Evaluating CAPWAP Analysis as a Method of Predicting Skin Friction Resistance in Tension for Driven Piles in Clays

ABSTRACT: Dynamic monitoring with Case Pile Wave Analysis Program (CAPWAP) analysis is an economical alternative to uplift static load testing to estimate the ultimate skin friction resistance of driven piles to tensile forces (i.e. frost adhesion, wind, hydrodynamic/hydrostatic, etc.). CAPWAP analysis estimates the ultimate axial geotechnical resistance of driven piles and the relative contribution of skin friction and end bearing resistances. The skin friction portion may be used in design for estimating uplift resistance of a pile. While CAPWAP analysis is less expensive than uplift static load testing, the results are non-unique and may vary depending on many factors including the data point (i.e. the "blow") selected, the experience and level of effort of the CAPWAP user, etc. A sensitivity analysis was performed on the previously reported CAPWAP results of 20 dynamically monitored piles to observe the effects of intentionally varying skin friction resistances of a clay layer within the CAPWAP model on the accuracy of the model, quantified by the Match Quality (MQ) calculated in the CAPWAP software. The author also performed independent CAPWAP analyses on the dynamic monitoring data to observe the differences/similarities in skin friction resistance estimates from the "best estimate" CAPWAP results. The results demonstrated that while it is possible to show largely varying skin friction estimates (-60% to +60% in many cases) for the same dynamic monitoring data and still have satisfactory CAPWAP results, it is likely that multiple independent CAPWAP users would get similar skin friction estimates when following the standard CAPWAP procedure and averaging the results from multiple dynamically monitored piles from the same project site.

RÉSUMÉ: Le suivi d’essai dynamique utilisant l’analyse CAPWAP (Programme d’analyse d’équation d’onde par la méthode de CASE) est une alternative économique aux essais de charge statique de soulèvement permettant d’estimer la résistance ultime du frottement des pieux battus contre les forces de tension (i.e. l'adhérence au gel, le vent, forces hydrodynamiques/ hydrostatiques, etc.). L'analyse CAPWAP effectue l’estimé de la résistance axiale ultime des pieux battus, et évalue les contributions relatives de la résistance du frottement et de la résistance de pointe. La portion du frottement peut être utilisée en conception afin d’estimer la résistance au soulèvement d'un pieu. Alors que l'analyse CAPWAP est moins coûteuse que les essais de charge statique de soulèvement, ses résultats sont non-uniques et varient en fonction de nombreux facteurs. Ces facteurs incluent le point de données (impact provoqué) sélectionné, l'expérience et les efforts déployés par l'utilisateur CAPWAP, etc. Une analyse de sensibilité a été effectuée sur des résultats CAPWAP provenant d’un programme de suivi dynamique effectué sur 20 pieux. Cette analyse avait pour objectif d’observer les effets de la variation de la résistance du frottement au sein d'une couche d'argile dans le modèle CAPWAP sur la précision du modèle, quantifiée par la qualité de correspondance (Match Quality) calculée dans le logiciel CAPWAP. L'auteur a également effectué des analyses CAPWAP indépendantes, utilisant des données de suivi dynamique, afin d’observer les différences et similitudes des estimés de la résistance au frottement à partir des résultats CAPWAP correspondant aux meilleures évaluations. Les résultats ont démontré qu’alors qu’il est possible de démontrer des estimations de frottement grandement variables (souvent de -60% à +60%) pour les mêmes données de suivi dynamique, et de toujours obtenir des résultats CAPWAP acceptables, il est probable que différents utilisateurs CAPWAP indépendants obtiennent des estimés de frottement semblables lorsqu’ils utilisent la méthode CAPWAP standard et en faisant la moyenne des résultats des différents pieux suivis au cours d’un même projet.