ISO 22282-4:2012
(Main)Geotechnical investigation and testing — Geohydraulic testing — Part 4: Pumping tests
Geotechnical investigation and testing — Geohydraulic testing — Part 4: Pumping tests
ISO 22282-4:2012 establishes requirements for pumping tests as part of geotechnical investigation service in accordance with EN 1997-1 and EN 1997-2. ISO 22282-4:2012 applies to pumping tests performed on aquifers whose permeability is such that pumping from a well can create a lowering of the piezometric head within hours or days depending on the ground conditions and the purpose. It covers pumping tests carried out in soils and rock. The tests concerned by ISO 22282-4:2012 are those intended for evaluating the hydrodynamic parameters of an aquifer and well parameters.
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais géohydrauliques — Partie 4: Essais de pompage
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 22282-4
First edition
2012-06-01
Geotechnical investigation and testing —
Geohydraulic testing —
Part 4:
Pumping tests
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais géohydrauliques —
Partie 4: Essais de pompage
Reference number
ISO 22282-4:2012(E)
©
ISO 2012
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ISO 22282-4:2012(E)
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Published in Switzerland
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ISO 22282-4:2012(E)
Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and symbols . 2
3.1 Terms and definitions . 2
3.2 Symbols . 2
4 Equipment . 2
5 Test procedure . 3
5.1 Test preparation . 3
5.2 Arranging the disposal of discharge water . 3
5.3 Executing and equipping the well . 4
5.4 Executing and equipping the piezometers . 6
5.5 Execution of the test . 6
5.6 Uncertainty of measurement . 9
5.7 Interruptions in pumping . 9
5.8 Decommissioning . 9
6 Test results . 9
7 Reports .10
7.1 Field report .10
7.2 Test report . 11
Annex A (informative) Record of measured values and test results of the pumping test — Example .12
Annex B (informative) Determining the pumping test discharge .14
Annex C (informative) Interpretation of the pumping test results .18
Bibliography .25
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ISO 22282-4:2012(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 22282-4 was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee
CEN/TC 341, Geotechnical investigation and testing, in collaboration with Technical Committee ISO/TC 182,
Geotechnics, Subcommittee SC 1, Geotechnical investigation and testing, in accordance with the Agreement
on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
ISO 22282 consists of the following parts, under the general title Geotechnical investigation and testing —
Geohydraulic testing:
— Part 1: General rules
— Part 2: Water permeability tests in a borehole using open systems
— Part 3: Water pressure tests in rock
— Part 4: Pumping tests
— Part 5: Infiltrometer tests
— Part 6: Water permeability tests in a borehole using closed systems
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 22282-4:2012(E)
Geotechnical investigation and testing — Geohydraulic testing —
Part 4:
Pumping tests
1 Scope
This part of ISO 22282 establishes requirements for pumping tests as part of geotechnical investigation service
in accordance with EN 1997-1 and EN 1997-2.
A pumping test consists in principle of:
— drawing down the piezometric surface of the groundwater by pumping from a well (the test well);
— measuring the pumped discharge and the water level in the test well and piezometers, before, during and
after pumping, as a function of time.
This part of ISO 22282 applies to pumping tests performed on aquifers whose permeability is such that
pumping from a well can create a lowering of the piezometric head within hours or days depending on the
ground conditions and the purpose. It covers pumping tests carried out in soils and rock.
The tests concerned by this part of ISO 22282 are those intended for evaluating the hydrodynamic parameters
of an aquifer and well parameters, such as:
— permeability of the aquifer,
— radius of influence of pumping,
— pumping rate of a well,
— response of drawdown in an aquifer during pumping,
— skin effect,
— well storage,
— response of recovery in an aquifer after pumping.
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 14688-1, Geotechnical investigation and testing — Identification and classification of soil — Part 1:
Identification and description
ISO 14689-1, Geotechnical investigation and testing — Identification and classification of rock — Part 1:
Identification and description
ISO 22282-1, Geotechnical investigation and testing — Geohydraulic testing — General rules
ISO 22475-1, Geotechnical investigation and testing — Sampling methods and groundwater measurements —
Part 1: Technical principles for execution
© ISO 2012 – All rights reserved 1
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ISO 22282-4:2012(E)
3 Terms, definitions and symbols
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 22282-1 and the following apply.
3.1.1
radius of influence of pumping
R(t)
distance, measured from the axis of the well, beyond which the lowering of the piezometric surface of the
groundwater is nil
NOTE In a steady-state condition, R(t) is constant, and is thus designated by R .
a
3.2 Symbols
Symbol Designation Unit
D drilled diameter of the well m
d thickness of the aquifer m
L
wetted length of screen of the perforated pipe placed in the well m
3
Q flow rate m /s
3
Q discharge rate, assessed pumping discharge at the end of the well preparation m /s
d
3
Q discharge of the pumping test m /s
e
R radius of influence under steady-state conditions m
a
R(t) radius of influence at time (t) m
S storage factor —
2
T transmissivity m /s
t time s
v
velocity —
a
slope of the line that characterizes the drawdown in the well —
b ordinate at the origin of the line that characterizes the drawdown in the well —
c conventional drawdown unit of the preliminary pump discharge —
d size which may be interpolated from the grading curve, of the square sieve mesh of side —
N
d for which the weight percent of undersize is equal to N percent
e
distance between the bottom of the well and the surface of the unconfined groundwater m
at rest in an aquifer
k horizontal permeability coefficient m/s
h
Dh drawdown of the water level in the well m
Dh’ drawdown of the water level in the well after 2 h m
Dh drawdown of the water level in the well, set during the preliminary test and not to be m
f
exceeded
Dh maximum drawdown of the water level in the well during the pumping test m
max
4 Equipment
Conducting a pumping test requires the following equipment and instruments:
a) a test well and piezometers (see ISO 22475-1);
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ISO 22282-4:2012(E)
b) a pump and associated pipework capable of pumping from the test well. The pumps shall be equipped with
a suitably long discharge pipe so that the water from the pump is discharged sufficiently far away so that it
does not affect the test area. The capacity of the pump shall be sufficient to extract from the well a discharge
at least equal to that corresponding to that estimated to achieve the maximum planned drawdown;
NOTE Pumping tests are commonly carried out using electric submersible pumps, installed within the test well.
However, depending on conditions, pumping tests can also be carried out using suction pumps located at the surface,
airlift equipment, or special dewatering equipment such as wellpoints or eductors.
3
c) a system for regulating and measuring the discharge (m /s). Devices for measuring the discharge rate
shall be suitably calibrated and shall be accurate for a range of flow rates anticipated during the test;
d) a system for measuring the water level in the test well and piezometers. The turbulence in the test well
caused by pumping shall be considered; the devices shall be capable of measuring water levels over the
range of drawdowns anticipated during the test;
e) a time measuring and/or recording device, reading in seconds.
5 Test procedure
5.1 Test preparation
5.1.1 General
When preparing a pumping test, there are a number of things to investigate and consider in advance, such as:
— basic information on the ground and groundwater conditions according to ISO 22282-1;
— the required drawdown and/or the required discharge rate during the test;
— the discharge point for the pumped water and its location relative to the test well;
— the duration of the test.
5.1.2 Determining the discharge rate for the pumping test
The discharge rate Q must be estimated to ensure that the test well can yield sufficient water, to allow a pump of
d
appropriate capacity to be selected, and to ensure that the discharge can be accepted at the agreed disposal point.
The discharge rate can be estimated by one or more of the following methods:
— based on the purpose of the test and experience of local conditions;
— by theoretical assessment of the well capacity, according to the method described in Annex B;
— by analysis of information from the preliminary pumping phase, according to the method described in Annex B.
5.2 Arranging the disposal of discharge water
The disposal of discharge water shall be in accordance with relevant rules and regulations.
If the discharge water is not disposed of via an engineered sewer network, it shall be disposed of at sufficient
distance from the test well that it will not have a significant impact on the observed pattern of groundwater lowering.
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5.3 Executing and equipping the well
5.3.1 Design of the test well
The test well shall be designed to satisfy the following criteria (see Figure 1):
— of sufficient depth to penetrate below the groundwater level in the strata of interest. If the test well does not
fully penetrate the aquifer, it shall penetrate the saturated part of the aquifer to a depth of at least 25 times
the well screen diameter with a minimum of 3 m;
— of sufficient drilled diameter to accommodate the necessary filter materials and well screen of sufficient
diameter to accommodate pumping equipment of adequate capacity to achieve the required discharge rate;
— with sufficient length and capacity of well screen to ensure that the required discharge rate can be achieved;
— to have appropriate filter material to ensure that the discharge water contains an acceptably low sediment
content to avoid the risk of pump damage and ground settlement as a result of the removal of fine particles
from the soil. Where the well is constructed in a stable rock, it may be possible to construct a test well
without the need for filter material.
The filter material shall be a highly permeable granular material of closely controlled particle size, and be
formed of grains of inert minerals in relation to the aquifer groundwater chemistry (e.g. quartz, feldspar). In
granular soils, the filter’s grading curve shall satisfy the double inequality:
5 d ≤ d ≤ 5 d
15 soil 15 filter 85 soil
where d designates the characteristic size of the filter or of the ground in place, such that the mass of the soil
N
fraction passing through a sieve with a square mesh of side d represents N % of the total mass of material.
In fine grained soils or where the well screen is equipped with a geotextile mesh designed to act as a filter, the
filter material’s purpose is to backfill the annular space between the outside of the well screen and the borehole
wall. In those circumstances the filter media should be highly permeable coarse sand or fine gravel, with a
permeability coefficient at least 100 times that of the soil or rock being tested.
The thickness of the annular space for the filter pack shall be at least 50 mm. The inner diameter of the test well
shall be selected according to the purpose.
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Key
1 well screen (slotted tube)
2 filter material (filter pack)
3 submersible pump
4 borehole casing
5 tube for measuring the water level
6 sealing plug
7 plain tube
8 device for measuring the water level
9 base of the screen
L filter length
D drilled diameter of the well
Figure 1 — Test well equipped for a pumping test — Example
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5.3.2 Installation procedure
The test well shall be constructed in a similar way to piezometers in accordance with ISO 22475-1. Great care
shall be taken when installing the well materials. Particular attention shall be paid to the following:
— The well screen shall be lowered into the borehole to the specified level and shall be installed centrally in
the well, with the top and bottom of the screen located at the design level. Care shall be taken that the joints
of the screen and casing do not leak, and that the screen and casing are installed vertically and straight.
— If necessary, filter material shall be inserted in the annular space between the screen and the temporary
casing (or borehole wall). The filter material shall be placed progressively in stages to reduce the risk of a
blockage in the annular space. The filter material shall preferably be placed via a tremie pipe.
— If necessary, a sealing plug of low permeability material (such as bentonite) shall be created in the annular
space between the borehole wall and the well casing immediately above the filter material. The purpose of
the sealing plug is to prevent infiltration of surface water, or water from other aquifers, into the well screen.
5.3.3 Preparation of the well
Prior to the pumping test the well shall be developed to increase the permeability of the soil around the shell
by washing, and to remove any drilling residues and mobile soil particles that could be entrained by the water
flow into the well. Such particles could clog the filter and damage the test pump.
Development shall be carried out by means of pumping. Possible methods include airlifting or pumping using a
robust pump that is not damaged by the presence of particles in the discharge water. If airlift pumping is used,
care shall be taken to avoid injecting air into the ground, as air bubbles in the ground can affect the permeability.
Other methods for well development may be used in combination with pumping, including:
— jetting with water inside the well screen;
— surging or swabbing inside the well screen to induce water flow into and out of the well;
— chemical treatment (e.g. use of acids in carbonate rocks).
5.4 Executing and equipping the piezometers
5.4.1 Installation procedure
Piezometers shall be installed in accordance with ISO 22475-1.
The piezometer tubes shall be installed at such a depth that the influence of the test well can be observed and
recorded adequately. Where possible, the piezometer closest to the test well shall be located at the same depth
as the bottom of the test well.
5.4.2 Preparation of piezometers
Before commencement of the test, piezometers shall be cleaned in accordance with ISO 22475-1. The water level
in the piezometers shall be measured for a period before and after the test in order to find any natural variations
in the groundwater level. Their response time shall be checked by watching the water rise in the piezometer tube.
The period of monitoring depends on the nature of the aquifer and the purpose of the pumping test.
5.5 Execution of the test
5.5.1 General
The test comprises up to four phases:
— a pre-pumping phase to monitor the undisturbed groundwater levels;
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ISO 22282-4:2012(E)
— a preliminary pumping phase to determine the discharge from the pumping test;
— the pumping test phase;
— the post-pumping test phase to monitor recovery of groundwater levels.
5.5.2 Pre-pumping monitoring
Prior to commencement of the pumping phase of the test, water levels in the test well and piezometers shall be
monitored to determine natural groundwater levels.
NOTE The duration of the pre-pumping phase depends on the purpose of the test and local conditions. Typical
durations of pre-pumping monitoring are between one day and ten days. Longer periods of pre-pumping monitoring are
necessary when groundwater levels are subject to tidal or other variations.
5.5.3 Preliminary pumping phase
Prior to the main pumping test a short period of pumping shall be carried out to test the equipment.
NOTE Suitable durations for the equipment test are between 15 min and 2 h.
During the preliminary pumping phase the correct functioning of pumps, control systems, valves, flow
measurement devices and water level measurement devices shall be checked. Discharge pipe work shall
be checked for leaks. Any corrective action deemed necessary shall be taken prior to commencement of the
pumping test.
For large-scale or complex pumping tests, the preliminary pumping phase can be used to provide information
on discharge rate and drawdown to assist in determination of discharge rate for the pumping test (see Annex B).
5.5.4 Pumping test
The pumping test shall not be started until water levels in the test well and the piezometers have stabilized
following the preliminary pumping phase.
The pumping test can comprise:
— a variable rate test. This type of test involves pumping the test well in a step-wise fashion, either increasing
or decreasing, up to the maximum capacity of the test well or the pump. A variable rate test can be used
to assist in determination of the discharge rate for a constant rate test;
and/or
— a constant rate test. This type of test involves pumping the test well at a constant rate for the duration on the test.
If the pumping test comprises a variable rate test followed by a constant rate test, there may be a period of
post pumping monitoring following the end of the variable rate test. In this case, the period between the end of
the variable rate test and the beginning of the constant rate test should be long enough to allow water levels
to stabilize.
Whenever the discharge is started or changed, the change in pumping rate shall be carried out rapidly. At the
start of the pumping test the discharge rate shall be stabilized within 2 min after starting the pumping.
The time at the start of the test is defined as t = 0.
During the pumping test measurements of water level shall be made according to the requirements of the
purpose of the test and the ground conditions. In general, measurements shall be taken more frequently at the
start of the pumping test, or when flow rate has been changed during a variable rate test, when water levels are
likely to be changing rapidly. During the later stages of a pumping test, when water levels are changing more
slowly, readings can be taken less frequently.
The following time increments between readings should be used unless alternative time increments can be
justified based on the purpose of the test and the ground conditions. If the groundwater levels in the test well
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ISO 22282-4:2012(E)
and piezometers are likely to continue to change at a significant rate, it may be necessary to take readings
more frequently than the guidelines below:
— ≤ 30 s for t ≤ 5 min;
— ≤ 1 min for t = 5 min to 15 min;
— ≤ 5 min for t = 15 min to 30 min;
— ≤ 10 min for t = 30 min to 1 h;
— ≤ 30 min for t = 1 h to 4 h;
— ≤ 1 h for t > 4 h.
Where a pumping test is carried out in conditions where groundwater is subject to tidal variations, water
level readings shall be taken at frequent intervals throughout the test duration. In tidal conditions the interval
between readings should not exceed 15 min.
The pump discharge shall be measured at least four times in the first hour. If the discharge is stable, the discharge
can be measured once a day. If the discharge is not stable, the pump discharge shall be determined each hour.
Levels of open water bodies in the vicinity of the test site, where variation is likely to interfere with the pumping
test (and vice versa), shall be recorded periodically throughout the test.
Pumping shall be continued until the end of the specified pump test period or, if the test is required to achieve
steady-state conditions, until three successive readings, spaced at least 1 h apart, of the water levels in the
piezometers do not differ from one another by more than 1 cm.
5.5.5 Post-pumping monitoring
When pumping is stopped at the end of the pumping phase, post-pumping monitoring shall commence. During
this phase, the water levels in the well and piezometers shall be recorded. Starting from the beginning of the
post-pumping phase, the intervals between readings should be the same as during the pumping phase.
The duration of the post-pumping phase will depend on the purpose of the test and the local conditions. Unless
justified by the purpose of the test and the ground conditions, monitoring time shall be at least equal to the
duration of decreasing groundwater levels in the pumping phase, or until three successive readings, spaced at
least 1 h apart, do not differ from one another by more than 1 cm.
Once readings are less frequent, the pumping equipment may be removed by keeping the monitoring equipment
in operation, provided that monitoring is not disturbed.
Backflow should be avoided.
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ISO 22282-4:2012(E)
5.6 Uncertainty of measurement
The uncertainty of automatic measurement shall, and of manual measurement should, not be greater than:
— 1 s for time or 1 % of the time increment, whatever gives the greater value;
— 1 cm for levels;
— 5 % of the maximum flow for discharges.
5.7 Interruptions in pumping
During the pumping test phase it is important that pumping be continuous, other than equipment shut downs
for periodic maintenance. During a variable rate test or the first 24 h of a constant rate test, there shall be no
equipment shut downs for maintenance. All pumping plants should be adequately maintained and serviced
before the test commences.
If mechanical breakdown or other problems cause interruption to pumping during a variable rate test or during
the first 24 h of a constant discharge rate test, the test shall be abandoned. Groundwater levels shall be allowed
to recover and the test restarted from t = 0 for a constant rate test, or from the start of the previous step for a
variable rate test.
Once a constant rate test has been in progress for more than 24 h, interruptions in pumping of up to 1 hr may
be acceptable depending on the purpose of the test, although any interruptions in pumping should be kept to
an absolute minimum.
5.8 Decommissioning
After the test has been completed, the pumping and monitoring equipment shall be removed. The test well and
piezometers shall be locked, backfilled or grouted up according to ISO 22475-1.
6 Test results
The principal test results are:
— drawdown and recovery of water levels in the test well and piezometer as a function of time;
— discharge from the test well as a function of time.
During the test, the test results should be plotted graphically.
The test results can be used to evaluate aquifer properties (including permeability, transmissivity, storage
coefficient) and the performance parameters of the test well.
For constant rate tests, analyses can be either steady-state or transient-state. Steady-state analyses are
relatively simple to apply, but do not allow storage coefficients to be determined. Transient-state analyses are
more complex, but allow a wider range of parameters to be determined.
The most common methods of analysis of test results are described in Annex C.
© ISO 2012 – All rights reserved 9
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ISO 22282-4:2012(E)
7 Reports
7.1 Field report
7.1.1 General
At the project site, a field report shall be completed. This field report shall consist of the following, if applicable:
a) summary log according to ISO 22475-1;
b) drilling record according to ISO 22475-1;
c) sampling record according to ISO 22475-1;
d) record of installation of wells and piezometers according to ISO 22475-1;
e) record of identification and description of soil and rock according to ISO 14688-1 and ISO 14689-1;
f) installation record according to 7.1.2;
g) calibration record according to ISO 22282-1;
h) decommissioning record;
i) record of measured values and test results according to 7.1.3.
All field investigations shall be reported such that third persons are able to check and understand the results.
7.1.2 Installation record
The installation record shall be attached to the summary log and include the following essential information,
if applicable:
a) type of equipment;
b) test well;
c) piezometers;
d) pumps;
e) water level measuring unit;
f) flow rate measuring unit;
g) dates and times of installation;
h) groundwater levels before and after installation;
i) name and signature of the test operator.
7.1.3 Record of measured values and test results
The record of measured values and test results shall be attached to the summary log and include the following
essential information, if applicable (see also Annex A):
a) name of the enterprise performing the test;
b) name of the cli
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 22282-4
Première édition
2012-06-01
Reconnaissance et essais
géotechniques — Essais
géohydrauliques —
Partie 4:
Essais de pompage
Geotechnical investigation et testing — Geohydraulic testing —
Part 4: Pumping tests
Numéro de référence
ISO 22282-4:2012(F)
©
ISO 2012
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ISO 22282-4:2012(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2012
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Publié en Suisse
ii © ISO 2012 – Tous droits réservés
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ISO 22282-4:2012(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions et symboles . 2
3.1 Termes et définitions . 2
3.2 Symboles . 2
4 Équipement . 3
5 Mode opératoire d’essai . 3
5.1 Préparation de l’essai . 3
5.2 Dispositions relatives à l’évacuation de l’eau rejetée . 4
5.3 Réalisation et aménagement du puits . 4
5.4 Réalisation et aménagement des piézomètres . 6
5.5 Réalisation de l’essai . 7
5.6 Incertitude de mesure . 9
5.7 Interruptions du pompage . 9
5.8 Démantèlement . 9
6 Résultats d’essai . 9
7 Rapport .10
7.1 Procès-verbal établi sur le site .10
7.2 Rapport d’essai . 11
Annexe A (informative) Procès-verbal des valeurs mesurées et des résultats de l’essai de pompage
— Exemple .12
Annexe B (informative) Détermination du débit de décharge de l’essai de pompage .14
Annexe C (informative) Interprétation des résultats d’essai de pompage .18
Bibliographie .26
© ISO 2012 – Tous droits réservés iii
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ISO 22282-4:2012(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 22282-4 a été élaborée par le comité technique CEN/TC 341, Enquête géotechnique et test, du Comité
européen de normalisation (CEN) en collaboration avec le comité technique ISO/TC 182, Géotechnique,
sous-comité SC 1, Recherches et essais géotechniques, conformément à l’Accord de coopération technique
entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
— Partie 1: Règles générales
— Partie 2: Essais de perméabilité à l’eau dans un forage en tube ouvert
— Partie 3: Essais de pression d’eau dans des roches
— Partie 4: Essais de pompage
— Partie 5: Essais d’infiltration
— Partie 6: Essais de perméabilité à l’eau dans un forage en tube fermé
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NORME INTERNATIONALE ISO 22282-4:2012(F)
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais
géohydrauliques —
Partie 4:
Essais de pompage
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 22282 traite des exigences relatives aux essais de pompage réalisés dans le cadre
d’une mission de reconnaissance géotechnique conformément à l’EN 1997-1 et l’EN 1997-2.
En principe, un essai de pompage consiste à
— rabattre le niveau piézométrique de la nappe par pompage à partir d’un puits (puits d’essai), et
— mesurer le débit pompé et le niveau d’eau dans le puits d’essai et les piézomètres, avant, pendant et après
le pompage, en fonction du temps.
La présente partie de l’ISO 22282 s’applique aux essais de pompage réalisés sur des formations aquifères dont
la perméabilité est telle que le pompage à partir d’un puits peut créer un rabattement du niveau piézométrique
en quelques heures ou jours selon les conditions de terrain et l’objectif. Il traite des essais de pompage réalisés
dans les sols et les roches.
Les essais concernés par la présente partie de l’ISO 22282 sont ceux destinés à évaluer les paramètres
hydrodynamiques d’une formation aquifère et les paramètres du puits, tels que
— la perméabilité de la formation aquifère,
— le rayon d’influence du pompage,
— le débit de pompage d’un puits,
— la réponse en termes de rabattement dans une formation aquifère pendant le pompage,
— l’effet pariétal,
— l’emmagasinement du puits, et
— la réponse en termes de remontée dans une formation aquifère après pompage.
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 14688-1, Reconnaissance et essais géotechniques — Dénomination, description et classification des
sols — Partie 1: Dénomination et description
ISO 14689-1, Recherches et essais géotechniques — Dénomination et classification des roches — Partie 1:
Dénomination et description
ISO 22282-1, Reconnaissance et essais géotechniques — Essais géohydrauliques — Partie 1: Règles générales
ISO 22475-1, Reconnaissance et essais géotechniques — Méthodes de prélèvement et mesurages
piézométriques — Partie 1: Principes techniques des travaux
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ISO 22282-4:2012(F)
3 Termes, définitions et symboles
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 22282-1 ainsi que les
suivants s’appliquent.
3.1.1
rayon d’influence du pompage
R(t)
distance mesurée par rapport à l’axe du puits, au-delà de laquelle le rabattement du niveau piézométrique de
la nappe est nul
NOTE En régime permanent, R(t) est constant et désigné par R .
a
3.2 Symboles
Symbole Désignation Unité
D diamètre foré du puits m
épaisseur de la formation aquifère m
d
L longueur mouillée de la crépine du tube perforé placé dans
m
le puits
3
Q débit du puits m /s
débit de décharge, débit de pompage évalué à la fin de la
Q
d
3
m /s
préparation du puits
3
débit de l’essai de pompage m /s
Q
e
R rayon d’influence en régime permanent m
a
rayon d’influence au temps (t)
R(t) m
coefficient d’emmagasinement —
S
s rabattement m
2
T transmissivité m /s
t temps —
v vitesse —
pente de la droite caractérisant le rabattement dans le puits
a —
b ordonnée à l’origine de la droite caractérisant le rabattement
—
dans le puits
c unité conventionnelle de rabattement du refoulement
—
préliminaire de la pompe
d dimension, qui peut être interpolée à partir de la courbe
N
granulométrique, de la maille carrée de tamis de dimension,
—
d, pour laquelle le pourcentage en poids de passant est égal
à N %
e distance entre le fond du puits et la surface de la nappe libre
m
au repos dans une formation aquifère
coefficient de perméabilité horizontale m/s
k
h
Dh abaissement du niveau d’eau dans le puits m
abaissement du niveau de l’eau dans le puits au bout de 2 h m
Dh’
abaissement du niveau de l’eau dans le puits, fixé pendant
Dh
f
m
l’essai préliminaire et ne devant pas être dépassé
abaissement maximal du niveau d’eau dans le puits pendant
Dh
max
m
l’essai de pompage
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ISO 22282-4:2012(F)
4 Équipement
La réalisation d’un essai de pompage nécessite l’équipement et les instruments suivants:
a) un puits d’essai et des piézomètres (voir l’ISO 22475-1);
b) une pompe et un tube associé permettant de pomper dans le puits d’essai. Les pompes doivent être
équipées d’une conduite de refoulement suffisamment longue pour décharger l’eau pompée suffisamment
loin afin de ne pas affecter la zone d’essai. Le débit de la pompe doit être suffisant pour extraire du puits
une décharge au moins égale à celle correspondant à la décharge estimée pour atteindre le rabattement
maximal programmé;
NOTE Les essais de pompage sont généralement réalisés à l’aide de pompes électriques submersibles,
installées dans le puits d’essai. Toutefois, selon les conditions, les essais de pompage peuvent également être
réalisés à l’aide de pompes aspirantes situées en surface, d’un équipement de remontés pneumatique ou d’un
équipement d’assèchement spécial tel que des pointes filtrantes ou des éjecteurs.
3
c) un système permettant de réguler et de mesurer le débit de décharge (m /s). Les dispositifs de mesure du
débit de décharge doivent être convenablement étalonnés et doivent être précis pour la gamme de débits
prévus pendant l’essai;
d) un système permettant de mesurer le niveau d’eau dans le puits d’essai et les piézomètres. La turbulence
provoquée par le pompage dans le puits d’essai doit être prise en compte; les dispositifs doivent être
capables de mesurer les niveaux d’eau sur la plage des rabattements prévus pendant l’essai;
e) un dispositif de mesure et/ou d’enregistrement du temps, donnant une indication en secondes.
5 Mode opératoire d’essai
5.1 Préparation de l’essai
5.1.1 Généralités
Lors de la préparation d’un essai de pompage, un certain nombre d’éléments doivent préalablement être
étudiés et pris en compte, tels que
— les informations de base relatives aux conditions du sol et de la nappe, conformément à l’ISO 22282-1;
— le rabattement requis et/ou le débit de décharge requis pendant l’essai;
— le point de rejet de l’eau pompée et son emplacement par rapport au puits d’essai;
— la durée de l’essai.
5.1.2 Détermination du débit de décharge pour l’essai de pompage
Le débit de décharge, Q , doit être estimé pour s’assurer que le puits d’essai peut fournir suffisamment d’eau,
d
pour pouvoir choisir une pompe ayant un débit approprié et pour s’assurer que le rejet peut être accepté au
niveau du point d’évacuation convenu.
Le débit de décharge peut être estimé par une ou plusieurs des méthodes suivantes:
— en se fondant sur l’objectif de l’essai et sur l’expérience relative aux conditions locales;
— par une évaluation théorique de la productivité du puits, selon la méthode décrite à l’Annexe B;
— par une analyse des informations obtenues lors de la phase de pompage préliminaire, selon la méthode
décrite à l’Annexe B.
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ISO 22282-4:2012(F)
5.2 Dispositions relatives à l’évacuation de l’eau rejetée
L’évacuation de l’eau rejetée doit être conforme à la législation et aux réglementations applicables.
Si l’eau rejetée n’est pas évacuée par le biais d’un réseau d’assainissement, elle doit être rejetée à une distance
suffisante du puits d’essai pour ne pas avoir d’impact significatif sur le modèle observé d’abaissement du
niveau de la nappe.
5.3 Réalisation et aménagement du puits
5.3.1 Conception du puits d’essai
Le puits d’essai doit être conçu de manière à remplir les critères suivants (voir Figure 1):
— avoir une profondeur suffisante pour pénétrer au-dessous du niveau de la nappe dans les couches
étudiées. Si le puits d’essai ne pénètre pas totalement dans la formation aquifère, il doit pénétrer dans
la partie saturée de la formation aquifère sur une profondeur au moins égale à 25 fois le diamètre de la
crépine du puits, avec un minimum de 3 m;
— avoir un diamètre foré suffisant pour mettre en place les matériaux filtrants nécessaires et une crépine de
diamètre suffisant; avoir un diamètre suffisant pour installer un équipement de pompage ayant un débit
adéquat pour atteindre le débit de décharge requis;
— avoir une crépine de longueur et de capacité suffisantes pour s’assurer que le débit de décharge requis
puisse être atteint;
— avoir un matériau filtrant approprié pour s’assurer que l’eau rejetée ait une teneur en sédiments
suffisamment faible pour éviter tout risque de détérioration de la pompe et de tassement de terrain à la
suite de l’extraction des fines particules du sol. Lorsque le puits est réalisé dans une roche stable, il se
peut qu’il soit possible de construire un puits d’essai ne nécessitant pas de matériau filtrant.
Le matériau filtrant doit être un matériau granulaire hautement perméable ayant une granulométrie étroitement
contrôlée et doit être constitué de grains de minéraux inertes par rapport à la composition chimique de
l’eau souterraine de la formation aquifère (par exemple quartz, feldspath). Dans les sols grenus, la courbe
granulométrique du filtre doit satisfaire la double inégalité suivante:
5 d ≤ d ≤ 5 d
15 sol 15 filtre 85 sol
où
d désigne la taille caractéristique du filtre ou du terrain en place, telle que la masse de la fraction
N
du sol passant à travers un tamis avec un largeur de la maille carrée de tamis de dimension, d,
représentant N % de la masse totale du matériau.
Dans les sols fins ou lorsque la crépine est équipée d’une toile géotextile conçue pour servir de filtre, le but du
matériau filtrant est de combler l’espace annulaire entre la face extérieure de la crépine et la paroi du trou de
forage. Dans certaines circonstances, il convient que le matériau filtrant soit un sable grossier ou une grave
fine hautement perméable, avec un coefficient de perméabilité au moins égal à 100 fois celui du sol ou de la
roche soumis à essai.
L’épaisseur de l’espace annulaire pour le matériau filtrant doit être d’au moins 50 mm. Le diamètre intérieur du
puits d’essai doit être choisi en fonction de l’objectif.
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ISO 22282-4:2012(F)
Légende
1 crépine (tube crépiné)
2 matériau filtrant
3 pompe submersible
4 tubage du trou de forage
5 tube pour le mesurage du niveau d’eau
6 bouchon étanche
7 tube support de la crépine
8 dispositif de mesure du niveau d’eau
9 base de la crépine
L longueur du filtre
D diamètre du tube
Figure 1 — Puits équipé en vue d’un essai de pompage — Exemple
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5.3.2 Mode opératoire d’installation
Le puits d’essai doit être construit de la même manière que les piézomètres conformes à l’ISO 22475-1. Un
grand soin doit être apporté à l’installation des matériaux dans le puits. Une attention particulière doit être
portée aux opérations suivantes:
— La crépine doit être descendue dans le trou de forage jusqu’au niveau spécifié et doit être centrée dans le puits,
le haut et le bas de la crépine étant situés au niveau de calcul. Il faut veiller à ce que les joints de la crépine et
du tubage ne fuient pas et à ce que la crépine et le tubage soient installés en position verticale et droite.
— Si nécessaire, un matériau filtrant doit être inséré dans l’espace annulaire entre la crépine et le tubage
temporaire (ou la paroi du trou de forage). Le matériau filtrant doit être mis en place progressivement
par étapes afin de réduire le risque d’obstruction dans l’espace annulaire. Le matériau filtrant doit de
préférence être mis en place à l’aide d’un tube à trémie.
— Si nécessaire, un bouchon étanche en matériau de faible perméabilité (par exemple bentonite) doit être
créé dans l’espace annulaire entre la paroi du tube de forage et le tubage du puits, juste au-dessus du
matériau filtrant. Le bouchon mâle a pour fonction d’empêcher l’infiltration de l’eau superficielle, ou de
l’eau provenant d’autres formations aquifères, dans la crépine.
5.3.3 Préparation du puits
Avant l’essai de pompage, le puits doit être préparé afin d’éliminer tous les résidus de forage et les particules
de sol mobiles qui pourraient être entraînés par l’écoulement d’eau dans le puits. Ces particules pourraient
colmater le filtre et endommager la pompe d’essai.
La préparation doit être réalisée par pompage. Les méthodes possibles comprennent la remontée pneumatique
ou le pompage à l’aide d’une pompe robuste qui n’est pas endommagée par la présence de particules dans
l’eau rejetée. Si une remontée pneumatique est utilisée, il faut veiller à ne pas injecter d’air dans le terrain car
les bulles d’air peuvent avoir une incidence sur la perméabilité du terrain.
D’autres méthodes de préparation du puits peuvent être associées au pompage, notamment
— le curage au jet d’eau à l’intérieur de la crépine,
— le pistonnage à l’intérieur de la crépine pour induire un écoulement d’eau dans et hors du puits, et
— un traitement chimique (par exemple utilisation d’acides dans les roches carbonatées).
5.4 Réalisation et aménagement des piézomètres
5.4.1 Mode opératoire d’installation
Les piézomètres doivent être installés conformément à l’ISO 22475-1.
Les tubes piézométriques doivent être installés à une profondeur telle que l’influence du puits d’essai puisse
être observée et enregistrée de manière adéquate. Si possible, le piézomètre le plus proche du puits d’essai
doit être situé à la même profondeur que le fond du puits d’essai.
5.4.2 Préparation des piézomètres
Avant le début de l’essai, les piézomètres doivent être nettoyés conformément à l’ISO 22475-1. Le niveau
d’eau dans les piézomètres doit être mesuré pendant une période avant et après l’essai afin de détecter toute
variation naturelle du niveau de la nappe. Leur temps de réponse doit être contrôlé en observant la montée de
l’eau dans le tube piézométrique. La période de surveillance dépend de la nature de la formation aquifère et
de l’objectif de l’essai de pompage.
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ISO 22282-4:2012(F)
5.5 Réalisation de l’essai
5.5.1 Généralités
L’essai comprend jusqu’à quatre phases:
— une phase préalable au pompage afin de surveiller les niveaux de la nappe non perturbée;
— une phase de pompage préliminaire afin de déterminer le débit de l’essai de pompage;
— la phase d’essai de pompage;
— la phase d’essai après pompage afin de surveiller le rétablissement des niveaux de la nappe.
5.5.2 Surveillance préalable au pompage
Avant de commencer la phase de pompage de l’essai, les niveaux d’eau dans le puits d’essai et les piézomètres
doivent être surveillés afin de déterminer les niveaux naturels de la nappe.
NOTE La durée de la phase préalable au pompage dépendra de l’objectif de l’essai et des conditions locales. Les durées
de surveillance préalable au pompage sont habituellement de 1 jour à 10 jours. Des périodes plus longues de surveillance
préalable au pompage sont nécessaires lorsque les niveaux d’eau sont soumis à la marée ou à d’autres variations.
5.5.3 Phase de pompage préliminaire
Avant l’essai de pompage principal, une courte période de pompage doit être effectuée pour soumettre à essai
l’équipement.
NOTE Les durées appropriées pour l’essai de l’équipement sont de 15 min à 2 h.
Au cours de la phase de pompage préliminaire, le bon fonctionnement des pompes, des systèmes de régulation,
des appareils de robinetterie, des dispositifs de mesure du débit et des dispositifs de mesure du niveau d’eau
doit être vérifié. L’étanchéité de la tuyauterie de refoulement doit être vérifiée. Toute action corrective jugée
nécessaire doit être entreprise avant de débuter l’essai de pompage.
Pour des essais de pompage complexes ou à grande échelle, la phase de pompage préliminaire peut être
utilisée pour obtenir des informations sur le débit de décharge et le rabattement pour faciliter la détermination
du débit de décharge requis pour l’essai de pompage (voir Annexe B).
5.5.4 Essai de pompage
L’essai de pompage ne doit pas être débuté avant que les niveaux d’eau dans le puits d’essai et les piézomètres
ne se soient stabilisés après la phase de pompage préliminaire.
L’essai de pompage peut comprendre
— un essai à débit variable. Ce type d’essai implique de pomper le puits d’essai de manière progressive,
soit croissante soit décroissante, jusqu’à la capacité maximale du puits d’essai ou au débit maximal de la
pompe. Un essai à débit variable peut être réalisé pour faciliter la détermination du débit de décharge pour
un essai à débit constant
et/ou
— un essai à débit constant. Ce type d’essai implique de pomper dans le puits d’essai à un débit constant
pendant toute la durée de l’essai.
Si l’essai de pompage comprend un essai à débit variable suivi d’un essai à débit constant, il est possible de
prévoir une période de surveillance après pompage à la fin de l’essai à débit variable. Dans ce cas, il convient
que la période entre la fin de l’essai à débit variable et le début de l’essai à débit constant soit suffisamment
longue pour permettre la stabilisation des niveaux d’eau.
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ISO 22282-4:2012(F)
Chaque fois que le débit est initié ou modifié, la variation du débit de pompage doit être effectuée rapidement.
Au début de l’essai de pompage, le débit doit se stabiliser dans les 2 min qui suivent le début du pompage.
Le temps au début de l’essai est défini comme t = 0.
Pendant l’essai de pompage, les mesurages du niveau d’eau doivent être effectués conformément aux exigences
associées à l’objectif de l’essai et aux conditions du terrain. En général, la fréquence de mesure doit être plus
élevée au début de l’essai de pompage ou lorsque le débit a été modifié pendant un essai à débit variable,
lorsque les niveaux d’eau sont susceptibles de fluctuer rapidement. Au cours des dernières étapes d’un essai
de pompage, lorsque les niveaux d’eau fluctuent plus lentement, la fréquence des relevés peut être réduite.
Il convient d’utiliser les incréments de temps suivants entre les relevés, à moins que d’autres incréments
de temps ne puissent être justifiés en se fondant sur l’objectif de l’essai et les conditions du terrain. Si les
niveaux d’eau souterraine dans le puits d’essai et les piézomètres sont susceptibles de continuer à fluctuer
à une vitesse significative, il peut être nécessaire d’effectuer les relevés à une fréquence supérieure aux
recommandations suivantes:
— ≤30 s pour t ≤ 5 min;
— ≤1 min pour t = 5 min à 15 min;
— ≤5 min pour t = 15 min à 30 min;
— ≤10 min pour t = 30 min à 1 h;
— ≤30 min pour t = 1 h à 4 h;
— ≤1 h pour t > 4 h.
Lorsqu’un essai de pompage est réalisé dans des conditions où la nappe est sujette aux variations dues à
la marée, les relevés des niveaux d’eau doivent être effectués à une fréquence plus élevée pendant toute
la durée de l’essai. Dans des conditions de marée, il convient que l’intervalle entre les relevés ne soit pas
supérieur à 15 min.
Le débit de refoulement de la pompe doit être mesuré au moins 4 fois au cours de la première heure. Si le débit
de refoulement est stable, il est possible de le mesurer une seule fois par jour. Si le débit de refoulement est
instable, il doit être déterminé toutes les heures.
Les niveaux des masses d’eau libre situées à proximité du site d’essai doivent être enregistrés périodiquement
pendant toute la durée de l’essai, lorsque leur variation est susceptible d’interférer avec l’essai de pompage
(et inversement).
Le pompage doit être poursuivi jusqu’à la fin de la période d’essai de pompage spécifiée ou, si l’essai doit
atteindre le régime permanent, jusqu’à ce que trois relevés successifs, effectués à au moins 1 h d’intervalle,
des niveaux d’eau dans les piézomètres ne diffèrent pas de plus de 1 cm.
5.5.5 Surveillance après pompage
Lorsque le pompage est arrêté à la fin de la phase de pompage, la surveillance après pompage doit commencer.
Durant cette phase, les niveaux d’eau dans le puits et les piézomètres doivent être enregistrés. Dès le début de la
phase après pompage, il convient que les intervalles entre relevés soient identiques à ceux de la phase de pompage.
La durée de la phase après pompage dépendra de l’objectif de l’essai et des conditions locales. À moins que
l’objectif de l’essai et les conditions du terrain ne le justifient, la durée de surveillance doit être au moins égale
à la durée d’abaissement des niveaux de la nappe durant la phase de pompage, ou prendre fin lorsque trois
relevés successifs, effectués à au moins 1 h d’intervalle, ne diffèrent pas de plus de 1 cm.
Dès que les relevés sont moins fréquents, l’équipement de pompage peut être retiré en maintenant l’équipement
de surveillance en service, à condition que cela ne perturbe pas la surveillance.
Il convient d’éviter tout reflux.
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ISO 22282-4:2012(F)
5.6 Incertitude de mesure
Respectivement, l’incertitude de mesure automatique ne doit pas être, et il convient que l’incertitude de mesure
manuelle ne soit pas, supérieure à
— 1 s pour le temps ou 1 % de l’incrément de temps, en retenant la valeur la plus élevée,
— 1 cm pour les niveaux, et
— 5 % du débit maximal pour les débits de décharge.
5.7 Interruptions du pompage
Pendant la phase d’essai de pompage, il est important que le pompage soit continu, excepté les arrêts de
l’équipement pour réaliser la maintenance périodique. Durant un essai à débit variable ou durant les premières
24 h d’un essai à débit constant, il ne doit pas y avoir d’arrêt de l’équipement à des fins de maintenance. Avant
que l’essai ne commence, il convient que l’installation de pompage fasse l’objet d’une maintenance et d’un
entretien adéquats.
Si une panne mécanique ou d’autres problèmes provoquent une interruption du pompage pendant un essai
à débit variable ou durant les premières 24 h d’un essai à débit constant, l’essai doit être abandonné. Il faut
laisser les niveaux de la nappe se rétablir et recommencer l’essai à t = 0 pour un essai à débit constant ou au
début de l’étape précédente pour un essai à débit variable.
Lo
...
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