Three-dimensional effects in low-strain integrity testing of piles: analytical solution: Fid-Bau Portal

Three-dimensional effects in low-strain integrity testing of piles: analytical solution

Poulos, Harry G

L’interprétation des essais d’intégrité de pieux soumis à de faibles contraintes s’appuie souvent sur des méthodes axées sur la théorie de propagation unidimensionnelle des ondes. En réalité, les ondes produites lors de l’impact d’un marteau contre la tête d’un pieu se propagent dans les trois dimensions et la validité de l’hypothèse de front d’ondes plat est plutôt douteuse dans les cas où la taille du marteau est petite par rapport à celle du pieu. Le présent article présente une modélisation analytique de la réponse dynamique d’un pieu l’impact d’une charge sur sa tête, modélisation qui tient compte de la propagation radiale et verticale des ondes. La formule proposée s’applique à un pieu de longueur finie enfoui dans un sol élastique à couches multiples et permet de prendre en compte les défauts de forme et de structure du pieu en réduisant localement le rayon de la section transversale du pieu ou le module de Young du matériau qui constitue ce même pieu. Des exemples sont fournis pour illustrer l’effet des interférences causées par les oscillations à haute fréquence sur l’interprétation des essais d’intégrité des pieux, effet qui peut seulement être justifié dans le cadre de la formulation tridimensionnelle du problème. À partir de ces exemples, on émet des suggestions pratiques pour l’interprétation de ces essais. [Traduit par la Rédaction]

The interpretation of low-strain integrity tests of piles is commonly based on methods developed around the one-dimensional wave propagation theory. In reality, waves resulting from the impact of a hammer on a pile head propagate in three dimensions, and the validity of the plane-front assumption is rather questionable for cases where the size of the hammer is small relative to that of the pile. This paper presents an analytical model of the dynamic response of a pile to an impact load on its head, considering propagation of waves in both vertical and radial directions. The proposed formulation applies to a pile of finite length embedded in multilayered elastic soil, and allows for considering both shape and material pile defects, by reducing locally the radius of the pile cross section or the Young’s modulus of its material. Arithmetic examples are used to depict the effect of high-frequency interferences on the interpretation of pile integrity tests, which can only be accounted for in the three-dimensional formulation of the problem, and lead to practical suggestions for the interpretation of such tests.