ISO 22282-1:2012
(Main)Geotechnical investigation and testing — Geohydraulic testing — Part 1: General rules
Geotechnical investigation and testing — Geohydraulic testing — Part 1: General rules
ISO 22282-1:2012 establishes the general rules and principles for geohydraulic testing in soil and rock as part of the geotechnical investigation services in accordance with EN 1997-1 and EN 1997-2. ISO 22282-1:2012 defines concepts and specifies requirements relating to permeability measurement in soil and rock. The different purposes of geohydraulic testing are to obtain information on the permeability of soil or rock in natural or treated states, transmissivity and storage coefficient, and hydrodynamic parameters of aquifers. Geohydraulic testing is used for many purposes, such as: absorption capacity and effectiveness of grouting in rock mass; assessment of seepage and drainage; assessment of groundwater lowering work; effects of cut-offs for dams; effects of tunnels and shaft sinking; checking fill or cover tightness; assessment of the flow of fluids and suspensions in the ground; planning for remedial measures. ISO 22282-1:2012 deals with the execution of tests with groundwater and does not explicitly consider other fluids and suspensions. The flow of other fluids and suspensions can be considered by applying the different viscosities and relations between transmissivity, permeability coefficient and intrinsic permeability.
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais géohydrauliques — Partie 1: Règles générales
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 22282-1
First edition
2012-06-01
Geotechnical investigation and testing —
Geohydraulic testing —
Part 1:
General rules
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais géohydrauliques —
Partie 1: Règles générales
Reference number
ISO 22282-1:2012(E)
©
ISO 2012
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ISO 22282-1:2012(E)
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Published in Switzerland
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ISO 22282-1:2012(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and symbols . 2
3.1 Terms and definitions . 2
3.2 Symbols . 4
4 Equipment . 4
4.1 General . 4
4.2 Test section support system . 5
4.3 Measuring tube . 5
4.4 Isolation of the test section . 5
4.5 Measuring and recording devices . 5
4.6 Additional equipment . 6
4.7 Calibration . 6
5 Planning of geohydraulic investigation and testing . 6
5.1 General . 6
5.2 Selection of testing locations . 7
5.3 Selection of test procedure . 7
6 Preparation of the test section and installation of equipment .14
6.1 Requirements for drilling and the test sections .14
6.2 Installation of filter .15
6.3 Checking installation .15
6.4 Safety requirements .15
6.5 Decommissioning .15
6.6 Factors influencing the test results .16
Annex A (informative) Examples of possible test section isolation and support methods .18
Annex B (informative) Examples of shape factors .24
Bibliography .26
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ISO 22282-1:2012(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 22282-1 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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ISO 22282-1:2012(E)
Introduction
The EU water directive requires the member states to increase activities that protect groundwater and fresh
[11]
surface water both quantitatively and qualitatively . At the same time, society requires more water and thus
more construction projects below groundwater level in even deeper waters. In addition, the sea level may rise
as a result of climate change. This contradiction requires engineers working on construction projects below
groundwater level to make more reliable predictions on the effects of such structures on the groundwater
conditions. This can partly be achieved by better assessment of the permeability of the ground by in situ tests
as required in EN 1997-1:2004, 3.3.9.1. EN 1997-2:2007 contains the following stipulations, requirements and
recommendations:
“2.1.4 Groundwater –
(1) Groundwater investigations shall provide all relevant information on groundwater needed for geotechnical
design and construction.
(2) Groundwater investigations should provide, when appropriate, information on:
— the depth, thickness, extent and permeability of water-bearing strata in the ground, and joint systems in rock;
— the elevation of the groundwater surface or piezometric surface of aquifers and their variation over time
and actual groundwater levels including possible extreme levels and their periods of recurrence;
— the pore water pressure distribution;
— the chemical composition and temperature of groundwater.
(3) The information obtained should be sufficient to assess the following aspects, where relevant:
— the scope for and nature of groundwater lowering work;
— possible harmful effects of the groundwater on excavations or on slopes (e.g. risk of hydraulic failure,
excessive seepage pressure or erosion);
— any measures necessary to protect the structure (e.g. water proofing, drainage and measures against
aggressive water);
— effects of groundwater lowering, desiccation, impounding, etc. on the surroundings;
— the capacity of the ground to absorb water injected during construction work;
— whether it is possible to use local groundwater, given its chemical constitution, for construction purposes.”
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 22282-1:2012(E)
Geotechnical investigation and testing — Geohydraulic testing —
Part 1:
General rules
1 Scope
This part of ISO 22282 establishes the general rules and principles for geohydraulic testing in soil and rock
as part of the geotechnical investigation services in accordance with EN 1997-1 and EN 1997-2. It defines
concepts and specifies requirements relating to permeability measurement in soil and rock.
The different purposes of geohydraulic testing are to obtain information on the permeability of soil or rock in
natural or treated states, transmissivity and storage coefficient, and hydrodynamic parameters of aquifers.
Geohydraulic testing is used for many purposes, such as:
a) absorption capacity and effectiveness of grouting in rock mass;
b) assessment of seepage and drainage;
c) assessment of groundwater lowering work;
d) effects of cut-offs for dams;
e) effects of tunnels and shaft sinking;
f) checking fill or cover tightness;
g) assessment of the flow of fluids and suspensions in the ground;
h) planning for remedial measures.
NOTE 1 Geohydraulic testing for water supply is covered by ISO 14686.
NOTE 2 For most types of ground, field permeability tests yield more reliable data than those carried out in the
laboratory, because a larger volume of material is tested, and because the ground is tested in situ, thereby including
effects resulting from the structure of the ground mass but avoiding the disturbance associated with sampling.
This part of ISO 22282 deals with the execution of tests with groundwater and does not explicitly consider other
fluids and suspensions. The flow of other fluids and suspensions can be considered by applying the different
viscosities and relations between transmissivity, permeability coefficient and intrinsic permeability.
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 22282-2, Geotechnical investigation and testing — Geohydraulic testing — Part 2: Water permeability
tests in a borehole using open systems
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ISO 22282-1:2012(E)
ISO 22282-3, Geotechnical investigation and testing — Geohydraulic testing — Part 3: Water pressure tests in rock
ISO 22282-4, Geotechnical investigation and testing — Geohydraulic testing — Part 4: Pumping tests
ISO 22282-5, Geotechnical investigation and testing — Geohydraulic testing — Part 5: Infiltrometer tests
ISO 22282-6, Geotechnical investigation and testing — Geohydraulic testing — Part 6: Water permeability
tests in a borehole using closed systems
ISO 22475-1:2006, Geotechnical investigation and testing — Sampling methods and groundwater
measurements — Part 1: Technical principles for execution
EN 1990, Eurocode: Basis of structural design
EN 1997-1:2004, Eurocode 7: Geotechnical design — Part 1: General rules
EN 1997-2:2007, Eurocode 7: Geotechnical design — Part 2: Ground investigation and testing
3 Terms, definitions and symbols
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in EN 1990, EN 1997-1, EN 1997-2, and
ISO 22475-1 and the following apply.
3.1.1
flow rate
volume of water added or discharged from the test section per time unit
3.1.2
hydraulic head
sum of position head (elevation) and pressure head
3.1.3
test section
section in a borehole where the test is carried out
3.1.4
skin effect
effect of the wall of the test section on the test
3.1.5
permeability coefficient
flow rate divided by area
3.1.6
transmissivity
product of permeability coefficient and thickness of saturated aquifer
3.1.7
storage coefficient
volume of water stored or released from a column of aquifer with unit cross-section under unit hydraulic head variation
3.1.8
steady state
state when hydraulic head and the flow rate are constant with time
3.1.9
transient state
state prior to the steady state when the flow rate or hydraulic head is not constant with time
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ISO 22282-1:2012(E)
3.1.10
saturated condition
condition of the tested ground with all voids filled with water
3.1.11
unsaturated condition
condition of the tested ground with voids partially filled with water and partially filled with air or another gas
3.1.12
rising head test
test where the pressure or head in the test section is initially decreased and the rising is recorded
3.1.13
falling head test
test where the pressure or head in the test section is initially increased and the falling is recorded
3.1.14
variable head test
rising or falling head test
3.1.15
constant head test
test where the pressure or head in the test section is kept constant and the change in inflow or outflow is recorded
3.1.16
constant rate test
test where the flow rate in the test section is kept constant and change in pressure or head is recorded
3.1.17
mud cake
solids deposited on the filter pack or the borehole wall
3.1.18
clogging
decrease of flow rate by blocking of flow paths due to sedimentation
3.1.19
washing
increase of flow rate by widening or opening of flow paths due to erosion
3.1.20
shape factor
model factor used for the interpretation of the test results
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ISO 22282-1:2012(E)
3.2 Symbols
For the purposes of this document, the symbols given in Table 1 apply.
Table 1 — Symbols
Symbol Designation Unit
2
A area of the inner cross-section of the casing m
c
2
A area of the inner cross-section of the measuring tube m
m
2
A area of the water surface in the reservoir m
r
D
borehole diameter, diameter of the test section m
d
thickness of aquifer m
F
shape factor m
h hydraulic head m
h distance of the water surface from ground level m
o
h ,h , h applied hydraulic heads m
1 2 3
Δh change in hydraulic head m
−1
k permeability coefficient m s
2
K intrinsic permeability m
L length (height) of the test section m
p pressure kPa
3 −1
Q flow rate m s
3 −1
Q , Q , Q flow rate at test 1, 2 and 3 m s
1 2 3
S storage coefficient 1
2 −1
T transmissivity m s
t
time s
t time needed to reach the equilibrium s
i
t time at start of test s
o
3
V
volume m
η
dynamic viscosity of the fluid Pa s
−3
γ
density kgm
4 Equipment
4.1 General
According to the different test methods, the apparatus can comprise the following elements:
— test section support system;
— measuring tube;
— isolation of the test section;
— measuring and recording devices;
— additional equipment.
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ISO 22282-1:2012(E)
4.2 Test section support system
A system for supporting the test section shall be used for tests conducted in soil or rock which do not maintain
the geometry of the test section throughout the test.
A filter or a gravel pack may be used to support the test section. The filter pack shall be stable against the
surrounding ground and the sealing.
The filter material shall be a granular material selected to avoid plugging and/or erosion of the soil particles
from or into the surrounding ground. The permeability of the filter material shall be considerably higher than the
expected value of the permeability of the ground and shall not affect the test results.
A chemical effect between the filter material and the water shall be avoided.
4.3 Measuring tube
A measuring tube of known cross-section should be used to connect the test section to the ground surface.
The tube shall not be deformed due to the applied hydraulic head. The measurement tube elements shall be
chosen to give a minimum number of joints to minimize leakage. Their diameter shall be adapted to the rate of
water level variation.
A valve may be provided on this measuring tube to allow isolation of the test section or establish contact with
the atmosphere. The closing or opening of this valve shall not induce a change in volume which can lead to a
change of the water pressure. Such changes can influence the quality of the test.
4.4 Isolation of the test section
The test section can be isolated either by:
— the casing;
— a sealing plug;
— single packer;
— double or multiple packers.
NOTE See Annex A.
A packer is a high pressure expanding element which is inflated, for example by compressed air and tightly
pressed against the borehole wall to provide a seal. The sealed length shall depend on the evenness of the
borehole wall and the soil and rock type to avoid leakage around the packer. The length of a packer shall be at
least five times the borehole diameter when inflated to a minimum of 0,5 m. The effective pressure of the packer
on the borehole wall shall be at least 30 % higher than the maximum test pressure.
Single packers only seal at the top of a test section, while double or multiple packers can also seal at the bottom.
Special attention shall be paid to the detection of leakage of the packers, especially to potential leakage of the
lower packer inflation line in the test section.
The packer shall be strong enough to resist the inflating pressure with no creep and homogeneous enough to
avoid any perforation of the membrane.
4.5 Measuring and recording devices
4.5.1 Measuring devices for water level
The changes in water levels can be measured:
— by using a mechanical measuring tape with sounding device or an electrical measuring tape (water level meter);
— by using a float system;
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ISO 22282-1:2012(E)
— by using a pressure transducer system.
NOTE Rapid changes in depth are measured with greater accuracy with pressure sensing devices since they are able
to detect the changes more rapidly than a float. Floats lose most of their accuracy from cable friction along the well walls.
4.5.2 Measuring devices for flow rate
The changes in flow rate shall be measured:
— by using a flow meter;
— by using a calibrated container.
4.5.3 Recording devices
The recording shall be carried out:
— manually;
— analogly;
— digitally.
4.6 Additional equipment
Depending on the kind of test and the possible impact of local conditions, additional equipment shall be used
in order to be able to make corrections for variations in water temperature and atmospheric pressure.
4.7 Calibration
The instruments and devices used for geohydraulic testing shall be regularly calibrated according to
manufacturers’ manuals and relevant standards. Before starting the test, it shall be checked that the instruments
and devices to be used have been calibrated. The calibration shall be recorded and documented and the
results added to the test report as in ISO 22475-1:2006, 10.1.
5 Planning of geohydraulic investigation and testing
5.1 General
Geohydraulic investigations shall be planned in such a way as to ensure that relevant geological and
hydrogeological information and data are available at the various stages of the project. This information shall
be adequate to manage identified and anticipated project risks. For intermediate and final project stages,
information and data shall be provided to cover risks of accidents, delays, damages and pollution.
The aims of geohydraulic investigations are to establish the groundwater conditions, to determine the hydraulic
properties of the ground, and to gather additional relevant knowledge about the site.
Before starting a geohydraulic investigation the geology and hydrogeology of the area to be investigated shall
be characterized as preliminary information, such as:
— identification of soil and rock according to ISO 14688-1 and ISO 14689-1;
— identification of the aquifers and aquifer types (e.g. confined or unconfined);
— estimated permeability;
— the groundwater level(s).
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ISO 22282-1:2012(E)
Geohydraulic investigations should consider any activity which may influence the test or may be affected by
the test, such as:
a) existing constructions, e.g. buildings, bridges, tunnels;
b) water lowering or de-watering;
c) discharge of potable water.
The geohydraulic investigation programme should be reviewed as the results become available so that the
initial assumptions can be checked.
The geohydraulic investigation programme shall contain:
— a plan with the locations of testing and the types of the tests;
— the depth and length of the test sections;
— specifications on the test procedures and measurements;
— the types of equipment to be used;
— the standards to be applied.
5.2 Selection of testing locations
The locations of testing and the depths of the test sections shall be selected on the basis of the preliminary
information as a function of the geological and hydrogeological conditions, the dimensions of the structure and
the engineering problems involved.
The test section shall be representative for the hydraulic head and the homogeneity of the ground.
When selecting the testing locations, the following should be observed:
— the testing and measuring points should be arranged in such a pattern that the geohydraulic conditions
can be assessed over the investigation area;
— the area considered in the design investigations should extend into the neighbouring area to a distance
where no harmful influence on the neighbouring area is expected;
— for testing and measuring points, the possibility of using the test equipment installed (during the ground
investigation) for continued monitoring should be considered.
The depth and length of test sections shall be extended to all strata that will affect the project or are affected by it.
5.3 Selection of test procedure
5.3.1 General
The test procedure shall be selected based on:
— ground conditions (e.g. expected permeability of the different layers);
— topographic and geomorphologic conditions;
— type of equipment.
Table 2 indicates relevant test procedures for different ground conditions and expected permeability and radius
of influence.
Figure 1 indicates relevant test procedures and expected time of duration as a function of the expected ground
permeability.
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ISO 22282-1:2012(E)
Variable head test in open systems according to ISO 22282-2.
Pumping test according to ISO 22282-4.
Variable head test in closed systems according to ISO 22282-6.
Figure 1 — Test duration and permeability
Due to the boundary condition, the appropriate test method shall be selected as follows:
— water permeability test in a borehole using open systems according to ISO 22282-2;
— water pressure test in rocks according to ISO 22282-3;
— pumping tests according to ISO 22282-4;
— infiltrometer tests according to ISO 22282-5;
— water permeability tests in a borehole using closed systems according to ISO 22282-6.
Tests can be carried out by withdrawing or by injecting water in the ground.
These tests can be carried out:
— by maintaining a constant head and monitoring the flow rate;
— by applying a constant flow rate and monitoring the pressure development;
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ISO 22282-1:2012(E)
— by lowering or raising the head (variable head) and monitoring the change of hydraulic head in the test section.
Some effects which may influence the test results can only be detected during the test execution. Such effects are:
— turbulent flow;
— hydraulic fracturing of rock or soil or hydraulic jacking of discontinuities.
These possible effects shall be considered.
In case of unstable borehole walls in rock, tests can only be carried out following the drilling process (such as
single packer tests from the bottom of the casing against the borehole bottom).
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ISO 22282-1:2012(E)
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Table 2 — Recommended applicability for different test procedures
Key Permeability
Permeability tests using Water pressure tests Pumping
Infiltrometer tests tests using
Recommended
open systems in rock tests
ISO 22282-5 closed systems
ISO 22282-2 ISO 22282-3 ISO 22282-4
ISO 22282-6
Constant Variable Constant Upward Downward Pumping Constant Variable Pressure pulse
flow head head test test test head head test
Purpose of test 2A 2B 2C 3A 3B 4 5A 5B 6
Hydraulic barrier
Fine soil
Sand
Gravel
Mixed soils
Rock with discontinuities (ISO 14689-1)
Spacing Aperture
Tight
Wide Open
Wide
Tight
Medium Open
Wide
Tight
Close Open
Wide
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ISO 22282-1:2012(E)
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Table 2 (continued)
Key Permeability
Permeability tests using Water pressure test Pumping
Infiltrometer tests tests using
Recommended
open systems in rocks tests
ISO 22282-5 closed systems
ISO 22282-2 ISO 22282-3 ISO 22282-4
ISO 22282-6
Constant Variable Constant Upward Down-ward Pum-ping Constant Variable Pressure pulse
flow head head test test test head head test
Purpose of test 2A 2B 2C 3A 3B 4 5A 5B 6
Permeability
−2
>1E m/s
−3 −2
1E - 1E
−4 −3
1E - 1E
−5 −4
1E - 1E
−6 −5
1E - 1E
−7 −6
1E - 1E
−8 −7
1E - 1E
−9 −8
1E - 1E
−9
<1E m/s
Radius of influence
0,1 m
1,0 m
10 m
100 m
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ISO 22282-1:2012(E)
5.3.2 Water permeability tests in a borehole using open systems
5.3.2.1 Objectives
The objective of a water permeability test in a borehole using open systems is to determine the local water
permeability in soils and rocks below and above groundwater level.
5.3.2.2 Specific requirements
The tests shall be carried out and reported in accordance with a method that conforms to the requirements
given in ISO 22282-2.
Any deviation from the requirements given in ISO 22282-2 shall be justified and reported. In particular, any
influence on the results shall be commented upon.
5.3.2.3 Evaluation of test results
The field and test reports according to ISO 22282-2 shall be used for evaluation purposes.
5.3.2.4 Use of test results and derived values
Measurements in open holes can be done in formations where boreholes remain stable. An exact determination
of the permeability of individual strata is not possible since the method is applied in an open hole and without
packers. The test will therefore provide an average permeability of the geological formation(s) penetrated. The
derived permeability is meaningful when the tested formation is hydraulically homogeneous.
5.3.3 Water pressure tests in rock
5.3.3.1 Objectives
The objective of a water pressure test in rocks is to determine:
— the hydraulic properties of the rock mass, which are mainly governed by discontinuities;
— the absorption capacity of the rock mass;
— the tightness of the rock mass;
— the effectiveness of grouting;
— the geomechanical behaviour, e.g. hydrofracturing, hydrojacking.
5.3.3.2 Specific requirements
The tests
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 22282-1
Première édition
2012-06-01
Reconnaissance et essais
géotechniques — Essais
géohydrauliques —
Partie 1:
Règles générales
Geotechnical investigation and testing — Geohydraulic testing —
Part 1: General rules
Numéro de référence
ISO 22282-1:2012(F)
©
ISO 2012
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 22282-1:2012(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2012
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous
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de l’ISO à l’adresse ci-après ou du comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Publié en Suisse
ii © ISO 2012 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 22282-1:2012(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction . v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions et symboles . 2
3.1 Termes et définitions . 2
3.2 Symboles . 3
4 Équipement . 4
4.1 Généralités . 4
4.2 Système de support de la section d’essai . 4
4.3 Tube de mesure . 5
4.4 Isolement de la section d’essai . 5
4.5 Dispositifs de mesure et d’enregistrement . 5
4.6 Équipement supplémentaire . 6
4.7 Étalonnage . 6
5 Élaboration des reconnaissances et des essais géohydrauliques . 6
5.1 Généralités . 6
5.2 Choix des emplacements d’essai . 7
5.3 Choix d’un mode opératoire d’essai . 7
6 Préparation de la section d’essai et installation de l’équipement .14
6.1 Exigences relatives au forage et aux sections d’essai .14
6.2 Installation du filtre .14
6.3 Vérification de l’installation .14
6.4 Exigences de sécurité .14
6.5 Démantèlement .15
6.6 Facteurs ayant une influence sur les résultats d’essai .15
Annexe A (informative) Exemples de méthodes possibles d’isolement et de maintien des parois de la
section d’essai .17
Annexe B (informative) Exemples de facteurs de forme.23
Bibliographie .25
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ISO 22282-1:2012(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 22282-1 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).
L’ISO 22282 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Reconnaissance et essais
géotechniques — Essais géohydrauliques:
— 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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ISO 22282-1:2012(F)
Introduction
La directive-cadre sur l’eau de l’UE demande aux États membres d’accroître les activités visant à protéger les
[11]
eaux souterraines et les eaux douces de surface, tant au point de vue quantitatif que qualitatif . Dans le même
temps, les besoins de la société en eau et le nombre de constructions profondes au-dessous du niveau des
nappes souterraines ne cessent d’augmenter. De plus, le niveau de la mer peut s’élever du fait du changement
climatique. Cette contradiction impose aux ingénieurs travaillant sur des projets de construction au-dessous
du niveau des nappes souterraines de prédire avec une plus grande fiabilité les effets de ces structures sur les
conditions des nappes souterraines. Pour cela, il est notamment possible de réaliser une meilleure évaluation
de la perméabilité du sol par des essais en place, tels que prescrits dans l’EN 1997-1:2004, 3.3.9.1. L’EN 1997-
2:2007 contient les stipulations, exigences et recommandations suivantes:
« 2.1.4 Eau souterraine
(1) Les reconnaissances piézométriques doivent fournir toutes les informations pertinentes sur l’eau souterraine
nécessaires pour le calcul géotechnique et l’exécution des travaux.
(2) Il convient que les reconnaissances piézométriques fournissent, lorsqu’il y a lieu, les informations suivantes:
— la profondeur, l’épaisseur, l’étendue et la perméabilité des couches de terrain aquifères et des réseaux de
joints dans la roche;
— l’élévation de la surface de la nappe souterraine ou de la surface piézométrique des formations aquifères
et leur variation au cours du temps et les niveaux réels de la nappe souterraine incluant les niveaux
extrêmes possibles et leurs périodes de récurrence;
— répartition de la pression d’eau dans les pores;
— la composition chimique de l’eau interstitielle et sa température.
(3) Il convient que les informations obtenues soient suffisantes pour évaluer les aspects suivants, le cas échéant:
— la possibilité et la nature des travaux de rabattement de la nappe;
— les éventuels effets préjudiciables de l’eau interstitielle sur les excavations et les talus (par exemple, le
risque de rupture d’origine hydraulique, de pression d’écoulement excessive ou d’érosion);
— toute mesure nécessaire à la protection de la structure (par exemple, imperméabilisation, drainage et
dispositions contre l’agressivité de l’eau);
— les effets du rabattement de la nappe, de la dessiccation, de barrage, etc. sur les environs;
— la capacité du terrain à absorber l’eau injectée pendant les travaux de construction;
— la possibilité d’utiliser l’eau de la nappe locale, en fonction de sa composition chimique, à des fins de
construction. »
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NORME INTERNATIONALE ISO 22282-1:2012(F)
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais
géohydrauliques —
Partie 1:
Règles générales
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 22282 établit les règles et principes généraux relatifs aux essais géohydrauliques
réalisés dans les sols et les roches dans le cadre de missions de reconnaissance géotechnique conformément
à l’EN 1997-1 et à l’EN 1997-2. Elle définit les concepts et spécifie les exigences relatives au mesurage de la
perméabilité dans le sol et la roche.
Les différents objectifs des essais géohydrauliques sont d’obtenir des informations sur la perméabilité du sol
ou de la roche à l’état naturel ou traité, la transmissivité et le coefficient d’emmagasinement ainsi que sur les
paramètres hydrodynamiques des formations aquifères.
Les essais géohydrauliques sont utilisés à différentes fins, telles que:
a) la capacité d’absorption et l’efficacité d’une injection de coulis dans un massif rocheux;
b) l’évaluation de l’écoulement et du drainage;
c) l’évaluation des travaux de rabattement de la nappe;
d) l’effet des parafouilles pour digues;
e) l’effet des tunnels et du fonçage;
f) la vérification de l’étanchéité des remblais;
g) l’évaluation de l’écoulement des fluides et des suspensions dans le sol;
h) la planification de mesures correctives.
NOTE 1 Les essais géohydrauliques relatifs à l’alimentation en eau sont traités dans l’ISO 14686.
NOTE 2 Pour la plupart des types de sol, les essais de perméabilité en place donnent des résultats plus fiables que
les essais réalisés en laboratoire parce qu’un plus grand volume de matériau est soumis à l’essai et l’essai inclut ainsi les
effets dus à la structure globale du sous-sol et évite les perturbations associées au prélèvement.
La présente partie de l’ISO 22282 traite de la réalisation d’essais avec des eaux souterraines et ne tient pas
compte de façon explicite des autres fluides et suspensions. L’écoulement des autres fluides et suspensions
peut être pris en compte en appliquant les différentes viscosités et les relations entre la transmissivité, le
coefficient de perméabilité et la perméabilité intrinsèque.
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
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ISO 22282-1:2012(F)
ISO 14689-1, Recherches et essais géotechniques — Dénomination et classification des roches — Partie 1:
Dénomination et description
ISO 22282-2, Reconnaissance et essais géotechniques — Essais géohydrauliques — Partie 2: Essais de
perméabilité à l’eau dans un forage en tube ouvert
ISO 22282-3, Reconnaissance et essais géotechniques — Essais géohydrauliques — Partie 3: Essais de
pression d’eau dans des roches
ISO 22282-4, Reconnaissance et essais géotechniques — Essais géohydrauliques — Partie 4: Essais de pompage
ISO 22282-5, Reconnaissance et essais géotechniques — Essais géohydrauliques — Partie 5: Essais
d’infiltration
ISO 22282-6, Reconnaissance et essais géotechniques — Essais géohydrauliques — Partie 6: Essais de
perméabilité à l’eau dans un forage en tube fermé
ISO 22475-1:2006, Reconnaissance et essais géotechniques — Méthodes de prélèvement et mesurages
piézométriques — Partie 1: Principes techniques des travaux
EN 1990, Eurocode: Bases de calcul des structures
EN 1997-1:2004, Eurocode 7: Calcul géotechnique — Partie 1: Règles générales
EN 1997-2:2007, Eurocode 7: Calcul géotechnique — Partie 2: Reconnaissance des terrains et essais
3 Termes, définitions et symboles
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’EN 1990, l’EN 1997-1, l’EN 1997-
2 et l’ISO 22475-1 ainsi que les suivants s’appliquent.
3.1.1
débit
volume d’eau introduit dans, ou évacué de, la section d’essai par unité de temps
3.1.2
charge hydraulique
somme de la cote du point considéré et de la hauteur piézométrique
3.1.3
section d’essai
section d’un forage dans laquelle est réalisé l’essai
3.1.4
effet pariétal
effet de la paroi de la section d’essai sur l’essai
3.1.5
coefficient de perméabilité
débit divisé par la surface
3.1.6
transmissivité
produit du coefficient de perméabilité et de l’épaisseur d’une formation aquifère saturée
3.1.7
coefficient d’emmagasinement
volume d’eau emmagasiné ou libéré par une colonne de formation aquifère ayant une section unitaire sous
l’effet d’une variation unitaire de la charge hydraulique
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ISO 22282-1:2012(F)
3.1.8
régime permanent
régime lorsque la charge hydraulique et/ou le débit sont constants dans le temps
3.1.9
régime transitoire
avant le régime permanent, lorsque le débit ou la charge hydraulique n’est pas constant dans le temps
3.1.10
état saturé
état du sol soumis à essai lorsque tous les vides sont remplis d’eau
3.1.11
état non saturé
état du sol soumis à essai lorsque les vides sont partiellement remplis d’eau et partiellement remplis d’air ou
d’un autre gaz
3.1.12
essai à charge croissante
essai au cours duquel la pression ou la charge dans la section d’essai est initialement diminuée et dont la
remontée est enregistrée
3.1.13
essai à charge décroissante
essai au cours duquel la pression ou la charge dans la section d’essai est initialement augmentée et dont la
redescente est enregistrée
3.1.14
essai à charge variable
essai à charge croissante ou décroissante
3.1.15
essai à charge constante
essai au cours duquel la pression ou la charge dans la section d’essai est maintenue constante et la variation
du débit entrant ou sortant est enregistrée
3.1.16
essai à débit constant
essai au cours duquel le débit dans la section d’essai est maintenu constant et la variation de pression ou de
charge est enregistrée
3.1.17
mud cake
solides déposés sur le matériau filtrant ou la paroi du forage
3.1.18
colmatage
diminution du débit par obstruction de voies d’écoulement due à la sédimentation
3.1.19
débourrage
augmentation du débit par élargissement ou ouverture de voies d’écoulement due à l’érosion
3.1.20
facteur de forme
facteur utilisé pour l’interprétation des résultats d’essai
3.2 Symboles
Pour les besoins du présent document, les symboles donnés dans le Tableau 1 s’appliquent.
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ISO 22282-1:2012(F)
Tableau 1 — Symboles
Symbole Désignation Unité
2
A aire de la section intérieure du tubage m
c
2
A aire de la section intérieure du tube de mesure m
m
2
A aire de la surface de l’eau dans le réservoir m
r
D diamètre du forage, diamètre de la section d’essai m
d épaisseur de la formation aquifère m
F facteur de forme m
H charge hydraulique m
h distance entre la surface de l’eau et le niveau du sol m
o
h ,h , h charges hydrauliques appliquées m
1 2 3
Δh
variation de la charge hydraulique m
k
coefficient de perméabilité m/s
2
K
perméabilité intrinsèque m
L
longueur (hauteur) de la section d’essai m
p
pression kPa
3
Q débit m /s
3
Q Q Q débit lors des essais 1, 2 et 3 m /s
1, 2, 3
S coefficient d’emmagasinement 1
2
T transmissivité m /s
t temps s
t temps nécessaire pour atteindre l’équilibre s
i
t temps au début de l’essai s
o
3
V volume m
η viscosité dynamique du fluide Pa⋅s
3
γ masse volumique kg/m
4 Équipement
4.1 Généralités
Selon les différentes méthodes d’essai, l’équipement peut comprendre les éléments suivants:
— système de support des parois de la section d’essai;
— tube de mesure;
— isolement de la section d’essai;
— dispositifs de mesure et d’enregistrement;
— équipement supplémentaire.
4.2 Système de support de la section d’essai
Un système de support de la section d’essai doit être utilisé pour les essais réalisés dans un sol ou une roche
ne permettant pas de conserver la géométrie de la section d’essai pendant toute la durée de l’essai.
Un matériau filtrant ou un filtre à gravier peut être utilisé pour supporter la section d’essai. Le matériau filtrant
doit être stable vis-à-vis du terrain environnant et du scellement.
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ISO 22282-1:2012(F)
Le matériau filtrant doit être un matériau granulaire choisi de manière à éviter la formation d’un bouchon et/ou
une érosion des particules de sol par ou dans le terrain environnant. La perméabilité du matériau filtrant doit
être notablement plus élevée que la valeur attendue de perméabilité du sol et ne doit pas avoir d’incidence sur
les résultats d’essai.
Toute réaction chimique entre le matériau filtrant et l’eau doit être évitée.
4.3 Tube de mesure
Il convient d’utiliser un tube de mesure de section connue pour relier la section d’essai à la surface du terrain.
Le tube ne doit pas être déformé en raison de la charge hydraulique appliquée. Les éléments du tube de
mesure doivent être choisis de manière à obtenir un nombre minimal de joints afin de réduire au minimum les
fuites. Leur diamètre doit être adapté à la vitesse de variation du niveau d’eau.
Un robinet peut être installé sur ce tube de mesure pour isoler la section d’essai ou établir le contact avec
l’atmosphère. La fermeture ou l’ouverture de ce robinet ne doit pas induire de variation de volume pouvant
conduire à une variation de la pression de l’eau. De telles variations peuvent influer sur la qualité de l’essai.
4.4 Isolement de la section d’essai
La section d’essai peut être isolée par:
— le tubage;
— un bouchon mâle;
— un obturateur simple;
— des obturateurs doubles ou multiples.
NOTE Voir l’Annexe A.
Un obturateur est un élément dilatable à haute pression qui est gonflé, par exemple à l’air comprimé, et appuyé
fermement contre la paroi du forage pour former un joint d’étanchéité. La longueur étanche doit dépendre de
la régularité de la paroi du forage et du type de sol et de roche pour éviter les fuites autour de l’obturateur.
Lorsqu’il est gonflé, la longueur d’un obturateur doit être au moins égale à cinq fois le diamètre du forage, avec
un minimum de 0,5 m. La pression effective exercée par l’obturateur sur la paroi du forage doit être supérieure
d’au moins 30 % à la pression maximale d’essai.
Les obturateurs simples n’assurent l’étanchéité qu’en partie supérieure de la section d’essai alors que les
obturateurs doubles ou multiples peuvent également assurer l’étanchéité au niveau de la partie inférieure. Une
attention particulière doit être portée à la détection des fuites des obturateurs, notamment à la fuite éventuelle
de la conduite de gonflage de l’obturateur inférieur dans la section d’essai.
L’obturateur doit être suffisamment résistant pour supporter la pression de gonflage sans fluage et suffisamment
homogène pour éviter toute perforation de la membrane.
4.5 Dispositifs de mesure et d’enregistrement
4.5.1 Dispositifs de mesure du niveau d’eau
Les variations des niveaux d’eau peuvent être mesurés en utilisant:
— un ruban de mesure mécanique muni d’un dispositif de détection sonore ou un ruban de mesure électrique
(indicateur de niveau d’eau);
— un système à flotteur;
— un système à capteur de pression.
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ISO 22282-1:2012(F)
NOTE Les variations rapides de profondeur sont mesurées avec une plus grande exactitude par les capteurs de
pression car ces derniers sont en mesure de détecter les variations plus rapidement qu’un flotteur. Les flotteurs perdent
en grande partie leur exactitude en raison du frottement du câble le long des parois du puits.
4.5.2 Dispositifs de mesure du débit
Les variations de débit doivent être mesurées en utilisant:
— un débitmètre;
— un récipient étalonné.
4.5.3 Dispositifs d’enregistrement
L’enregistrement doit être effectué:
— manuellement;
— par un dispositif analogique;
— par un dispositif numérique.
4.6 Équipement supplémentaire
Selon la nature de l’essai et l’impact éventuel des conditions locales, un équipement supplémentaire doit être
utilisé afin de pouvoir effectuer des corrections en fonction des variations de la température de l’eau et de la
pression atmosphérique.
4.7 Étalonnage
Les instruments et les dispositifs utilisés pour les essais géohydrauliques doivent être étalonnés régulièrement
conformément aux manuels des fabricants et aux normes pertinentes. Avant de commencer l’essai, il doit être
vérifié que les instruments et dispositifs devant être utilisés ont été étalonnés. L’étalonnage doit être enregistré
et documenté et les résultats ajoutés au rapport d’essai tel que spécifié dans l’ISO 22475-1:2006, 10.1.
5 Élaboration des reconnaissances et des essais géohydrauliques
5.1 Généralités
Les reconnaissances géohydrauliques doivent être programmées de manière à disposer des informations et
des données géologiques et hydrogéologiques appropriées aux différentes étapes du projet. Ces informations
doivent être adaptées à la gestion des risques encourus et identifiés du projet. Pour les étapes intermédiaires
et finale du projet, les informations et les données doivent être fournies pour prévenir les risques d’accidents,
de retards, de dommages et de pollution.
Les objectifs des reconnaissances géohydrauliques sont d’établir la nature des nappes souterraines, de déterminer
les propriétés hydrauliques du terrain et de recueillir des informations pertinentes complémentaires sur le site.
Avant de lancer une reconnaissance géohydraulique, la géologie et l’hydrogéologie de la zone à étudier doivent
être caractérisées sous forme d’informations préliminaires telles que:
— la dénomination et la description des sols et des roches conformément à l’ISO 14688-1 et à l’ISO 14689-1;
— l’identification des formations aquifères et des types de formations aquifères (par exemple captives ou libres);
— la perméabilité estimée;
— le(s) niveau(x) de la (des) nappe(s).
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ISO 22282-1:2012(F)
Il convient que les reconnaissances géohydrauliques tiennent compte de toute activité susceptible d’influer sur
l’essai ou d’être affectée par l’essai, telle que:
a) les ouvrages existants, par exemple bâtiments, ponts, tunnels;
b) le rabattement ou le pompage de la nappe;
c) le débit d’eau potable.
Il convient que le programme de reconnaissance géohydraulique soit examiné dès que les résultats sont
disponibles de manière à pouvoir contrôler les hypothèses initiales.
Le programme de reconnaissance géohydraulique doit comprendre:
— un plan des emplacements d’essai et des types d’essais;
— la profondeur et la longueur des sections d’essai;
— les spécifications relatives aux modes opératoires d’essai et aux mesurages;
— les types de matériel à utiliser;
— les normes à appliquer.
5.2 Choix des emplacements d’essai
Les emplacements d’essai et les profondeurs des sections d’essai doivent être choisis en tenant compte des
informations préliminaires et en fonction des conditions géologiques et hydrogéologiques, des dimensions de
l’ouvrage et des problèmes d’ingénierie rencontrés.
La section d’essai doit être représentative de la charge hydraulique et de l’homogénéité du terrain.
Lors du choix des emplacements d’essai, il convient de tenir compte des recommandations suivantes:
— il convient de disposer les points d’essai et de mesurage de manière à pouvoir évaluer les conditions
géohydrauliques sur toute l’étendue de la zone de reconnaissance;
— il convient d’étendre la zone des reconnaissances de projet jusqu’à une distance au-delà de laquelle le
projet ne produit aucun effet préjudiciable sur l’environnement;
— pour les points d’essai et de mesurage, il convient de considérer que l’équipement d’essai installé (lors de
la reconnaissance du terrain) peut être utilisé pour une surveillance en continu.
La profondeur et la longueur des sections d’essai doivent atteindre toutes les couches qui seront ou sont
affectées par le projet.
5.3 Choix d’un mode opératoire d’essai
5.3.1 Généralités
Le mode opératoire d’essai doit être choisi en se fondant sur:
— les conditions du terrain (par exemple perméabilité attendue des différentes couches);
— les conditions topographiques et géomorphologiques;
— le type d’équipement.
Le Tableau 2 indique les modes opératoires d’essai pertinentes pour différentes conditions de terrain, de
perméabilité attendue et de rayon d’influence.
La Figure 1 indique les modes opératoires d’essai pertinents et la durée prévisible en fonction de la perméabilité
attendue du terrain.
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ISO 22282-1:2012(F)
Essai à charge variable en tube ouvert conformément à l’ISO 22282-2
Essai de pompage conformément à l’ISO 22282-4
Essai à charge variable en tube fermé conformément à l’ISO 22282-6
Figure 1 — Durée d’essai et perméabilité
En fonction des conditions précédentes, la méthode d’essai appropriée doit être choisie, telle que:
— essai de perméabilité à l’eau dans un forage en tube ouvert conformément à l’ISO 22282-2;
— essai de pression d’eau dans des roches conformément à l’ISO 22282-3;
— essais de pompage conformément à l’ISO 22282-4;
— essais d’infiltromètre conformément à l’ISO 22282-5;
— essais de perméabilité à l’eau dans un forage en tube fermé conformément à l’ISO 22282-6.
Les essais peuvent être réalisés en pompant ou en injectant de l’eau dans le terrain.
Ces essais peuvent être réalisés:
— en maintenant une charge constante et en surveillant le débit;
— en appliquant un débit constant et en surveillant l’évolution de la pression;
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ISO 22282-1:2012(F)
— en abaissant ou en augmentant la hauteur (charge variable) et en surveillant la variation de la charge
hydraulique dans la section d’essai.
Certains effets pouvant influer sur les résultats d’essai ne peuvent être détectés que pendant le déroulement
de l’essai. Ces effets sont:
— un écoulement turbulent;
— la fracturation hydraulique de la roche ou du sol ou le soulèvement hydraulique des discontinuités.
Ces effets éventuels doivent être pris en compte.
En cas de parois de forage instables dans la roche, les essais ne peuvent être réalisés qu’après le procédé de forage
(tels que les essais avec obturateur simple depuis la partie inférieure du tubage contre le fond du trou de forage).
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ISO 22282-1:2012(F)
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Tableau 2 — Applicabilité recommandée des différents modes opératoires d'essai
Légende
Essais de
...
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