ISO 14963:2003

Mechanical vibration and shock — Guidelines for dynamic tests and investigations on bridges and viaducts

ISO 14963:2003 provides guidelines for dynamic tests and investigations on bridges and viaducts. It classifies the testing as a function of construction and usage, indicates the types of investigation and control for individual structural parts and whole structures, lists the equipment required for excitation and measurement, and classifies the techniques of investigation with reference to suitable methods for signal processing, data presentation and reporting. ISO 14963:2003 provides general criteria for dynamic tests. These can supply information on the dynamic behaviour of a structure that can serve as a basis for condition monitoring or system identification. The dynamic tests detailed in ISO 14963:2003 do not replace static tests. The tests may seek to define all of the dynamic characteristics of each mode of vibration examined (i.e. frequency, stiffness, mode shape and damping) and their non-linear variation with amplitude of motion. ISO 14963:2003 is applicable to road, rail and pedestrian bridges and viaducts (both during construction and operation) and also to other works (or types of works), provided that their particular structure justifies its application. The application of ISO 14963:2003 to special structures (stayed or suspension bridges) requires specific tests which take into account the particular characteristics of the work.

Vibrations et chocs mécaniques — Lignes directrices pour essais et études dynamiques des ponts et viaducs

L'ISO 14963:2003 définit des lignes directrices pour les essais et études dynamiques des ponts et viaducs. Elle classe les essais en fonction de la construction et de l'usage, indique la nature des études et des contrôles portant sur les éléments structuraux individuels et l'ensemble des structures, établit une liste des matériels requis pour l'excitation et le mesurage, et classe les techniques d'étude en faisant appel aux méthodes adéquates pour le traitement des signaux, la présentation des données et l'établissement des rapports. L'ISO 14963:2003 définit des critères d'ordre général destinés aux essais dynamiques. Cela peut constituer une source d'informations sur le comportement dynamique d'une structure devant servir de base à la surveillance des conditions ou à l'identification du système. Les essais dynamiques détaillés dans l'ISO 14963:2003 ne se substituent pas aux essais statiques. Les essais peuvent être réalisés pour définir l'ensemble des caractéristiques dynamiques de chaque mode de vibration examiné (c'est-à-dire la fréquence, la raideur, la forme d'un mode et l'amortissement) et leur variation non linéaire en fonction de l'amplitude du mouvement. L'ISO 14963:2003 est applicable aux routes, aux chemins de fer, aux passerelles et viaducs (pendant la construction et la mise en service à la fois) ainsi qu'aux autres ouvrages (ou types d'ouvrages), sous réserve que leur structure particulière justifie l'application de ladite norme. L'application de l'ISO 14963:2003 à des structures spéciales (ponts à haubans ou suspendus) nécessite des essais spécifiques qui tiennent compte des caractéristiques particulières de l'ouvrage.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 30-Nov-2003
• ICS: 17.160 - Vibrations, shock and vibration measurements
• ICS: 93.040 - Bridge construction
• Technical Committee: ISO/TC 108/SC 2 - Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied to machines, vehicles and structures
• Drafting Committee: ISO/TC 108/SC 2 - Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied to machines, vehicles and structures
• Current Stage: 9093 - International Standard confirmed
• Completion Date: 08-Jan-2020

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 14963
First edition
2003-12-01


Mechanical vibration and shock —
Guidelines for dynamic tests and
investigations on bridges and viaducts
Vibrations et chocs mécaniques — Lignes directrices pour essais et
études dynamiques sur ponts et viaducs




Reference number
ISO 14963:2003(E)
©
ISO 2003

---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 14963:2003(E)
PDF disclaimer
This PDF file may contain embedded typefaces. In accordance with Adobe's licensing policy, this file may be printed or viewed but
shall not be edited unless the typefaces which are embedded are licensed to and installed on the computer performing the editing. In
downloading this file, parties accept therein the responsibility of not infringing Adobe's licensing policy. The ISO Central Secretariat
accepts no liability in this area.
Adobe is a trademark of Adobe Systems Incorporated.
Details of the software products used to create this PDF file can be found in the General Info relative to the file; the PDF-creation
parameters were optimized for printing. Every care has been taken to ensure that the file is suitable for use by ISO member bodies. In
the unlikely event that a problem relating to it is found, please inform the Central Secretariat at the address given below.


©  ISO 2003
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means,
electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or
ISO's member body in the country of the requester.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail [e-mail]
Web www.iso.org
Published in Switzerland

ii © ISO 2003 — All rights reserved

---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 14963:2003(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope. 1
2 Normative references. 1
3 Terms and definitions. 1
4 Classification. 2
4.1 General. 2
4.2 Type of superstructure. 2
4.3 Static design, methods of construction and substructure. 2
4.4 Function classification. 4
5 General criteria for testing . 4
5.1 General. 4
5.2 Choice of test techniques . 5
5.3 Choice of excitation methods. 5
5.4 Choice of response measuring system. 5
6 Testing equipment. 6
6.1 Excitation equipment. 6
6.2 Measurement equipment. 6
6.3 Control, acquisition and analysis systems . 6
7 Techniques of investigation. 7
7.1 General considerations. 7
7.2 Tests using artificial excitation . 7
7.3 Ambient natural actions . 8
8 Testing and inspection. 9
8.1 General. 9
8.2 Testing during construction (interim inspection). 9
8.3 Testing the completed construction . 11
8.4 Investigation and controls during operation. 12
8.5 Monitoring. 12
9 Final report. 13
9.1 General. 13
9.2 Test design. 14
9.3 Test report. 15
9.4 Analysis of results and conclusions. 15
Annex A (informative) Excitation systems and their specification . 16
Annex B (informative) Measurement equipment and its specification . 22
Bibliography . 26

© ISO 2003 — All rights reserved iii

---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 14963:2003(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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 14963 was prepared by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration and shock,
Subcommittee SC 2, Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied to machines,
vehicles and structures.
iv © ISO 2003 — All rights reserved

---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 14963:2003(E)
Introduction
Dynamic investigations can contribute to the control of structures through the measurement, interpretation and
reporting of their response to dynamic excitation. The design of the tests should correspond to the specific
purposes of the investigation and the type of structure. The measurements usually lead to a characterization
of the dynamic behaviour of the whole bridge, including foundations, or local structural elements in the
frequency and/or time domain.
This International Standard is for use with permanent design, temporary works, construction and maintenance
of bridges and viaducts as defined. Dynamic tests may be undertaken with the objective of
 evaluating the safety of bridge structures under construction,
 confirming after construction the values used in design,
 evaluating dynamic characteristics to be used in wind and earthquake analysis and for live loading,
 monitoring of real bridges in-service and detecting any damage,
 confirming reinforcement effects on bridges,
 bridge diagnosis under an emergency, and
 diagnostic testing as a basis for condition monitoring.
Dynamic investigation may be used as part of the design process (design by testing) for new construction or
for maintenance and rehabilitation management.

© ISO 2003 — All rights reserved v

---------------------- Page: 5 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 14963:2003(E)

Mechanical vibration and shock — Guidelines for dynamic tests
and investigations on bridges and viaducts
1 Scope
This International Standard provides guidelines for dynamic tests and investigations on bridges and viaducts.
It
 classifies the testing as a function of construction and usage,
 indicates the types of investigation and control for individual structural parts and whole structures,
 lists the equipment required for excitation and measurement, and
 classifies the techniques of investigation with reference to suitable methods for signal processing, data
presentation and reporting.
This International Standard provides general criteria for dynamic tests. These can supply information on the
dynamic behaviour of a structure that can serve as a basis for condition monitoring or system identification.
The dynamic tests detailed in this International Standard do not replace static tests.
The tests may seek to define all of the dynamic characteristics of each mode of vibration examined (i.e.
frequency, stiffness, mode shape and damping) and their non-linear variation with amplitude of motion.
This International Standard is applicable to road, rail and pedestrian bridges and viaducts (both during
construction and operation) and also to other works (or types of works), provided that their particular structure
justifies its application.
The application of this International Standard to special structures (stayed or suspension bridges) requires
specific tests which take into account the particular characteristics of the work.
NOTE Hereinafter in this International Standard, the term “bridges” means “bridges and viaducts”.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 2041, Vibration and shock — Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 2041 apply.
© ISO 2003 — All rights reserved 1

---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 14963:2003(E)
4 Classification
4.1 General
The dynamic behaviour of bridges is highly influenced by the type of superstructure, static design and
construction method, deck cross-section, support conditions, foundation type and elevation substructures
(piers and abutments). Since these characteristics need to be considered in dynamic tests, a classification of
bridges is given in 4.2 to 4.4. This classification aids the proper reporting of measurements.
4.2 Type of superstructure
The main categories of bridge deck with respect to the superstructure material are the following:
a) reinforced concrete bridge decks (either in situ or precast);
b) prestressed concrete bridge decks (either in situ or precast); pretensioned or post-tensioned, or combined
pre- and post-tensioned units are generally used;
c) steel bridge decks (with orthotropic plate or longitudinal stiffeners);
d) composite steel beam and concrete slab bridge decks;
e) masonry bridges;
f) new materials (e.g. fibre reinforced concrete, fibre reinforced plastic).
4.3 Static design, methods of construction and substructure
4.3.1 Static design
The static design and the support conditions influence the dynamic behaviour of the structure and they should
be taken into account in programming the tests.
With respect to static design, bridges can be classified as follows:
a) single-span bridges or bridges with simply supported independent spans;
b) viaducts with spans resting with their extremities supported and suitably constrained, yet independent in
every span;
c) multi-span continuous bridges, generally with significant variations in the longitudinal flexural rigidity along
the span;
d) a statically determinant Gerber-type continuous span; the longitudinal profile can be of constant or
variable cross section;
e) framed bridges;
f) arch bridges;
g) truss bridges;
h) prefabricated modular bridges;
i) tubular steel arch bridges.
2 © ISO 2003 — All rights reserved

---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 14963:2003(E)
4.3.2 Methods of construction
Bridges are generally erected using different construction methods that may effect both global dynamic
behaviour and the theoretical modelling of the structure. As an example, some common construction methods
are the following:
 in-situ construction with precast concrete or steel beams and concrete (in-situ or precast) slab;
 precast segmental or staging construction.
Furthermore, strengthening or retrofit effects need to be considered in the test design.
4.3.3 Type of deck cross-section
The main categories of bridge deck cross-section are as follows:
 slab on girder cross-sections with steel or concrete girder (usually connected by means of transverse
beams);
 single-cell or multi-cell box girder;
 solid or hollow slab cross-sections.
4.3.4 Type of foundation
The main categories of foundations are the following:
 strip, slab or mass concrete foundations on competent soils or directly on rock;
 pile or sheet-pile foundations;
 caisson foundations.
The behaviour of such foundations on the ground may influence the degree of constraint of the structures
(piers and abutments) and it is suggested that, whenever possible, investigation of their behaviour is
undertaken during construction.
4.3.5 Piers, abutments and parapets
4.3.5.1 Piers
Most pier systems consist of the following:
 wall-type piers;
 single-column (hollow or solid, straight or tapered) piers;
 multiple-column (hollow or solid, straight or tapered) bents;
 framed piers.
Other types of pier may be classified as a combination of the above main categories.
4.3.5.2 Abutments
Abutment systems generally consist of the following:
 reinforced concrete cast-in-place abutments (solid or with counterforts);
 hollow reinforced concrete cast-in-place abutments;
© ISO 2003 — All rights reserved 3

---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 14963:2003(E)
 precast reinforced concrete abutments;
 mechanical stabilized earth abutments, e.g. soil reinforcements.
4.3.5.3 Parapets
Parapet constructions are generally made of the following:
 concrete;
 masonry.
4.3.6 Special bridges
Special bridges such as the following require special attention:
 skew bridges (with angle of skew > 15°);
 curved bridges (R/L < 10);
 inclined bridges (with slope angle > 5 %);
 cable-stayed bridges;
 suspended bridges;
 mobile bridges (e.g. swing and lifting bridges);
 floating bridges.
4.4 Function classification
With respect to function, bridges may be classified as
a) road bridges,
b) railway bridges,
c) pedestrian bridges,
d) product and services bridges, or
e) a combination of the above.
5 General criteria for testing
5.1 General
It is advisable for investigations to be preceded by theoretical models and/or by numerical analysis to obtain
the order of magnitude of values to be measured. If similar works have already been investigated, it is
reasonable to anticipate a similar order of values. This could concern a whole bridge, or elements, or
structural parts. This initial analysis should supply the likely values of displacements, deformations, natural
frequencies, mode shapes and damping as guidelines in the choice of the following:
 investigation technique;
 excitation method (type, duration of excitation, spectral distribution);
4 © ISO 2003 — All rights reserved

---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 14963:2003(E)
 choice of measuring instruments;
 location of transducers and/or exciters.
5.2 Choice of test techniques
The choice of the test techniques depends on many factors such as the frequency range, damping and level
of excitation necessary for a correct evaluation of the response having regard to the accuracy of the
transducers and the environmental noise.
If the signal-to-noise ratio is less than 3, measurements should be processed with particular care and the test
report should indicate the corrections adopted and the estimated errors.
5.3 Choice of excitation methods
5.3.1 General
In choosing the excitation methods, two types of structural motion should be considered: free and forced
motion. In both cases investigations may be performed in the time, or in the frequency, or in the time-
frequency domains.
The free motion may be excited by sudden application of a static load or of imposed displacement, or as tail-
response to transient excitation (including the effect of running or braking vehicles). The excitation may be
“environmental forced” or “artificial forced”. The first is due to the wind, road traffic, micro-earthquake, and has
a random-characteristic wide spectrum. The second is through controlled excitation and may be particularly
suitable for concentrating forcing energy around different natural frequencies. It requires the use of one or
more exciters which can apply a controlled load of known amplitude and frequency. This type of excitation
may be used to evaluate the dynamic characteristics and possible non-linearities of the system.
For pedestrian bridges, consideration should be given to footfall excitation and stochastic interactions.
5.3.2 Equipment type
For the choice of equipment for use with artificial vibration, see 6.1. To select the type of excitation, it is
necessary to evaluate both the frequency range and required vibration levels.
5.3.3 Sites of excitation
The number and location of the excitation points should be chosen in relation to vibration modes to be
investigated. These sites, zones of maximum modal amplitude, should be selected taking account of the
progress of the construction phase and the stiffness of the resistant section. It might be necessary to verify
that the structure can bear the anticipated dynamic load.
5.4 Choice of response measuring system
5.4.1 General
The method of monitoring the response should be scheduled in advance in relation to the specific information
to be obtained from the tests. Such information may come from the measurement of acceleration, velocity,
displacement, inclination, strain or deformation. Particular care should be taken in the detection of the physical
parameters that concern fatigue in order to find the deformation and stress ranges for specific points of the
structure. This information is of particular importance for evaluating possible local and overall damage.
The global response is the direct detection of the vibration modes of a pier or abutment or of the structure in
one or more spans. Often it might be sufficient to detect selected vibration modes, either vertical, horizontal,
torsional or combined. The measurement of the global response requires the deployment of measuring
instruments along the whole structure or of its elements, with different configurations for each test. This should
© ISO 2003 — All rights reserved 5

---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 14963:2003(E)
be programmed after preliminary investigations. If this approach is adopted, it may be necessary to maintain
some test positions in order to check the repeatability of the measurements and to correlate the various
results. At lower frequencies, consideration may be given to sub-centimetre global positioning systems (GPS).
Local response requires specific programming on the position of measuring instruments, following theoretical
analysis of parts of the structure during the construction stage (foundation piles, foundations as a whole, etc.)
or structural elements in operation (cross sections, overhangs, etc.).
5.4.2 Placement of transducers
For the measurement of global response, measuring instruments should not be placed on elements sensitive
to local vibration. The overall measurement chain (transducers, signal conditioners, recording) should be
calibrated according to specifications of the manufacturer or applicable standards (for vibration transducers,
see, for example, the ISO 5347 or ISO 16063 series). In the test report, the measurement and data collection
chain should be described and the frequency range of the system should be specified.
The initial positioning of transducers depends on the objectives of the investigation and is affected by the type
of bridge, its condition and the mode of vibration of concern. Subsequent locations may be required
depending upon the results of previous measurements.
5.4.3 Installation techniques
The technique of mounting transducers should allow the reproduction of the vibration of the element to which
they are fixed, over the frequency range of interest. The mounting system should be as rigid as possible to
avoid resonance phenomena due to the mounting. The mounting of transducers should be in accordance with
the specifications of the manufacturer or to applicable standards (for accelerometers, see, for example,
ISO 5348). These mountings should be described in the test report.
5.4.4 Data transmission
Data should be transferred without corruption.
6 Testing equipment
6.1 Excitation equipment
Excitation equipment should be suitable for the purpose. Annex A provides details of vibration generators and
impulsive systems and their specification.
6.2 Measurement equipment
The measurement equipment should be suitable for the purpose. Guidance on measurement equipment and
its specification is given in Annex B.
6.3 Control, acquisition and analysis systems
A control function, which is the set of operations to control all actions to be applied to the structure during the
tests, should be installed. Depending on the type of exciter, force transducers may be required between the
ground and the structure under investigation.
The data should be recorded and made available for processing and analysis.
An analysis, which is the set of operations that examine the recorded data and allow the identification of the
dynamic characteristics, should be performed.
6 © ISO 2003 — All rights reserved

---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 14963:2003(E)
7 Techniques of investigation
7.1 General considerations
7.1.1 Grouping
The techniques of dynamic investigation on structures can be grouped according to the nature of the vibration
(i.e. forced or free) and the techniques adopted for data processing.
7.1.2 Forced vibration
Forced vibration can arise artificially or environmentally, i.e. it can be induced either from artificial or
environmental causes.
Artificial excitation can generate applied loads with specified characteristics. Depending on the excitation
system used, the dynamic load can be sinusoidal, stationary random, non-stationary random or transient. The
excitation can be measured in some situations, but may be difficult in others.
Forced environmental vibration can be produced by wind, traffic (road or rail), micro-earthquake, industry,
road works, etc. The dynamic excitations can be stationary random, non-stationary random or transient.
7.1.3 Free vibration
Free vibration is that which persists after the cause which produced it has ceased. It is characterized by the
combination of damped sinusoids. Free vibration depends on the modal characteristics of the work. It can be
artificially induced or due to environmental causes.
In the first eventuality, it is due to transitory actions, for instance the use of the technique of pull and quick
release or by using devices generating pulse loads.
In the second eventuality, it can be induced on the structure by the stopping of environmental transitory
actions such as, for instance, the run-by of vehicles, or cessation of the wind.
7.1.4 Data processing
Data processing may be in the frequency domain, or in the time domain, or in the time-frequency domain. The
procedures of structural identification which may be used should be reasonably supported by practice or
literature. The test report should describe the procedure used and the specific references.
7.2 Tests using artificial excitation
Testing with artificial excitation is one of the most widely used techniques of investigation. It requires the
installation of one or more exciters and the mounting of a network of measurement transducers whose
number and position depend on the structural typology of the bridge to be examined and on the objective of
the investigation. The types of excitation are as follows.
a) Sinusoidal excitation
This is the application of forces which vary with time according to a strictly harmonic law. During the test
the frequency can vary in such a way that the fundamental modes of the structure can be examined. The
frequency variation can be slow or quick. The advantage of these tests is to concentrate the energy of
excitation in one mode at a time and to produce a response of relatively high amplitude.
b) Random excitation
This consists of the application of dynamic actions which vary with time with a stationary random law, and
excite various modes of the structure.
© ISO 2003 — All rights reserved 7

---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 14963:2003(E)
c) Impulsive excitation
This consists of the application of dynamic actions (pull and quick release, impact of loads, use of
hydraulic vibration generators, explosions near the work, etc.). This kind of technique is used for the
analysis of induced free vibration.
7.3 Ambient natural actions
7.3.1 Wind
The excitation produced by the wind may be considered as “quasi-random”. The dynamic load actually
produced by the wind activity is difficult, and often impossible, to measure, due to the distribution of the load
on all exposed surfaces.
7.3.2 Earthquake
The excitation produced by an earthquake is a transient variable which may last for tens of seconds. The
effective dynamic load produced by an earthquake is from movements on the ground, therefore the
measurement of the excitation should be performed by placing accelerometers or seismometers on or in the
ground at the expected positions of seismic input. If possible, soil/structure interaction should be evaluated
and measurements made in the free field.
Because an earthquake is usually a rare event, its use as a source for testing is limited and could be recorded
only with monitoring systems.
7.3.3 Micro-tremors
Micro-tremors (M less than 2,0) generate very low-amplitude motion and major bridge sites are often
L
monitored using suitable seismometers. The excitation produced by micro-tremors may be regarded as a
sequence of transients of short duration.
Many sites exhibit a near continuous succession of small transients (surface waves) which can be attributed to
“man-made noise”. In addition, there is longer period of ambient vibration which is generated by
meteorological sources, such as classical long period micro-seisms linked to low pressure centres and littoral
wave action.
7.3.4 Measurement of traffic-induced vibration
The dynamic response produced by this type of excitation can easily be detected in structures which are being
used. If a cycle of dynamic tests on several similar struct
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 14963
Première édition
2003-12-01


Vibrations et chocs mécaniques —
Lignes directrices pour essais et études
dynamiques des ponts et viaducs
Mechanical vibration and shock — Guidelines for dynamic tests and
investigations on bridges and viaducts




Numéro de référence
ISO 14963:2003(F)
©
ISO 2004

---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 14963:2003(F)
PDF – Exonération de responsabilité
Le présent fichier PDF peut contenir des polices de caractères intégrées. Conformément aux conditions de licence d'Adobe, ce fichier
peut être imprimé ou visualisé, mais ne doit pas être modifié à moins que l'ordinateur employé à cet effet ne bénéficie d'une licence
autorisant l'utilisation de ces polices et que celles-ci y soient installées. Lors du téléchargement de ce fichier, les parties concernées
acceptent de fait la responsabilité de ne pas enfreindre les conditions de licence d'Adobe. Le Secrétariat central de l'ISO décline toute
responsabilité en la matière.
Adobe est une marque déposée d'Adobe Systems Incorporated.
Les détails relatifs aux produits logiciels utilisés pour la création du présent fichier PDF sont disponibles dans la rubrique General Info
du fichier; les paramètres de création PDF ont été optimisés pour l'impression. Toutes les mesures ont été prises pour garantir
l'exploitation de ce fichier par les comités membres de l'ISO. Dans le cas peu probable où surviendrait un problème d'utilisation,
veuillez en informer le Secrétariat central à l'adresse donnée ci-dessous.


©  ISO 2003
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous
quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit
de l'ISO à l'adresse ci-après ou du comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax. + 41 22 749 09 47
E-mail [e-mail]
Web www.iso.org
Version française parue en 2004
Publié en Suisse

ii © ISO 2003 – Tous droits réservés

---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 14963:2003(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives. 1
3 Termes et définitions . 2
4 Classification. 2
4.1 Généralités. 2
4.2 Type de superstructure . 2
4.3 Conception statique, méthodes de construction et infrastructure . 2
4.4 Classification fonctionnelle. 4
5 Critères d'ordre général pour les essais . 5
5.1 Généralités. 5
5.2 Choix des techniques d'essai. 5
5.3 Choix des méthodes d'excitation. 5
5.4 Choix du système de mesure de la réponse. 6
6 Appareillage d'essai. 7
6.1 Appareillage d'excitation. 7
6.2 Appareillage de mesure. 7
6.3 Systèmes de contrôle, d'acquisition et d'analyse . 7
7 Techniques d'étude. 7
7.1 Considérations d'ordre général. 7
7.2 Essais utilisant une excitation artificielle. 8
7.3 Actions des phénomènes naturels ambiants. 8
8 Essais et contrôles. 9
8.1 Généralités. 9
8.2 Essais pendant la phase de construction (contrôle provisoire). 9
8.3 Essais après achèvement de la construction .12
8.4 Étude et contrôles en cours d'utilisation. 13
8.5 Surveillance. 13
9 Rapport final. 15
9.1 Généralités. 15
9.2 Conception de l'essai . 15
9.3 Rapport d'essai. 16
9.4 Analyse des résultats et conclusions. 17
Annexe A (informative) Systèmes d'excitation et leur spécification. 18
Annexe B (informative) Appareillage de mesure et sa spécification . 24
Bibliographie . 28

© ISO 2003 – Tous droits réservés iii

---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 14963:2003(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 Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 14963 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques,
sous-comité SC 2, Mesure et évaluation des vibrations et chocs mécaniques intéressant les machines, les
véhicules et les structures.
iv © ISO 2003 – Tous droits réservés

---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 14963:2003(F)
Introduction
Les études dynamiques peuvent contribuer au contrôle des structures par des mesures et l'interprétation de
leur réponse à l'excitation dynamique, et par l'établissement de rapports à ce propos. Il convient que les
essais soient conçus conformément aux besoins spécifiques de l'étude et au type de structure. Les mesures
conduisent habituellement à une caractérisation du comportement dynamique de l'ensemble du pont, y
compris les fondations, ou des éléments de structure locaux dans les domaines fréquentiel et/ou temporel.
La présente Norme internationale est destinée à être utilisée dans le cadre de la conception définitive, des
ouvrages temporaires, de la construction et de la maintenance des ponts et viaducs, selon le cas. Il est admis
d'entreprendre des essais dynamiques pour la réalisation des objectifs suivants:
 l'évaluation du degré de sécurité des structures de pont en construction;
 la confirmation, après construction, des valeurs utilisées pour la conception;
 l'évaluation des caractéristiques dynamiques à intégrer dans l'analyse des effets du vent et des
tremblements de terre et pour la charge mobile;
 la surveillance des ponts réellement en service et la détection d'endommagements;
 la confirmation des effets des renforts sur les ponts;
 le diagnostic des ponts dans un cas d'urgence;
 l'essai de diagnostic en tant que base de la surveillance d'état.
Il est admis d'utiliser l'étude dynamique en tant que partie intégrante du processus de conception (essais
orientés sur la conception) des nouvelles constructions ou pour la gestion des opérations de maintenance et
de réhabilitation.

© ISO 2003 – Tous droits réservés v

---------------------- Page: 5 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 14963:2003(F)

Vibrations et chocs mécaniques — Lignes directrices pour
essais et études dynamiques des ponts et viaducs
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale définit des lignes directrices pour les essais et études dynamiques des
ponts et viaducs. Elle
 classe les essais en fonction de la construction et de l'usage,
 indique la nature des études et des contrôles portant sur les éléments structuraux individuels et
l'ensemble des structures,
 établit une liste des matériels requis pour l'excitation et le mesurage, et
 classe les techniques d'étude en faisant appel aux méthodes adéquates pour le traitement des signaux,
la présentation des données et l'établissement des rapports.
La présente Norme internationale définit des critères d'ordre général destinés aux essais dynamiques. Cela
peut constituer une source d'informations sur le comportement dynamique d'une structure devant servir de
base à la surveillance des conditions ou à l'identification du système. Les essais dynamiques détaillés dans la
présente Norme internationale ne se substituent pas aux essais statiques.
Les essais peuvent être réalisés pour définir l'ensemble des caractéristiques dynamiques de chaque mode de
vibration examiné (c'est-à-dire la fréquence, la raideur, la forme d'un mode et l'amortissement) et leur variation
non linéaire en fonction de l'amplitude du mouvement.
La présente Norme internationale est applicable aux routes, aux chemins de fer, aux passerelles et viaducs
(pendant la construction et la mise en service à la fois) ainsi qu'aux autres ouvrages (ou types d'ouvrages),
sous réserve que leur structure particulière justifie l'application de ladite norme.
L'application de la présente Norme internationale à des structures spéciales (ponts à haubans ou suspendus)
nécessite des essais spécifiques qui tiennent compte des caractéristiques particulières de l'ouvrage.
NOTE «Ponts et viaducs» sont désignés par «ponts» dans la suite du texte de la présente Norme internationale.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 2041, Vibrations et chocs — Vocabulaire
© ISO 2003 – Tous droits réservés 1

---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 14963:2003(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 2041 s'appliquent.
4 Classification
4.1 Généralités
Le comportement dynamique des ponts est fortement influencé par le type de superstructure, la conception
statique et la méthode de construction, la section transversale du tablier, les conditions du support, le type de
fondation et la hauteur des infrastructures (piles et culées). Dans la mesure où les essais dynamiques
tiennent compte de ces caractéristiques, une classification des ponts est donnée en 4.2 à 4.4. Cette
classification aide à l'établissement correct des rapports de mesures.
4.2 Type de superstructure
Les principales catégories de tablier de pont, compte tenu des matériaux utilisées dans la superstructure, sont
les suivantes:
a) tabliers de pont en béton armé (coulés in situ ou préfabriqués);
b) tabliers de pont en béton précontraint (coulés in situ ou préfabriqués); des éléments précontraints ou
postcontraints, ou bien des éléments combinés précontraints et postcontraints, sont généralement
utilisés;
c) tabliers de pont en acier (avec platelage orthotrope ou raidisseurs longitudinaux);
d) tabliers de pont à poutres en acier composite et à dalle en béton;
e) ponts en maçonnerie;
f) nouveaux matériaux (par exemple béton armé par des fibres, plastique renforcé).
4.3 Conception statique, méthodes de construction et infrastructure
4.3.1 Conception statique
La conception statique et les conditions d'appui influencent le comportement dynamique de la structure et il
convient d'en tenir compte dans la programmation des essais.
Considérant leur conception statique, les ponts peuvent être classés comme suit:
a) ponts à travée unique ou ponts à travées indépendantes;
b) viaducs à travées avec appuis aux extrémités et contraintes de manière appropriée, chaque travée étant
cependant indépendante;
c) ponts à travées multiples continues, généralement soumises à des variations significatives de la rigidité à
la flexion longitudinale dans l'axe de la travée;
d) travée continue isostatique de type Gerber; le profil longitudinal peut être à section constante ou variable;
e) ponts à poutres en caisson;
f) ponts en arc;
2 © ISO 2003 – Tous droits réservés

---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 14963:2003(F)
g) ponts en treillis;
h) ponts modulaires préfabriqués;
i) ponts en arc à tubes en acier.
4.3.2 Méthodes de construction
L'érection des ponts fait généralement appel à différentes méthodes de construction qui peuvent avoir une
incidence sur le comportement dynamique global et influencer l'établissement de modèles théoriques de la
structure. Voici par exemple certaines méthodes courantes de construction:
 construction in situ mettant en œuvre des poutres préfabriquées en béton ou en acier et une dalle en
béton (coulée in situ ou préfabriquée);
 construction en éléments préfabriqués à encorbellements successifs ou en échafaudage.
En outre, la conception des essais doit tenir compte des effets des renforts ou des réaménagements.
4.3.3 Type de sections transversales de tabliers
Les principales catégories de sections transversales de tabliers de pont sont les suivantes:
 dalle sur poutres transversales en acier ou en béton (généralement reliées par des poutres
transversales);
 poutre en caisson unicellulaire ou multicellulaire;
 dalles transversales pleines ou creuses.
4.3.4 Type de fondations
Les principales catégories de fondations sont les suivantes:
 semelle, dalle ou béton de masse sur sols résistants ou directement sur masse rocheuse;
 fondations sur pieux ou palplanches;
 fondations sur puits bétonnés.
Le comportement des fondations de ce type et leur action sur le terrain peuvent avoir une incidence sur le
degré de contrainte des structures (piles et culées), et il est suggéré d'entreprendre, dans la mesure du
possible, une étude portant sur leur comportement pendant la phase de construction.
4.3.5 Piles, culées et parapets
4.3.5.1 Piles
Les systèmes de piles les plus fréquents se composent des éléments suivants:
 piles de type mural;
 piles à colonne simple (creuse ou pleine, droite ou en queue de billard);
 béquilles à colonnes multiples (creuses ou pleines, droites ou en queue de billard);
 piles en caisson.
© ISO 2003 – Tous droits réservés 3

---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 14963:2003(F)
D'autres types de piles peuvent être classés selon une combinaison des principales catégories citées
précedemment.
4.3.5.2 Culées
Les systèmes de culées se composent généralement des éléments suivants:
 culées en béton armé coulé en place (pleines ou à contreforts);
 culées creuses en béton armé coulé en place;
 culées préfabriquées en béton armé;
 culée de terre mécaniquement stabilisées, par exemple renforcements des sols.
4.3.5.3 Parapets
Les parapets sont généralement construits de la manière suivante:
 en béton;
 en maçonnerie.
4.3.6 Ponts spéciaux
Les ponts spéciaux tels que les suivants nécessitent une attention particulière:
 ponts biais (avec angle du biais > 15°);
 ponts courbes (R/L < 10);
 ponts en pente (avec angle de pente > 5 %);
 ponts à haubans;
 ponts suspendus;
 ponts mobiles (par exemple ponts tournants et levants);
 ponts flottants.
4.4 Classification fonctionnelle
Les ponts peuvent être classés selon leur fonction
a) en ponts-routes,
b) en ponts-rails,
c) en passerelles,
d) en ponts de produits et passerelles de service, ou
e) en une combinaison des catégories susmentionnées.
4 © ISO 2003 – Tous droits réservés

---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 14963:2003(F)
5 Critères d'ordre général pour les essais
5.1 Généralités
Avant d'entreprendre les études, il est recommandé de réaliser des modèles théoriques et/ou des analyses
numériques, pour déterminer l'ordre de grandeur des valeurs à mesurer. Si des études ont été réalisées sur
des ouvrages similaires, il est raisonnable d'anticiper un ordre de grandeur identique en matière de valeurs.
Cela pourrait s'appliquer soit à l'ensemble du pont, soit à des éléments, soit à des parties de la structure. Il
convient que cette analyse initiale fournisse les valeurs probables des déplacements, déformations,
fréquences propres, formes des modes et de l'amortissement en tant que lignes directrices dans le choix des
éléments suivants:
 technique d'étude;
 méthode d'excitation (type et durée d'excitation, répartition spectrale);
 appareils de mesure;
 emplacement des transducteurs et/ou excitateurs.
5.2 Choix des techniques d'essai
Le choix des techniques d'essai dépend de plusieurs facteurs: gamme de fréquence, amortissement, niveau
d'excitation nécessaire à une évaluation correcte de la réponse (en relation avec le degré de précision des
transducteurs et le bruit ambiant).
Si le rapport signal-bruit est inférieur à 3, il convient de traiter les mesurages avec une attention particulière et
d'indiquer dans le rapport les facteurs de correction adoptés et les erreurs estimées.
5.3 Choix des méthodes d'excitation
5.3.1 Généralités
Dans le choix des méthodes d'excitation, il convient de considérer deux types de mouvement: mouvement
libre et forcé. Dans les deux cas, des études peuvent être effectuées dans les domaines de temps, de
fréquence ou de temps-fréquence.
L'excitation à l'origine du mouvement libre peut être induite par application brusque d'une charge statique ou
d'un déplacement imposé, ou en tant que réponse prolongeant une excitation transitoire (y compris l'effet de
véhicules en mouvement ou en freinage). L'excitation peut être «forcée sous l'action de facteurs
environnementaux» ou «artificiellement forcée». La première est due au vent, à la circulation routière, aux
microséismes, et présente un large spectre à caractéristique aléatoire. La deuxième est générée par une
excitation commandée qui peut se révéler particulièrement utile pour concentrer l'énergie de contrainte autour
de différentes fréquences propres. Cela implique l'utilisation d'un ou de plusieurs excitateurs à même
d'appliquer une charge commandée dont l'amplitude et la fréquence sont connues. Ce type d'excitation peut
servir à l'évaluation des caractéristiques dynamiques et des non-linéarités possibles du système.
S'agissant des passerelles, il convient de considérer l'excitation générée par le bruit des pas des piétons.
5.3.2 Type d'appareillage
Pour le choix de l'appareillage à utiliser dans le cadre des vibrations artificielles, voir 6.1. Pour sélectionner le
type d'excitation, il est nécessaire d'évaluer à la fois la gamme de fréquence et les niveaux vibratoires requis.
© ISO 2003 – Tous droits réservés 5

---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 14963:2003(F)
5.3.3 Emplacements des points d'excitation
Il convient de choisir le nombre et l'emplacement des points d'excitation en fonction des modes de vibration à
étudier. Il convient que ces emplacements, zones offrant une amplitude de mode maximale, tiennent compte
de l'avancement de la phase de construction et de la raideur de la section résistante. Il peut s'avérer
nécessaire de vérifier que la structure peut supporter la charge dynamique prévue.
5.4 Choix du système de mesure de la réponse
5.4.1 Généralités
Il convient de programmer la méthode de surveillance de la réponse en fonction des informations spécifiques
à obtenir des essais. Ces informations peuvent correspondre à la mesure de l'accélération, de la vitesse, du
déplacement, de la déclivité, de l'allongement ou de la déformation. Il convient de prêter une attention toute
particulière à la détection des paramètres physiques relatifs à la fatigue, afin de déterminer l'étendue des
déformations et contraintes subies à des points spécifiques de la structure. Ces informations revêtent une
importance particulière pour l'évaluation du dommage probable local ou global.
La réponse globale est la détection directe des modes de vibration d'une pile ou culée, ou de la structure au
niveau d'une ou plusieurs travées. Il suffit le plus souvent de détecter des modes de vibration déterminés,
qu'ils soient verticaux, horizontaux, de torsion ou combinés. Le mesurage de la réponse globale nécessite
l'installation d'appareils de mesure le long de toute la structure ou de ses éléments, en prévoyant différentes
configurations pour chaque essai. Il convient de programmer cela après des études préliminaires. À cet effet,
il peut se révéler nécessaire de maintenir certaines positions d'essai pour vérifier la répétabilité des mesures
et mettre en corrélation les divers résultats. À basses fréquences, il est admis d'utiliser des systèmes GPS
(«global positioning systems») d'une précision inférieure au centimètre.
La réponse locale exige une programmation spécifique de la position des appareils de mesure, après analyse
théorique des parties de la structure pendant la phase de construction (pieux de fondation, fondations en tant
qu'ensemble, etc.) ou d'éléments structuraux (sections transversales, porte-à-faux, etc.).
5.4.2 Mise en place des transducteurs
Pour la mesure de la réponse globale, il convient de ne pas placer les appareils de mesure sur des éléments
sensibles aux vibrations locales. Il convient d'étalonner l'ensemble de la chaîne de mesure (transducteurs,
coditionneurs de signaux, enregistrement) conformément aux spécifications du fabricant ou aux normes
applicables (pour les transducteurs de vibrations, se reporter par exemple à l'ISO 5347 et à l'ISO 16063). Il
convient de décrire dans le rapport d'essai la chaîne d'acquisition des valeurs de mesure et des données et
de spécifier la gamme de fréquence du système.
Le positionnement initial des transducteurs dépend des objectifs de l'étude ainsi que du type de pont, de son
état et du mode de vibration concerné. D'autres emplacements peuvent se révéler nécessaires en fonction
des résultats de mesures précédemment effectuées.
5.4.3 Techniques d'installation
Il convient que la technique de fixation des transducteurs permette la reproduction des vibrations émises par
l'élément auquel ils sont fixés, et ce sur le domaine de fréquence représentatif. Il convient que le système de
fixation soit aussi rigide que possible pour éviter des phénomènes de résonance générés par le montage. Il
convient de fixer les transducteurs conformément aux spécifications du fabricant ou aux normes applicables
(pour les accéléromètres, se reporter par exemple à l'ISO 5348). Il convient de décrire lesdites fixations dans
le rapport d'essai.
5.4.4 Transmission de données
Il convient d'assurer le transfert des données sans aucune altération.
6 © ISO 2003 – Tous droits réservés

---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 14963:2003(F)
6 Appareillage d'essai
6.1 Appareillage d'excitation
L'appareillage d'excitation doit être adapté à l'objectif recherché. L'Annexe A fournit les détails relatifs aux
générateurs de vibrations, aux systèmes à impulsions et à leur spécification.
6.2 Appareillage de mesure
L'appareillage de mesure doit être adapté à l'objectif recherché. L'Annexe B fournit des recommandations sur
l'appareillage de mesure et sa spécification.
6.3 Systèmes de contrôle, d'acquisition et d'analyse
Il convient de prévoir une fonction de contrôle qui représente la série d'opérations destinées à contrôler toutes
les actions à appliquer à la structure pendant les essais. Selon le type d'excitateur, il peut être nécessaire
d'installer des transducteurs de force entre le sol et la structure soumise à l'étude.
Il convient d'enregistrer les données afin de pouvoir en assurer le traitement et l'analyse.
Il convient de réaliser une analyse qui constitue la série d'opérations permettant l'exploitation des données
enregistrées et l'identification des caractéristiques dynamiques.
7 Techniques d'étude
7.1 Considérations d'ordre général
7.1.1 Groupement
Les techniques d'étude dynamique des structures peuvent être regroupées selon la nature des vibrations,
(c'est-à-dire qu'elles soient forcées ou libres) et les techniques adoptées pour le traitement des données.
7.1.2 Vibration forcée
La vibration forcée peut être provoquée artificiellement ou par l'environnement, c'est-à-dire qu'elle peut être
induite soit par des sources artificielles, soit par des causes exogènes dues à l'environnement.
L'excitation artificielle peut générer des charges appliquées présentant des caractéristiques spécifiques.
Selon le système d'excitation utilisé, la charge dynamique peut être sinusoïdale, stationnaire aléatoire, non
stationnaire aléatoire ou transitoire. L'excitation peut être mesurée dans certaines situations, mais peut
présenter des difficultés dans d'autres.
La vibration forcée d'origine environnementale peut être générée par le vent, la circulation (routière ou
ferroviaire), les microséismes, l'activité industrielle, les travaux routiers, etc. Les excitations dynamiques
peuvent être stationnaires aléatoires, non stationnaires aléatoires ou transitoires.
7.1.3 Vibration libre
La vibration libre est celle qui persiste après la disparition de la cause qui l'a produite. Elle est caractérisée
par une combinaison de sinusoïdes amorties. La vibration libre dépend des caractéristiques du mode de
vibration de l'ouvrage. Elle peut être induite artificiellement ou due à des causes environnementales.
Dans le premier cas, elle est due à des actions transitoires, par exemple l'utilisation de la technique
d'excitation et désexcitation rapide ou de dispositifs générateurs de charge impulsionnelle.
© ISO 2003 – Tous droits réservés 7

---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 14963:2003(F)
Dans le second cas, elle peut être induite sur la structure par l'arrêt des actions transitoires dues à
l'environnement telles que le passage des véhicules ou l'arrêt du vent.
7.1.4 Traitement des données
Le traitement des données peut s'effectuer dans le domaine de fréquence, dans le domaine de temps
...