Soil quality — Determination of the water-retention characteristic — Laboratory methods

This document specifies laboratory methods for determination of the soil water-retention characteristic. This document applies only to measurements of the drying or desorption curve. Four methods are described to cover the complete range of soil water pressures as follows: a) method using sand, kaolin or ceramic suction tables for determination of matric pressures from 0 kPa to −50 kPa; b) method using a porous plate and burette apparatus for determination of matric pressures from 0 kPa to −20 kPa; c) method using a pressurized gas and a pressure plate extractor for determination of matric pressures from −5 kPa to −1 500 kPa; d) method using a pressurized gas and pressure membrane cells for determination of matric pressures from −33 kPa to −1 500 kPa. Guidelines are given to select the most suitable method in a particular case.

Qualité du sol — Détermination de la caractéristique de la rétention en eau — Méthodes de laboratoire

Le présent document décrit les méthodes de laboratoire permettant de déterminer la caractéristique de rétention en eau du sol. Le présent document s'applique uniquement aux mesurages effectués pour établir les courbes de séchage et de désorption. Il existe quatre méthodes pour prendre en compte l'ensemble du domaine des pressions de l'eau des sols, à savoir: a) méthode utilisant des tables à succion à sable, kaolin ou céramique permettant de déterminer des pressions matricielles comprises entre 0 kPa et −50 kPa; b) méthode associant une plaque poreuse à un appareillage à burette permettant de déterminer des pressions matricielles comprises entre 0 kPa et −20 kPa; c) méthode utilisant un gaz sous pression et un extracteur à plaque poreuse permettant de déterminer des pressions matricielles comprises entre −5 kPa et −1 500 kPa; d) méthode utilisant un gaz sous pression et des cellules à membrane sous pression permettant de déterminer des pressions matricielles comprises entre −33 kPa et −1 500 kPa. Des lignes directrices sont données pour faciliter le choix de la méthode la mieux adaptée à chaque cas particulier.

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Publication Date
20-Sep-2019
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
21-Sep-2019
Completion Date
21-Sep-2019
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ISO 11274:2019 - Soil quality -- Determination of the water-retention characteristic -- Laboratory methods
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ISO 11274:2019 - Qualité du sol -- Détermination de la caractéristique de la rétention en eau -- Méthodes de laboratoire
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11274
Second edition
2019-09
Soil quality — Determination of the
water-retention characteristic —
Laboratory methods
Qualité du sol — Détermination de la caractéristique de la rétention
en eau — Méthodes de laboratoire
Reference number
ISO 11274:2019(E)
ISO 2019
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ISO 11274:2019(E)
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© ISO 2019

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Published in Switzerland
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ISO 11274:2019(E)
Contents Page

Foreword ..........................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Guidelines for choice of method........................................................................................................................................................... 2

4.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 2

4.2 Sand, kaolin or ceramic suction tables for determination of pressures from 0 kPa

to −50 kPa .................................................................................................................................................................................................... 2

4.3 Porous plate and burette apparatus for determination of pressures from 0 kPa to

−20 kPa .......................................................................................................................................................................................................... 2

4.4 Pressure plate extractor for determination of pressures from −5 kPa to −1 500 kPa .............. 2

4.5 Pressure membrane cells for determination of pressures from −33 kPa to −1 500 kPa ........ 3

5 Sampling ........................................................................................................................................................................................................................ 3

5.1 General requirements ....................................................................................................................................................................... 3

5.2 Sample preparation ............................................................................................................................................................................ 4

6 Determination of the soil water characteristic using sand, kaolin and ceramic

suction tables ........................................................................................................................................................................................................... 5

6.1 Principle ........................................................................................................................................................................................................ 5

6.2 Apparatus .................................................................................................................................................................................................... 5

6.3 Preparation of suction tables...................................................................................................................................................... 6

6.4 Procedure .................................................................................................................................................................................................... 6

6.5 Expression of results .......................................................................................................................................................................... 6

6.5.1 Procedure for soils containing less than 20 % stones (diameter greater

than 2 mm)............................................................................................................................................................................ 6

6.5.2 Conversion of results to a fine soil basis ..................................................................................................... 7

7 Determination of soil water characteristic using a porous plate and burette .....................................8

7.1 Principle ........................................................................................................................................................................................................ 8

7.2 Apparatus .................................................................................................................................................................................................... 8

7.3 Assembly of porous plate/burette apparatus .............................................................................................................. 8

7.4 Procedure .................................................................................................................................................................................................... 9

7.5 Expression of results .......................................................................................................................................................................... 9

8 Determination of soil water characteristic by pressure plate extractor .................................................11

8.1 Principle .....................................................................................................................................................................................................11

8.2 Apparatus .................................................................................................................................................................................................11

8.3 Assembly of apparatus ..................................................................................................................................................................12

8.4 Procedure .................................................................................................................................................................................................12

8.5 Calculation and expression of results...............................................................................................................................13

8.5.1 Procedure for stoneless soils .............................................................................................................................13

8.5.2 Procedure for stony soils .......................................................................................................................................13

9 Determination of soil water characteristic using pressure membrane cells .....................................14

9.1 Principle .....................................................................................................................................................................................................14

9.2 Apparatus .................................................................................................................................................................................................14

9.3 Assembly of apparatus ..................................................................................................................................................................14

9.4 Procedure .................................................................................................................................................................................................15

9.5 Expression of results .......................................................................................................................................................................16

9.6 Test report ................................................................................................................................................................................................16

10 Test report ................................................................................................................................................................................................................16

11 Precision ....................................................................................................................................................................................................................17

© ISO 2019 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 11274:2019(E)

Annex A (informative) Construction of suction tables ....................................................................................................................18

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................23

iv © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 11274:2019(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.

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 on 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 the following

URL: www .iso .org/iso/foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee SC 3,

Chemical methods and soil characteristics.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 11274:1998), which has been technically

revised. It also incorporates the Technical Corrigendum ISO 11274:1998/Cor. 1:2009.

© ISO 2019 – All rights reserved v
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ISO 11274:2019(E)
Introduction

Soil water content and matric pressure are related to each other and determine the water-retention

characteristics of a soil. Soil water which is in equilibrium with free water is at zero matric pressure

(or suction) and the soil is saturated. As the soil dries, matric pressure decreases (i.e. becomes more

negative), and the largest pores empty of water. Progressive decreases in matric pressure will continue

to empty finer pores until eventually water is held in only the finest pores. Not only is water removed

from soil pores, but the films of water held around soil particles are reduced in thickness. Therefore a

[9][10]

decreasing matric pressure is associated with a decreasing soil water content . Laboratory or field

measurements of these two parameters can be made and the relationship plotted as a curve, called the

soil water-retention characteristic. The relationship extends from saturated soil (approximately 0 kPa)

to oven-dry soil (about −10 kPa).

The soil water-retention characteristic is different for each soil type. The shape and position of the

curve relative to the axes depend on soil properties such as texture, density and hysteresis associated

with the wetting and drying history. Individual points on the water-retention characteristic may be

determined for specific purposes.
The results obtained using these methods can be used, for example:

— to provide an assessment of the equivalent pore size distribution (e.g. identification of macro- and

micropores);

— to determine indices of plant-available water in the soil and to classify soil accordingly (e.g. for

irrigation purposes);

— to determine the drainable pore space (e.g. for drainage design, pollution risk assessments);

— to monitor changes in the structure of a soil (caused by e.g. tillage, compaction or addition of organic

matter or synthetic soil conditioners);

— to ascertain the relationship between the negative matric pressure and other soil physical properties

(e.g. hydraulic conductivity, thermal conductivity);

— to determine water content at specific negative matric pressures (e.g. for microbiological degradation

studies);
— to estimate other soil physical properties (e.g. hydraulic conductivity).
vi © ISO 2019 – All rights reserved
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 11274:2019(E)
Soil quality — Determination of the water-retention
characteristic — Laboratory methods
1 Scope

This document specifies laboratory methods for determination of the soil water-retention characteristic.

This document applies only to measurements of the drying or desorption curve.

Four methods are described to cover the complete range of soil water pressures as follows:

a) method using sand, kaolin or ceramic suction tables for determination of matric pressures from

0 kPa to −50 kPa;

b) method using a porous plate and burette apparatus for determination of matric pressures from

0 kPa to −20 kPa;

c) method using a pressurized gas and a pressure plate extractor for determination of matric

pressures from −5 kPa to −1 500 kPa;

d) method using a pressurized gas and pressure membrane cells for determination of matric pressures

from −33 kPa to −1 500 kPa.
Guidelines are given to select the most suitable method in a particular case.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
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
soil water-retention characteristic

relation between soil water content and soil matric head of a given soil (sample)

3.2
pressure
pressure equivalent of soil water potential
3.3
matric pressure

amount of work done in order to transport, reversibly and isothermally, an infinitesimal quantity

of water, identical in composition to the soil water, from a pool at the elevation and the external gas

pressure of the point under consideration, to the soil water at the point under consideration, divided by

the volume of water transported
© ISO 2019 – All rights reserved 1
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ISO 11274:2019(E)
3.4
water content mass ratio

mass of water evaporating from the soil when dried to constant mass at 105 °C, divided by the dry mass

of the soil (i.e. the ratio between the masses of water and solid particles within a soil sample)

3.5
water content volume fraction

volume of water evaporating from the soil when dried to constant mass at 105 °C, divided by the original

bulk volume of the soil (i.e. the ratio between the volume of liquid water within a soil sample and the

total volume including all pore space of that sample)

Note 1 to entry: The soil water-retention characteristic is identified in the scientific literature by various names

including soil water release curve, soil water-retention curve, pF curve and the capillary pressure-saturation

curve. Use of these terms is deprecated.

Note 2 to entry: The Pascal is the standard unit of pressure but many other units are still in use. Table A.1

provides conversions for most units.

Note 3 to entry: Sometimes suction is used instead of pressure to avoid the use of negative signs (see Introduction).

However, this term can cause confusion and is deprecated as an expression of the matric pressure.

Note 4 to entry: For swelling and shrinking soils, seek the advice of a specialist laboratory since interpretation of

water-retention data will be affected by these properties.
4 Guidelines for choice of method
4.1 General

Guidelines are given below to help selecting the most suitable method in a particular case.

4.2 Sand, kaolin or ceramic suction tables for determination of pressures from 0 kPa

to −50 kPa

The sand, kaolin and ceramic suction table methods are suitable for large numbers of determinations

at high pressures on cores or aggregates of different shapes and sizes. Analyses on samples of a wide

range of textures and organic matter contents can be carried out simultaneously since equilibration is

determined separately for each core. The suction table methods are suitable for a laboratory carrying

out analyses on a routine basis and where regular equipment maintenance procedures are implemented.

4.3 Porous plate and burette apparatus for determination of pressures from 0 kPa
to −20 kPa

The porous plate and burette apparatus allow analysis of only one sample at a time, and several sets

of equipment are therefore necessary to enable replication and full soil profile characterization. The

method is particularly suited to soils with weak structures and sands which are susceptible to slumping

or slaking, since minimal sample disturbance occurs. Capillary contact is not broken during the

procedure and all samples, particularly soils with higher organic matter content or sandy textures, will

equilibrate more rapidly using this technique. This is a simple technique suitable for small laboratories.

4.4 Pressure plate extractor for determination of pressures from −5 kPa to −1 500 kPa

The pressure plate method can be used for determinations of all pressures to −1 500 kPa. However,

different specifications of pressure chambers and ceramic plates are required for the range of pressures,

e.g. 0 kPa to −20 kPa, −20 kPa to −100 kPa and −100 kPa to −1 500 kPa. The method is, however, best

suited to pressures of −33 kPa or lower, since air entrapment at high negative pressures can occur. It is

preferable that soils with similar water-release properties are analysed together to ensure equilibration

2 © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 11274:2019(E)

times are approximately the same, though in practice it may be difficult. Sample size is usually smaller

than for the previous two methods and therefore the technique is less suitable for heterogeneous soil

horizons, or for those with a strong structural composition. Analysis of disturbed soils is traditionally

carried out using this method.
4.5 Pressure membrane cells for determination of pressures from −33 kPa to
−1 500 kPa

The pressure membrane cell should only be used for pressures below −33 kPa. Capillary contact at

higher pressures is not satisfactory for this method. The method is appropriate for all soil types though

the use of double membranes is recommended for coarse (sandy) textured soils. Sample size can be

selected (according to the size of the pressure cell) to take into account soil structure. Different textures

can be equilibrated separately using a suite of cells linked to one pressure source.

5 Sampling
5.1 General requirements

It is essential that undisturbed soil samples are used for measurement at the high matric pressure

range 0 kPa to −100 kPa, since soil structure has a strong influence on water-retention characteristics.

Use either undisturbed cores or, if appropriate, individual peds for low matric pressure methods

(<−100 kPa).

Soil cores shall be taken in a metal or plastic sleeve of a height and diameter such that they are

representative of the natural soil variability and structure. The dimensions of samples taken in the field

are dependent on the texture and structure of the soil and the test method to be used. Table 1 provides

guidance on suitable sample sizes for the different methods and soil structure.

Take soil cores carefully to ensure minimal compaction and disturbance to structure, either by hand

pressure in suitable material or by using a suitable soil corer. Take a minimum of three representative

replicates for each freshly exposed soil horizon or layer; more replicates are required in stony soils.

Record the sampling date, sample grid reference, horizon and sampling depths. Dig out the sleeve

carefully with a trowel, trim roughly the two faces of the cylinder with a knife and if necessary, adjust

the sample within the sleeve before fitting lids to each end, and label the top clearly with the sample

grid reference, the direction of the sampling (horizontal or vertical), horizon number and sample depth.

Wrap the samples (e.g. in plastic bags) to prevent drying. Wrap aggregates (e.g.in aluminium foil

or plastic film) to retain structure and prevent drying. Alternatively, excavate blocks measuring

approximately 30 cm cube of undisturbed soil in the field, wrap in metal foil, wax (to retain structure

and prevent drying) and take to the laboratory for subdivision. Store the samples at 1 °C to 2 °C to

reduce water loss and suppress biological activity until they are required for analyses. Treat samples

having obvious macrofaunal activity with a suitable biocide, e.g. 0,05 % copper sulfate solution.

Other relevant site information should be noted, e.g. soil water status, topsoil/surface conditions, etc.

(see 5.2).

Table 1 — Recommended sample sizes (height × diameter) for the different test methods

Dimensions in millimetres
Structure
Test method
Coarse Medium Fine
Suction table 50 × 100 40 × 76 24 × 50
Porous plate 50 × 76 40 × 76 20 × 36
Pressure plate — 10 × 76 10 × 50
© ISO 2019 – All rights reserved 3
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ISO 11274:2019(E)
Table 1 (continued)
Structure
Test method
Coarse Medium Fine
Pressure membrane — 20 × 76 10 × 50

NOTE 1 The points mentioned here are specific to water-retention analyses. Reference is made to

ISO 18400-101 in which general advice on sampling and problems encountered is given.

NOTE 2 In moist conditions, soil is easier to sample and in shrink/swell soils the bulk density under natural

conditions is lowest. It is therefore preferable to take samples in the wet season when soil matric pressures are

at or near −5 kPa. Especially clayey soils, are difficult to core when dry and they shrink and swell with varying

water content. Samples of swelling and shrinking soils can be taken in cores only under completely saturated

conditions, i.e. under the water table and in the full capillary zone. In all other circumstances peds can be taken.

5.2 Sample preparation

To prepare samples for water-retention measurements at pressures greater than −50 kPa (see

Clause 3), trim undisturbed cores flush with the ends of the container and replace one lid with a circle

of polyamide (nylon) mesh, similar close-weave material or paper if the water-retention characteristic

is known, secured with an elastic band. The mesh will retain the soil sample in the sleeve and enable

direct contact with the soil and the porous contact medium. Avoid smearing the surface of clayey

soils. Remove any small projecting stones to ensure maximum contact and correct the soil volume if

necessary. Replace the other lid to prevent drying of the sample by evaporation. Prepare soil aggregates

for high matric pressure measurements by levelling one face and wrapping other faces in aluminium

foil to minimize water loss. Disturbed soils should be packed into a sleeve with a mesh attached. Firm

the soil by tapping and gentle pressure to obtain a specified bulk density.

Weigh the prepared samples. Ensure that the samples are brought to a pressure of less than the first

equilibration point by wetting them, if necessary, by capillary rise, mesh side or levelled face down on

a sheet of foam rubber saturated with 0,005 mol/l calcium sulfate solution or tap water. Weigh the

wet sample when a thin film of water is seen on the surface. This water content represents the total or

maximum water-holding capacity and is calculated according to 6.5.

The water-retention characteristic of swelling and shrinking soils should be determined under the

same load as that occurring in the field. Otherwise the laboratory data can deviate from the water-

retention characteristic of the soil under natural field conditions.

The time required for wetting varies with initial soil water content and texture, being a day or two for

sands and two weeks or more for clayey soils. Except for sands, wetting needs to be slow to prevent air

entrapment in samples. Care should be taken not to leave sandy soils wetting for too long because their

structure may collapse. Low-density subsoil sands without the stabilizing influence of organic matter

or roots are the most susceptible. The burette method is most suitable for this type of soil and samples

can be wetted using the procedure in 6.3. Soils should, ideally, be field-moist when the wetting is

commenced; dried soils may cause differences in the water-retention characteristic due to hydrophobia

or hysteresis.
General guidelines for wetting times are:
— Sand 1 d to 5 d
— Loam 5 d to 10 d
— Clay 5 d to 14 d or longer
— Peat 5 d to 20 d
4 © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 11274:2019(E)

Increasing temperature causes a decrease in water content at a given pressure. It is recommended

that all water-retention measurements be made at a constant temperature of (20 ± 2) °C. Report the

temperature at which the water-retention measurements are made.
NOTE 1 It can be necessary to discard samples with large projecting stones.

NOTE 2 Very coarse pores are not water-filled when the soil sample is saturated by capillary rise.

6 Determination of the soil water characteristic using sand, kaolin and ceramic
suction tables
6.1 Principle

A negative matric pressure is applied to coarse silt or very fine sand held in a rigid watertight non-

rusting container (a ceramic sink is particularly suitable). Soil samples placed in contact with the

surface of the table lose pore water until their matric pressure is equivalent to that of the suction table.

Equilibrium status is determined by weighing samples on a regular basis and soil water content by

weighing, oven drying and reweighing. The maximum negative pressure which can be applied before

air entry occurs is related to the pore size distribution of the packed fine sand or coarse silt which is

determined by the particle size distribution, the shape of the particles and their consolidation.

6.2 Apparatus

6.2.1 Large ceramic sink or other watertight, rigid, non-rusting container with outlet in base

[dimensions about (50 × 70 × 25) cm] and with close-fitting cover.

6.2.2 Tubing and connecting pieces to construct the draining system for the suction table.

6.2.3 Sand, silt or kaolin, as packing material for the suction table.

Commercially available graded and washed industrial sands with a narrow particle size distribution

are most suitable. The particle size dist
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 11274
Deuxième édition
2019-09
Qualité du sol — Détermination de la
caractéristique de la rétention en eau
— Méthodes de laboratoire
Soil quality — Determination of the water-retention characteristic —
Laboratory methods
Numéro de référence
ISO 11274:2019(F)
ISO 2019
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ISO 11274:2019(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 11274:2019(F)
Sommaire Page

Avant-propos ................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Lignes directrices pour le choix de la méthode .................................................................................................................... 2

4.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 2

4.2 Tables à succion à sable, kaolin ou céramique permettant de déterminer des

pressions comprises entre 0 kPa et −50 kPa ................................................................................................................. 2

4.3 Appareillage à burette associé à une plaque poreuse permettant de déterminer

des pressions comprises entre 0 kPa et −20 kPa....................................................................................................... 2

4.4 Extracteur à plaque poreuse permettant de déterminer des pressions comprises

entre −5 kPa et −1 500 kPa ........................................................................................................................................................... 3

4.5 Cellules à membrane sous pression permettant de déterminer des pressions

comprises entre −33 kPa et −1 500 kPa ............................................................................................................................ 3

5 Échantillonnage ..................................................................................................................................................................................................... 3

5.1 Exigences générales ............................................................................................................................................................................ 3

5.2 Préparation de l’échantillon ........................................................................................................................................................ 4

6 Détermination de la caractéristique de rétention en eau du sol à l'aide de tables à

succion à sable, kaolin ou céramique ............................................................................................................................................. 5

6.1 Principe ......................................................................................................................................................................................................... 5

6.2 Appareillage............................................................................................................................................................................................... 6

6.3 Préparation des tables à succion ............................................................................................................................................. 6

6.4 Mode opératoire .................................................................................................................................................................................... 6

6.5 Expression des résultats ................................................................................................................................................................. 7

6.5.1 Mode opératoire pour les sols contenant moins de 20 % de cailloux (de

plus de 2 mm de diamètre). .................................................................................................................................... 7

6.5.2 Conversion des résultats pour ne prendre en compte que la terre fine ........................... 8

7 Détermination de la caractéristique de rétention en eau du sol en utilisant une

plaque poreuse et une burette ............................................................................................................................................................... 9

7.1 Principe ......................................................................................................................................................................................................... 9

7.2 Appareillage............................................................................................................................................................................................... 9

7.3 Montage de l’appareillage formé par la plaque poreuse et la burette .................................................... 9

7.4 Mode opératoire .................................................................................................................................................................................10

7.5 Expression des résultats ..............................................................................................................................................................10

8 Détermination de la caractéristique de rétention en eau du sol par l'extracteur à

plaque de pression ..........................................................................................................................................................................................12

8.1 Principe ......................................................................................................................................................................................................12

8.2 Appareillage............................................................................................................................................................................................12

8.3 Montage de l'appareillage ..........................................................................................................................................................13

8.4 Mode opératoire .................................................................................................................................................................................13

8.5 Calcul et expression des résultats .......................................................................................................................................14

8.5.1 Mode opératoire pour des sols dépourvus de cailloux ................................................................14

8.5.2 Mode opératoire pour des sols caillouteux ............................................................................................14

9 Détermination de la caractéristique de rétention en eau du sol en utilisant des

cellules à membrane sous pression ...............................................................................................................................................15

9.1 Principe ......................................................................................................................................................................................................15

9.2 Appareillage............................................................................................................................................................................................15

9.3 Montage de l'appareillage ..........................................................................................................................................................16

9.4 Mode opératoire .................................................................................................................................................................................17

9.5 Expression des résultats ..............................................................................................................................................................18

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ISO 11274:2019(F)

9.6 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................18

10 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................................18

11 Fidélité .........................................................................................................................................................................................................................19

Annexe A (informative) Construction de tables à succion ..........................................................................................................20

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................25

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ISO 11274:2019(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 (IEC) 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/IEC, 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 données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/directives).

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. 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/brevets).

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 autre 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/fr/avant -propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 190, Qualité du sol, sous-comité SC 3,

Méthodes chimiques et caractéristiques du sol.

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 11274:1998), qui a fait l'objet d'une

révision technique. Elle incorpore également le Rectificatif technique ISO 11274:1998/Cor.1:2009.

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ISO 11274:2019(F)
Introduction

La teneur en eau du sol et la pression matricielle sont deux phénomènes liés qui déterminent les

caractéristiques de rétention en eau d'un sol. L'eau présente dans le sol en équilibre avec l'eau libre est

à une pression matricielle (ou succion) égale à zéro; le sol est donc saturé. À mesure que le sol sèche,

la pression matricielle décroît (c'est-à-dire qu'elle devient négative), et les pores les plus grands se

vident de l'eau qu'ils contiennent. La diminution progressive de la pression matricielle va contribuer

à vider de leur eau des pores de plus en plus petits, jusqu'à ce que l'eau ne remplisse plus que les pores

les plus fins. L'eau est non seulement éliminée des pores du sol, mais l'épaisseur des pellicules d'eau

qui entourent les particules du sol diminue également. Aussi, la diminution de la pression matricielle

[9][10]

correspond-elle à une diminution de la teneur en eau du sol . Il est possible de mesurer ces deux

paramètres en laboratoire ou sur le terrain, et d'établir leur relation en traçant la courbe correspondant

à la caractéristique de rétention en eau du sol. Cette relation s'étend des sols saturés (0 kPa environ)

aux sols desséchés en étuve (‒10 kPa environ).

La caractéristique de rétention en eau du sol est différente pour chaque type de sol. La forme et la

position de la courbe sur un repère orthonormé sont fonction des propriétés du sol, telles que sa texture,

sa masse volumique et l'hystérésis associée aux phases d'humidification et de séchage. Il est possible de

définir, à des fins spécifiques, certains points de la courbe caractérisant la rétention d'eau.

Il est possible d'utiliser les résultats obtenus à l'aide de ces méthodes pour, par exemple:

— évaluer la répartition des pores par tailles (par exemple identification des pores macroscopiques et

microscopiques);

— attribuer des niveaux correspondant à l'eau disponible dans le sol pour la culture des plantes et

classer les sols en conséquence (par exemple à des fins d'irrigation);

— déterminer l'espace poral drainable (par exemple pour concevoir un système de drainage ou évaluer

les risques de pollution);

— surveiller tout changement dans la structure d'un sol (provoqué, par exemple, par les travaux

agricoles, la compaction ou l'addition de matières organiques ou de traitements artificiels);

— vérifier la relation entre la pression matricielle négative et les autres propriétés physiques du sol

(par exemple comme la conductivité hydraulique ou thermique);

— déterminer la teneur en eau correspondant à des pressions matricielles négatives spécifiques (par

exemple dans le cadre d'une étude de la dégradation microbiologique);

— évaluer d'autres propriétés physiques du sol (par exemple comme la conductivité hydraulique).

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NORME INTERNATIONALE ISO 11274:2019(F)
Qualité du sol — Détermination de la caractéristique de la
rétention en eau — Méthodes de laboratoire
1 Domaine d’application

Le présent document décrit les méthodes de laboratoire permettant de déterminer la caractéristique

de rétention en eau du sol.

Le présent document s'applique uniquement aux mesurages effectués pour établir les courbes de

séchage et de désorption.

Il existe quatre méthodes pour prendre en compte l'ensemble du domaine des pressions de l'eau des

sols, à savoir:

a) méthode utilisant des tables à succion à sable, kaolin ou céramique permettant de déterminer des

pressions matricielles comprises entre 0 kPa et −50 kPa;

b) méthode associant une plaque poreuse à un appareillage à burette permettant de déterminer des

pressions matricielles comprises entre 0 kPa et −20 kPa;

c) méthode utilisant un gaz sous pression et un extracteur à plaque poreuse permettant de déterminer

des pressions matricielles comprises entre −5 kPa et −1 500 kPa;

d) méthode utilisant un gaz sous pression et des cellules à membrane sous pression permettant de

déterminer des pressions matricielles comprises entre −33 kPa et −1 500 kPa.

Des lignes directrices sont données pour faciliter le choix de la méthode la mieux adaptée à chaque cas

particulier.
2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
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
caractéristique de rétention en eau du sol

rapport entre la teneur en eau du sol et la pression matricielle d'un (échantillon de) sol donné

3.2
pression
pression équivalente du potentiel hydrique du sol
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ISO 11274:2019(F)
3.3
pression matricielle

quantité de travail nécessaire au transport, de façon réversible et isotherme, d'une quantité

infinitésimale d'eau, de composition identique à celle présente dans le sol, d'une nappe dont l'altitude

et la pression gazeuse externe sont identiques à celles du point considéré, dans l'eau du sol, au point

considéré, divisée par le volume d'eau transporté
3.4
teneur en eau rapportée à la masse

masse d'eau s'évaporant du sol lorsqu’il est séché à 105 °C jusqu'à obtention d'une masse constante,

divisée par la masse du sol séché (soit le rapport entre les masses d'eau et de particules solides dans un

échantillon de sol)
3.5
teneur volumique en eau

volume d'eau s'évaporant du sol lorsqu'il est séché à 105 °C jusqu'à obtention d'une masse constante,

divisée par le volume apparent initial du sol (soit le rapport entre le volume d'eau, sous forme liquide,

contenu dans un échantillon de sol, et le volume total de cet échantillon, espace poral compris)

Note 1 à l'article: La caractéristique de rétention en eau du sol apparaît dans la documentation scientifique sous

des noms différents, notamment courbe de libération d'eau du sol, courbe de rétention en eau du sol, courbe pF ou

encore courbe de pression capillaire à saturation. L'utilisation de ces termes est déconseillée.

Note 2 à l'article: Le pascal est l’unité de pression normalisée mais beaucoup d’autres unités sont également

utilisées. Le Tableau A.1 permet de convertir en pascals la plupart de ces unités.

Note 3 à l'article: Dans certains cas, on préfère parler de succion au lieu de pression pour éviter d'utiliser des

signes négatifs (voir Introduction). Cependant, en raison des confusions qui peuvent s'ensuivre, il est déconseillé

d'utiliser ce terme, et particulièrement lorsqu'il s'agit de la pression matricielle.

Note 4 à l'article: Pour les sols présentant des phénomènes de gonflement ou de retrait, demander conseil à un

laboratoire spécialisé, les données relatives à la rétention en eau étant affectées par ces propriétés.

4 Lignes directrices pour le choix de la méthode
4.1 Généralités

Des lignes directrices sont données ci-après pour faciliter le choix de la méthode la mieux adaptée à

chaque cas particulier.
4.2 Tables à succion à sable, kaolin ou céramique permettant de déterminer des
pressions comprises entre 0 kPa et −50 kPa

Les méthodes utilisant des tables à succion à sable, kaolin ou céramique conviennent à des déterminations

en grand nombre, effectuées à des pressions élevées, sur des carottes non remaniées ou des granulats

de formes et de tailles différentes. Il est possible d'analyser simultanément des échantillons de textures

et de teneurs en matières organiques très diverses, la mise à l'équilibre étant déterminée séparément

pour chaque carotte. Ces méthodes utilisant des tables à succion sont recommandées dans le cadre de

laboratoires qui effectuent des analyses périodiques et mettent régulièrement en œuvre des procédures

d'entretien du matériel.

4.3 Appareillage à burette associé à une plaque poreuse permettant de déterminer des

pressions comprises entre 0 kPa et −20 kPa

Ce dispositif associant un appareillage à burette à une plaque poreuse ne permet d'analyser qu'un

seul échantillon à la fois. Il est donc nécessaire de disposer de plusieurs dispositifs de ce genre pour

permettre la réplication des mesures et fournir ainsi une description complète du profil du sol. En raison

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du faible risque pour ces échantillons d'être remaniés, cette méthode convient particulièrement aux sols

peu structurés, ainsi qu'aux sables susceptibles de s'affaisser ou d'absorber rapidement de l'eau. Cette

technique préserve les contacts capillaires et permet à tous les échantillons de sol, et particulièrement

à ceux ayant une forte teneur en matières organiques ou ayant une texture sableuse, d'atteindre plus

rapidement l'équilibre. Il s'agit d'une technique simple, à la portée des petits laboratoires.

4.4 Extracteur à plaque poreuse permettant de déterminer des pressions comprises
entre −5 kPa et −1 500 kPa

Si cette méthode utilisant une plaque poreuse peut être utilisée pour déterminer n'importe quelle

pression jusqu'à −1 500 kPa, les spécifications relatives aux chambres de pression et aux plaques en

céramique peuvent être différentes selon la plage de pression, par exemple de 0 kPa à −20 kPa,

de −20 kPa à −100 kPa, et de −100 kPa à −1 500 kPa. Cependant, en raison des phénomènes d'intrusion

d'air qui peuvent se produire à des pressions négatives élevées, cette méthode convient mieux aux

pressions inférieures ou égales à −33 kPa. Il est préférable d'analyser des sols ayant des propriétés

hydriques comparables, pour obtenir des temps de mise en équilibre à peu près égaux, bien que, dans

la pratique, cela présente des difficultés. La taille des échantillons analysés par cette méthode est en

général inférieure à celle des échantillons analysés par les deux méthodes précédentes, ce qui rend

cette technique peu adaptée à l'analyse d'horizons de sol hétérogènes, ou à celle de sols fortement

structurés. Traditionnellement, on utilise cette méthode pour analyser des échantillons de sol

remaniés.
4.5 Cellules à membrane sous pression permettant de déterminer des pressions
comprises entre −33 kPa et −1 500 kPa

Il convient de réserver l'utilisation des cellules à membrane sous pression à des pressions inférieures

à −33 kPa. À des pressions plus élevées, le contact capillaire nécessaire à cette méthode n'est pas

satisfaisant. Si cette méthode peut être utilisée quel que soit le type de sol, il est recommandé d'utiliser

des membranes doubles pour faire des mesures sur des sols à texture grossière (sableuse). La

dimension de l'échantillon peut être choisie en fonction de la structure du sol (tout en tenant compte de

la taille de la cellule de pression). Des textures différentes peuvent être mises en équilibre séparément

à l'aide d'une série de cellules liées à un même dispositif de mise sous pression.

5 Échantillonnage
5.1 Exigences générales

Il est essentiel d'utiliser des échantillons de sol non remaniés pour effectuer des mesurages à des

pressions matricielles élevées, comprises entre 0 kPa et −100 kPa, la structure du sol ayant une

influence prépondérante sur ses caractéristiques de rétention en eau. Pour les méthodes utilisant des

pressions matricielles plus basses (<−100 kPa), utiliser des carottes non remaniées ou, le cas échéant,

des agrégats élémentaires.

Les carottes doivent être prélevées dans le sol à l'aide d'un cylindre en métal ou en plastique, dont la

hauteur et le diamètre sont choisis dans le souci d'obtenir une carotte représentative de la diversité et

de la structure du sol étudié. Les dimensions des échantillons prélevés sur le terrain sont fonction de

la texture et de la structure du sol, ainsi que de la méthode d'essai à utiliser. Le Tableau 1 donne des

recommandations relatives aux dimensions appropriées des échantillons en fonction de la méthode et

de la structure du sol.

Prélever les carottes de sol avec soin, pour éviter de les compacter ou d'en modifier la structure, soit

à la main à l'aide d'un outil adapté, soit en utilisant un carottier approprié. Prélever au minimum

trois échantillons représentatifs de chaque horizon ou couche de sol récemment ouvert. S'agissant

de sols rocailleux, prélever un plus grand nombre d'échantillons. Consigner dans un rapport la date

d'échantillonnage, la référence de l'échantillon sur la grille d'échantillonnage du site, l'horizon dont il

s'agit ainsi que la profondeur d'échantillonnage. Remonter avec précaution le cylindre à l'aide d'une

truelle, égaliser grossièrement les deux extrémités à l'aide d'un couteau et, le cas échéant, ajuster

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ISO 11274:2019(F)

l'échantillon dans le manchon avant de fixer un couvercle à chaque extrémité, et apposer sur l'extrémité

supérieure une étiquette mentionnant la référence de l'échantillon sur la grille d'échantillonnage du

site, le sens de l'échantillonnage (vertical ou horizontal), le numéro de l'horizon et la profondeur à

laquelle l'échantillon a été prélevé.

Emballer les échantillons (par exemple dans des sacs en plastique) pour qu’ils ne se dessèchent pas.

Emballer les agrégats (par exemple dans une feuille d’aluminium ou un film plastique) pour qu'ils

conservent leur structure et ne se dessèchent pas. Il est également possible d'excaver sur le site des

cubes de sol non remanié, de 30 cm de côté environ, de les emballer dans une feuille d'aluminium ou

dans de la paraffine (pour préserver leur structurer et les empêcher de se dessécher) et de les emporter

au laboratoire pour les subdiviser. Stocker les échantillons à une température comprise entre 1 °C

et 2 °C pour éviter les pertes d'eau et inhiber l'activité biologique en attendant le moment de les analyser.

Traiter les échantillons présentant une activité macrofaunique évidente à l'aide d'un biocide approprié,

par exemple une solution de sulfate de cuivre à 0,05 %.

Il convient de noter toute autre information pertinente relative au site comme l'état de l'eau présente

dans le sol, l'état de la couche arable et de la surface, etc. (voir 5.2).

Tableau 1 — Dimensions recommandées pour les échantillons (hauteur × diamètre) selon la

méthode d'essai retenue
Dimensions en millimètres
Structure
Méthode d’essai
Grossière Moyenne Fine
Table à succion 50 × 100 40 × 76 24 × 50
Plaque poreuse 50 × 76 40 × 76 20 × 36
Plaque de pression — 10 × 76 10 × 50
Membrane sous pression — 20 × 76 10 × 50

NOTE 1 Les points mentionnés ici concernent spécifiquement les analyses de la rétention en eau. Référence

est faite à l'ISO 18400-101 qui donne des conseils généraux pour l'échantillonnage et les problèmes rencontrés.

NOTE 2 Il est plus facile d'échantillonner un sol dans des conditions humides. S'agissant de sols sujets

au gonflement et au retrait, la masse volumique apparente la plus faible correspond à celle obtenue dans des

conditions naturelles. Il est donc conseillé de prélever les échantillons à la saison humide, lorsque les pressions

matricielles du sol sont de l'ordre de −5 kPa. Il est particulièrement difficile de prélever des carottes dans les sols

argileux secs dont le volume varie en fonction de la teneur en eau. Des échantillons de sol sujets au gonflement

et au retrait peuvent être prélevés, mais uniquement sous forme de carottes, dans des conditions de saturation

complète, c'est-à-dire sous la nappe phréatique ou dans la zone de frange capillaire. Dans tous les autres cas, des

agrégats élémentaires peuvent être prélevés.
5.2 Préparation de l’échantillon

Pour préparer les échantillons destinés aux mesurages de la rétention en eau à des pressions

supérieures à −50 kPa (voir Article 3), égaliser les deux extrémités de la caro
...

Questions, Comments and Discussion

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