ISO 17892-11:2019
(Main)Geotechnical investigation and testing — Laboratory testing of soil — Part 11: Permeability tests
Geotechnical investigation and testing — Laboratory testing of soil — Part 11: Permeability tests
This document specifies methods for the laboratory determination of the water flow characteristics in soil. This document is applicable to the laboratory determination of the coefficient of permeability of soil within the scope of geotechnical investigations. NOTE This document fulfils the requirements of the determination of the coefficient of permeability of soils in the laboratory for geotechnical investigation and testing in accordance with EN 1997-1 and EN 1997-2.
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais de laboratoire sur les sols — Partie 11: Essais de perméabilité
Le présent document spécifie des méthodes pour la détermination au laboratoire des caractéristiques de circulation de l'eau dans un sol. Ce document s'applique à la détermination en laboratoire du coefficient de perméabilité d'un sol dans le cadre d'investigations géotechniques. NOTE Le présent document répond aux exigences applicables à la détermination du coefficient de perméabilité des sols en laboratoire pour la reconnaissance et les essais géotechniques conformément aux normes EN 1997-1 et EN 1997-2.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17892-11
First edition
2019-01
Geotechnical investigation and
testing — Laboratory testing of soil —
Part 11:
Permeability tests
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais de laboratoire sur
les sols —
Partie 11: Essais de perméabilité
Reference number
©
ISO 2019
© ISO 2019
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Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 2
5 Apparatus . 3
5.1 General . 3
5.2 Permeameters. 3
5.2.1 General. 3
5.2.2 Rigid wall permeameters . 3
5.2.3 Flexible wall permeameter . 5
5.3 Porous discs . 7
5.4 Permeant water properties . 7
5.5 Measurement and control devices . 7
5.5.1 Elevation head . 7
5.5.2 Displacement and volume measuring devices . 7
5.5.3 Flow volume measurement device . 7
5.6 Ancillary apparatus . 8
6 Test procedure . 8
6.1 General requirements . 8
6.1.1 Saturation . . 8
6.1.2 Hydraulic gradient . 8
6.1.3 Water temperature . 9
6.2 Specimen preparation . 9
6.2.1 General. 9
6.2.2 Rigid wall permeameter . 9
6.2.3 Flexible wall permeameter .10
6.3 Test preparation .10
6.3.1 Cylindrical permeameter .10
6.3.2 Oedometer ring .10
6.3.3 Flexible wall permeameter .11
6.4 Permeability measurement .12
6.5 Dismounting .14
7 Test results .14
7.1 Bulk density, dry density, water content and degree of saturation .14
7.2 Coefficient of permeability and hydraulic gradient .14
7.3 Correction for test temperature .15
8 Test report .16
8.1 Mandatory reporting .16
8.2 Optional reporting .16
Annex A (normative) Calibration, maintenance and checks .17
Bibliography .20
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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
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. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso
.org/iso/foreword .html.
This document was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) Technical
Committee CEN/TC 341, Geotechnical Investigation and Testing, in collaboration with ISO Technical
Committee ISO/TC 182, Geotechnics, in accordance with the Agreement on technical cooperation
between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This first edition cancels and replaces ISO/TS 17892-11:2004, which has been technically revised. It
also incorporates the Technical Corrigendum ISO/TS 17892-11:2004/Cor 1:2006.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— the document has been restructured with general revision of text and figures and addition of
specimen preparation procedures;
— types of apparatus have been included for rigid wall permeameters, both cylindrical and oedometer
ring equipment, and flexible wall permeameters;
— permeability measurement by constant head, falling head and constant flow conditions has been
included;
— normative Annex A on calibration, maintenance and checks has been added.
A list of all the parts in the ISO 17892 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
iv © ISO 2019 – All rights reserved
Introduction
This document provides laboratory test methods for the determination of the coefficient of permeability
of soils within the international field of geotechnical engineering.
The tests have not previously been standardized internationally. It is intended that this document
presents broad good practice and significant differences with national documents is not anticipated. It
is based on international practice (see Reference [1]).
The permeability test is carried out on a cylindrical test specimen that is either confined laterally by a
rigid container or by a flexible membrane. The specimen is subjected to differential hydraulic head and
the water flow is measured under either a constant or falling head. The results are used to determine
the coefficient of permeability of the soil specimen. Tests can be carried out on undisturbed, remoulded,
compacted or reconstituted specimens.
The calculation of the coefficient of permeability assumes the application of Darcy’s law for laminar
flow of water under saturated conditions.
It is possible that the size of the specimen does not adequately represent the fabric features present in
field conditions.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 17892-11:2019(E)
Geotechnical investigation and testing — Laboratory
testing of soil —
Part 11:
Permeability tests
1 Scope
This document specifies methods for the laboratory determination of the water flow characteristics
in soil.
This document is applicable to the laboratory determination of the coefficient of permeability of soil
within the scope of geotechnical investigations.
NOTE This document fulfils the requirements of the determination of the coefficient of permeability of soils
in the laboratory for geotechnical investigation and testing in accordance with EN 1997-1 and EN 1997-2.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements 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 386, Liquid-in-glass laboratory thermometers — Principles of design, construction and use
ISO 14688-1, Geotechnical investigation and testing — Identification and classification of soil — Part 1:
Identification and description
ISO 17892-1, Geotechnical investigation and testing — Laboratory testing of soil — Part 1: Determination
of water content
ISO 17892-2, Geotechnical investigation and testing — Laboratory testing of soil — Part 2: Determination
of bulk density
ISO 17892-3, Geotechnical investigation and testing — Laboratory testing of soil — Part 3: Determination
of particle density
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1
permeameter
apparatus (cell) containing the test specimen in a permeability test
3.2
flow rate
volume of water passing through a specimen per unit time
3.3
discharge velocity
rate of flow of water per unit cross-sectional area of specimen in the direction of flow
3.4
hydraulic gradient
ratio of the difference in elevation head of water (head loss) between two points, to the length of the
flow path (distance between the points measured in the direction of flow)
Note 1 to entry: In Figure 1 the hydraulic gradient is i = Δh/l.
Key
1 measurement point 1
2 measurement point 2
3 specimen
4 standpipe
5 standpipe head
6 datum
Figure 1 — Water flow in a soil specimen
3.5
coefficient of permeability
ratio of the discharge velocity (3.3) to the hydraulic gradient (3.4)
Note 1 to entry: The coefficient of permeability is in accordance with Darcy's law for laminar flow.
3.6
degree of saturation
ratio of the volume of water to the volume of voids
4 Symbols
A cross-sectional area of specimen in the direction of flow
a cross-sectional area of standpipe
a cross-sectional area of inlet pipe
in
a cross-sectional area of outlet pipe
out
B pore pressure coefficient
D diameter of the specimen
2 © ISO 2019 – All rights reserved
h total head of water above datum at measurement point 1
h total head of water above datum at measurement point 2
Δh difference in head of water between measurement point 1 and 2
Δh head of water above outlet elevation at time t
t1 1
Δh head of water above outlet elevation at time t
t2 2
l distance between measuring points 1 and 2 in the direction of flow
k coefficient of permeability
k coefficient of permeability corrected to temperature
T
Q flow rate
v discharge velocity
i hydraulic gradient
S degree of saturation
Δσ increment of cell pressure
c
Δt increment of time between two readings
Δu change in pore pressure due increment of cell pressure
α correction factor for temperature
T temperature
5 Apparatus
5.1 General
The equipment shall undergo regular calibration, maintenance and checks as specified in Annex A.
The permeability test arrangement requires a container for the specimen (the permeameter) which may
have either rigid or flexible walls and a system for applying and measuring water pressures to either or
both ends of the specimen. Schematics of some typical arrangements are shown in Figures 2 to 4.
5.2 Permeameters
5.2.1 General
The minimum internal dimension (height and diameter) of the permeameter shall be at least six times
the maximum particle size of the specimen.
5.2.2 Rigid wall permeameters
5.2.2.1 General
Rigid wall permeameters shall be made of corrosion-resistant materials of sufficient rigidity to resist
deformation during the test. The inlet and outlet arrangements shall be of sufficient flow capacity to
not influence the test results. Hydrophobic coating can be used on the inside of the permeameter, mould
or ring to prevent channels and cavities that can cause bypass seepage along the surface. This coating
can consist of silicon grease, petroleum jelly coated with bentonite powder or other suitable lubricant.
5.2.2.2 Cylindrical permeameter
A cylindrical permeameter comprises a cylindrical mould fitted with porous discs on a top-plate and
baseplate. The plates are mounted with watertight seals and equipped with valves where water inlet
and outlet can be connected.
Two or more fitted glands can be provided for connecting manometer tubes/standpipes along the
length of the cylinder.
If required a piston that goes through the top plate and can be locked with a watertight seal at the
vertical position where it is in contact with the top porous disc, should be provided to maintain the
specimen height during the test.
A typical arrangement for a permeability test in a cylindrical rigid wall permeameter is shown in
Figure 2.
Key
1 reservoir
2 porous disc
3 perforated base plate
4 specimen
5 overflow
6 measuring cylinder
7 standpipe
Figure 2 — Example arrangement for a constant head test in a cylindrical rigid wall
permeameter
5.2.2.3 Oedometer ring permeameter
An oedometer ring permeameter comprises an oedometer ring that holds the specimen in an oedometer
used for compression tests. A typical arrangement for a permeability test in an oedometer ring
permeameter is shown in Figure 3.
4 © ISO 2019 – All rights reserved
Key
1 oedometer ring
2 specimen
3 porous disc
4 water seal
5 reservoir
6 standpipe
7 vertical load and displacement measurement device
Figure 3 — Example arrangement for a falling head test in an oedometer cell permeameter
5.2.3 Flexible wall permeameter
5.2.3.1 General
A flexible wall permeameter can be used where the soil specimen is to be tested under specific effective
stress conditions and/or where back pressure will be used to fully saturate the specimen. The test can
be performed in a standard triaxial apparatus. It needs to have a cell that can be pressurised, a base
pedestal and top cap with porous discs and connectors to the water flow measurement system and a
membrane that seals the surface of the specimen.
A typical arrangement for a permeability test in a flexible wall permeameter is shown in Figure 4.
Key
1 top cap
2 porous disc
3 specimen
4 membrane
5 pedestal
6 cell pressure
7 displacement measurement device
8 pressure control and volume measurement device
Figure 4 — Example arrangement for a flexible wall permeameter
5.2.3.2 Membranes
The soil specimen shall be confined by an elastic membrane which effectively prevents the cell fluid
from penetrating into the specimen. If rubber membranes are used they shall have an un-stretched
diameter between 95 % and 100 % of the specimen diameter. The membranes are sealed with O-rings
on the pedestal and top cap.
5.2.3.3 Cell pressure system
The devices for applying pressure to the cell and to the back pressure system shall be capable of
maintaining a stable pressure within 1 kPa or 1 % of the absolute pressure, whichever is greater.
The total cell pressure used shall be greater than the sum of the back pressure and the inlet pressure
applied.
6 © ISO 2019 – All rights reserved
5.2.3.4 Cell pressure fluid
The cell fluid should be selected such that it does not significantly penetrate through the membrane
into the specimen nor extract pore water from the specimen through the membrane in the period of
time it takes to perform the permeability test.
NOTE De-aired water is generally found to meet these requirements.
5.3 Porous discs
The specimen is contained between porous discs at both ends of the specimen. The porous discs shall
be of corrosion-resistant material and shall allow free drainage of water, while preventing intrusion
of soil particles into their pores. The upper and lower surfaces shall be plane, clean and undamaged.
Filter paper may be used to prevent soil particles from clogging the porous discs. The permeability of
the discs together with the filter paper, if used, shall be at least one order of magnitude higher than the
permeability of the specimen tested.
5.4 Permeant water properties
Water of a similar chemistry to the pore water should be used if the soil is susceptible to the chemistry
of the water. If the chemistry of the pore water is unknown, tap water should be used as its chemistry
is more likely to be similar to ground water than distilled water would be. The water shall be de-aired.
5.5 Measurement and control devices
5.5.1 Elevation head
The water elevation head can be measured as the difference in height of the water source and the
water outlet.
Electronic differential or absolute pressure transducers can also be used to determine the elevation
head applied. Differential transducers may be preferred when high back pressures are applied,
If a rigid wall permeameter is used it is preferable to measure the pressure (elevation head) difference
at glands along the length of the specimen, due to potential loss in pressure over tubes, valves and
filter discs. The corresponding flow lengths are the distances between the glands along the side of the
specimen which shall be determined to an accuracy of 1 %.
5.5.2 Displacement and volume measuring devices
If the specimen height or cross-sectional area can change significantly during the test and affect the
calculation of permeability, measuring devices are required to measure the dimensional changes of the
specimen during the test.
5.5.3 Flow volume measurement device
The volume of water passing through the specimen can be measured on graduated tubes or from the
weight of expelled water. If measurements are taken over a long period of time, evaporation of water
from these tubes or water receptacles should be prevented to avoid errors in the measured flow
volumes.
The flow rate may also be measured by inserting an air bubble into both the inlet and outlet tubes, of
known diameter and measuring the travel time of the air bubbles corresponding to the flow volume.
The diameter of the tubes shall be checked at the pressure used for the flow measurement.
If digital pressure/volume controllers are used the change in volume and pressure can be automatically
recorded.
The time between water volume measurements can be measured by a stopwatch or a data-logging system.
The measurement duration shall be sufficient to determine the flow volume within an accuracy of 10 %.
5.6 Ancillary apparatus
The ancillary apparatus consists of:
— balance, accuracy 0,01 g or 0,1 % of the weighed mass, whichever value is greater;
— timer readable to 1 s;
— maximum/minimum thermometer readable to 1 °C;
— apparatus for determination of water content.
The apparatus for the specimen preparation consists of:
— cutting and trimming tools (e.g. a sharp knife, wire saw, spatula, cutting ring, soil lathe);
— steel straight edge, with a maximum deviation from straight of 0,1 % of its length;
— try-square or a jig (e.g. a mitre box) or split mould to ensure that flatness shall be accurate to within
0,5 % of each dimension and that right-angles are within 0,5° of true;
— callipers, either analogue or digital, readable to 0,1 mm or 0,1 % of the measured length, whichever
value is greater;
— compaction equipment (e.g. Proctor compactor, gyratory compactors or tamping rods).
6 Test procedure
6.1 General requirements
6.1.1 Saturation
The degree of saturation has a great impact on the measured permeability. A completely saturated
specimen gives the highest value of measured permeability. It is not always possible to ensure full
saturation during the test due to equipment or soil condition, so the degree of saturation should be
calculated and reported for each test. Unless a clay specimen is known to be saturated, back pressure
should be used to saturate the specimen.
6.1.2 Hydraulic gradient
The hydraulic gradient shall be sufficiently low to ensure laminar flow conditions and to prevent
material transport within the specimen and high enough to ensure exceeding t
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 17892-11
Première édition
2019-01
Reconnaissance et essais
géotechniques — Essais de laboratoire
sur les sols —
Partie 11:
Essais de perméabilité
Geotechnical investigation and testing — Laboratory testing of soil —
Part 11: Permeability tests
Numéro de référence
©
ISO 2019
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Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, 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, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
Fax: +41 22 749 09 47
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 2
5 Appareillage . 3
5.1 Généralités . 3
5.2 Perméamètres. 3
5.2.1 Généralités . 3
5.2.2 Perméamètres à paroi rigide . 3
5.2.3 Perméamètre à paroi flexible . 5
5.3 Disques drainants . 7
5.4 Propriétés de l’eau de perméation . 7
5.5 Dispositifs de mesure et de contrôle . 7
5.5.1 Hauteur de charge . 7
5.5.2 Dispositifs de mesure du déplacement et du volume . 7
5.5.3 Dispositif de mesure du volume d’écoulement . 7
5.6 Appareillage accessoire . 8
6 Mode opératoire d’essai. 8
6.1 Exigences générales . 8
6.1.1 Saturation . . 8
6.1.2 Gradient hydraulique . 8
6.1.3 Température de l’eau . 9
6.2 Préparation de l’éprouvette . 9
6.2.1 Généralités . 9
6.2.2 Perméamètre à paroi rigide . 9
6.2.3 Perméamètre à paroi flexible .10
6.3 Préparation de l'essai .11
6.3.1 Perméamètre cylindrique .11
6.3.2 Anneau d’œdomètre .11
6.3.3 Perméamètre à paroi flexible .11
6.4 Mesure de perméabilité .13
6.5 Démontage .14
7 Résultats d’essai .14
7.1 Masse volumique apparente, masse volumique sèche, teneur en eau et degré de
saturation .14
7.2 Coefficient de perméabilité et gradient hydraulique .15
7.3 Correction de la température d’essai.15
8 Rapport d’essais .16
8.1 Éléments devant figurer au rapport .16
8.2 Éléments pouvant figurer au rapport .17
Annexe A (normative) Étalonnage, maintenance et contrôles .18
Bibliographie .21
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 procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/CEI, Partie 1. Il convient en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction définies dans les Directives ISO/CEI, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L’attention est attirée 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. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/patents).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, de la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/foreword .html.
Ce document a été élaboré par le comité technique du Comité européen de normalisation CEN/
TC 341, Reconnaissance et essais géotechniques, en collaboration avec le comité technique ISO/TC 182,
Géotechniques, conformément à l’accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (accord de
Vienne).
Cette première édition annule et remplace l’ISO/TS 17892-11:2004, qui a fait l’objet d’une révision
technique. Elle intègre également le rectificatif technique ISO/TS 17892-11:2004/Cor 1:2006.
Les principaux changements par rapport à l’édition précédente sont les suivants:
— le document a été restructuré avec une révision générale du texte et des figures et l’ajout de
procédures de préparation de l’éprouvette;
— certains types d’appareil ont été inclus concernant les perméamètres à paroi rigide, l’équipement
annulaire cylindrique et à œdomètre, et les perméamètres à paroi flexible;
— des mesures de perméabilité sous charge constante, charge variable et à débit constant ont été
ajoutées;
— l’Annexe A, normative, sur l’étalonnage, la maintenance et les contrôles, a été ajoutée.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 17892 est donnée sur le site Web de l’ISO.
Tout commentaire ou toute question à propos du présent document doit être adressé à l’organisme de
normalisation national de l’utilisateur. Une liste complète de ces organismes est disponible à l’adresse
www .iso .org/members .html.
iv © ISO 2019 – Tous droits réservés
Introduction
Le présent document spécifie les méthodes d’essai de laboratoire destinées à déterminer le coefficient
de perméabilité des sols dans le domaine international de la géotechnique.
Les essais n’ont pas fait l’objet d’une normalisation au niveau international jusqu’alors. L’objectif du
document est de présenter la pratique généralement appliquée et les différences significatives avec
les documents nationaux ne sont pas indiquées. Il se fonde sur la pratique internationale (voir la
Référence [1]).
L’essai de perméabilité est réalisé sur une éprouvette cylindrique qui est confinée latéralement soit par
un récipient rigide, soit par une membrane flexible. L’éprouvette est soumise à une charge hydraulique
différentielle et le débit d’eau est mesuré sous charge soit constante soit variable. Les résultats sont
utilisés pour déterminer le coefficient de perméabilité de l’éprouvette de sol. Les essais peuvent être
réalisés sur des éprouvettes non remaniées, remaniées, compactées ou reconstituées.
Le calcul du coefficient de perméabilité suppose l’application de la loi de Darcy relative à l’écoulement
laminaire de l’eau en conditions saturées.
Il est possible que les dimensions de l’éprouvette ne représentent pas de manière adéquate les
caractéristiques du matériau dans les conditions in situ.
NORME INTERNATIONALE ISO 17892-11:2019(F)
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais de
laboratoire sur les sols —
Partie 11:
Essais de perméabilité
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie des méthodes pour la détermination au laboratoire des caractéristiques
de circulation de l’eau dans un sol.
Ce document s’applique à la détermination en laboratoire du coefficient de perméabilité d’un sol dans le
cadre d’investigations géotechniques.
NOTE Le présent document répond aux exigences applicables à la détermination du coefficient de
perméabilité des sols en laboratoire pour la reconnaissance et les essais géotechniques conformément aux
normes EN 1997-1 et EN 1997-2.
2 Références normatives
Les documents suivants sont mentionnés dans le texte d’une manière telle que tout ou partie de leur
contenu constitue des exigences 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 386, Thermomètres de laboratoire à dilatation de liquide dans une gaine de verre — Principes de
conception, de construction et d'utilisation
ISO 14688-1, Reconnaissance et essais géotechniques — Identification et classification des sols — Partie 1:
Identification et description
ISO 17892-1, Reconnaissance et essais géotechniques — Essais de laboratoire sur les sols — Partie 1:
Détermination de la teneur en eau
ISO 17892-2, Reconnaissance et essais géotechniques — Essais de laboratoire sur les sols — Partie 2:
Détermination de la masse volumique d'un sol fin
ISO 17892-3, Reconnaissance et essais géotechniques — Essais de laboratoire sur les sols — Partie 3:
Détermination de la masse volumique des particules solides
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
3.1
perméamètre
appareil (cellule) contenant l’éprouvette lors d'un essai de perméabilité
3.2
débit
volume d’eau traversant une éprouvette par unité de temps
3.3
vitesse d’écoulement
vitesse de l’écoulement d’eau par unité de section transversale d’éprouvette dans la direction de
l’écoulement
3.4
gradient hydraulique
rapport entre la différence d’élévation de la charge hydraulique (perte de charge) entre deux points, et la
longueur du trajet de l’écoulement (distance entre les points mesurée dans la direction de l’écoulement)
Note 1 à l'article: Sur la Figure 1, le gradient hydraulique est i = Δh/l.
Légende
1 points de mesure 1
2 points de mesure 2
3 éprouvette
4 tube piézométrique
5 niveau piézométrique
6 référence
Figure 1 — Écoulement d’eau dans une éprouvette de sol
3.5
coefficient de perméabilité
rapport de la vitesse d’écoulement (3.3) au gradient hydraulique (3.4)
Note 1 à l'article: Le coefficient de perméabilité est conforme à la loi de Darcy pour un écoulement laminaire.
3.6
degré de saturation
rapport entre le volume d'eau et le volume des vides
4 Symboles
A section transversale de l’éprouvette dans la direction de l’écoulement
a section transversale du tube piézométrique
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a section transversale du tube d’entrée
in
a section transversale du tube de sortie
out
B coefficient de pression interstitielle
D diamètre de l'éprouvette
h charge totale de l’eau au-dessus de la référence par rapport au point de mesure 1
h charge totale de l’eau au-dessus de la référence par rapport au point de mesure 2
Δh différence de charge d’eau entre les points de mesure 1 et 2
Δh charge de l’eau au-dessus de la hauteur de sortie au temps t
t1 1
Δh charge de l’eau au-dessus de la hauteur de sortie au temps t
t2 2
l distance entre des points de mesure 1 et 2 dans la direction de l’écoulement
k coefficient de perméabilité
k coefficient de perméabilité corrigé de la température
T
Q débit
v vitesse d’écoulement
i gradient hydraulique
S degré de saturation
Δσ incrément de pression cellulaire
c
Δt incrément de temps entre deux relevés
Δu changement de la pression interstitielle dû à l’incrément de pression cellulaire
α facteur de correction de la température
T température
5 Appareillage
5.1 Généralités
L’équipement doit régulièrement faire l’objet d’un étalonnage, d’une maintenance et de contrôles comme
il est indiqué à l’Annexe A.
Le montage relatif à l’essai de perméabilité nécessite un récipient pour l’éprouvette (le perméamètre)
qui peut avoir des parois rigides ou flexibles et un système pour l’application et la mesure des pressions
d’eau à l’une ou l’autre ou aux deux extrémités de l’éprouvette. Les Figures 2 à 4 présentent des schémas
des montages typiques.
5.2 Perméamètres
5.2.1 Généralités
Les dimensions internes minimales (hauteur et diamètre) du perméamètre doivent être d’au moins six
fois la taille maximale des particules de l’éprouvette.
5.2.2 Perméamètres à paroi rigide
5.2.2.1 Généralités
Les perméamètres à paroi rigide doivent être fabriqués avec des matériaux résistants à la corrosion,
de rigidité suffisante pour résister aux déformations lors de l’essai. Les montages d’entrée et de sortie
doivent présenter une capacité d’écoulement suffisante de sorte à ne pas influencer les résultats des
essais. Un revêtement hydrophobe peut être utilisé à l'intérieur du perméamètre, du moule ou de
l’anneau pour éviter la formation de chemins préférentiels et de cavités susceptibles de provoquer
des circulations d’eau parasites le long des surfaces. Ce revêtement peut être constitué d’une graisse
silicone, de vaseline enduite de poudre de bentonite ou de tout autre lubrifiant.
5.2.2.2 Perméamètre cylindrique
Un perméamètre cylindrique est constitué d’un moule cylindrique dans lequel sont ajustés des disques
drainants sur une plaque supérieure et une plaque de base. Les plaques sont pourvues de joints étanches
à l’eau et de vannes auxquelles peuvent être raccordées l’entrée et la sortie d’eau.
Deux raccords, ou plus, peuvent être installés pour relier des tubes de manomètre/piézométriques le
long du cylindre.
Si nécessaire, il convient qu’un piston traversant la plaque supérieure et pouvant être verrouillé à l’aide
d’un joint étanche à l’eau en position verticale à l’endroit où il est en contact avec le disque drainant
supérieur, soit fourni pour maintenir la hauteur de l’éprouvette durant l’essai.
Un montage typique d’un essai de perméabilité dans un perméamètre à paroi rigide cylindrique est
représenté sur la Figure 2.
Légende
1 réservoir
2 disque drainant
3 plaque de base perforée
4 éprouvette
5 surverse
6 cylindre de mesure
7 tube piézométrique
Figure 2 — Exemple de montage pour un essai à charge constante à l’aide d’un perméamètre à
paroi rigide cylindrique
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5.2.2.3 Perméamètre annulaire à œdomètre
Un perméamètre annulaire à œdomètre comprend un anneau d’œdomètre qui maintient l’éprouvette
dans un œdomètre utilisé pour des essais en compression. Un montage typique d’un essai de
perméabilité dans un perméamètre à anneau d’œdomètre est représenté sur la Figure 3.
Légende
1 anneau d’œdomètre
2 éprouvette
3 disque drainant
4 étanchéité à l’eau
5 réservoir
6 tube piézométrique
7 dispositif de charge et de mesure du déplacement vertical
Figure 3 — Exemple de montage pour un essai à charge variable à l’aide d’un perméamètre à
cellule œdométrique
5.2.3 Perméamètre à paroi flexible
5.2.3.1 Généralités
Un perméamètre à paroi flexible peut être utilisé lorsque l’éprouvette de sol doit être soumise à un essai
dans des conditions de contrainte efficace particulières et/ou lorsqu’une contre-pression sera utilisée
pour saturer entièrement l’éprouvette. L'essai peut être effectué dans un appareil triaxial normalisé.
Celui-ci doit comporter une cellule qui peut être pressurisée, un socle et un couvercle supérieur pourvu
de disques drainants et de raccords pour le système de mesure du débit d’eau et d’une membrane qui
assure l’étanchéité au niveau de la surface de l’éprouvette.
Un montage typique d’un essai de perméabilité dans un perméamètre à paroi flexible est représenté sur
la Figure 4.
Légende
1 couvercle supérieur
2 disque drainant
3 éprouvette
4 membrane
5 socle
6 pression cellulaire
7 dispositif de mesure du déplacement
8 dispositif de contrôle de la pression et de mesure du volume
Figure 4 — Exemple de montage d’un perméamètre à paroi flexible
5.2.3.2 Membranes
L'éprouvette de sol doit être confinée par une membrane élastique dont la fonction est d'éviter de façon
efficace la pénétration du fluide cellulaire dans l'éprouvette. Si des membranes en caoutchouc sont
utilisées, leur diamètre non étendu doit être compris entre 95 % et 100 % du diamètre de l’éprouvette.
Les membranes sont jointes à l’aide de joints toriques au niveau du socle et du couvercle supérieur.
5.2.3.3 Circuit de pression cellulaire
Les dispositifs permettant d’appliquer la pression à la cellule et au système de contre-pression doivent
être en mesure de maintenir une pression stable avec une exactitude inférieure à la plus grande des
valeurs suivantes: 1 kPa ou 1 % de la pression absolue. La pression cellulaire totale utilisée doit être
supérieure à la somme de la contre-pression et de la pression d’entrée appliquée.
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5.2.3.4 Fluide de pression cellulaire
Il convient que, sur la durée de l’essai de perméabilité, le fluide cellulaire choisi ne pénètre pas de
façon significative à travers la membrane et ne passe pas dans l’éprouvette et qu’il n’extraie pas l’eau
interstitielle de l’éprouvette à travers la membrane.
NOTE De l'eau désaérée remplit généralement ces conditions.
5.3 Disques drainants
L’éprouvette est contenue, à ses deux extrémités, entre des disques drainants. Les disques drainants
doivent être constitués d’un matériau résistant à la corrosion et doivent permettre le libre écoulement
de l’eau, tout en empêchant l’intrusion de particules de sol dans leurs pores. Leurs surfaces supérieure
et inférieure doivent être planes, propres et intactes. Afin d’éviter que des particules de sol viennent
colmater les disques drainants, il est possible d'interposer du papier-filtre. La perméabilité de l’ensemble
disque plus papier-filtre, si ce dernier est utilisé, doit être supérieure au moins d’un ordre de grandeur,
à la perméabilité de l’éprouvette soumise à l’essai.
5.4 Propriétés de l’eau de perméation
Si le sol est sensible à la chimie de l’eau, il est recommandé d'utiliser une eau de chimie similaire à celle
de l’eau interstitielle. Si la chimie de l’eau interstitielle est inconnue, utiliser de l’eau du robinet, car sa
chimie est probablement plus proche de celle d’une eau souterraine que celle de l’eau distillée. L’eau doit
être désaérée.
5.5 Dispositifs de mesure et de contrôle
5.5.1 Hauteur de charge
La hauteur de charge de l’eau peut être mesurée comme la différence de hauteur entre la source d’eau et
la sortie d’eau.
Des transducteurs de pression différentielle ou absolue électroniques peuvent également être utilisés
pour déterminer la hauteur de charge appliquée. Il est parfois préférable d’utiliser des transducteurs
différentiels lorsque des contre-pressions élevées sont appliquées.
Si un perméamètres à paroi rigide est utilisé, il est préférable de mesurer la différence de pression
(hauteur de charge) au niveau des raccords le long de la longueur de l’éprouvette, en raison de la perte
de charge potentielle dans les tubes, les vannes et les disques de filtration. Les longueurs d’écoulement
correspondantes sont les distances entre les raccords le long du côté de l’éprouvette et il convient de les
déterminer avec une exactitude de 1 %.
5.5.2 Dispositifs de mesure du déplacement et du volume
Si la hauteur de l’éprouvette ou sa section transversale sont susceptibles de varier de manière
significative pendant l’essai et que cela affecte le calcul de la perméabilité, des dispositifs de mesure
doivent être mis en place pour mesurer les changements dimensionnels de l’éprouvette durant l’essai.
5.5.3 Dispositif de mesure du volume d’écoulement
Le volume d’eau qui traverse l’éprouvette peut être mesuré sur des tubes gradués ou à partir du poids
de l’eau expulsée. Si les mesures sont étalées sur de longues durées, il convient d’éviter l’évaporation de
l’eau depuis ces tubes ou réceptacles afin d’éviter des erreurs sur les volumes d’écoulement mesurés.
Le débit peut également être mesuré en insérant une bulle d’air dans les tubes d’entrée et de sortie,
de diamètre connu, et en mesurant le temps de parcours des bulles d’air correspondant au volume
d’écoulement. Le diamètre des tubes doit être contrôlé à la pression utilisée pour la mesure de
l’écoulement.
Si des contrôleurs de pression/volume numériques sont utilisés, les changements de volume et de
pression peuvent être enregistrés automatiquement.
Le temps entre les mesures de volume d’eau peut être mesuré à l’aide d'un chronomètre ou d'un
enregistreur de données.
La durée de la mesure doit être suffisante pour déterminer le volume d’écoulement avec une exactitude
de 10 %.
5.6 Appareillage accessoire
L’appareillage accessoire comprend:
— une balance présentant une exactitude égale à la plus grande des deux valeurs suivantes: 0,01 g ou
0,1 % de la masse pesée;
— un chronomètre présentant une résolution de 1 s;
— un thermomètre maximum/minimum présentant une résolution de 1° C;
— un appareil permettant de déterminer la teneur en eau;
L’appareillage permettant de préparer l’éprouvette comprend les éléments suivants:
— outils de découpe et de taille (par ex. un couteau aiguisé, une scie à fil tendu, une spatule, un anneau
de taille, un tour vertical);
— une règle en acier, présentant un écart maximal de rectitude de 0,1 % de sa longueur;
— une équerre ou un gabarit (par ex. une boîte à onglets), ou un moule fendu permettant d’assurer
une planéité avec une exactitude inférieure à 0,5 % de chaque dimension et avec une exactitude des
angles droits inférieure à 0,5° par rapport à l’angle droit réel;
— un pied à coulisse, analogique ou numérique, présentant une résolution égale à la plus grande des
deux valeurs suivantes: 0,1 mm ou 0,1 % de la longueur mesurée;
— un équipement de compactage (par ex. compacteur Proctor, presse à cisaillement giratoire ou tiges
de compactage).
6 Mode opératoire d’essai
6.1 Exigences générales
6.1.1 Saturation
Le degré de saturation a un impact important sur la perméabilité mesurée. Une éprouvette totalement
saturée donne la valeur la plus élevée de perméabilité mesurée. Selon l’état de l’équipement et les
conditions du sol, il n’est pas toujours possible d’assurer une saturation totale pendant l’essai. Il est par
conséquent recommandé de calculer le degré de saturation et de le renseigner dans le rapport pour
chaque essai. Dans le cas d'une éprouvette d’argile, à moins qu’il soit avéré que celle-ci est saturée, il
convient d’appliquer une contre-pression à l’éprouvette.
6.1.2 Gradient hydraulique
Le gradient hydraulique doit être suffisamment faible pour assurer des conditions d’écoulement
laminaires et éviter le transport de matériau au sein de l’éprouvette, et suffisamment élevé pour
s’assurer de dépasser le gradient seuil. Plus un sol est perméable, plus le gradient hydraulique utilisé
doit être faible. Les valeurs données dans le Tableau 1 se sont avérées utiles pour le choix du gradient
8 © ISO 2019 – Tous droits réservés
hydraulique. La stabilité des conditions peut être confirmée en mesurant le coefficient de perméabilité
pour une même éprouvette à différents gradients hydrauliques.
Tableau 1 — Instructions pour le gradient hydraulique maximal recommandé
Perméabilité (m/s) Gradient hydraulique maximal recommandé
−5
> 10 1
−5 −6
de 10 à 10 2
−6 −7
de 10 à 10 5
−7 −8
de 10 à 10 10
−8 −9
de 10 à 10 20
−9
< 10 30 ou plus
6.1.3 Tempé
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
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