Soil quality — Determination of particle size distribution in mineral soil material — Method by sieving and sedimentation

ISO 11277:2009 specifies a basic method of determining the particle size distribution applicable to a wide range of mineral soil materials, including the mineral fraction of organic soils. It also offers procedures to deal with less common soils. ISO 11277:2009 has been developed largely for use in the field of environmental science, and its use in geotechnical investigations is something for which professional advice might be required. A major objective of ISO 11277:2009 is the determination of enough size fractions to enable the construction of a reliable particle-size-distribution curve. ISO 11277:2009 does not apply to the determination of the particle size distribution of the organic components of soil, i.e. the more or less fragile, partially decomposed, remains of plants and animals. It is also realized that the chemical pretreatments and mechanical handling stages in ISO 11277:2009 could cause disintegration of weakly cohesive particles that, from field inspection, might be regarded as primary particles, even though such primary particles could be better described as aggregates. If such disintegration is undesirable, then ISO 11277:2009 is not used for the determination of the particle size distribution of such weakly cohesive materials.

Qualité du sol — Détermination de la répartition granulométrique de la matière minérale des sols — Méthode par tamisage et sédimentation

L'ISO 11277:2009 spécifie une méthode de base de détermination de la répartition granulométrique des matières minérales des sols, y compris la fraction minérale des sols organiques. Elle propose également des modes opératoires permettant de traiter des sols particuliers. L'ISO 11277:2009 a été élaborée pour être largement utilisée dans le domaine de la science de l'environnement, et son utilisation dans des recherches géotechniques est un point pour lequel un avis professionnel peut se révéler nécessaire. Un objectif majeur de l'ISO 11277:2009 est la détermination d'un nombre suffisant de fractions granulométriques pour permettre la construction d'une courbe de répartition granulométrique fiable. L'ISO 11277:2009 ne s'applique pas à la détermination de la répartition granulométrique des composants organiques du sol, à savoir les restes plus ou moins fragiles, partiellement décomposés, de plantes ou d'animaux. Il est également à noter que les traitements chimiques préalables et les étapes de manipulation mécanique dans l'ISO 11277:2009 peuvent entraîner la désintégration de particules à faible cohérence qui, du point de vue d'une inspection sur le terrain, pourraient être considérées comme des particules primaires et mieux décrites en tant qu'agrégats. Si cette désintégration n'est pas souhaitable, alors l'ISO 11277:2009 n'est pas utilisée pour la détermination de la répartition granulométrique de ces matières à faible cohérence.

Kakovost tal - Določevanje porazdelitve velikosti delcev v mineralnem delu tal - Metoda s sejanjem in usedanjem

Ta mednarodni standard opredeljuje osnovno metodo za določevanje porazdelitve velikosti delcev, ki se uporablja za širok razpon mineralnega dela tal, vključno z mineralno frakcijo organskih tal. Prav tako ponuja postopke za obravnavanje manj običajnih tal, navedenih v uvodu. Ta mednarodni standard je bil razvit v glavnem za uporabo v okoljski znanosti in njegova uporaba pri geotehničnih raziskavah je nekaj, za kar je morda potreben strokovni nasvet.
Glavni cilj tega mednarodnega standarda je določevanje dovolj frakcij velikosti, ki omogočajo izdelavo zanesljive krivulje porazdelitve velikosti delcev.
Ta mednarodni standard ne velja za določevanje porazdelitve velikosti delcev organskih sestavin tal, tj. bolj ali manj krhkih, delno razgrajenih ostankov rastlin in živali. Zavedamo se tudi, da stopnje kemične priprave in mehanskega ravnanja v tem mednarodnem standardu lahko povzročijo razpad šibko povezanih delcev, ki jih pri poljskem pregledu lahko štejemo za primarne delce, čeprav bi take primarne delce bolje opisali kot skupke. Če je tak razpad nezaželen, se ta mednarodni standard ne uporablja za določevanje porazdelitve velikosti delcev takih šibko povezanih materialov.

General Information

Status
Withdrawn
Publication Date
15-Sep-2009
Withdrawal Date
15-Sep-2009
Current Stage
9599 - Withdrawal of International Standard
Start Date
27-Apr-2020
Completion Date
27-Apr-2020

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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11277
Second edition
2009-09-15
Soil quality — Determination of particle
size distribution in mineral soil
material — Method by sieving and
sedimentation
Qualité du sol — Détermination de la répartition granulométrique de la
matière minérale des sols — Méthode par tamisage et sédimentation
Reference number
ISO 11277:2009(E)
ISO 2009
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 11277:2009(E)
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COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
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Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 11277:2009(E)
Contents Page

Foreword ............................................................................................................................................................iv

Introduction.........................................................................................................................................................v

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

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

3 Terminology and symbols....................................................................................................................2

4 Principle..................................................................................................................................................2

5 Field sampling .......................................................................................................................................4

6 Sample preparation ...............................................................................................................................4

7 Dry sieving (material > 2 mm)................................................................................................................4

8 Wet sieving and sedimentation (material < 2 mm) ..............................................................................7

9 Precision...............................................................................................................................................20

10 Test report............................................................................................................................................21

Annex A (normative) Determination of particle size distribution of mineral soil material that is not

dried prior to analysis.........................................................................................................................22

Annex B (normative) Determination of particle size distribution of mineral soils by a hydrometer

method following destruction of organic matter .............................................................................25

Bibliography......................................................................................................................................................34

© ISO 2009 – All rights reserved iii
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ISO 11277:2009(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 11277 was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 11277:1998), of which it constitutes a minor

revision, and incorporates ISO 11277:1998/Cor.1:2002.
iv © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 11277:2009(E)
Introduction

The physical and chemical behaviour of soils is controlled in part by the amounts of mineral particles of

different sizes in the soil. The subject of this International Standard is the quantitative measurement of such

amounts (expressed as a proportion or percentage of the total mass of the mineral soil), within stated size

classes.

The determination of particle size distribution is affected by organic matter, soluble salts, cementing agents

(especially iron compounds), relatively insoluble substances such as carbonates and sulfates, or combinations

of these. Some soils change their behaviour to such a degree, upon drying, that the particle size distribution of

the dried material bears little or no relation to that of the undried material encountered under natural conditions.

This is particularly true of soils rich in organic matter, those developed from recent volcanic deposits, some

highly weathered tropical soils, and soils often described as “cohesive” (Reference [3] in the Bibliography).

Other soils, such as the so-called “sub-plastic” soils of Australia, show little or no tendency to disperse under

normal laboratory treatments, despite field evidence of a large clay content.

The procedures given in this International Standard recognize these kinds of differences between soils from

different environments, and the methodology presented is designed to deal with them in a structured manner.

Such differences in soil behaviour can be very important, but awareness of them depends usually on local

knowledge. Given that the laboratory is commonly distant from the site of the field operation, the information

supplied by field teams becomes crucial to the choice of an appropriate laboratory procedure. This choice can

be made only if the laboratory is made fully aware of this background information.

© ISO 2009 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 11277:2009(E)
Soil quality — Determination of particle size distribution in
mineral soil material — Method by sieving and sedimentation

WARNING — All procedures in this International Standard must be carried out by competent, trained

persons, with adequate supervision. Attention is drawn to certain known hazards, but it is essential

that users follow safe working practices. If in any doubt, seek professional advice.

It is essential that users of this International Standard read all of it before commencing any operation,

as failure to note certain points will lead to incorrect analysis and could be dangerous.

1 Scope

This International Standard specifies a basic method of determining the particle size distribution applicable to

a wide range of mineral soil materials, including the mineral fraction of organic soils. It also offers procedures

to deal with the less common soils mentioned in the introduction. This International Standard has been

developed largely for use in the field of environmental science, and its use in geotechnical investigations is

something for which professional advice might be required.

A major objective of this International Standard is the determination of enough size fractions to enable the

construction of a reliable particle-size-distribution curve.

This International Standard does not apply to the determination of the particle size distribution of the organic

components of soil, i.e. the more or less fragile, partially decomposed, remains of plants and animals. It is also

realized that the chemical pretreatments and mechanical handling stages in this International Standard could

cause disintegration of weakly cohesive particles that, from field inspection, might be regarded as primary

particles, even though such primary particles could be better described as aggregates. If such disintegration is

undesirable, then this International Standard is not used for the determination of the particle size distribution of

such weakly cohesive materials.
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 565:1990, Test sieves — Metal wire cloth, perforated metal plate and electroformed sheet — Nominal

sizes of openings

ISO 3310-1:2000, Test sieves — Technical requirements and testing — Part 1: Test sieves of metal wire cloth

ISO 3310-2:1999, Test sieves — Technical requirements and testing — Part 2: Test sieves of perforated

metal plate

ISO 3696:1987, Water for analytical laboratory use — Specification and test methods

ISO 11464:2006, Soil quality — Pretreatment of samples for physico-chemical analysis

© ISO 2009 – All rights reserved 1
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ISO 11277:2009(E)
3 Terminology and symbols
3.1 Terminology

Particles within particular size ranges or classes are commonly described as cobbles, gravel, coarse sand, silt,

etc. The meaning of such trivial names differs between countries, and in some cases there are no exact

translations of such words from one language to another; for example, the Dutch word “zavel” has no

equivalent in English. The only fraction for which there appears to be common agreement is clay, which is

defined as material of less than 0,002 mm equivalent spherical diameter (References [1, 3] in the

Bibliography). Such trivial names shall not be used in describing the results of particle size determination

according to this International Standard. Phrases such as “... passing a 20 mm aperture sieve ...” or “... less

then 0,063 mm equivalent spherical diameter ...” shall be used instead. If trivial names must be used, for

example, to cross-reference to another International or National Standard, then the trivial name should be

defined explicitly, so as to remove any doubt as to the meaning intended, e.g. silt (0,063 mm to 0,002 mm

equivalent spherical diameter) (see Clause 4). Furthermore, it is common to use the word “texture” to describe

the results of particle-size-distribution measurements, e.g. “the particle size of this soil is of clay texture”. This

is incorrect as the two concepts are different, and the word “texture” shall not be used in the test report

(Clause 10) to describe the results obtained by the use of this International Standard.

It is common to refer to sieves as having a particular mesh-size or mesh number. These are not the same as

the sieve aperture, and the relationship between the various numbers is not immediately obvious. The use of

mesh numbers as a measurement of particle size is difficult to justify, and shall not be used in reporting the

results of this International Standard.
3.2 Symbols

The following symbols are found throughout the text and, where appropriate, units and quantities are as given

below (the SI convention is followed for common units, e.g. g = gram; m = metre; mm = millimetre; s = second,

etc.).
Mg megagram (10 g);
mPa millipascal;
t is the settling time, in seconds, of a particle of diameter d ;

η is the dynamic viscosity of water at the test temperature (see Table B.2), in millipascals per second;

h is the sampling depth, in centimetres;

ρ is the mean particle density, in megagrams per cubic metre (taken as 2,65 Mg/m ; see the note in

Clause 4);

ρ is the density of the liquid containing the soil suspension, in megagrams per cubic metre (taken as

1,00 Mg/m ; see the note in Clause 4);

g is the acceleration due to gravity, in centimetres per second squared (taken as 981 cm/s );

d is the equivalent spherical diameter of the particle of interest, in millimetres.

4 Principle

The particle size distribution is determined by a combination of sieving and sedimentation, starting from air-

dried soil (Reference [3] in the Bibliography) (see note below). A method for undried soil is given in Annex A.

Particles not passing a 2 mm aperture sieve are determined by dry sieving. Particles passing such a sieve, but

retained on a 0,063 mm aperture sieve, are determined by a combination of wet and dry sieving, whilst

2 © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 11277:2009(E)

particles passing the latter sieve are determined by sedimentation. The pipette method is preferred. A

hydrometer method is given in Annex B. A combination of sieving and sedimentation enables the construction

of a continuous particle-size-distribution curve.

The key points in this procedure are summarized as a flow chart in Figure 2. This International Standard

requires that the proportions of fractions separated by sedimentation and sieving be determined from the

masses of such fractions obtained by weighing. Other methods of determining the mass of such fractions rely

on such things as the interaction of particles with electromagnetic radiation or electrical fields (Reference [1] in

the Bibliography). There are often considerable difficulties in relating the values obtained by these different

methods for the same sample. It is one of the intentions of this International Standard that close adherence to

its details should help minimize interlaboratory variation in the determination of the particle size distribution of

mineral soils. Therefore, the proportions of fractions shall be determined only by weighing. If this is not the

method used, then compliance with this International Standard cannot be claimed in the test report

(Clause 10).

Both the pipette and hydrometer methods assume that the settling of particles in the sedimentation cylinder is

in accordance with Stokes's Law (References [1, 3, 6] in the Bibliography), and the constraints that this

implies, namely:
a) the particles are rigid, smooth spheres;

b) the particles settle in laminar flow, i.e. the Reynolds Number is less than about 0,2; this constraint sets an

upper equivalent spherical particle diameter (see below) slightly greater than 0,06 mm for Stokesian

settling under gravity (Reference [1] in the Bibliography);

c) the suspension of particles is sufficiently dilute to ensure that no particle interferes with the settling of any

other particle;
d) there is no interaction between the particle and fluid;

e) the diameter of the suspension column is large compared to the diameter of the particle, i.e. the fluid is of

“infinite extent”;
f) the particle has reached its terminal velocity;
g) the particles are of the same relative density.

Thus, the diameter of a particle is defined in terms of the diameter of a sphere whose behaviour in suspension

matches that of the particle. This is the concept of equivalent spherical diameter. It is the principle upon which

the expression of the diameter of particles, as derived from sedimentation, is based in this International

Standard.

Stokes's Law can be written, for the purposes of this International Standard, in the form:

th=−18ηρ ρgd
sw p
where
t is the settling time, in seconds, of a particle of diameter d (see below);

η is the dynamic viscosity of water at the test temperature (see Table B.2), in millipascals per second;

h is the sampling depth, in centimetres;

ρ is the mean particle density, in megagrams per cubic metre (taken as 2,65 Mg/m ; see note);

ρ is the density of the liquid containing the soil suspension, in megagrams per cubic metre (taken as

1,00 Mg/m ; see note);
© ISO 2009 – All rights reserved 3
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ISO 11277:2009(E)

g is the acceleration due to gravity, in centimetres per second squared (taken as 981 cm/s );

d is the equivalent spherical diameter of the particle of interest, in millimetres.

NOTE It is realized that there are considerable differences between the densities of soil particles, but for the

purposes of this International Standard it is assumed that the mean particle density is that of quartz, i.e. 2,65 Mg/m

(Reference [7] in the Bibliography), as this is the commonest mineral in a very wide range of soils. The density of water is

3 3

0,998 2 Mg/m and 0,995 6 Mg/m at 20 °C and 30 °C, respectively (Reference [5] in the Bibliography). Given the effect of

the addition of a small amount of dispersant (see 8.3.2), the density of water is taken as 1,000 0 Mg/m over the permitted

temperature range of this International Standard (8.2.2).

Furthermore, for routine use, it is recommended that the sampling times be converted to minutes and/or hours,

as appropriate, to lessen the risk of error (see Table 3).
5 Field sampling

The mass of sample taken in the field shall be representative of the particle size distribution, especially if the

amount of the larger particles is to be determined reliably. Table 1 gives recommended minimum masses.

6 Sample preparation
Samples shall be prepared in accordance with the methods given in ISO 11464.

NOTE For many purposes, particle size distribution is determined only for the fraction of the soil passing a 2 mm

aperture sieve. In this case, the test sample (8.5) can be taken either according to the procedures in ISO 11464 or from

the material passing a 2 mm aperture sieve according to 7.2.
7 Dry sieving (material > 2 mm)
7.1 General

The procedure specified in this clause applies to material retained on a 2 mm aperture sieve. Table 2 gives

the maximum mass which shall be retained on sieves of different diameters and apertures. If more than this

amount of material is retained, then it shall be subdivided appropriately and resieved.

7.2 Apparatus

7.2.1 Test sieves, with apertures which comply with ISO 565, and with well-fitting covers and receivers.

The full range of sieves appropriate to the largest particle(s) present should be used (see Table 1 and 7.2.3).

The apertures chosen shall be stated in the test report (Clause 10). The accuracy of the sieves shall be

verified monthly against a set of master sieves kept for this purpose, using an accepted method such as

particle reference materials, microscopy, etc. (Reference [1] in the Bibliography) depending on the sieve

aperture. Tolerances shall meet the requirements of ISO 3310-1 and ISO 3310-2. Sieves that do not meet

these specifications shall be discarded. A record shall be kept of such testing.

Brass sieves are particularly liable to splitting and distortion, and steel sieves are strongly recommended for

the larger apertures.

Special care shall be taken to ensure that covers and receivers do not leak. Sieves shall be inspected weekly

when in regular use, and on every occasion if used less often. A record shall be kept of such inspections.

Round-hole sieves shall not be used.
4 © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 11277:2009(E)
7.2.2 Balance, capable of weighing to an accuracy of within ± 0,5 g.
7.2.3 Mechanical sieve shaker.

It is usually impracticable to sieve mechanically at sieve apertures much greater than 20 mm, unless very

heavy-duty equipment is available. Mechanical sieve shaking is essential to sieve efficiency at smaller

apertures.
7.2.4 A sieve brush and a stiff brush.
7.3 Procedure

Weigh the dry test sample, prepared in accordance with ISO 11464, to the nearest 0,5 g (m ). Place the

weighed material on the 20 mm sieve, and by brushing the material gently over the sieve apertures with the

stiff brush (to remove any adhering soil), sieve the material. Take care not to detach any fragments from the

primary particles. Sieve the retained material on the nest of sieves of selected apertures (7.2.1) and record the

amount retained on each sieve to the nearest 0,5 g. Do not overload the sieves (see Table 1), but sieve the

material in portions if necessary.

Weigh the material passing the 20 mm aperture sieve (m ), or a suitable portion of it (m ) (see Table 2)

2 3

obtained by an appropriate subsampling method (see Clause 6), and place this on a nest of sieves, the

lowermost having an aperture of 2 mm. Shake the sieves mechanically until no further material passes any of

the sieves (see note). Record the mass of material retained on each sieve and the mass passing the 2 mm

aperture sieve.

The total mass of the fractions should be within 1 % of m or m , as appropriate. If it is not, then check for

2 3
sieve damage and discard sieves as appropriate (see 7.2.1).

The sieve equipment performance should be verified against a suitable test material, e.g. standard particle

reference materials, ballotini, at intervals of one month. The results of this check shall be recorded.

NOTE For practical purposes, it is usual to choose a standard sieve shaking time which gives an acceptable degree

of sieving efficiency with a wide range of soil materials. The minimum recommended period is 10 min.

Table 1 — Mass of soil sample to be taken for sieving

Maximum size of material forming > 10 % of the soil Minimum mass of sample to be taken for sieving

(given as test sieve aperture, in mm) kg
63 50
50 35
37,5 15
28 6
20 2
14 1
10 0,5
6,3 0,5
5 0,2
2 or smaller 0,1
© ISO 2009 – All rights reserved 5
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ISO 11277:2009(E)

Table 2 — Maximum mass of material to be retained on each test sieve at the completion of sieving

Maximum mass
Test sieve aperture
Sieve diameter
mm 450 300 200
50 10 4,5
37,5 8 3,5
28 6 2,5
20 4 2,0
14 3 1,5
10 2 1,0
6,3 1,5 0,75
5 1,0 0,5
3,35 0,3
2 0,2
1,18 0,1
0,6 0,075
0,425 0,075
0,3 0,05
0,212 0,05
0,15 0,04
0,063 0,025
7.4 Calculation and expression of results

For the material retained by the 20 mm and larger aperture sieves, calculate the proportion by mass retained

by each sieve as a proportion of m . For example:
Proportion retained on the 20 mm sieve = [m(20 mm)]/m

For the material passing the 20 mm sieve, multiply the mass of material passing each sieve by m /m and

2 3
calculate this as a proportion of m . For example:
Proportion retained on the 6,3 mm sieve = m(6,3 mm)[(m /m )/m ]
2 3 1

Present the results as a table showing, to two significant figures, the proportion by mass retained on each

sieve and the proportion passing the 2 mm sieve. The data shall also be used to construct a cumulative

distribution curve (see Figure 1).
6 © ISO 2009 – All rights reserved
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 11277:2009(E)
8 Wet sieving and sedimentation (material < 2 mm)
8.1 General

This clause specifies the procedure (see Figure 2) for the determination of the particle size distribution of the

material passing the 2 mm aperture sieve down to < 0,002 mm equivalent spherical diameter (see note). In

order to ensure that primary particles, rather than loosely bonded aggregates, are measured, organic matter

and salts are removed, especially sparingly soluble salts such as gypsum which would otherwise prevent

dispersion and/or promote flocculation of the finer soil particles in suspension (see 8.6), and a dispersing

agent is added (8.8). These procedures are required in this International Standard, and their omission shall

invalidate its application. Sometimes iron oxides and carbonates, especially of calcium and/or magnesium, are

also removed. Preferred procedures for the removal of these compounds are given in the note in 8.7. The

removal of any compound shall be recorded in the test report (Clause 10).

NOTE Gravitational sedimentation can give a value for the total amount of material < 0,002 mm equivalent spherical

diameter. However, the method cannot be used to divide this class further with reliability, as particles less than about

0,001 mm equivalent spherical diameter can be kept in suspension almost indefinitely by Brownian motion (Reference [1]

in the Bibliography).
8.2 Apparatus

The apparatus specified hereafter is sufficient to deal with one sample. Clearly it is more efficient to work in

batches. Experience has shown (Reference [6] in the Bibliography) that one operator can process up to

36 samples in a batch at a time, given sufficient apparatus and space, especially if calculations are dealt with

by a computer.

8.2.1 Sampling pipette, of a pattern similar to that shown in Figure 3, the chief requirement being that the

smallest practicable zone of sedimenting suspension shall be sampled. The pipette shall be of not less than

10 ml volume and shall be held in a frame so that it can be lowered to a fixed depth within a sedimentation

tube (see Figure 4).

NOTE Experience suggests that a pipette with an upper volume of 50 ml is more than sufficient for most purposes. A

25 ml volume pipette is a convenient compromise for routine analysis, but a smaller volume pipette will be found to be

sufficient for soils with down to about 10 % mass fraction of < 0,063 mm equivalent spherical diameter. Below this amount,

greater precision is likely to be obtained with a pipette of larger volume.
© ISO 2009 – All rights reserved 7
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 11277:2009(E)
Figure 1 — Particle-size-distribution chart
8 © ISO 2009 – All rights reserved
---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO 11277:2009(E)
Figure 2 — Flow chart
© ISO 2009 – All rights reserved 9
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO 11277:2009(E)
Dimensions in millimetres
Key
1 bulb capacity: approximately 125 ml
2 pipette and changeover cock capacity: ∼ 10 ml

NOTE This design has been found satisfactory, but alternative designs can be used.

Figure 3 — Sampling pipette for sedimentation test
10 © ISO 2009 – All rights reserved
---------------------- Page: 15 ----------------------
ISO 11277:2009(E)
Key
A and B 125 ml bulb funnel with stopcock
C safety-bulb suction inlet tube
D safety bulb
E tap
F outlet tube
G sampling pipette
H sedimentation tube
1 scale graduated in millimetres
2 clamps
3 sliding panel
4 constant-temperature bath

NOTE This design has been found satisfactory, but alternative designs can be used.

D, F and G are joined to three-way stopcock E.
Figure 4 — Arrangement for lowering sampling pipette into soil suspension
© ISO 2009 – All rights reserved 11
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ISO 11277:2009(E)

8.2.2 Constant-temperature room or bath, which can be maintained at between 20 °C and 30 °C ± 0,5 °C.

If a bath is used, it shall accept a sedimentation tube immersed to the 500 ml mark, and shall not vibrate the

contents of the tube. Similarly, if a room is used, it, and its furniture, shall be constructed so that activity does

not cause the tubes and their contents to vibrate.

NOTE This temperature range has been chosen to allow for the difficulties of maintaining one specified temperature

in different parts of the world. In addition, the lower temperature gives sedimentation times that fit well into an average

working day, whilst the upper temperature still allows for a sensible settling time for the fraction 0,063 mm equivalent

spherical diameter (see Clause 4 and Table 3).
Table 3 — Pipette sampling times and d (for a particle density of 2,65 Mg/m )
at a sampling depth of 100 mm ± 1 mm at different temperatures
Times, after mixing, of starting sampling operation
Temperature
1st sample 2nd sample 3rd sample 4th sample
min s min s min s h min s
20 0 56 4 38 51 35 7 44 16
21 0 54 4 32 50 27 7 34 4
22 0 53 4 26 49 19 7 23 53
23 0 52 4 19 48 8 7 13 13
24 0 51 4 13 47 0 7 3 2
25 0 49 4 7 45 52 6 52 50
26 0 48
...

SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 11277:2011
01-maj-2011
1DGRPHãþD
SIST ISO 11277:2006
SIST ISO 11277:2006/Cor 1:2006
.DNRYRVWWDO'RORþHYDQMHSRUD]GHOLWYHYHOLNRVWLGHOFHYYPLQHUDOQHPGHOXWDO
0HWRGDVVHMDQMHPLQXVHGDQMHP

Soil quality - Determination of particle size distribution in mineral soil material - Method

by sieving and sedimentation

Qualité du sol - Détermination de la répartition granulométrique de la matière minérale

des sols - Méthode par tamisage et sédimentation
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 11277:2009
ICS:
13.080.20 Fizikalne lastnosti tal Physical properties of soils
SIST ISO 11277:2011 en,fr

2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.

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SIST ISO 11277:2011
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11277
Second edition
2009-09-15
Soil quality — Determination of particle
size distribution in mineral soil
material — Method by sieving and
sedimentation
Qualité du sol — Détermination de la répartition granulométrique de la
matière minérale des sols — Méthode par tamisage et sédimentation
Reference number
ISO 11277:2009(E)
ISO 2009
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ISO 11277:2009(E)
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Published in Switzerland
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ISO 11277:2009(E)
Contents Page

Foreword ............................................................................................................................................................iv

Introduction.........................................................................................................................................................v

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

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

3 Terminology and symbols....................................................................................................................2

4 Principle..................................................................................................................................................2

5 Field sampling .......................................................................................................................................4

6 Sample preparation ...............................................................................................................................4

7 Dry sieving (material > 2 mm)................................................................................................................4

8 Wet sieving and sedimentation (material < 2 mm) ..............................................................................7

9 Precision...............................................................................................................................................20

10 Test report............................................................................................................................................21

Annex A (normative) Determination of particle size distribution of mineral soil material that is not

dried prior to analysis.........................................................................................................................22

Annex B (normative) Determination of particle size distribution of mineral soils by a hydrometer

method following destruction of organic matter .............................................................................25

Bibliography......................................................................................................................................................34

© ISO 2009 – All rights reserved iii
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SIST ISO 11277:2011
ISO 11277:2009(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 11277 was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 11277:1998), of which it constitutes a minor

revision, and incorporates ISO 11277:1998/Cor.1:2002.
iv © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 11277:2009(E)
Introduction

The physical and chemical behaviour of soils is controlled in part by the amounts of mineral particles of

different sizes in the soil. The subject of this International Standard is the quantitative measurement of such

amounts (expressed as a proportion or percentage of the total mass of the mineral soil), within stated size

classes.

The determination of particle size distribution is affected by organic matter, soluble salts, cementing agents

(especially iron compounds), relatively insoluble substances such as carbonates and sulfates, or combinations

of these. Some soils change their behaviour to such a degree, upon drying, that the particle size distribution of

the dried material bears little or no relation to that of the undried material encountered under natural conditions.

This is particularly true of soils rich in organic matter, those developed from recent volcanic deposits, some

highly weathered tropical soils, and soils often described as “cohesive” (Reference [3] in the Bibliography).

Other soils, such as the so-called “sub-plastic” soils of Australia, show little or no tendency to disperse under

normal laboratory treatments, despite field evidence of a large clay content.

The procedures given in this International Standard recognize these kinds of differences between soils from

different environments, and the methodology presented is designed to deal with them in a structured manner.

Such differences in soil behaviour can be very important, but awareness of them depends usually on local

knowledge. Given that the laboratory is commonly distant from the site of the field operation, the information

supplied by field teams becomes crucial to the choice of an appropriate laboratory procedure. This choice can

be made only if the laboratory is made fully aware of this background information.

© ISO 2009 – All rights reserved v
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SIST ISO 11277:2011
INTERNATIONAL STANDARD ISO 11277:2009(E)
Soil quality — Determination of particle size distribution in
mineral soil material — Method by sieving and sedimentation

WARNING — All procedures in this International Standard must be carried out by competent, trained

persons, with adequate supervision. Attention is drawn to certain known hazards, but it is essential

that users follow safe working practices. If in any doubt, seek professional advice.

It is essential that users of this International Standard read all of it before commencing any operation,

as failure to note certain points will lead to incorrect analysis and could be dangerous.

1 Scope

This International Standard specifies a basic method of determining the particle size distribution applicable to

a wide range of mineral soil materials, including the mineral fraction of organic soils. It also offers procedures

to deal with the less common soils mentioned in the introduction. This International Standard has been

developed largely for use in the field of environmental science, and its use in geotechnical investigations is

something for which professional advice might be required.

A major objective of this International Standard is the determination of enough size fractions to enable the

construction of a reliable particle-size-distribution curve.

This International Standard does not apply to the determination of the particle size distribution of the organic

components of soil, i.e. the more or less fragile, partially decomposed, remains of plants and animals. It is also

realized that the chemical pretreatments and mechanical handling stages in this International Standard could

cause disintegration of weakly cohesive particles that, from field inspection, might be regarded as primary

particles, even though such primary particles could be better described as aggregates. If such disintegration is

undesirable, then this International Standard is not used for the determination of the particle size distribution of

such weakly cohesive materials.
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 565:1990, Test sieves — Metal wire cloth, perforated metal plate and electroformed sheet — Nominal

sizes of openings

ISO 3310-1:2000, Test sieves — Technical requirements and testing — Part 1: Test sieves of metal wire cloth

ISO 3310-2:1999, Test sieves — Technical requirements and testing — Part 2: Test sieves of perforated

metal plate

ISO 3696:1987, Water for analytical laboratory use — Specification and test methods

ISO 11464:2006, Soil quality — Pretreatment of samples for physico-chemical analysis

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SIST ISO 11277:2011
ISO 11277:2009(E)
3 Terminology and symbols
3.1 Terminology

Particles within particular size ranges or classes are commonly described as cobbles, gravel, coarse sand, silt,

etc. The meaning of such trivial names differs between countries, and in some cases there are no exact

translations of such words from one language to another; for example, the Dutch word “zavel” has no

equivalent in English. The only fraction for which there appears to be common agreement is clay, which is

defined as material of less than 0,002 mm equivalent spherical diameter (References [1, 3] in the

Bibliography). Such trivial names shall not be used in describing the results of particle size determination

according to this International Standard. Phrases such as “... passing a 20 mm aperture sieve ...” or “... less

then 0,063 mm equivalent spherical diameter ...” shall be used instead. If trivial names must be used, for

example, to cross-reference to another International or National Standard, then the trivial name should be

defined explicitly, so as to remove any doubt as to the meaning intended, e.g. silt (0,063 mm to 0,002 mm

equivalent spherical diameter) (see Clause 4). Furthermore, it is common to use the word “texture” to describe

the results of particle-size-distribution measurements, e.g. “the particle size of this soil is of clay texture”. This

is incorrect as the two concepts are different, and the word “texture” shall not be used in the test report

(Clause 10) to describe the results obtained by the use of this International Standard.

It is common to refer to sieves as having a particular mesh-size or mesh number. These are not the same as

the sieve aperture, and the relationship between the various numbers is not immediately obvious. The use of

mesh numbers as a measurement of particle size is difficult to justify, and shall not be used in reporting the

results of this International Standard.
3.2 Symbols

The following symbols are found throughout the text and, where appropriate, units and quantities are as given

below (the SI convention is followed for common units, e.g. g = gram; m = metre; mm = millimetre; s = second,

etc.).
Mg megagram (10 g);
mPa millipascal;
t is the settling time, in seconds, of a particle of diameter d ;

η is the dynamic viscosity of water at the test temperature (see Table B.2), in millipascals per second;

h is the sampling depth, in centimetres;

ρ is the mean particle density, in megagrams per cubic metre (taken as 2,65 Mg/m ; see the note in

Clause 4);

ρ is the density of the liquid containing the soil suspension, in megagrams per cubic metre (taken as

1,00 Mg/m ; see the note in Clause 4);

g is the acceleration due to gravity, in centimetres per second squared (taken as 981 cm/s );

d is the equivalent spherical diameter of the particle of interest, in millimetres.

4 Principle

The particle size distribution is determined by a combination of sieving and sedimentation, starting from air-

dried soil (Reference [3] in the Bibliography) (see note below). A method for undried soil is given in Annex A.

Particles not passing a 2 mm aperture sieve are determined by dry sieving. Particles passing such a sieve, but

retained on a 0,063 mm aperture sieve, are determined by a combination of wet and dry sieving, whilst

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ISO 11277:2009(E)

particles passing the latter sieve are determined by sedimentation. The pipette method is preferred. A

hydrometer method is given in Annex B. A combination of sieving and sedimentation enables the construction

of a continuous particle-size-distribution curve.

The key points in this procedure are summarized as a flow chart in Figure 2. This International Standard

requires that the proportions of fractions separated by sedimentation and sieving be determined from the

masses of such fractions obtained by weighing. Other methods of determining the mass of such fractions rely

on such things as the interaction of particles with electromagnetic radiation or electrical fields (Reference [1] in

the Bibliography). There are often considerable difficulties in relating the values obtained by these different

methods for the same sample. It is one of the intentions of this International Standard that close adherence to

its details should help minimize interlaboratory variation in the determination of the particle size distribution of

mineral soils. Therefore, the proportions of fractions shall be determined only by weighing. If this is not the

method used, then compliance with this International Standard cannot be claimed in the test report

(Clause 10).

Both the pipette and hydrometer methods assume that the settling of particles in the sedimentation cylinder is

in accordance with Stokes's Law (References [1, 3, 6] in the Bibliography), and the constraints that this

implies, namely:
a) the particles are rigid, smooth spheres;

b) the particles settle in laminar flow, i.e. the Reynolds Number is less than about 0,2; this constraint sets an

upper equivalent spherical particle diameter (see below) slightly greater than 0,06 mm for Stokesian

settling under gravity (Reference [1] in the Bibliography);

c) the suspension of particles is sufficiently dilute to ensure that no particle interferes with the settling of any

other particle;
d) there is no interaction between the particle and fluid;

e) the diameter of the suspension column is large compared to the diameter of the particle, i.e. the fluid is of

“infinite extent”;
f) the particle has reached its terminal velocity;
g) the particles are of the same relative density.

Thus, the diameter of a particle is defined in terms of the diameter of a sphere whose behaviour in suspension

matches that of the particle. This is the concept of equivalent spherical diameter. It is the principle upon which

the expression of the diameter of particles, as derived from sedimentation, is based in this International

Standard.

Stokes's Law can be written, for the purposes of this International Standard, in the form:

th=−18ηρ ρgd
sw p
where
t is the settling time, in seconds, of a particle of diameter d (see below);

η is the dynamic viscosity of water at the test temperature (see Table B.2), in millipascals per second;

h is the sampling depth, in centimetres;

ρ is the mean particle density, in megagrams per cubic metre (taken as 2,65 Mg/m ; see note);

ρ is the density of the liquid containing the soil suspension, in megagrams per cubic metre (taken as

1,00 Mg/m ; see note);
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ISO 11277:2009(E)

g is the acceleration due to gravity, in centimetres per second squared (taken as 981 cm/s );

d is the equivalent spherical diameter of the particle of interest, in millimetres.

NOTE It is realized that there are considerable differences between the densities of soil particles, but for the

purposes of this International Standard it is assumed that the mean particle density is that of quartz, i.e. 2,65 Mg/m

(Reference [7] in the Bibliography), as this is the commonest mineral in a very wide range of soils. The density of water is

3 3

0,998 2 Mg/m and 0,995 6 Mg/m at 20 °C and 30 °C, respectively (Reference [5] in the Bibliography). Given the effect of

the addition of a small amount of dispersant (see 8.3.2), the density of water is taken as 1,000 0 Mg/m over the permitted

temperature range of this International Standard (8.2.2).

Furthermore, for routine use, it is recommended that the sampling times be converted to minutes and/or hours,

as appropriate, to lessen the risk of error (see Table 3).
5 Field sampling

The mass of sample taken in the field shall be representative of the particle size distribution, especially if the

amount of the larger particles is to be determined reliably. Table 1 gives recommended minimum masses.

6 Sample preparation
Samples shall be prepared in accordance with the methods given in ISO 11464.

NOTE For many purposes, particle size distribution is determined only for the fraction of the soil passing a 2 mm

aperture sieve. In this case, the test sample (8.5) can be taken either according to the procedures in ISO 11464 or from

the material passing a 2 mm aperture sieve according to 7.2.
7 Dry sieving (material > 2 mm)
7.1 General

The procedure specified in this clause applies to material retained on a 2 mm aperture sieve. Table 2 gives

the maximum mass which shall be retained on sieves of different diameters and apertures. If more than this

amount of material is retained, then it shall be subdivided appropriately and resieved.

7.2 Apparatus

7.2.1 Test sieves, with apertures which comply with ISO 565, and with well-fitting covers and receivers.

The full range of sieves appropriate to the largest particle(s) present should be used (see Table 1 and 7.2.3).

The apertures chosen shall be stated in the test report (Clause 10). The accuracy of the sieves shall be

verified monthly against a set of master sieves kept for this purpose, using an accepted method such as

particle reference materials, microscopy, etc. (Reference [1] in the Bibliography) depending on the sieve

aperture. Tolerances shall meet the requirements of ISO 3310-1 and ISO 3310-2. Sieves that do not meet

these specifications shall be discarded. A record shall be kept of such testing.

Brass sieves are particularly liable to splitting and distortion, and steel sieves are strongly recommended for

the larger apertures.

Special care shall be taken to ensure that covers and receivers do not leak. Sieves shall be inspected weekly

when in regular use, and on every occasion if used less often. A record shall be kept of such inspections.

Round-hole sieves shall not be used.
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SIST ISO 11277:2011
ISO 11277:2009(E)
7.2.2 Balance, capable of weighing to an accuracy of within ± 0,5 g.
7.2.3 Mechanical sieve shaker.

It is usually impracticable to sieve mechanically at sieve apertures much greater than 20 mm, unless very

heavy-duty equipment is available. Mechanical sieve shaking is essential to sieve efficiency at smaller

apertures.
7.2.4 A sieve brush and a stiff brush.
7.3 Procedure

Weigh the dry test sample, prepared in accordance with ISO 11464, to the nearest 0,5 g (m ). Place the

weighed material on the 20 mm sieve, and by brushing the material gently over the sieve apertures with the

stiff brush (to remove any adhering soil), sieve the material. Take care not to detach any fragments from the

primary particles. Sieve the retained material on the nest of sieves of selected apertures (7.2.1) and record the

amount retained on each sieve to the nearest 0,5 g. Do not overload the sieves (see Table 1), but sieve the

material in portions if necessary.

Weigh the material passing the 20 mm aperture sieve (m ), or a suitable portion of it (m ) (see Table 2)

2 3

obtained by an appropriate subsampling method (see Clause 6), and place this on a nest of sieves, the

lowermost having an aperture of 2 mm. Shake the sieves mechanically until no further material passes any of

the sieves (see note). Record the mass of material retained on each sieve and the mass passing the 2 mm

aperture sieve.

The total mass of the fractions should be within 1 % of m or m , as appropriate. If it is not, then check for

2 3
sieve damage and discard sieves as appropriate (see 7.2.1).

The sieve equipment performance should be verified against a suitable test material, e.g. standard particle

reference materials, ballotini, at intervals of one month. The results of this check shall be recorded.

NOTE For practical purposes, it is usual to choose a standard sieve shaking time which gives an acceptable degree

of sieving efficiency with a wide range of soil materials. The minimum recommended period is 10 min.

Table 1 — Mass of soil sample to be taken for sieving

Maximum size of material forming > 10 % of the soil Minimum mass of sample to be taken for sieving

(given as test sieve aperture, in mm) kg
63 50
50 35
37,5 15
28 6
20 2
14 1
10 0,5
6,3 0,5
5 0,2
2 or smaller 0,1
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ISO 11277:2009(E)

Table 2 — Maximum mass of material to be retained on each test sieve at the completion of sieving

Maximum mass
Test sieve aperture
Sieve diameter
mm 450 300 200
50 10 4,5
37,5 8 3,5
28 6 2,5
20 4 2,0
14 3 1,5
10 2 1,0
6,3 1,5 0,75
5 1,0 0,5
3,35 0,3
2 0,2
1,18 0,1
0,6 0,075
0,425 0,075
0,3 0,05
0,212 0,05
0,15 0,04
0,063 0,025
7.4 Calculation and expression of results

For the material retained by the 20 mm and larger aperture sieves, calculate the proportion by mass retained

by each sieve as a proportion of m . For example:
Proportion retained on the 20 mm sieve = [m(20 mm)]/m

For the material passing the 20 mm sieve, multiply the mass of material passing each sieve by m /m and

2 3
calculate this as a proportion of m . For example:
Proportion retained on the 6,3 mm sieve = m(6,3 mm)[(m /m )/m ]
2 3 1

Present the results as a table showing, to two significant figures, the proportion by mass retained on each

sieve and the proportion passing the 2 mm sieve. The data shall also be used to construct a cumulative

distribution curve (see Figure 1).
6 © ISO 2009 – All rights reserved
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SIST ISO 11277:2011
ISO 11277:2009(E)
8 Wet sieving and sedimentation (material < 2 mm)
8.1 General

This clause specifies the procedure (see Figure 2) for the determination of the particle size distribution of the

material passing the 2 mm aperture sieve down to < 0,002 mm equivalent spherical diameter (see note). In

order to ensure that primary particles, rather than loosely bonded aggregates, are measured, organic matter

and salts are removed, especially sparingly soluble salts such as gypsum which would otherwise prevent

dispersion and/or promote flocculation of the finer soil particles in suspension (see 8.6), and a dispersing

agent is added (8.8). These procedures are required in this International Standard, and their omission shall

invalidate its application. Sometimes iron oxides and carbonates, especially of calcium and/or magnesium, are

also removed. Preferred procedures for the removal of these compounds are given in the note in 8.7. The

removal of any compound shall be recorded in the test report (Clause 10).

NOTE Gravitational sedimentation can give a value for the total amount of material < 0,002 mm equivalent spherical

diameter. However, the method cannot be used to divide this class further with reliability, as particles less than about

0,001 mm equivalent spherical diameter can be kept in suspension almost indefinitely by Brownian motion (Reference [1]

in the Bibliography).
8.2 Apparatus

The apparatus specified hereafter is sufficient to deal with one sample. Clearly it is more efficient to work in

batches. Experience has shown (Reference [6] in the Bibliography) that one operator can process up to

36 samples in a batch at a time, given sufficient apparatus and space, especially if calculations are dealt with

by a computer.

8.2.1 Sampling pipette, of a pattern similar to that shown in Figure 3, the chief requirement being that the

smallest practicable zone of sedimenting suspension shall be sampled. The pipette shall be of not less than

10 ml volume and shall be held in a frame so that it can be lowered to a fixed depth within a sedimentation

tube (see Figure 4).

NOTE Experience suggests that a pipette with an upper volume of 50 ml is more than sufficient for most purposes. A

25 ml volume pipette is a convenient compromise for routine analysis, but a smaller volume pipette will be found to be

sufficient for soils with down to about 10 % mass fraction of < 0,063 mm equivalent spherical diameter. Below this amount,

greater precision is likely to be obtained with a pipette of larger volume.
© ISO 2009 – All rights reserved 7
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SIST ISO 11277:2011
ISO 11277:2009(E)
Figure 1 — Particle-size-distribution chart
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SIST ISO 11277:2011
ISO 11277:2009(E)
Figure 2 — Flow chart
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SIST ISO 11277:2011
ISO 11277:2009(E)
Dimensions in millimetres
Key
1 bulb capacity: approximately 125 ml
2 pipette and changeover cock capacity: ∼ 10 ml

NOTE This design has been found satisfactory, but alternative designs can be used.

Figure 3 — Sampling pipette for sedimentation test
10 © ISO 2009 – All rights reserved
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SIST ISO 11277:2011
ISO 11277:2009(E)
Key
A and B 125 ml bulb funnel with stopcock
C safety-bulb suction inlet tube
D safety bulb
E tap
F outlet tube
G sampling pipette
H sedimentation tube
1 scale graduated in millimetres
2 clamps
3 sliding panel
4 constant-temperature bath

NOTE This design has been found satisfactory, but alternative designs can be used.

D, F and G are joined to three-way stopcock E.
Figure 4 — Arrangement for lowering sampling pipette into soil suspension
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------------------
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 11277
Deuxième édition
2009-09-15
Qualité du sol — Détermination de la
répartition granulométrique de la matière
minérale des sols — Méthode par
tamisage et sédimentation
Soil quality — Determination of particle size distribution in mineral soil
material — Method by sieving and sedimentation
Numéro de référence
ISO 11277:2009(F)
ISO 2009
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ISO 11277:2009(F)
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ISO 11277:2009(F)
Sommaire Page

Avant-propos .....................................................................................................................................................iv

Introduction.........................................................................................................................................................v

1 Domaine d'application ..........................................................................................................................1

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

3 Terminologie et symboles ....................................................................................................................2

4 Principe...................................................................................................................................................3

5 Échantillonnage sur le terrain..............................................................................................................4

6 Préparation des échantillons ...............................................................................................................4

7 Tamisage à sec (matériau > 2 mm) .......................................................................................................4

8 Tamisage humide et sédimentation (matériau < 2 mm)......................................................................7

9 Fidélité ..................................................................................................................................................21

10 Rapport d'essai....................................................................................................................................21

Annexe A (normative) Détermination de la répartition granulométrique de la fraction minérale des

sols non séchés avant analyse..........................................................................................................22

Annexe B (normative) Détermination de la répartition granulométrique de la fraction minérale des

sols par la méthode du densimètre après destruction de la matière organique..........................25

Bibliographie.....................................................................................................................................................34

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ISO 11277:2009(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 11277 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 190, Qualité du sol.

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 11277:1998) dont elle constitue une

révision mineure et incorpore l'ISO 11277:1998/Cor.1:2002.
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ISO 11277:2009(F)
Introduction

Le comportement physique et chimique des sols est contrôlé en partie par les quantités de particules

minérales de différentes tailles qui s'y trouvent. L'objet de la présente Norme internationale est le mesurage

de ces quantités (exprimé en proportion ou en pourcentage de la masse totale du sol minéral), au sein de

classes de tailles indiquées.

La détermination de la répartition granulométrique est affectée par la matière organique, les sels solubles, les

agents de cémentation (particulièrement les oxydes de fer), les substances relativement insolubles comme les

carbonates et les sulfates, ou les combinaisons de ceux-ci. Le comportement de certains sols change dans

une telle proportion au séchage que la répartition granulométrique de la matière sèche a peu ou pas de

rapport avec celle de la matière que l'on trouve dans des conditions naturelles. Ceci est particulièrement vrai

pour les sols riches en matière organique, ceux élaborés à partir de dépôts volcaniques récents, certains sols

tropicaux altérés et les sols souvent décrits comme «à forte cohésion» (Référence [3] dans la Bibliographie).

D'autres sols, comme les sols nommés «sub-plastic» d'Australie, montrent peu ou pas de tendance à se

disperser dans le cadre de traitements normaux de laboratoire, en dépit d'une importante teneur en argile

mise en évidence sur le terrain.

Les modes opératoires indiqués dans la présente Norme internationale tiennent compte des différences entre

les sols provenant d'environnements différents, et la méthodologie présentée est conçue pour les traiter de

façon structurée. Ces différences de comportement du sol peuvent être très importantes, mais leur perception

dépend généralement de la connaissance locale. Étant donné que le laboratoire est souvent éloigné du site

de prélèvement sur le terrain, les informations fournies par l'équipe sur le terrain deviennent cruciales pour le

choix d'un mode opératoire approprié de laboratoire. Ce choix ne peut être fait que si le laboratoire est

pleinement informé de ces données de base.
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NORME INTERNATIONALE ISO 11277:2009(F)
Qualité du sol — Détermination de la répartition
granulométrique de la matière minérale des sols — Méthode par
tamisage et sédimentation

AVERTISSEMENT — Tous les modes opératoires de la présente Norme internationale doivent être mis

en œuvre par du personnel compétent, formé et convenablement encadré. L'attention est attirée sur

certains phénomènes dangereux connus, mais il est néanmoins essentiel que les utilisateurs

respectent les consignes de sécurité dans leurs pratiques de travail et, qu'en cas de doute, ils

recherchent un avis compétent.

Il est également essentiel que les utilisateurs de la présente Norme internationale la lisent en entier

avant d'entamer une opération quelconque, tout défaut de lecture de certains points pouvant entraîner

des erreurs d'analyse et donc des dangers.
1 Domaine d'application

La présente Norme internationale spécifie une méthode de base de détermination de la répartition

granulométrique des matières minérales des sols, y compris la fraction minérale des sols organiques. Elle

propose également des modes opératoires permettant de traiter les sols particuliers cités dans l'introduction.

La présente Norme internationale a été élaborée pour être largement utilisée dans le domaine de la science

de l'environnement, et son utilisation dans des recherches géotechniques est un point pour lequel un avis

professionnel peut se révéler nécessaire.

Un objectif majeur de la présente Norme internationale est la détermination d'un nombre suffisant de fractions

granulométriques pour permettre la construction d'une courbe de répartition granulométrique fiable.

La présente Norme internationale ne s'applique pas à la détermination de la répartition granulométrique des

composants organiques du sol, à savoir les restes plus ou moins fragiles, partiellement décomposés, de

plantes ou d'animaux. Il est également à noter que les traitements chimiques préalables et les étapes de

manipulation mécanique dans la présente Norme internationale peuvent entraîner la désintégration de

particules à faible cohérence qui, du point de vue d'une inspection sur le terrain, pourraient être considérées

comme des particules primaires et mieux décrites en tant qu'agrégats. Si cette désintégration n'est pas

souhaitable, alors la présente Norme internationale n'est pas utilisée pour la détermination de la répartition

granulométrique de ces matières à faible cohérence.
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 565:1990, Tamis de contrôle — Tissus métalliques, tôles métalliques perforées et feuilles

électroformées — Dimensions nominales des ouvertures

ISO 3310-1:2000, Tamis de contrôle — Exigences techniques et vérifications — Partie 1: Tamis de contrôle

en tissus métalliques

ISO 3310-2:1999, Tamis de contrôle — Exigences techniques et vérifications — Partie 2: Tamis de contrôle

en tôles métalliques perforées
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ISO 11277:2009(F)

ISO 3696:1987, Eau pour laboratoire à usage analytique — Spécification et méthodes d'essai

ISO 11464:2006, Qualité du sol — Prétraitement des échantillons pour analyses physico-chimiques

3 Terminologie et symboles
3.1 Terminologie

Les particules appartenant à des gammes ou à des classes de tailles particulières sont généralement décrites

comme des galets, des graviers, du sable grossier, des limons, etc. La signification de ces appellations

consacrées par l'usage diffère selon les pays et dans certains cas il n'existe pas de traduction exacte de ces

mots d'une langue à l'autre; par exemple le mot néerlandais «zavel» n'a pas d'équivalent en anglais. La seule

fraction pour laquelle il semble y avoir un accord est l'argile qui est définie comme une matière de moins de

0,002 mm de diamètre sphérique équivalent (Références [1] et [3] dans la Bibliographie). Ces appellations

traditionnelles ne doivent pas être utilisées pour décrire les résultats de la détermination granulométrique

conformément à la présente Norme internationale. Des phrases comme «... traversant un tamis à ouverture

de 20 mm ...» ou «... inférieur à un diamètre sphérique équivalent de 0,063 mm ...» doivent être utilisées à la

place. Si les appellations traditionnelles doivent être utilisées, par exemple en référence croisée avec une

autre Norme internationale ou nationale, il convient que le nom populaire soit explicitement défini, de façon à

éliminer tout doute sur la signification voulue, par exemple limon (diamètre sphérique équivalent de 0,063 mm

à 0,002 mm) (voir l'Article 4). En outre, il est courant d'utiliser le mot «texture» pour décrire les résultats de

mesurage de répartition granulométrique, par exemple «la taille de particule de ce sol est une texture

argileuse». Ceci est incorrect car les deux concepts sont différents, et le mot «texture» ne doit pas être utilisé

dans le rapport d'essai (Article 10) pour décrire les résultats obtenus en utilisant la présente Norme

internationale.

Il est courant de dire que les tamis ont un numéro de vide de maille ou un numéro de maille particulier. Ces

termes ne sont pas équivalents au terme ouverture et les rapports entre les différents numéros ne sont pas

immédiatement évidents. Il est difficile de justifier l'utilisation des numéros de maille comme mesure de la

taille de particules et il ne faut donc pas les indiquer dans le rapport donnant les résultats de la présente

Norme internationale.
3.2 Symboles

Les symboles qui suivent sont utilisés dans le texte et, le cas échéant, sont accompagnés des unités et

grandeurs correspondantes (les conventions du système international SI sont respectées pour les unités

courantes, par exemple g = gramme; m = mètre; mm = millimètre; s = seconde, etc.).

Mg mégagramme (10 g);
mPa millipascal;
t est le temps, en secondes, de décantation d'une particule de diamètre d ;

η est la viscosité dynamique de l'eau à la température d'essai (voir Tableau B.2), en millipascals par

seconde;
h est la profondeur de prélèvement, en centimètres;

ρ est la masse volumique moyenne des particules, en mégagrammes par mètre cube (considérée égale

à 2,65 Mg/m ; voir note à l'Article 4);

r est la masse volumique du liquide contenant la suspension de sol, en mégagrammes par mètre cube

(considérée égale à 1,00 Mg/m ; voir note à l'Article 4);

g est l'accélération due à la pesanteur, en centimètres par seconde carrée (c'est-à-dire 981 cm/s );

d est le diamètre sphérique équivalent de la particule concernée, en millimètres.

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ISO 11277:2009(F)
4 Principe

La répartition granulométrique est déterminée par une combinaison de tamisage et de sédimentation à partir

d'un sol séché à l'air (Référence [3] dans la Bibliographie) (voir note ci-dessous). Une méthode pour un sol

non séché est donnée à l'Annexe A. Les particules ne traversant pas un tamis à ouverture de 2 mm sont

déterminées par tamisage à sec. Les particules traversant un tel tamis, mais retenues sur un tamis à

ouverture de 0,063 mm sont déterminées par une combinaison de tamisage par voie humide et par voie

sèche, alors que les particules traversant le dernier tamis sont déterminées par sédimentation. Le

prélèvement à la pipette constitue la méthode recommandée. Une méthode au densimètre est donnée à

l'Annexe B. La combinaison du tamisage et de la sédimentation permet l'élaboration d'une courbe de

répartition granulométrique continue.

Les points clés de ce mode opératoire sont résumés sous forme de diagramme à la Figure 2. La présente

Norme internationale exige que les proportions des fractions séparées par sédimentation et tamisage soient

déterminées à partir des masses obtenues par pesée. D'autres méthodes de détermination de la masse des

fractions reposent sur des principes tels que l'interaction des particules avec un rayonnement

électromagnétique ou des champs électriques (Référence [1] dans la Bibliographie). Il est souvent

extrêmement difficile de corréler les valeurs obtenues par ces différentes méthodes pour un même échantillon.

Un des buts visés par la présente Norme internationale est donc d'aider, par un respect strict des détails

indiqués, à minimiser la variation dans la détermination de la répartition granulométrique des sols minéraux

par différents laboratoires. Les proportions des différentes fractions ne doivent donc être déterminées que par

pesage. La conformité à la présente Norme internationale ne peut être revendiquée dans le rapport d'essai

(Article 10) si cette méthode n'est pas utilisée.

Les méthodes de la pipette et du densimètre supposent que la décantation des particules dans le cylindre de

sédimentation est conforme à la loi de Stokes (Références [1], [3] et [6] dans la Bibliographie) avec les

contraintes que cela implique, à savoir:
a) les particules sont des sphères lisses et rigides;

b) la décantation des particules s'effectue en écoulement laminaire, c'est-à-dire un écoulement dont le

nombre de Reynolds est inférieur à 0,2. Cette contrainte fixe un diamètre sphérique équivalent maximal

de particule (voir ci-dessous) légèrement supérieur à 0,06 mm pour que la décantation se fasse par

gravité selon la loi de Stokes (Référence [1] dans la Bibliographie);

c) la suspension des particules est suffisamment diluée pour garantir qu'aucune particule n'affecte la

décantation d'autres particules;
d) il n'y a pas d'interaction entre la particule et le fluide;

e) le diamètre de la colonne de suspension est grand par rapport au diamètre de la particule, c'est-à-dire

que le fluide est à «étendue infinie»;
f) la particule a atteint sa vitesse limite;
g) les particules ont la même densité.

Ainsi, le diamètre d'une particule est défini en termes de diamètre d'une sphère dont le comportement en

suspension correspond à celui de la particule. Cela correspond au concept de diamètre sphérique équivalent.

C'est le principe sur lequel se fonde, dans la présente Norme internationale, l'expression du diamètre des

particules dérivant de la sédimentation.

La loi de Stokes peut, pour les besoins de la présente Norme internationale, être écrite sous la forme:

th=−18ηρ ρgd
sw p

t est le temps, en secondes, de décantation d'une particule de diamètre d (voir ci-dessous);

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ISO 11277:2009(F)

η est la viscosité dynamique de l'eau à la température d'essai (voir Tableau B.2), en millipascals par

seconde;
h est la profondeur de prélèvement, en centimètres;

ρ est la masse volumique moyenne des particules, en mégagrammes par mètre cube (considérée

égale à 2,65 Mg/cm , voir note);

ρ est la masse volumique du liquide contenant la suspension de sol, en mégagrammes par mètre cube

(considérée égale à 1,00 Mg/cm , voir note);

g est l'accélération due à la pesanteur, en centimètres par seconde carrée (c'est-à-dire 981 cm/s );

d est le diamètre sphérique équivalent de la particule concernée, en millimètres.

NOTE Il est reconnu qu'il existe des différences considérables entre les masses volumiques des particules du sol,

mais dans le cadre de la présente Norme internationale, il est supposé que la masse volumique moyenne des particules

est celle du quartz, c'est-à-dire 2,65 Mg/m (Référence [7] dans la Bibliographie), car c'est le minéral le plus commun dans

3 3

une très large gamme de sols. La masse volumique de l'eau est de 0,998 2 Mg/m et de 0,995 6 Mg/m à 20 °C et 30 °C

respectivement (Référence [5] dans la Bibliographie). Étant donné l'effet de l'ajout d'une petite quantité de dispersant (voir

8.3.2), la masse volumique de l'eau est prise égale à 1,000 0 Mg/m pour la gamme de température autorisée de la

présente Norme internationale (8.2.2).

En outre, pour l'usage courant, il est recommandé que les temps d'échantillonnage soient convertis en

minutes et/ou heures, de manière appropriée, afin de réduire le risque d'erreur (voir Tableau 3).

5 Échantillonnage sur le terrain

La masse d'échantillon prélevée sur le terrain doit être représentative de la répartition granulométrique,

particulièrement si la quantité des particules les plus volumineuses doit être déterminée de façon fiable. Le

Tableau 1 donne les masses minimales recommandées.
6 Préparation des échantillons

Les échantillons doivent être préparés conformément aux méthodes données dans l'ISO 11464.

NOTE Pour de nombreuses applications, la répartition granulométrique n'est déterminée que pour la fraction de sol

traversant un tamis de 2 mm d'ouverture de mailles. Dans ce cas, l'échantillon pour essai (8.5) peut être prélevé

conformément aux modes opératoires de l'ISO 11464 ou bien à partir de la matière traversant un tamis de 2 mm

d'ouverture de mailles conformément à 7.2.
7 Tamisage à sec (matériau > 2 mm)
7.1 Généralités

Le mode opératoire spécifié dans le présent article s'applique à la matière retenue sur un tamis de 2 mm

d'ouverture de mailles. Le Tableau 2 donne la masse maximale qui doit être retenue sur des tamis de

différents diamètres et de différentes ouvertures. Si la quantité de matériau retenue est supérieure, elle doit

être subdivisée de façon appropriée et retamisée.
7.2 Appareillage

7.2.1 Tamis de contrôle, dont les ouvertures de mailles sont conformes à l'ISO 565, avec des couvercles

et des réceptacles appropriés.
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ISO 11277:2009(F)

Il convient d'utiliser toute la gamme des tamis correspondant à la taille maximale de particules présentes (voir

Tableau 1 et 7.2.3). Les ouvertures choisies doivent être indiquées dans le rapport d'essai (Article 10). La

précision des tamis doit être contrôlée mensuellement par rapport à un jeu de tamis étalons conservés à cet

effet et à l'aide d'une méthode reconnue, comme par exemple la comparaison avec des matériaux de

référence, l'analyse au microscope, etc. (Référence [1] dans la Bibliographie) en fonction de l'ouverture de

mailles du tamis. Les tolérances doivent respecter les exigences de l'ISO 3310-1 et de l'ISO 3310-2. Les

tamis ne respectant pas ces spécifications doivent être mis au rebut. Un enregistrement des résultats d'essai

doit être conservé.

Les tamis en laiton sont particulièrement sujets aux détériorations et aux déformations. Les tamis en acier

sont vivement recommandés pour les ouvertures importantes.

On doit s'assurer que les couvercles et réceptacles ne fuient pas. Les tamis doivent être inspectés chaque

semaine lorsqu'ils sont utilisés régulièrement, et à chaque utilisation s'ils sont sollicités moins souvent. Un

enregistrement de ces inspections doit être conservé. Les tamis à trous ronds ne doivent pas être utilisés.

7.2.2 Balance, précise à ± 0,5 g près.
7.2.3 Tamiseur mécanique.

Il est généralement peu pratique de tamiser mécaniquement à des ouvertures de tamis supérieures à 20 mm,

sauf si un équipement à haute capacité est disponible. Le tamiseur de tamis mécanique est essentiel pour

tamiser efficacement à des ouvertures plus petites.
7.2.4 Brosse pour tamis et brosse à poil dur.
7.3 Mode opératoire

Peser l'échantillon pour essai sec, préparé conformément à l'ISO 11464, à 0,5 g près (m ). Placer le matériau

pesé sur le tamis de 20 mm et, en brossant doucement la matière au-dessus des mailles du tamis avec la

brosse à poil dur (pour retirer le sol qui adhère), tamiser l'échantillon. Veiller à ne pas détacher de fragments

des particules primaires. Tamiser le refus sur une colonne de tamis d'ouvertures choisies (7.2.1), et

enregistrer la quantité retenue sur chaque tamis à 0,5 g près. Ne pas surcharger les tamis (voir Tableau 1),

mais tamiser par portions, si nécessaire.

Peser la matière traversant le tamis à ouverture de 20 mm (m ), ou une partie convenable de celle-ci (m )

2 3

(voir Tableau 2) obtenue par une méthode appropriée de sous-échantillonnage (voir Article 6), et la placer sur

une colonne de tamis dont le plus bas a une ouverture de 2 mm. Secouer les tamis avec un moyen

mécanique jusqu'à ce qu'aucune matière ne les traverse (voir note). Enregistrer la masse de matière retenue

sur chaque tamis et la masse traversant le tamis à ouverture de 2 mm.

Il convient que la masse totale des fractions soit égale, à moins de 1 % près, à m ou m , selon le cas. Si elle

2 3

ne l'est pas, vérifier si un tamis est endommagé et le changer si nécessaire (voir 7.2.1).

Il convient de vérifier la performance de l'équipement tous les mois par rapport à un échantillon de contrôle

approprié, par exemple un échantillon de matériau avec particules de référence, des perles de verre. Les

résultats de cette vérification doivent être enregistrés.

NOTE Pour des raisons pratiques, il est courant de choisir une durée normalisée de tamisage qui donne un niveau

acceptable d'efficacité pour une large gamme d'échantillons. La durée minimale recommandée est de 10 min.

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Tableau 1 — Masse d'échantillon de sol à prélever pour le tamisage
Dimension maximale des particules Masse minimale d'échantillon à
constituant plus de 10 % du sol prélever pour le tamisage
(donnée comme ouverture du tamis de
contrôle, en mm)
63 50
50 35
37,5 15
28 6
20 2
14 1
10 0,5
6,3 0,5
5 0,2
2 ou plus petit 0,1

Tableau 2 — Masse maximale de matière pouvant être retenue sur chaque tamis de contrôle

à la fin du tamisage
Masse maximale
Dimension de l'ouverture
du tamis de contrôle
Diamètre du tamis
mm 450 300 200
50 10 4,5
37,5 8 3,5
28 6 2,5
20 4 2,0
14 3 1,5
10 2 1,0
6,3 1,5 0,75
5 1,0 0,5
3,35 0,3
2 0,2
1,18 0,1
0,6 0,075
0,425 0,075
0,3 0,05
0,212 0,05
0,15 0,04
0,063 0,025
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ISO 11277:2009(F)
7.4 Calcul et expression des résultats

Pour les matériaux retenus par le tamis de 20 mm et les tamis de plus grande ouverture, calculer la proportion

en masse retenue par chaque tamis par rapport à m . Par exemple:
Proportion retenue sur le tamis de 20 mm = [m(20 mm)]/m

Pour les matériaux traversant le tamis de 20 mm, multiplier la masse de la matière traversant chaque tamis

par m /m et calculer la proportion par rapport à m . Par exemple:
2 3
Proportion retenue sur le tamis de 6,3 mm = m(6,3 mm) [(m /m )/m ]
2 3 1

Présenter les résultats dans un tableau montrant, à deux chiffres significatifs, la proportion en masse retenue

sur chaque tamis, et la proportion traversant le tamis de 2 mm. Utiliser également ces données pour élaborer

une courbe de distribution cumulative (voir Figure 1).
8 Tamisage humide et sédimentation (matériau < 2 mm)
8.1 Généralités

Le présent article spécifie le mode opératoire (voir Figure 2) pour la détermination de la répartition

granulométrique de la matière traversant le tamis à ouverture de 2 mm jusqu'à un diamètre sphérique

équivalent < 0,002 mm (voir note). Afin de garantir que les particules primaires sont mesurées plutôt que des

agrégats faiblement adhérents, la matière organique et les sels sont éliminés, particulièrement les sels peu

solubles comme le gypse, qui empêcheraient la dispersion et/ou entraîneraient la floculation des particules

plus fines en suspension (voir 8.6). Un agent dispersant est ajouté (8.8). Ces opérations sont exigées dans la

présente Norme internationale et leur omission doit invalider l'application de celle-ci. Parfois, des oxydes de

fer et des carbonates, en particulier de calcium et/ou de magnésium, sont également éliminés. Les modes

opératoires recommandés pour l'élimination de ces composés sont indiqués à la note en 8.7. L'élimination de

tout composé doit être enregistrée dans le rapport d'essai (Article 10).

NOTE La sédimentation par gravité peut donner une valeur pour la quantité totale de matériaux ayant un diamètre

sphérique équivalent < 0,002 mm. Cependant, la méthode ne peut être utilisée pour diviser davantage cette classe avec

fiabilité, car des particules ayant un diamètre sphérique équivalent inférieur à environ 0,001 mm peuvent rester en

suspension presque indéfiniment à cause du mouvement brownien (Référence [1] dans la Bibliographie).

8.2 Appareillage

L'appareillage spécifié ci-après est prévu pour traiter un seul échantillon. En fait, il est plus rentable de

travailler avec des lots d'échantillons. L'expérience a montré (Référence [6] dans la Bibliographie) qu'un

opérateur peut traiter simultanément jusqu'à 36 échantillons par lot, avec un appareillage et un espace

suffisants, en particulier si les calculs sont effectués par ordinateur.
8.2.1 Pipette de prélèvement, d
...

Questions, Comments and Discussion

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