Geotechnical investigation and testing — Laboratory testing of soil — Part 11: Determination of permeability by constant and falling head

ISO/TS 17892-11:2004 is intended for use in earthworks and foundation engineering. It specifies laboratory test methods to establish the coefficient of permeability of water through water-saturated soils. In the proposed laboratory tests soil specimens are subjected to a flow of water passing through the specimen. The water pressure conditions and volume of water passing through the specimens are measured for evaluation of the permeability. The results obtained serve to calculate groundwater flow and to assess the permeability of man-made impervious layers and filter layers.

Reconnaissance et essais géotechniques — Essais de laboratoire sur les sols — Partie 11: Détermination de la perméabilité au perméamètre à charge constante ou variable

L'ISO 17892-11:2004 est destinée à être utilisé dans le domaine des techniques de terrassement et de fondations. Il spécifie les méthodes d'essai en laboratoire permettant de déterminer le coefficient de perméabilité à l'eau des sols saturés. Dans les essais décrits, les éprouvettes de sol sont soumises à un écoulement d'eau. La pression et le volume d'eau traversant les éprouvettes sont mesurés afin d'évaluer la perméabilité. Les résultats obtenus servent à calculer l'écoulement souterrain et à évaluer la perméabilité de couches filtrantes et de couches imperméables anthropiques.

General Information

Status
Withdrawn
Publication Date
20-Oct-2004
Withdrawal Date
20-Oct-2004
Technical Committee
Drafting Committee
Current Stage
9599 - Withdrawal of International Standard
Start Date
30-Jan-2019
Completion Date
30-Jan-2019
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RELATIONS

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Technical specification
ISO/TS 17892-11:2004 - Geotechnical investigation and testing -- Laboratory testing of soil
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ISO/TS 17892-11:2004 - Reconnaissance et essais géotechniques -- Essais de laboratoire sur les sols
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Standards Content (sample)

TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 17892-11
First edition
2004-10-15
Geotechnical investigation and testing —
Laboratory testing of soil —
Part 11:
Determination of permeability by
constant and falling head
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais de sol au
laboratoire —
Partie 11: Détermination de la perméabilité au perméamètre à charge
constante ou variable
Reference number
ISO/TS 17892-11:2004(E)
ISO 2004
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ISO/TS 17892-11:2004(E)
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electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or

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Web www.iso.org
Published in Switzerland
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ISO/TS 17892-11:2004(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.

In other circumstances, particularly when there is an urgent market requirement for such documents, a

technical committee may decide to publish other types of normative document:

— an ISO Publicly Available Specification (ISO/PAS) represents an agreement between technical experts in

an ISO working group and is accepted for publication if it is approved by more than 50 % of the members

of the parent committee casting a vote;

— an ISO Technical Specification (ISO/TS) represents an agreement between the members of a technical

committee and is accepted for publication if it is approved by 2/3 of the members of the committee casting

a vote.

An ISO/PAS or ISO/TS is reviewed after three years with a view to deciding whether it should be confirmed for

a further three years, revised to become an International Standard, or withdrawn. In the case of a confirmed

ISO/PAS or ISO/TS, it is reviewed again after six years at which time it has to be either transposed into an

International Standard or withdrawn.

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/TS 17892-11 was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) in collaboration with

Technical Committee ISO/TC 182, Geotechnics, Subcommittee SC 1, Geotechnical investigation and testing,

in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).

Throughout the text of this document, read "...this European pre-Standard..." to mean "...this Technical

Specification...".

ISO 17892 consists of the following parts, under the general title Geotechnical investigation and testing —

Laboratory testing of soil:
 Part 1: Determination of water content
 Part 2: Determination of density of fine-grained soil
 Part 3: Determination of particle density — Pycnometer method
 Part 4: Determination of particle size distribution
 Part 5: Incremental loading oedometer test
 Part 6: Fall cone test
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ISO/TS 17892-11:2004(E)
 Part 7: Unconfined compression test on fine-grained soil
 Part 8: Unconsolidated undrained triaxial test
 Part 9: Consolidated triaxial compression tests on water-saturated soil
 Part 10: Direct shear tests
 Part 11: Determination of permeability by constant and falling head
 Part 12: Determination of the Atterberg limits
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ISO/TS 17892-11:2004(E)
Contents Page

Foreword.....................................................................................................................................................................vi

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

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

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

4 Test procedure...............................................................................................................................................2

5 Test results...................................................................................................................................................13

Bibliography ..............................................................................................................................................................16

Figures

Figure 1 — Water flow in a soil specimen................................................................................................................1

Figure 2 — Example for test arrangement for triaxial cell test ..............................................................................3

Figure 3 — Example for a test arrangement for constant head permeameter test..............................................5

Figure 4 — Example for a test arrangement for compression permeameter test................................................6

Figure 5 — Apparatus for enclosing a specimen in a rubber membrane .............................................................7

Tables

Table 1 — Back pressure as function of initial saturation .....................................................................................3

Table 2 — Correction factor αααα to allow for the viscosity of water .........................................................................4

Table 3 — Classes of permeability tests ..................................................................................................................8

Table 4 — Example for test arrangement as a function of soil type .....................................................................8

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ISO/TS 17892-11:2004(E)
Foreword

This document (CEN ISO/TS 17892-11:2004) has been prepared by Technical Committee CEN/TC 341

“Geotechnical investigation and testing”, the secretariat of which is held by DIN, in collaboration with Technical

Committee ISO/TC 182 “Geotechnics”.

According to the CEN/CENELEC Internal Regulations, the national standards organizations of the following

countries are bound to announce this Technical Specification: Austria, Belgium, Cyprus, Czech Republic, Denmark,

Estonia, Finland, France, Germany, Greece, Hungary, Iceland, Ireland, Italy, Latvia, Lithuania, Luxembourg, Malta,

Netherlands, Norway, Poland, Portugal, Slovakia, Slovenia, Spain, Sweden, Switzerland and United Kingdom.

CEN ISO/TS 17892 consists of the following parts, under the general title Geotechnical investigation and testing —

Laboratory testing of soil:
 Part 1: Determination of water content
 Part 2: Determination of density of fine-grained soil
 Part 3: Determination of particle density — Pycnometer method
 Part 4: Determination of particle size distribution
 Part 5: Incremental loading oedometer test
 Part 6: Fall cone test
 Part 7: Unconfined compression test on fine-grained soil
 Part 8: Unconsolidated undrained triaxial test
 Part 9: Consolidated triaxial compression tests on water-saturated soil
 Part 10: Direct shear tests
 Part 11: Determination of permeability by constant and falling head
 Part 12: Determination of Atterberg limits
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ISO/TS 17892-11:2004(E)
Introduction

This document covers areas in the international field of geotechnical engineering never previously standardised. It

is intended that this document presents broad good practice throughout the world and significant differences with

national documents is not anticipated. It is based on international practice (see [1]).

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ISO/TS 17892-11:2004(E)
1 Scope

This document is intended for use in earthworks and foundation engineering. It specifies laboratory test methods to

establish the coefficient of permeability of water through water-saturated soils. In the proposed laboratory tests soil

specimens are subjected to a flow of water passing through the specimen. The water pressure conditions and

volume of water passing through the specimens are measured for evaluation of the permeability.

The results obtained serve to calculate groundwater flow and to assess the permeability of man-made impervious

layers and filter layers.
2 Normative references

The following referenced document is 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.

prEN 1997-2, Eurocode 7 - Geotechnical design — Part 2: Ground investigation and testing.

3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
flow rate
quantity of water passing through a specimen per unit time, t
3.2
discharge velocity

rate of flow of water per unit area of soil (including particles and voids) normal to the direction of flow

3.3
hydraulic gradient

ratio of the difference in total head of water (head loss), h, between two gland points, to the length of the flow path,

l (distance between the gland points measured in the direction of flow, see Figure 1)

Key
1 Standpipe head
2 Standpipe
3 Filter block
4 Filter block
5 Specimen
Figure 1 — Water flow in a soil specimen
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ISO/TS 17892-11:2004(E)
3.4
undisturbed sample
normally a sample of quality class 1 or at least 2 according to prEN 1997-2
3.5
coefficient of permeability

in accordance with Darcy's law for laminar flow, the coefficient of permeability of a water-saturated soil, k, is the

ratio of the discharge velocity, v, to the hydraulic gradient, i

NOTE For partly saturated soil, the coefficient of permeability is always smaller than for fully water-saturated soil due to

turbulence caused by air voids and non-function of .capillary action.
4 Test procedure
4.1 General requirements
4.1.1 Grading, particle structure and volume

Grading and particle structure shall not alter while measuring the permeability. Consolidation and swelling should

substantially be completed before the measurements are done.

In clay swelling and consolidation cannot completely be avoided unless provisions are made to prevent it.

Therefore, the height of the specimen should be locked or the load regulated to prevent changes in height. The

height of the specimen should be recorded and any significant change in height should be accounted for, both in

terms of expelled water and in change of seepage path.
4.1.2 Properties of water

The water used for testing shall not wash out constituents of the specimen, deposit any dissolved or suspended

matter in it or alterthe colloidal state of the soil.

As far as possible, water similar in type to the pore water shall be used, de-aired tap water generally being

adequate. Where necessary (e.g. where marine sediments are to be tested), the water shall be treated or obtained

from a given source so that the natural conditions can be reliably reproduced.
4.1.3 Degree of saturation

4.1.3.1 The specimen shall remain saturated during the measurement of the permeability.

4.1.3. 2 Saturation of the specimen can be achieved by applying a back pressure u (as specified in Table 1),

which is produced by subjecting the pore water in the specimen to a hydrostatic pressure which shall be

maintained throughout the test. This may be accomplished using the test arrangement shown in Figure 2.

2 © ISO 2004 – All rights reserved
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ISO/TS 17892-11:2004(E)
Table 1 — Back pressure as function of initial saturation
Initial saturation Back pressure
S u
r 0
% kN/m
100 0
95 300
90 600
85 900
Key
9 Pressure gauge
1 Top plate
10 Burette to determine the quantity of inflowing water
2 Cell top with spiral groove
11 Vessel containing pressurized de-aired water
3 Filter block with k greater than or equal to ten times that of
12 Supply of de-aired water
the specimen
13 Inlet for cell water and cell pressure, σ
4 Specimen
14 Valve
5 Rubber membrane with O-rings
15 Piston for applying anisotropic load to the specimen
6 Pedestal
l Specimen height (= length of seepage path)
7 Glass tube with vent opening less than 1 mm in diameter 0

8 Graduated glass cylinder or volume change sensor p Pressure to produce hydraulic gradient

In tests with back pressure, the pressure in the vent opening (7) should be raised to correspond to the back-pressure u and the

pressure p raised to p + u .
Figure 2 — Example for test arrangement for triaxial cell test
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ISO/TS 17892-11:2004(E)

At full saturation, the quantities of water entering and leaving a specimen shall be equal, with constant pressure

and constant hydraulic gradient being assumed.

Disturbed specimens are normally not fully saturated with water, the same applying to specimens in which the pore

water pressure dropped as the specimen was taken, thus releasing dissolved gas. Air dissolved in the water

passing through the specimen may be retained in the specimen and thus reduce the latter's permeability.

There are also other methods to saturate specimens. It can be done e.g. by flushing the specimen with water or by

replacing the air in the dry specimen by CO before filling the specimen with water. Bubbles of CO can more easily

2 2
be solved in water.
4.1.4 Hydraulic gradient

For testing purposes, the hydraulic gradient may be selected to satisfy practical considerations as long as the flow

characteristics given by the gradient complies with Darcy's law. In case of doubt whether the test conditions comply

with Darcy's law the hydraulic gradient has to be varied to check it. Where the flow is not linear, the hydraulic

gradient in the laboratory shall approximate that in the field.

NOTE The flow behaviour of coarse-grained soil deviates from laminar flow as described by Darcy's law, if the hydraulic

gradient exceeds a certain level, i.e. the discharge velocity increases non-linearly with increasing hydraulic gradient due to the

influence of inertial forces. For fine-grained soil the discharge velocity decreases non-linearly with decreasing hydraulic gradient

when passing a certain lower level.
4.1.5 Temperature

4.1.5.1 Testing shall be carried out at approximately constant ambient temperature (± 2 °C), with which the

temperature of the specimen and water shall be in equilibrium. The temperature shall be measured and recorded.

4.1.5.2 To obtain reproducible results, the value of k as determined in the test shall be converted to a

reference temperature of 10 °C using the following empirical equation (1) from Poiseuille:

k = α × k (1)
1,359
α = (2)
1+ 0,0337 ×T + 0,00022×T
where
T is the water temperature (°C) throughout the test;
k is the coefficient of permeability at ambient temperature (m/s);

α is a correction factor, to be calculated or taken from Table 2. For intermediate values linear interpolation is

allowed.

A reference temperature of 10 °C equals the average temperature of groundwater. A different temperature may be

used where required.
Table 2 — Correction factor α to allow for the viscosity of water
Temperature T
5 10 15 20 25
[°C]
Correction factor
1,158 1,000 0,874 0,771 0,686
α [–]
4 © ISO 2004 – All rights reserved
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ISO/TS 17892-11:2004(E)
4.1.6 Specimen dimensions

4.1.6.1 Specimen diameter and height shall be selected so as to prevent any inhomogeneities influencing the

test results.

4.1.6.2 The ratio of maximum particle size to specimen diameter or length shall be not less than 1 : 5 for

non-uniform and 1 : 10 for uniform soils.

4.1.6.3 For cohesive (fine-grained) soil, the cross-sectional area of the specimen A shall be not less than

2 2

1000 mm and for coarse-grained soil, not less than 2000 mm , unless the test equipment requires the use of

larger specimens (see 4.4.4).
4.1.7 Measurement of standpipe heads

4.1.7.1 For permeable to highly permeable soil specimens, the difference in head shall not be measured

between the specimen ends but only across the length of that part of the specimen through which the water is

flowing (see Figure 3), in order to prevent any loss of head and to prevent the result being affected by interference

effects at the specimen ends.
Key
1 Inlet for de-aired water
9 Graduated scale
2 Pinch cock or ball valve
10 Graduated cylinder
3 Inlet reservoir
11 Cell
4 Outlet reservoir
h Difference in piezometric heads
5 Filter
h Difference in head in inlet and outlet reservoirs
6 Perforated plate with wire gauze
l Length of seepage path
7 Specimen
l Specimen height
8 Piezometric tubes 0
Figure 3 — Example for a test arrangement for constant head permeameter test

4.1.7.2 Standpipes (piezometric tubes) shall have an internal diameter of 3 mm to 4 mm and be located at a

minimum of 15 mm from the top and bottom ends of the specimen. The end of the tube entering the specimen shall

be protected by a wire gauze against blockage. In the case of soil with low permeability, the loss of head between

© ISO 2004 – All rights reserved 5
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ISO/TS 17892-11:2004(E)

the standpipes and cell is small enough to be ignored so that the difference in head between inlet and outlet may

be regarded as being equal to the difference in head across the specimen.
4.1.8 Measurement of water flow

4.1.8.1 The quantity of water flowing through the specimen shall be measured at steady-state flow conditions.

4.1.8.2 In constant head tests with large quantities of water passing through the specimen, the overflow at the

outlet end shall be measured.

4.1.8.3 Where the quantities of water passing through the specimen are small, measurement shall be carried

out using piezometric tubes (see Figure 4) or capillary tubes, due consideration being given to the possibility of

evaporation falsifying the results. This may be avoided by increasing the hydraulic gradient, provided this is not

inconsistent with the other conditions described in 4.1.4.
Key
1 Inlet for de-aired water
2 Detachable piezometric tube of cross-
sectional area a
3 Three-way cock
4 Rubber seal
5 Filter blocks
6 Specimen holder
7 Specimen with height l
8 Top plate
9 Device to apply vertical load, with
compression gauge
10 Container (with overflow to produce
constant head)
h Water head at start of measurement
h Water head at time t
Figure 4 — Example for a test arrangement for compression permeameter test

4.1.8.4 In falling head tests, the volume of water passing through the specimen is equal to the internal volume

of the standpipe as defined by the difference in level of two consecutive readings.

NOTE The water flow can be regarded as steady if, at a constant head, the quantity of water entering the specimen and that

leaving it per unit time remains constant.
4.1.9 Prevention of bypass seepage

4.1.9.1 Bypass seepage due to small stones and other foreign matter embedded in specimens and cavities

between the specimen and the wall of the cell or test mould shall be prevented as it suggests a higher permeability

than is in fact is the case. Any such channels and cavities shall be filled, for example with material from the sample,

bentonite or silicone grease.
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ISO/TS 17892-11:2004(E)

4.1.9.2 If seepage along the wall cannot be prevented due to the presence of coarse constituents in coarse-

grained material, it is recommended that the core cutter be lined with a solid material having a low melting point

(e.g. paraffin wax) or before the specimen is taken, so that the gap between specimen and cutter wall is sealed by

heating once the specimen has been taken. The sealant shall not penetrate into the specimen. This is to be

checked after the test.

In the case of specimens of cohesive (fine-grained) material, seepage can be prevented by placing them in a

mould with an internal diameter a few millimetres larger than the specimen diameter, the gap being filled by pouring

a sealing compound. An apparatus as shown in Figure 5 may be used to introduce such specimens into a mould

lined with a tubular latex membrane. While inserting the specimen, the membrane shall be held in place by

exhausting the mould. The internal diameter of the mould shall be larger than that of the core cutter by more than

twice the thickness of the membrane. In the test, the membrane shall be pressed against the specimen with a

pressure 20 % above the maximum pore water pressure, this pressure being applied via water since latex is not

airtight. Silicone grease between two membranes may also be used to prevent air passing through the membrane.

Test arrangements as shown in Figure 2 may be used to prevent undue seepage along the walls where cohesive

(fine-grained) material is to be tested.
Key
1 Jack
2 Baseplate
3 Piston
4 Centring tube
5 Tie rods
6 Core cutter with sample
7 Tubular rubber membrane
8 Intermediate collar
9 Mould for permeability test
10 Pressurizing/depressurizing nozzle
11 Clamping plate
12 O-ring
Figure 5 — Apparatus for enclosing a specimen in a rubber membrane
4.1.10 Stresses in the specimen

4.1.10.1 To determine the effect of the void ratio on permeability, highly compressible specimens shall be

tested at the relevant stress level.

4.1.10.2 Where a back pressure is applied or where the direction of flow is upward, the application of an

external static load is required to establish equilibrium conditions.
4.1.11 Classes of permeability tests

4.1.11.1 According to the reliability with which the full saturation of the specimen and steady-state of flow is

ensured i.e. how closely the test models the conditions in situ the permeability tests can be classified as presented

in Table 3.
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ISO/TS 17892-11:2004(E)
Table 3 — Classes of permeability tests

Class of quality Controlled degree of saturation? Controlled steady-state flow condition?

1 yes yes
no yes
yes no
3 no no
4.1.12 Choice of test arrangement

4.1.12.1 The test arrangement shall be selected as a function of the type of soil to be tested (see Table 4). In

doing so, it shall be checked whether it is necessary to determine the permeability coefficient at a controlled full

saturation with laminar flow, or whether it is sufficient to determine the coefficient without laminar flow being

controlled.
Table 4 — Example for test arrangement as a function of soil type
Means of measuring hydraulic
Apparatus Means of measuring water volume
gradient
Soil type Two or
Compres- One Piezo- Specimen
Triaxial more Pressure Measuring Capillary Specimen
Test mould sion per- piezometric metric tube under
cell piezometric system cylinder tube saturated
meameter tube or burette stress
tubes
(×) × × × (×) × – (×) –
Clay, silt × – × – – × – × –
× – – × – (×) × × ×
× × × – × × – – –
Fine sand
× – – × × – – × ×
× × × – × × – – –
Medium and
coarse sand
× – – × × – – × (×)
× × (×) – × (×) – – –
Sand-gravel
mixture
× – – – × – – × ×
(×) × × × (×) × – (×) –
Sand-clay
× – × – – × – × –
mixture
× – × × (×) × × × ×
(×) – × × (×) × – – –
Gravel-sand-
clay mixture
× – – × (×) – × × ×

equivalent electronic systems with balances, pumps or pressure transducers may also be used

× = suitable (×) = suitable with reservations – = not suitable
4.2 Falling head
4.2.1 Apparatus
The following apparatus is required (see Figure 4):
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ISO/TS 17892-11:2004(E)
a) de-aired water supply unit;
b) reservoir for de-aired water;
c) core sampling or cutting equipment;
d) steel straightedge;
e) compression permeameter (with piezometric tube and loading device).
4.2.2 Test arrangement

4.2.2.1 The permeameter used shall be one working on the compression principle and to which a piezometric

tube shall be connected so as to permit upward flow.

4.2.2.2 The piezometric tube shall be calibrated to allow the volume to be measured accurately, its diameter

–10

being chosen as a function of the permeability of the specimen (e.g. d = 4 mm for k = 10 m/s). The tube should be

weighed before and after the test.

4.2.2.3 The filter blocks in the permeameter shall be sufficiently permeable (i.e. k shall exceed 10 m/s), their

permeability being checked at regular intervals, taking the possible influence of valves and connecting tubing into

account. The permeability of the filter block shall be at least 10 times bigger than the permeability of the sample.

4.2.2.4 Any trapped air shall be removed from the apparatus by filling de-aired water via feeding pipes into the

chamber designed to accommodate the lower filter block. The filter block itself shall be de-aired by boiling in water

and then fitted into the chamber filled with water.
4.2.3 Soil type and specimen dimensions

4.2.3.1 The method described below is suitable for fine-grained soil, especially for clay and silt.

4.2.3.2 The minimum diameter of the specimen shall be 50 mm, and the minimum height 20 mm.

4.2.4 Specimen preparation

4.2.4.1 If the permeability of an undisturbed sample is to be determined, a specimen shall be taken from the

sample using a sampling ring.

4.2.4.2 Disturbed sample material (e.g. manmade fill material) shall be compacted to the required density

using the Proctor test apparatus, for example. A specimen shall then be taken as described above and tested in

the permeameter.

4.2.4.3 Depending on the construction of the apparatus, the ring shall either be introduced directly into the

apparatus, or the specimen shall be pressed out of the ring into a specimen holder which must first be removed

from the apparatus. The end faces shall be carefully levelled off, without producing undue cavities. The specimen

holder shall then be introduced into the permeameter and a rubber ring pressed into place.

4.2.5 Test execution

4.2.5.1 The specimen shall be consolidated by subjecting it to a stress acting vertically and applied via a top

plate (see Figure 4). To maintain equilibrium, this stress shall be higher than the additional hydrostatic pressure

acting on the specimen in the test. The pore water flowing out of the specimen through the lower filter block shall

run off freely.

4.2.5.2 A variable hydraulic gradient is produced by a column of water in a standpipe (or piezometric tube), the

level in which falls during the test.

4.2.5.3 For determining the permeability, the water head in the tube shall be measured at given intervals

(see 4.2.5.5).
© ISO 2004 – All rights reserved 9
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ISO/TS 17892-11:2004(E)
4.2.5.4 Evaporation, if any, sh
...

SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 17892-11
Première édition
2004-10-15
Reconnaissance et essais
géotechniques — Essais de sol au
laboratoire —
Partie 11:
Détermination de la perméabilité au
perméamètre à charge constante ou
variable
Geotechnical investigation and testing — Laboratory testing of soil —
Part 11: Determination of permeability by constant and falling head
Numéro de référence
ISO/TS 17892-11:2004(F)
ISO 2004
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ISO/TS 17892-11:2004(F)
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Publié en Suisse
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ISO/TS 17892-11:2004(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.

Dans d'autres circonstances, en particulier lorsqu'il existe une demande urgente du marché, un comité

technique peut décider de publier d'autres types de documents normatifs:

— une Spécification publiquement disponible ISO (ISO/PAS) représente un accord entre les experts dans

un groupe de travail ISO et est acceptée pour publication si elle est approuvée par plus de 50 % des

membres votants du comité dont relève le groupe de travail;

— une Spécification technique ISO (ISO/TS) représente un accord entre les membres d'un comité technique

et est acceptée pour publication si elle est approuvée par 2/3 des membres votants du comité.

Une ISO/PAS ou ISO/TS fait l'objet d'un examen après trois ans afin de décider si elle est confirmée pour trois

nouvelles années, révisée pour devenir une Norme internationale, ou annulée. Lorsqu'une ISO/PAS ou

ISO/TS a été confirmée, elle fait l'objet d'un nouvel examen après trois ans qui décidera soit de sa

transformation en Norme internationale soit de son annulation.

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/TS 17892-11 a été élaborée par le Comité européen de normalisation (CEN) en collaboration avec le

comité technique ISO/TC 182, Géotechnique, sous-comité SC 1, Recherches et essais géotechniques,

conformément à l'Accord de coopération technique entre l'ISO et le CEN (Accord de Vienne).

Tout au long du texte du présent document, lire «… la présente prénorme européenne …» avec le sens de

«… la présente Spécification technique …».

L'ISO/TS 17892 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Reconnaissance et essais

géotechniques — Essais de sol au laboratoire:
— Partie 1: Détermination de la teneur en eau
— Partie 2: Détermination de la masse volumique d'un sol fin

— Partie 3: Détermination de la masse volumique des grains — Méthode du pycnomètre

— Partie 4: Détermination de la granulométrie
— Partie 5: Essai à l'oedomètre sur sol saturé
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ISO/TS 17892-11:2004(F)
— Partie 6: Essai au cône
— Partie 7: Essai de compression simple sur sol cohérent
— Partie 8: Essai triaxial non consolidé non drainé
— Partie 9: Essai triaxial consolidé sur sol saturé
— Partie 10: Essai de cisaillement direct

— Partie 11: Détermination de la perméabilité au perméamètre à charge constante ou variable

— Partie 12: Détermination des limites d'Atterberg
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ISO/TS 17892-11:2004(F)
Sommaire Page

Avant-propos..........................................................................................................................................vi

Introduction ...........................................................................................................................................viii

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

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

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

4 Procédure d’essai........................................................................................................................2

4.1 Exigences générales...................................................................................................................2

4.1.1 Granularité, structure et volume..................................................................................................2

4.1.2 Propriétés de l’eau.......................................................................................................................2

4.1.3 Degré de saturation .....................................................................................................................3

4.1.4 Gradient hydraulique...................................................................................................................5

4.1.5 Température ................................................................................................................................5

4.1.6 Dimensions de l’éprouvette .........................................................................................................5

4.1.7 Mesurage des niveaux piézométriques .......................................................................................6

4.1.8 Mesurage du débit d’eau.............................................................................................................7

4.1.9 Prévention des circulations d’eau parasites................................................................................8

4.1.10 Contraintes dans l’éprouvette .....................................................................................................8

4.1.11 Classes d’essais de perméabilité ................................................................................................9

4.1.12 Choix du dispositif d’essai ..........................................................................................................9

4.2 Charge variable .........................................................................................................................10

4.2.1 Appareillage ..............................................................................................................................10

4.2.2 Dispositif d’essai .......................................................................................................................10

4.2.3 Type de sol et dimensions de l’éprouvette ................................................................................11

4.2.4 Préparation de l’éprouvette .......................................................................................................11

4.2.5 Mode opératoire d’essai ............................................................................................................11

4.3 Essai à charge constante dans le perméamètre ........................................................................12

4.3.1 Appareillage ..............................................................................................................................12

4.3.2 Dispositif d’essai .......................................................................................................................12

4.3.3 Type de sol et dimensions de l’éprouvette ................................................................................12

4.3.4 Préparation de l’éprouvette .......................................................................................................12

4.3.5 Mode opératoire d’essai ............................................................................................................13

4.4 Essai à charge constante dans une cellule triaxiale..................................................................13

4.4.1 Appareillage (voir Figure 2).......................................................................................................13

4.4.2 Dispositif d’essai .......................................................................................................................14

4.4.3 Préparation de l’appareillage .....................................................................................................14

4.4.4 Type de sol et dimensions de l’éprouvette ................................................................................14

4.4.5 Préparation de l’éprouvette .......................................................................................................15

4.4.6 Mode opératoire d’essai............................................................................................................15

5 Résultats d’essais.....................................................................................................................15

5.1 Charge variable .........................................................................................................................15

5.2 Charge constante ......................................................................................................................16

5.3 Perméabilité dans la cellule triaxiale .........................................................................................17

6 Rapport d’essai .........................................................................................................................17

Bibliographie.........................................................................................................................................19

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ISO/TS 17892-11:2004(F)
Figures

Figure 1 — Écoulement d’eau dans une éprouvette de sol ............................................................................2

Figure 2 — Exemple de dispositif d’essai utilisant une cellule triaxiale ...........................................................4

Figure 3 — Exemple de dispositif d’essai permettant de réaliser les essais de perméabilité à charge constante

..........................................................................................................................................................6

Figure 4 — Exemple de dispositif d’essai permettant de réaliser les essais de perméabilité sous pression.......7

Figure 5 — Appareillage permettant d’adapter une membrane en caoutchouc sur une éprouvette...................8

Tableaux

Tableau 1 — Contre-pression en fonction de la saturation initiale ..................................................................3

Tableau 2 — Facteur correctif, a de la viscosité de l’eau..............................................................................5

Tableau 3 — Classes d’essais de perméabilité.............................................................................................9

Tableau 4 — Exemple de dispositif d’essai en fonction du type de sol .........................................................10

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ISO/TS 17892-11:2004(F)
Avant-propos

Le présent document CEN ISO/TS 17892-11:2004 a été élaboré par le Comité Technique CEN/TC 341

“Reconnaissance et essais géotechniques”, dont le secrétariat est tenu par DIN, en collaboration avec le

Comité Technique ISO/TC 182 “Reconnaissance et essais géotechniques”.

Selon le Règlement Intérieur du CEN/CENELEC, les instituts de normalisation nationaux des pays suivants

sont tenus d’annoncer cette Spécification technique : Allemagne, Autriche, Belgique, Chypre, Danemark,

Espagne, Estonie, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Irlande, Islande, Italie, Lettonie, Lituanie, Luxembourg,

Malte, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République Tchèque, Royaume-Uni, Slovaquie, Slovénie,

Suède et Suisse.

CEN ISO/TS 17892 comporte plusieurs parties, sous le titre général "Reconnaissance et essais

géotechniques — Essai de laboratoire sur les sols" :
¾ Partie 1 : Détermination de la teneur en eau
¾ Partie 2 : Détermination de la masse volumique d’un sol fin

¾ Partie 3 : Détermination de la masse volumique des particules solides — Méthode du pycnomètre

¾ Partie 4 : Détermination de la distribution granulométrique des particules
¾ Partie 5 : Essai de chargement par paliers à l’œdomètre
¾ Partie 6 : Essai de pénétration de cône
¾ Partie 7 : Essai de compression uniaxiale sur des sols fins
¾ Partie 8 : Essai triaxial non consolidé non drainé

¾ Partie 9 : Essai en compression à l'appareil triaxial sur des sols saturés consolidés

¾ Partie 10 : Essais de cisaillement direct
¾ Partie 11 : Essais de perméabilité à charge constante et à charge décroissante
¾ Partie 12 : Détermination des limites Atterberg
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ISO/TS 17892-11:2004(F)
Introduction

Le présent document couvre des sujets n’ayant jusqu’alors pas été normalisés au niveau international dans le

domaine de la géotechnique. L’objectif du document est de présenter la pratique généralement appliquée

dans le monde entier et il n’est pas indiqué les différences significatives avec les documents nationaux. Il

s’appuie sur la pratique internationale (voir [1]).
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1 Domaine d’application

Le présent document est destiné à être utilisé dans le domaine des techniques de terrassement et de

fondations. Il spécifie les méthodes d’essai en laboratoire permettant de déterminer le coefficient de

perméabilité à l’eau des sols saturés. Dans les essais décrits, les éprouvettes de sol sont soumises à un

écoulement d’eau. La pression et le volume d’eau traversant les éprouvettes sont mesurés afin d’évaluer la

perméabilité.

Les résultats obtenus servent à calculer l’écoulement souterrain et à évaluer la perméabilité de couches

filtrantes et de couches imperméables anthropiques.
2 Références normatives

Les documents suivants sont nécessaires pour l’application de ce document. Pour les références datées,

seule l’édition de la publication à laquelle il est fait référence s’applique. Pour les références non datées, la

dernière édition de la publication à laquelle il est fait référence s’applique (y compris les amendements).

prEN 1997-2, Eurocode 7 : Calcul géotechnique – Partie 2 : Reconnaissance des terrains et essais.

3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.

3.1
débit
volume d’eau traversant une éprouvette par unité de temps, t
3.2
vitesse d’écoulement

débit d’eau par unité d’aire de sol (y compris les particules et les vides) orthogonale à la direction de

l’écoulement
3.3
gradient hydraulique

rapport entre la différence de charge hydraulique totale (perte de charge), h, entre deux points situés sur une

même ligne de courant et distants d’une longueur l (distance entre les points de la ligne de courant, mesurée

dans la direction de l’écoulement, voir Figure 1)
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ISO/TS 17892-11:2004(F)
Légende
1 Niveau piézométrique
2 Tube piézométrique
3 Filtre amont
4 Filtre aval
5 Éprouvette
Figure 1 — Écoulement d’eau dans une éprouvette de sol
3.4
échantillon non remanié

normalement, échantillon de la classe de qualité 1 ou au plus 2 selon prEN 1997-2

3.5
coefficient de perméabilité

selon la loi de Darcy pour un écoulement laminaire, le coefficient de perméabilité d’un sol saturé d’eau, k, est

le rapport entre la vitesse d’écoulement, v, et le gradient hydraulique, i

NOTE Pour des sols partiellement saturés, le coefficient de perméabilité est toujours inférieur à celui des sols

totalement saturés du fait de la turbulence causée par les vides d’air et non pas en fonction de l’action capillaire.

4 Procédure d’essai
4.1 Exigences générales
4.1.1 Granularité, structure et volume

La dimension et la structure des particules ne doivent pas être modifiées pendant le mesurage de la

perméabilité. Il convient d’attendre que les phénomènes de consolidation et de gonflement soient terminés

avant d’effectuer les mesurages.

Pour l’argile, les phénomènes de consolidation et de gonflement ne peuvent pas être totalement évités à

moins de prendre les mesures nécessaires au préalable. Aussi il convient de maintenir constante la hauteur

de l’éprouvette ou d’ajuster la charge de manière à éviter toute variation de hauteur. Il convient de noter la

hauteur de l’éprouvette et de prendre en compte toute modification significative de sa hauteur, aussi bien en

termes d’expulsion d’eau que de modification du chemin de l’écoulement.
4.1.2 Propriétés de l’eau

L’eau utilisée pour les essais ne doit pas lessiver les constituants de l’éprouvette, ni déposer des matières

dissoutes ou en suspension dans l’éprouvette ni modifier l’état colloïdal du sol.

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Utiliser, dans la mesure du possible, une eau de même nature que l’eau interstitielle, de l’eau du robinet

désaérée convient généralement. Lorsque cela s’avère nécessaire (par exemple pour des essais sur des

sédiments marins), l’eau doit être traitée ou prélevée à partir d’une source donnée permettant une

reproduction fidèle des conditions naturelles existant sur le site.
4.1.3 Degré de saturation
4.1.3.1 L’éprouvette doit rester saturée durant le mesurage de la perméabilité.

4.1.3.2 La saturation de l’éprouvette peut être obtenue en appliquant une contre-pression u (comme

indiqué dans le Tableau 1), produite en appliquant, à l’eau interstitielle de l’éprouvette, une pression

hydrostatique qui doit être maintenue pendant toute la durée de l’essai. Ceci peut être réalisé en utilisant le

dispositif d’essai illustré Figure 2.
Tableau 1 — Contre-pression en fonction de la saturation initiale
Saturation initiale Contre-pression
S u
r 0
% kN/m
100 0
95 300
90 600
85 900
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Légende
10 Burette permettant de déterminer le volume d’eau entrant
1 Couvercle de l’enceinte
11 Réservoir contenant l’eau désaérée sous pression
2 Embase supérieure de la cellule avec rainure en spirale
12 Alimentation en eau désaérée
3 Disque drainant avec k supérieur ou égal à dix fois celui de
13 Entrée de l’eau et application de la pression, s , dans la
l’éprouvette
cellule
4 Éprouvette
14 Robinet
5 Membrane en caoutchouc avec joints toriques
15 Piston pour produire une contrainte anisotrope dans
6 Embase inférieure
l’éprouvette
7 Tube de verre avec un orifice d’un diamètre inférieur
Hauteur de l’éprouvette (= longueur du chemin de
à 1 mm
l’écoulement)
8 Cylindre en verre gradué ou capteur de variation de
p Pression permettant de produire le gradient hydraulique
volume
9 Manomètre

Dans les essais avec contre-pression, il convient d’accroître la pression de l’écoulement par l’orifice (7), de manière à ce qu’elle

corresponde à la contre-pression u , et d’accroître la pression p de manière à ce qu’elle corresponde à p + u .

0 0
Figure 2 — Exemple de dispositif d’essai utilisant une cellule triaxiale

Lorsque la saturation est complète, le volume d’eau entrant dans l’éprouvette doit être égal au volume d’eau

en sortant, en supposant que la pression et le gradient hydraulique demeurent constants.

Les éprouvettes de sol remanié sont généralement partiellement saturées en eau. L’absence de saturation

totale se manifeste également pour des éprouvettes de sol lorsque, au cours du prélèvement, la pression

interstitielle diminue, libérant ainsi des gaz dissous. L’air dissous dans l’eau traversant l’éprouvette peut être

piégé dans l’éprouvette et de ce fait réduire la perméabilité de cette dernière.

Il existe différentes méthodes de saturation des éprouvettes. Il est par exemple possible, avant de saturer

l’éprouvette, de faire circuler de l’eau dans l’éprouvette ou de remplacer l’air contenu dans l’éprouvette de sol

sec par du CO . Les bulles de CO peuvent se dissoudre plus facilement dans l’eau.

2 2
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4.1.4 Gradient hydraulique

Pour les besoins des essais, le gradient hydraulique peut être choisi de manière à répondre au mieux aux

considérations pratiques, à condition que ce gradient permette d’obtenir un écoulement satisfaisant à la loi de

Darcy. En cas de doute quant au fait que les conditions d’essai satisfont effectivement à la loi de Darcy, il

convient de faire varier le gradient hydraulique afin de le vérifier. Lorsque l’écoulement n’est pas linéaire, le

gradient hydraulique utilisé en laboratoire doit se rapprocher de celui existant sur le site.

NOTE L’écoulement dans un sol grenu diffère de l’écoulement laminaire décrit selon la loi de Darcy lorsque le

gradient dépasse un certain seuil, par exemple lorsque la vitesse d’écoulement n’augmente pas linéairement avec le

gradient hydraulique du fait de l’influence des forces d’inertie. Pour les sols fins, la vitesse d’écoulement ne décroît pas

linéairement avec le gradient hydraulique lorsque ce dernier est inférieur à un certain seuil.

4.1.5 Température

4.1.5.1 Les essais doivent être réalisés à une température ambiante constante (± 2 °C), permettant

d’obtenir un équilibre entre la température de l’éprouvette et celle de l’eau. La température doit être mesurée

et notée.

4.1.5.2 Afin d’obtenir des résultats reproductibles, la valeur de k, telle que déterminée au cours de l’essai,

doit être convertie pour une température de référence de 10 °C, en utilisant la formule empirique (1) de

Poiseuille :
k = a ´ k (1)
10 T
1,359
(2)
a =
1+ 0,0337 ´ T + 0,00022 ´T
T est la température de l’eau (°C) durant l’essai ;
k est le coefficient de perméabilité à la température ambiante (m/s) ;

a est un facteur correctif, à calculer ou à choisir dans le Tableau 2. Pour les valeurs intermédiaires,

l’interpolation linéaire est admise.

Une température de référence de 10 °C correspond à la température moyenne de l’eau souterraine. Au

besoin, il est possible d’utiliser une autre température de référence.
Tableau 2 — Facteur correctif, a de la viscosité de l’eau
Température T 5 10 15 20 25
[°C]
Facteur correctif 1,158 1,000 0,874 0,771 0,686
a [–]
4.1.6 Dimensions de l’éprouvette

4.1.6.1 Le diamètre et la hauteur de l’éprouvette doivent être choisis de manière à éviter que les

hétérogénéités n’influent sur les résultats d’essais.

4.1.6.2 Le rapport entre la taille maximale des particules de l’éprouvette et le diamètre ou la longueur de

l’éprouvette ne doit pas être inférieur à 1 : 5 dans le cas de sols de granularité irrégulière et à 1 : 10 dans le

cas de sols de granularité uniforme.
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4.1.6.3 Dans le cas de sols cohérents (fins), la section transversale de l’éprouvette, A, ne doit pas être

2 2

inférieure à 1 000 mm et dans le cas de sols grenus, elle ne doit pas être inférieure à 2 000 mm , à moins

que le matériel d’essai nécessite l’utilisation d’éprouvettes de plus grande dimension (voir 4.4.4).

4.1.7 Mesurage des niveaux piézométriques

4.1.7.1 Pour des éprouvettes de sol perméables ou très perméables, la différence de charge hydraulique

ne doit pas être mesurée entre les deux extrémités de l’éprouvette mais uniquement sur la longueur de la

partie de l’éprouvette sur laquelle s’effectuent les mesures piézométriques (voir Figure 3), ceci afin d’éviter

toute perte de charge et tout effet perturbant aux extrémités de l’éprouvette susceptible de modifier les

résultats.
Légende
9 Échelle graduée
1 Entrée de l’eau désaérée
10 Cylindre gradué
2 Robinet - pince ou robinet à volume constant
11 Cellule
3 Réservoir d’alimentation
h Différence de niveau piézométrique
4 Réservoir d’évacuation
h Différence de charge entre les réservoirs
5 Filtre
d’alimentation et d’évacuation
6 Embase perforée recouverte d’un tissu métallique
l Longueur du chemin de l’écoulement
7 Éprouvette
l Hauteur de l’éprouvette
8 Tubes piézométriques

Figure 3 — Exemple de dispositif d’essai permettant de réaliser les essais de perméabilité à charge

constante

4.1.7.2 Les colonnes d’eau (tubes piézométriques) doivent avoir un diamètre intérieur de 3 mm à 4 mm

et être placées à au moins 15 mm des extrémités inférieure et supérieure de l’éprouvette. L’extrémité du tube

pénétrant dans l’éprouvette doit être protégée de toute obstruction par du tissu métallique. Dans le cas d’un

sol de faible perméabilité, la perte de charge du fait des tubes introduisant l’eau dans la cellule et l’évacuant

est suffisamment faible pour être négligée, de sorte que la différence de charge entre l’entrée et la sortie peut

alors être considérée comme égale à la perte de charge dans l’éprouvette.
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4.1.8 Mesurage du débit d’eau

4.1.8.1 Le volume d’eau traversant l’éprouvette doit être mesuré dans des conditions d’écoulement en

régime permanent.

4.1.8.2 Pour les essais à charge constante avec des débits importants traversant l’éprouvette, le volume

doit être mesuré à la sortie du réservoir avec trop-plein.

4.1.8.3 Lorsque les volumes d’eau traversant l’éprouvette sont faibles, les mesurages doivent être

effectués en utilisant des tubes piézométriques (voir Figure 4) ou des tubes capillaires, du fait de la possibilité

d’une évaporation d’eau susceptible d’affecter les résultats. Ce phénomène peut être évité en augmentant le

gradient hydraulique, à condition que cela ne soit pas en contradiction avec les autres conditions exposées

en 4.1.4.
Légende
1 Entrée de l’eau désaérée
2 Tube piézométrique amovible de section
transversale d’aire a
3 Robinet à trois voies
4 Joint en caoutchouc
5 Disques drainants
6 Porte-éprouvette
7 Éprouvette de hauteur l
8 Embase supérieure
9 Dispositif permettant d’appliquer une
charge verticale, doté d’un capteur de force
10 Réservoir (avec trop-plein permettant de
produire une charge constante)
h Charge d’eau au début du mesurage
h Charge d’eau à l’instant t

Figure 4 — Exemple de dispositif d’essai permettant de réaliser les essais de perméabilité sous

pression

4.1.8.4 Pour les essais à charge variable, le volume d’eau traversant l’éprouvette est égal au volume

interne de la colonne d’eau, correspondant à la différence de niveau entre deux lectures successives.

NOTE L’écoulement peut être considéré comme permanent si, à charge constante, les volumes d’eau entrant et

sortant de l’éprouve
...

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