Pile length estimation based on guided wave theory for unknown foundations

ABSTRACT: The construction of new structures on existing pile foundations can significantly reduce the overall project costs. The reuse of foundations requires information on the embedded depth of existing piles, which is not always known. In this paper, a new method based on the guided wave theory is proposed to effectively estimate the pile length of unknown foundations for the first time. In this method, a three-dimensional guided wave model of a cylindrical pile is built by the spectral element method. Then, a modified Ridders' algorithm is proposed to solve the spectrum relation obtained by the guide wave model. The phase difference of the two signals collected via two sensors placed on the lateral side of the test pile can be calculated. Based on the periodic analysis of the relationship between the phase difference and the wavenumber, the pile length can be determined. Finally, through the synthetic data, the effectiveness and accuracy of the proposed method are validated.

RÉSUMÉ: La construction de nouvelles structures sur des pieux existants peut réduire considérablement les coûts globaux du projet. La réutilisation des fondations nécessite des informations sur la profondeur d'encastrement des pieux existants, qui n'est pas toujours connue. Dans cet article, une nouvelle méthode basée sur la théorie des ondes guidées est proposée pour estimer efficacement la longueur des pieux de fondations inconnues pour la première fois. Dans cette méthode, un modèle d'onde guidée tridimensionnel d'un pieu cylindrique est construit par la méthode des éléments spectraux. Ensuite, un algorithme de Ridders modifié est proposé pour résoudre la relation spectrale obtenue par le modèle d'onde guide. La différence de phase des deux signaux collectés via deux capteurs placés sur le côté latéral du pieu d'essai peut être calculée. Sur la base de l'analyse périodique de la relation entre la différence de phase et le nombre d'onde, la longueur du pieu peut être déterminée. Enfin, à travers les données synthétiques, l'efficacité et la précision de la méthode proposée sont validées.