1 à l'article: Les cellules de charge sont généralement placées à l’extrémité d’un élément structurel où les
forces sont transmises d’un élément à l’autre.
EXEMPLE Cellule de charge à la tête d’ancrage à l’endroit où la force agissant dans l’armature de
précontrainte d’ancrage est transmise à un mur de soutènement.
Note 2 à l'article: Les cellules de charge les plus courantes sont de principes électrique (voir 3.2) et hydraulique
(voir 3.3).
Note 3 à l'article: Les composants indispensables des cellules de charge sont le corps d’épreuve et les plaques de
répartition de la charge pour transmettre les forces entre les éléments structurels.
Note 4 à l'article: Les cellules de charge ne sont pas utiles pour les tirants de roche entièrement boulonnés.
3.2
cellule de charge électrique
instrument doté d’un corps à comportement élastique qui se déforme sous l’effet de la force appliquée,
la déformation résultante étant mesurée par des capteurs électriques
Note 1 à l'article: Ce corps peut, par exemple, être un cylindre en acier (voir la Figure 2).
Note 2 à l'article: Pour les capteurs électriques types, voir 5.2.4.
3.3
cellule de charge hydraulique
instrument doté d’un compartiment plat rempli de liquide où la force à surveiller agit à la perpendiculaire
des plaques de répartition planes sur les côtés du compartiment et où la pression dans le liquide du
compartiment est mesurée par un dispositif de mesure de la pression
Note 1 à l'article: Voir la Figure 3.
Note 2 à l'article: Le compartiment est formé par deux plaques d’acier soudées ensemble le long de leurs
périphéries, la cavité interne étant remplie d’un liquide (dégazé).
3.4
cellule de charge d’ancrage
cellule de charge spécifiquement conçue, présentant en son centre un passage prévu pour l’armature de
précontrainte d’ancrage
Note 1 à l'article: Voir la Figure 4.
Note 2 à l'article: L’armature de précontrainte est généralement composée d’une barre, de torons ou de câbles.
2
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ISO 18674-8:2023(F)
3.5
plage nominale
la plage dans laquelle la cellule de charge est étalonnée
Note 1 à l'article: D’autres termes sont employés dans la pratique, par exemple, plage de charge, charge nominale,
capacité, capacité à pleine échelle ou plage de mesure.
Note 2 à l'article: En dehors de la plage nominale, la cellule de charge n’est pas étalonnée et les mesures ne sont
donc pas fiables.
3.6
dépassement
la charge maximale qui peut être appliquée sur la cellule de charge, sans l’endommager
Note 1 à l'article: D’autres termes sont employés dans la pratique, par exemple, capacité de dépassement ou
surcharge.
4 Symboles et termes abrégés
Symbole Nom Unité
A dimension la plus grande dans la section de l’élément structurel m
B dimension la plus petite dans la section de l’élément structurel m
D diamètre extérieur m
o
F effort axial agissant dans un élément N
PE Pleine échelle -
H hauteur m
P charge d’installation N
a
P effort axial effectif N
e
F force de réaction dans la tête d’ancrage N
R
P effort axial N
R résistance du pied du pieu N
T
T température °C
t temps écoulé s, min, h, j
z profondeur m
α angle entre l’armature de précontrainte à la tête d’ancrage et l’axe de l’ancrage degrés
5 Instruments
5.1 Généralités
5.1.1 Une cellule de charge peut être soit électrique (voir 5.2), soit hydraulique (voir 5.3).
NOTE Les autres types de cellules de charge, notamment mécaniques ou photo-élastiques, ne sont pas pris
en compte dans ce document.
5.1.2 La charge maximale prévue pendant la durée de vie du projet de surveillance, plus une marge
de 10 % à 30 %, ne doit pas dépasser la plage nominale de la cellule de charge après installation (voir
6.1.1.7).
NOTE 1 Une marge trop importante réduit l’exactitude des mesures.
NOTE 2 La mesure dans la partie inférieure (5 % à 10 %) de la plage nominale est souvent moins précise.
3
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5.1.3 À l’emplacement du mesurage, la force agissant dans un élément structurel doit être transmise
à travers la cellule de charge par l’intermédiaire de plaques de répartition de la charge. Des plaques
sphériques peuvent être utilisées pour une meilleure répartition alignée de la charge.
NOTE Voir la Figure 1 pour un exemple de plaque de répartition sphérique.
Légende
1 plaque concave
2 plaque convexe
3 structure PTFE
Figure 1 — Plaque sphérique de répartition de la charge (exemple)
5.1.4 La cellule de charge doit avoir un corps d’épreuve spécifié.
EXEMPLE Voir l’élément 1 de la Figure 2 et les éléments 2 à 4 de la Figure 3.
5.1.5 Il convient que le matériau du corps d’épreuve (par exemple 1 à la Figure 2) de la cellule soit
mécaniquement stable.
EXEMPLE Acier S355J2+N traité à chaud selon la Référence [4].
5.1.6 L’influence de la température sur le mesurage de la charge doit être prise en compte et
documentée. Il convient d’éviter l’exposition de la cellule de charge à la lumière directe du soleil ou à
d’autres sources de chaleur ou de la limiter autant que possible. Il convient que les cellules de charge
soient conçues pour limiter autant que possible les erreurs de température.
NOTE 1 Les valeurs fournies par les cellules de charge sont affectées par les changements de température.
L’utilisation de capteurs à compensation de température réduit l’influence des changements de température sur
les mesures. Des informations relatives à la correction de la température de la cellule de charge sont généralement
fournies par le fabricant.
NOTE 2 Des mesures indépendantes de la température à proximité de la cellule de charge aident à l’évaluation
des résultats des mesures de la charge.
NOTE 3 Les changements de température peuvent également affecter les charges à l’intérieur des éléments
structurels, voir l’ISO 18674-1:2015, 5.3.1.
5.2 Cellules de charge électriques
5.2.1 Il convient que les cellules de charge électriques présentent les caractéristiques indiquées à la
Figure 2.
NOTE Le corps d’épreuve est généralement soit un cylindre plein, soit un cylindre creux, voir l’élément 1 à la
Figure 2.
5.2.2 Il convient que les corps d’épreuve cylindriques présentent un rapport hauteur H/diamètre
extérieur D compris entre 0,1 ≤ H/D ≤ 2.
o o
NOTE 1 Un rapport H/D > 2 a tendance à réduire la stabilité de l’ensemble de cellule de charge.
o
4
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NOTE 2 La qualité des mesures des cellules de charge à faible rapport H/D peut être plus sensible aux
o
imperfections en ce qui concerne l’alignement, la mise en place et les plaques de répartition de la charge.
a) Vue de dessus b) Vue latérale
Légende
D diamètre extérieur du corps d’épreuve (1) 3 joint torique
o
P charge 4 capteur électrique (ici: jauges de déformation en pont
complet)
H hauteur du corps d’épreuve (1) 5 câble électrique
1 corps d’épreuve (ici: cylindre creux) 6 unité de commande et d’affichage
2 couvercle de protection cylindrique 7 plaque supérieure de répartition de la charge
8 plaque inférieure de répartition de la charge
Figure 2 — Caractéristiques d’une cellule de charge électrique (exemple, voir la Référence [5])
5.2.3 La déformation du corps d’épreuve doit être mesurée par des capteurs électriques.
5.2.4 Le capteur peut être basé sur le principe de mesure à jauge de déformation, piézo-électrique,
à corde vibrante ou capacitif, et configuré de manière à réduire autant que possible l’influence d’une
charge excentrique.
NOTE 1 L’influence d’une charge excentrique peut être généralement minimisée par l’utilisation de plusieurs
capteurs espacés régulièrement autour du cylindre et à égale distance de l’axe.
NOTE 2 Le signal de sortie d’une cellule de charge électrique à jauge de déformation peut dépendre de
l’alimentation du dispositif d’enregistrement, dans le cas d’une conception incorrecte.
5.3 Cellules de charge hydrauliques
5.3.1 Il convient que les cellules de charge hydrauliques présentent les caractéristiques indiquées à la
Figure 3.
NOTE Les éléments 2, 3 et 4 de la Figure 3 forment un compartiment rempli de liquide. Tout changement
d’amplitude de la charge P entraîne un changement de la pression du liquide dans le compartiment (élément 4 à la
Figure 3).
5
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Légende
P charge 4 compartiment rempli de liquide
1 plaque supérieure de répartition de la charge 5 plaque inférieure de répartition de la charge/plaque
d’appui inférieure
2/3 plaques de la cellule de charge 6 dispositif de mesurage de la pression (ici: capteur de
pression électrique)
Figure 3 — Caractéristiques d’une cellule de charge hydraulique
5.3.2 Il convient que le dispositif de mesurage de la pression (élément 6 à la Figure 3) soit placé le plus
près possible du compartiment rempli de liquide.
NOTE Une distance plus grande entre le compartiment rempli de liquide (4) et le dispositif de mesurage de la
pression (6) entraîne une diminution de la rigidité du système de mesurage de la charge influençant la mesure.
5.3.3 Le dispositif de mesurage de la pression peut être un manomètre de Bourdon ou un capteur de
pression électrique.
5.4 Instruments pour applications spécifiques
NOTE Voir l'Annexe A.
5.4.1 Cellules de charge d’ancrage
5.4.1.1 Les cellules de charge d’ancrage doivent comporter un passage axial centré prévu pour
recevoir l’armature de précontrainte d’ancrage.
NOTE 1 Voir les Figures 1 et 4.
5.4.1.2 Les cellules de charge d’ancrage peuvent être de type électrique (voir 5.2) ou hydraulique
(voir 5.3).
5.4.1.3 À l’emplacement du mesurage, la charge d’ancrage doit être transmise à travers la cellule de
charge par l’intermédiaire de plaques de répartition de la charge. Les plaques de répartition de la charge
doivent être conçues pour résister à la flexion à la charge de capacité et pour limiter les distorsions lors
de la répartition de la charge sur la structure.
NOTE 1 Voir les éléments 7 et 8 à la Figure 2 et les éléments 1 et 5 à la Figure 3.
NOTE 2 Des plaques de répartition de la charge en acier traité à chaud d’un rapport H/D d’environ 0,22 à 0,30
o
sont couramment utilisées.
6
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ISO 18674-8:2023(F)
NOTE 3 La plaque située entre le corps d’épreuve et la cellule de charge (élément 8 à la Figure 2 et élément 5 à
la Figure 3) est communément nommée plaque d’appui.
5.4.1.4 Le trou permettant de faire passer l’armature de précontrainte d’ancrage à travers une plaque
de répartition de la charge doit être situé au centre de la plaque.
5.4.1.5 Pour les armatures de précontrainte d’ancrage, des surfaces d’appui sphériques ou des coins
peuvent être utilisés pour une meilleure répartition alignée de la charge.
NOTE 1 Voir les Figures 4 a) et b).
NOTE 2 Tout écart par rapport à l’alignement perpendiculaire entre les plaques de répartition de la charge et
l’armature de précontrainte d’ancrage génère une composante de force qui agit dans la direction transversale de
la cellule de charge. Cet effet, qui affecte l’exactitude de mesurage de la charge d’ancrage, ne peut pas être évité
par l’usage d’un écrou sphérique ou de coins, voir 6.1.1.4 à 6.1.1.6.
a) Surface d’appui sphérique pour une b) Coins pour armatures de précontrainte
barre d’armature de précontrainte à deux torons
Légende
1a écrou 5 corps d’épreuve 10 plaque d’appui
1b coin 6 gaine de protection 11 surface du terrain
2a surface d’appui sphérique 7 enrobage 12a barre d’armature de précontrainte
2b plaque d’ancrage 8 capteur électrique 12b toron d’armature de précontrainte
3 plaque supérieure de répartition 9 câble électrique vers le 13 paroi de forage
de la charge dispositif d’affichage
4 plaque inférieure de répartition
de la charge
Figure 4 — Disposition schématique des dispositifs de tête d’ancrage pour l’alignement de
différents types d’armature de précontrainte
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5.4.2 Cellule de charge pour les pieux en béton coulés en place
5.4.2.1 Lors de la surveillance des performances d’un pieu en béton coulé en place, une cellule de
charge peut être placée au pied du pieu. Dans ce cas, il convient que la disposition de la cellule de charge
soit conforme à la Figure 5.
NOTE 1 La charge au sommet du pieu est généralement mesurée au moyen de jauges de déformation, voir la
Référence [1].
NOTE 2 Une cellule de charge placée à la tête ou à un autre emplacement entre le pied et la tête est communément
associée aux modes opératoires d’essais de pieux où une charge est activement appliquée et systématiquement
variée et où la réponse en déformation du pieu est considérée en fonction de la charge appliquée.
NOTE 3 En dehors des essais des pieux, l’utilisation d’une cellule de charge à la tête du pieu est limitée aux
situations où seuls des efforts axiaux sont attendus pendant la durée de vie du pieu, car la présence de la cellule
de charge peut influencer le transfert de charge au pieu.
Légende
1 cellule de charge hydraulique intégrée à (5)
2 anneau de soudage
3 treillis de renfort
4 anneau en matériau compressible (par ex., caoutchouc synthétique)
5 bouchon conique (par ex., mortier)
6 lit de béton/mortier
7 paroi de forage
8 fond du trou de forage
9 paroi intérieure du tubage (le cas échéant)
Figure 5 — Disposition schématique d’une cellule de charge hydraulique à la base d’un pieu en
béton coulé en place (exemple, voir la Référence [6])
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5.4.2.2 Dans le cas d’un pieu d’un diamètre supérieur à 1,00 m, un ensemble d’au moins trois cellules
de charge peut être utilisé. Le nombre et la position (disposition/géométrie) des cellules de charge
doivent être conçus pour minimiser l’excentricité. Les plaques de répartition doivent être conçues pour
répartir de manière uniforme la charge dans les cellules de charge.
5.5 Exactitude de mesurage
5.5.1 L’exactitude de mesurage est principalement conditionnée par la conception des dispositifs de
montage, par la qualité de mise en place de ces dispositifs en ce qui concerne l’axialité (voir 6.1.1.5)
et l’excentricité (voir 6.1.1.6) et par les variations de la température ambiante à l’emplacement du
mesurage.
NOTE Pour les torons d’armature de précontrainte, l’angle formé par les câbles à la tête d’ancrage par
rapport à l’axe de l’ancrage produit un effet transversal qui est absorbé par la plaque de répartition (supérieure).
La composante d’effort axial mesurée est inférieure à la charge réelle du toron (voir 7.4).
5.5.2 Pour les cellules de charge d’ancrage, le trou central de la cellule doit être suffisamment grand
pour éviter tout contact de la cellule avec le toron d’armature de précontrainte d’ancrage et, par
conséquent, le développement de charges transversales sur la cellule, réduisant l’exactitude globale et
endommageant potentiellement la cellule.
6 Mise en place et procédure de mesurage
6.1 Mise en place
6.1.1 Généralités
6.1.1.1 Il convient que les cellules de charge soient mises en place en même temps que l’élément
structurel.
NOTE Cela simplifie la mise en place et l’alignement des cellules et des plaques de répartition de la charge
associées. Cela garantit également l’existence d’un historique complet des charges.
6.1.1.2 Les forces doivent être transmises depuis l’élément structurel à travers la cellule uniquement.
6.1.1.3 Les plaques de répartition de la charge doivent être placées à l’extérieur du corps d’épreuve et
sur l’élément structurel afin de répartir la charge de façon uniforme.
6.1.1.4 La cellule de charge doit être mise en place en tenant compte de l’orientation et de
l’emplacement de l’axe de l’élément structurel.
NOTE Voir 6.1.1.5 et 6.1.1.6.
6.1.1.5 L’axe de la cellule de charge doit être aligné parallèlement à l’axe de l’élément structurel et
il convient que les plaques de distribution soient perpendiculaires à l’axe de la cellule de charge et de
l’élément structurel. Un écart de ±5° est admis.
NOTE Tout défaut de parallélisme entraîne une charge transversale de la cellule de charge affectant la
qualité de la mesure.
6.1.1.6 Les cellules de charge et les plaques de répartition doivent être centrées dans l’axe de l’élément
structurel. Une excentricité < 3 % du diamètre du corps d’épreuve de la cellule est autorisée.
EXEMPLE Si le diamètre extérieur D du corps
...
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