Soil quality -- Determination of unsaturated hydraulic conductivity and water-retention characteristic -- Wind's evaporation method

This International Standard specifies a laboratory method for the simultaneous determination in soils of the unsaturated hydraulic conductivity and of the soil water-retention characteristic. It is applicable only to measurement of the drying or desorption curve. Application of the method is restricted to soil samples which are, as far as possible, homogeneous. The method is not applicable to soils which shrink in the range of matric head hm =-800cm. The range of the determination of the conductivity depends on the soil type. It lies between matric heads of approximately hm=-50 cm and hm =-700 cm. The range of the determination of the water-retention characteristic lies between matric heads of approximately hm =0 and hm =-800 cm.

Qualité du sol -- Détermination de la conductivité hydraulique en milieu non saturé et de la caractéristique de rétention en eau -- Méthode par évaporation de Wind

L'ISO 11275:2004 spécifie une méthode de laboratoire pour la détermination simultanée de la conductivité hydraulique en milieu non saturé et de la caractéristique de rétention en eau du sol. Elle est applicable uniquement au mesurage de la courbe de dessèchement ou de désorption. L'application de cette méthode est limitée à des échantillons de sol qui sont, autant que possible, homogènes. Cette méthode n'est pas applicable aux sols présentant un retrait dans la plage de charge matricielle comprise entre 0 cm et moins 800 cm.
La plage de détermination de la conductivité dépend du type de sol. Elle se situe entre des charges matricielles comprises environ entre moins 50 cm et moins 700 cm.
La plage de détermination de la caractéristique de rétention en eau se situe environ entre 0 cm et moins 800 cm.

Kakovost tal – Določanje hidravlične prevodnosti in zadrževanja vode v nenasičenih tleh – Metoda izhlapevanja po Windu

General Information

Status
Published
Publication Date
31-Aug-2006
Withdrawal Date
31-Aug-2006
Technical Committee
Current Stage
6060 - National Implementation/Publication (Adopted Project)
Start Date
01-Sep-2006
Due Date
01-Sep-2006
Completion Date
01-Sep-2006

RELATIONS

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ISO 11275:2004 - Soil quality -- Determination of unsaturated hydraulic conductivity and water-retention characteristic -- Wind's evaporation method
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SIST ISO 11275:2006
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11275
First edition
2004-07-01
Corrected version
2004-11-01
Soil quality — Determination of
unsaturated hydraulic conductivity and
water-retention characteristic — Wind's
evaporation method
Qualité du sol — Détermination de la conductivité hydraulique en milieu
non saturé et de la caractéristique de rétention en eau — Méthode par
évaporation de Wind
Reference number
ISO 11275:2004(E)
ISO 2004
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 11275:2004(E)
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unlikely event that a problem relating to it is found, please inform the Central Secretariat at the address given below.

© ISO 2004

All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means,

electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or

ISO's member body in the country of the requester.
ISO copyright office
Case postale 56  CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii ISO 2004 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 11275:2004(E)
Contents Page

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

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

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

4 Symbols ................................................................................................................................................ 2

5 Principle ................................................................................................................................................ 3

6 Apparatus ............................................................................................................................................. 3

7 Procedure ............................................................................................................................................. 4

8 Expression of results .......................................................................................................................... 9

9 Accuracy ............................................................................................................................................... 9

10 Test report ............................................................................................................................................ 9

Bibliography ............................................................................................................................................... 11

ISO 2004 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 11275:2004(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.

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 11275 was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee SC 5, Physical

methods.

This corrected version of ISO 11275:2004 incorporates the following corrections of inadvertent omissions:

a) in Equation (5) a minus sign has been added to the numerator on the right-hand side of the equation;

b) in Equation (9) a fourth term, ϕ� , has been added to the right-hand side of the equation.

i,j+1
iv ISO 2004 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 11275:2004(E)
Introduction

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

characteristics of a soil. Soil water, which is in equilibrium with free water, is at zero matric pressure (or suction)

and either the soil is saturated or the gaseous phase occurs only as small bubbles. As a saturated soil dries, the

matric pressure decreases (i.e. becomes more negative), and the largest pores empty of water. Progressive

decreases in matric pressure will continue to empty finer pores until eventually water is held in only the finest

pores. Not only is water removed from soil pores, but the films of water held around soil particles are reduced in

[8],[9]

thickness. Therefore, a decreasing matric pressure is associated with decreasing soil water content .

Laboratory or field measurements of these two parameters can be made; and the relationship (which can be

reported graphically, in tabular form, or possibly as an equation) is called the soil water-retention characteristic.

The relationship extends from saturated soil to oven-dry soil (approximately 0 kPa to about −10 kPa matric

pressure).

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

to the axes depend on soil properties such as texture, density and hysteresis associated with the wetting and

drying history. Individual points on the water-retention characteristic curve may be defined for specific purposes.

The hydraulic conductivity is a measure of the rate at which liquid water can move through the soil under the

influence of variations in matric pressure from point to point within the soil. The hydraulic conductivity of

unsaturated soil depends on the same factors as does the soil water-retention characteristic, also showing

hysteresis. As a saturated soil dries, the hydraulic conductivity decreases, and it is convenient to express the

hydraulic conductivity corresponding to the soil water-retention characteristic as a function of the decreasing

matrix pressure.
The results obtained using these methods can be used, for example:

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

pores);

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

purposes);

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

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

or synthetic soil conditioners);

— to ascertain the relationship between the negative matric pressure and other soil physical properties (e.g.

hydraulic conductivity, thermal conductivity);

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

studies);
— to estimate other soil physical properties.
ISO 2004 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
---------------------- Page: 6 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 11275:2004(E)
Soil quality — Determination of unsaturated hydraulic
conductivity and water-retention characteristic — Wind's
evaporation method
1Scope

This International Standard specifies a laboratory method for the simultaneous determination in soils of the

unsaturated hydraulic conductivity and of the soil water-retention characteristic. It is applicable only to

measurement of the drying or desorption curve. Application of the method is restricted to soil samples which

are, as far as possible, homogeneous. The method is not applicable to soils which shrink in the range of matric

head h = 0cmto h =−800 cm.
m m

The range of the determination of the conductivity depends on the soil type. It lies between matric heads of

approximately h =−50 cmand h =−700 cm.
m m

The range of the determination of the water-retention characteristic lies between matric heads of approximately

h = 0cm and h =−800 cm.
m m

NOTE 1 An infiltrometer method can be used to determine hydraulic conductivities near saturation.

NOTE 2 ISO 11274 gives methods to determine the water-retention characteristic for matric heads between 0cm and

−15 000 cm.
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 10381-1, Soil quality — Sampling — Part 1: Guidance on the design of sampling programmes

ISO 10381-4, Soil quality — Sampling — Part 4: Guidance on the procedure for investigation of natural, near-

natural and cultivated sites

ISO 11274, Soil quality — Determination of the water-retention characteristic — Laboratory methods

ISO 11276, Soil quality — Determination of pore water pressure — Tensiometer method

ISO 11461, Soil quality — Determination of soil water content as a volume fraction using coring sleeves —

Gravimetric method
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO 2004 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 11275:2004(E)
3.1
hydraulic conductivity

factor of proportionality between the soil water flux density, v, and the hydraulic gradient ∇h in Darcy's

equation, assuming isotropic conditions, i.e.
v =−K∇h

NOTE For the purposes of this document, conductivity is used synonymously for unsaturated hydraulic conductivity.

3.2
soil water-retention characteristic
retention characteristic

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

3.3
gravitational head

amount of work that must be done in order to transport reversibly and isothermally an infinitesimal quantity of

water, identical in composition to the soil water, from a pool at a specified elevation and at atmospheric

pressure, to a similar pool at the elevation of the point under consideration, divided by the mass of water

transported
3.4
matric head

amount of work that must be done in order to transport reversibly and isothermally an infinitesimal quantity of

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

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

transported
3.5
pneumatic head

amount of work that must be done in order to transport reversibly and isothermally an infinitesimal quantity of

water, identical in composition to the soil water, from a pool at atmospheric pressure and at the elevation of the

point under consideration, to a similar pool at the external gas pressure of the point under consideration, divided

by the mass of water transported
3.6
pressure head
tensiometer head
sum of the matric and pneumatic heads

NOTE The pneumatic head is assumed to be zero for the purposes of this method. On this basis, the pressure head equals

the matric head.
3.7
hydraulic head
sum of the matric, pneumatic and gravitational heads
4 Symbols
a height, in centimetres;
h pneumatic head, in centimetres;
h = h +h +h
hydraulic head , in centimetres;
h a g m
h gravitational head, in centimetres;
h matric head, in centimetres;
2 ISO 2004 – All rights reserved
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 11275:2004(E)
h pressure head = tensiometer head h +h , in centimetres;
p a m
i compartment and tensiometer index;
j time and measurement interval index;
k compartment index;
K unsaturated hydraulic conductivity, in centimetres per day (cm·d );
m mass, in kilograms;
m mass of soil sample at the end of the test, in kilograms;
t time, in days (d)
v soil water volume flux density, in centimetres per day (cm·d );
V volume, in cubic metres;
z vertical coordinate, in centimetres;
ϕ water content as volume fraction;
ρ density of water, in kilograms per cubic metre.
5 Principle

Undisturbed samples of soil are taken from the field in accordance with ISO 10381-1. Each soil sample is first

wetted to near saturation in the laboratory. Then the sample is allowed to dry by evaporation from the top

surface; at known times during this period, pressure heads are measured at different depths in the sample using

tensiometers, and the mass of the sample is measured. These measurements are continued until air enters any

of the tensiometers. This can take a few days to two weeks depending on the type of soil. At the end of the test,

after completing these measurements, the sample is dried and weighed, and its water content is calculated for

each of the measurement times.

The sample is considered as two or more compartments (sub-samples), one for each tensiometer. For each of

the measurement times, the water content of each compartment is calculated from the water content of the

whole sample and the tensiometer readings. The soil water-retention characteristic and the unsaturated

[1] [2]

hydraulic conductivity are calculated from these data using an adaptation of Wind's evaporation method .

The method treats the soil sample as being homogeneous in its hydraulic properties and assumes

one-dimensional flow.
6 Apparatus
6.1 Equipment for sampling undisturbed soil.

Usually metal or plastic sleeves of known dimensions are used, together with equipment to push the sleeves

into the soil. Usually the sampling sleeves are used to retain the sample throughout the test, and therefore it is

necessary to pre-drill holes for the tensiometers. The dimensions of the soil samples are dependent on the soil

type and the purpose of the investigation. The height of a sample shall be less than or equal to its diameter, to

prevent the acquisition of redundant data. In most cases a height of 8cm and a diameter of 10cm are suitable

for stone-free soils.

The height shall be large enough to accommodate 2 to 4 tensiometers. However, larger heights delay the drying

of the lower compartments unduly, so that the determination may take too long, and may require an increase in

the number of measurement times. The ratio of the diameter to the height should be just above unity, e.g. 10:8,

to provide reasonably uniform conditions across the sample without requiring too broad a sample.

ISO 2004 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 11275:2004(E)
6.2 Container and polyamide mesh, to saturate the soil samples.

6.3 Balance, capable of weighing to within ± 0,1 % of the mass of the soil sample.

A balance dedicated to a sample for the duration of the test is preferable to reduce possible disturbances.

±1cm

6.4 Tensiometer system, capable of measuring heads with an accuracy better than (see

ISO 11276).

The lengths of the tensiometers shall be smaller than half the diameter of the sample. The diameters of the

tensiometers shall be less than 10 % of the height of the sample.

6.5 Equipment to install the tensiometers (see ISO 11276), i.e. an auger or similar device, of suitable

dimensions to bore holes into which the tensiometers will fit closely.
6.6 Materials to create seals between the sleeve and the tensiometers.
6.7 Drying oven, capable of maintaining a temperature of (105± 2) C.
7 Procedure
7.1 Preparation and measurements
7.1.1 Sampling

Take soil samples from the field in accordance with ISO 10381-4. It is essential that undisturbed soil samples be

used, since soil structure has a strong influence on the hydraulic properties. Use a ring with a cutting edge if

sleeves are used. Press the sampling ring into the soil with a hydraulic jack or similar device

...

SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 11275:2006
01-september-2006
.DNRYRVWWDO±'RORþDQMHKLGUDYOLþQHSUHYRGQRVWLLQ]DGUåHYDQMDYRGHY
QHQDVLþHQLKWOHK±0HWRGDL]KODSHYDQMDSR:LQGX

Soil quality -- Determination of unsaturated hydraulic conductivity and water-retention

characteristic -- Wind's evaporation method

Qualité du sol -- Détermination de la conductivité hydraulique en milieu non saturé et de

la caractéristique de rétention en eau -- Méthode par évaporation de Wind
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 11275:2004
ICS:
13.080.40 Hidrološke lastnosti tal Hydrological properties of
soils
SIST ISO 11275:2006 en

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

---------------------- Page: 1 ----------------------
SIST ISO 11275:2006
---------------------- Page: 2 ----------------------
SIST ISO 11275:2006
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11275
First edition
2004-07-01
Corrected version
2004-11-01
Soil quality — Determination of
unsaturated hydraulic conductivity and
water-retention characteristic — Wind's
evaporation method
Qualité du sol — Détermination de la conductivité hydraulique en milieu
non saturé et de la caractéristique de rétention en eau — Méthode par
évaporation de Wind
Reference number
ISO 11275:2004(E)
ISO 2004
---------------------- Page: 3 ----------------------
SIST ISO 11275:2006
ISO 11275:2004(E)
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ISO 11275:2004(E)
Contents Page

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

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

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

4 Symbols ................................................................................................................................................ 2

5 Principle ................................................................................................................................................ 3

6 Apparatus ............................................................................................................................................. 3

7 Procedure ............................................................................................................................................. 4

8 Expression of results .......................................................................................................................... 9

9 Accuracy ............................................................................................................................................... 9

10 Test report ............................................................................................................................................ 9

Bibliography ............................................................................................................................................... 11

ISO 2004 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 5 ----------------------
SIST ISO 11275:2006
ISO 11275:2004(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.

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 11275 was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee SC 5, Physical

methods.

This corrected version of ISO 11275:2004 incorporates the following corrections of inadvertent omissions:

a) in Equation (5) a minus sign has been added to the numerator on the right-hand side of the equation;

b) in Equation (9) a fourth term, ϕ� , has been added to the right-hand side of the equation.

i,j+1
iv ISO 2004 – All rights reserved
---------------------- Page: 6 ----------------------
SIST ISO 11275:2006
ISO 11275:2004(E)
Introduction

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

characteristics of a soil. Soil water, which is in equilibrium with free water, is at zero matric pressure (or suction)

and either the soil is saturated or the gaseous phase occurs only as small bubbles. As a saturated soil dries, the

matric pressure decreases (i.e. becomes more negative), and the largest pores empty of water. Progressive

decreases in matric pressure will continue to empty finer pores until eventually water is held in only the finest

pores. Not only is water removed from soil pores, but the films of water held around soil particles are reduced in

[8],[9]

thickness. Therefore, a decreasing matric pressure is associated with decreasing soil water content .

Laboratory or field measurements of these two parameters can be made; and the relationship (which can be

reported graphically, in tabular form, or possibly as an equation) is called the soil water-retention characteristic.

The relationship extends from saturated soil to oven-dry soil (approximately 0 kPa to about −10 kPa matric

pressure).

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

to the axes depend on soil properties such as texture, density and hysteresis associated with the wetting and

drying history. Individual points on the water-retention characteristic curve may be defined for specific purposes.

The hydraulic conductivity is a measure of the rate at which liquid water can move through the soil under the

influence of variations in matric pressure from point to point within the soil. The hydraulic conductivity of

unsaturated soil depends on the same factors as does the soil water-retention characteristic, also showing

hysteresis. As a saturated soil dries, the hydraulic conductivity decreases, and it is convenient to express the

hydraulic conductivity corresponding to the soil water-retention characteristic as a function of the decreasing

matrix pressure.
The results obtained using these methods can be used, for example:

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

pores);

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

purposes);

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

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

or synthetic soil conditioners);

— to ascertain the relationship between the negative matric pressure and other soil physical properties (e.g.

hydraulic conductivity, thermal conductivity);

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

studies);
— to estimate other soil physical properties.
ISO 2004 – All rights reserved v
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SIST ISO 11275:2006
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SIST ISO 11275:2006
INTERNATIONAL STANDARD ISO 11275:2004(E)
Soil quality — Determination of unsaturated hydraulic
conductivity and water-retention characteristic — Wind's
evaporation method
1Scope

This International Standard specifies a laboratory method for the simultaneous determination in soils of the

unsaturated hydraulic conductivity and of the soil water-retention characteristic. It is applicable only to

measurement of the drying or desorption curve. Application of the method is restricted to soil samples which

are, as far as possible, homogeneous. The method is not applicable to soils which shrink in the range of matric

head h = 0cmto h =−800 cm.
m m

The range of the determination of the conductivity depends on the soil type. It lies between matric heads of

approximately h =−50 cmand h =−700 cm.
m m

The range of the determination of the water-retention characteristic lies between matric heads of approximately

h = 0cm and h =−800 cm.
m m

NOTE 1 An infiltrometer method can be used to determine hydraulic conductivities near saturation.

NOTE 2 ISO 11274 gives methods to determine the water-retention characteristic for matric heads between 0cm and

−15 000 cm.
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 10381-1, Soil quality — Sampling — Part 1: Guidance on the design of sampling programmes

ISO 10381-4, Soil quality — Sampling — Part 4: Guidance on the procedure for investigation of natural, near-

natural and cultivated sites

ISO 11274, Soil quality — Determination of the water-retention characteristic — Laboratory methods

ISO 11276, Soil quality — Determination of pore water pressure — Tensiometer method

ISO 11461, Soil quality — Determination of soil water content as a volume fraction using coring sleeves —

Gravimetric method
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO 2004 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 9 ----------------------
SIST ISO 11275:2006
ISO 11275:2004(E)
3.1
hydraulic conductivity

factor of proportionality between the soil water flux density, v, and the hydraulic gradient ∇h in Darcy's

equation, assuming isotropic conditions, i.e.
v =−K∇h

NOTE For the purposes of this document, conductivity is used synonymously for unsaturated hydraulic conductivity.

3.2
soil water-retention characteristic
retention characteristic

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

3.3
gravitational head

amount of work that must be done in order to transport reversibly and isothermally an infinitesimal quantity of

water, identical in composition to the soil water, from a pool at a specified elevation and at atmospheric

pressure, to a similar pool at the elevation of the point under consideration, divided by the mass of water

transported
3.4
matric head

amount of work that must be done in order to transport reversibly and isothermally an infinitesimal quantity of

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

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

transported
3.5
pneumatic head

amount of work that must be done in order to transport reversibly and isothermally an infinitesimal quantity of

water, identical in composition to the soil water, from a pool at atmospheric pressure and at the elevation of the

point under consideration, to a similar pool at the external gas pressure of the point under consideration, divided

by the mass of water transported
3.6
pressure head
tensiometer head
sum of the matric and pneumatic heads

NOTE The pneumatic head is assumed to be zero for the purposes of this method. On this basis, the pressure head equals

the matric head.
3.7
hydraulic head
sum of the matric, pneumatic and gravitational heads
4 Symbols
a height, in centimetres;
h pneumatic head, in centimetres;
h = h +h +h
hydraulic head , in centimetres;
h a g m
h gravitational head, in centimetres;
h matric head, in centimetres;
2 ISO 2004 – All rights reserved
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SIST ISO 11275:2006
ISO 11275:2004(E)
h pressure head = tensiometer head h +h , in centimetres;
p a m
i compartment and tensiometer index;
j time and measurement interval index;
k compartment index;
K unsaturated hydraulic conductivity, in centimetres per day (cm·d );
m mass, in kilograms;
m mass of soil sample at the end of the test, in kilograms;
t time, in days (d)
v soil water volume flux density, in centimetres per day (cm·d );
V volume, in cubic metres;
z vertical coordinate, in centimetres;
ϕ water content as volume fraction;
ρ density of water, in kilograms per cubic metre.
5 Principle

Undisturbed samples of soil are taken from the field in accordance with ISO 10381-1. Each soil sample is first

wetted to near saturation in the laboratory. Then the sample is allowed to dry by evaporation from the top

surface; at known times during this period, pressure heads are measured at different depths in the sample using

tensiometers, and the mass of the sample is measured. These measurements are continued until air enters any

of the tensiometers. This can take a few days to two weeks depending on the type of soil. At the end of the test,

after completing these measurements, the sample is dried and weighed, and its water content is calculated for

each of the measurement times.

The sample is considered as two or more compartments (sub-samples), one for each tensiometer. For each of

the measurement times, the water content of each compartment is calculated from the water content of the

whole sample and the tensiometer readings. The soil water-retention characteristic and the unsaturated

[1] [2]

hydraulic conductivity are calculated from these data using an adaptation of Wind's evaporation method .

The method treats the soil sample as being homogeneous in its hydraulic properties and assumes

one-dimensional flow.
6 Apparatus
6.1 Equipment for sampling undisturbed soil.

Usually metal or plastic sleeves of known dimensions are used, together with equipment to push the sleeves

into the soil. Usually the sampling sleeves are used to retain the sample throughout the test, and therefore it is

necessary to pre-drill holes for the tensiometers. The dimensions of the soil samples are dependent on the soil

type and the purpose of the investigation. The height of a sample shall be less than or equal to its diameter, to

prevent the acquisition of redundant data. In most cases a height of 8cm and a diameter of 10cm are suitable

for stone-free soils.

The height shall be large enough to accommodate 2 to 4 tensiometers. However, larger heights delay the drying

of the lower compartments unduly, so that the determination may take too long, and may require an increase in

the number of measurement times. The ratio of the diameter to the height should be just above unity, e.g. 10:8,

to provide reasonably uniform conditions across the sample without requiring too broad a sample.

ISO 2004 – All rights reserved 3
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SIST ISO 11275:2006
ISO 11275:2004(E)
6.2 Container and polyamide mesh, to saturate the soil samples.

6.3 Balance, capable of weighing to within ± 0,1 % of the mass of the soil sample.

A balance dedicated to a sample for the duration of the test is preferable to reduce possible disturbances.

±1cm

6.4 Tensiometer system, capable of measuring heads with an accuracy better than (see

ISO 11276).

The lengths of the tensiometers shall be smaller than half the diameter of the sample. The diameters of the

tensiometers shall be less than 10 % of the height of the sample.

6.5 Equipment to install the tensiometers (see ISO 11276), i.e. an auger or similar device, of suitable

dimensions to bore holes into which the tensiometers
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 11275
Première édition
2004-07-01
Version corrigée
2004-11-01
Qualité du sol — Détermination de la
conductivité hydraulique en milieu non
saturé et de la caractéristique de rétention
en eau — Méthode par évaporation de
Wind
Soil quality — Determination of unsaturated hydraulic conductivity and
water-retention characteristic — Wind's evaporation method
Numéro de référence
ISO 11275:2004(F)
ISO 2004
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ISO 11275:2004(F)
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Publié en Suisse
ii ISO 2004 – Tous droits réservés
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ISO 11275:2004(F)
Sommaire Page

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

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

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

4 Symboles .............................................................................................................................................. 2

5 Principe ................................................................................................................................................. 3

6 Appareillage ......................................................................................................................................... 3

7 Mode opératoire ................................................................................................................................... 4

8 Expression des résultats .................................................................................................................... 9

9 Domaine de validité ............................................................................................................................. 9

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

Bibliographie .............................................................................................................................................. 11

ISO 2004 – Tous droits réservés iii
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ISO 11275:2004(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.

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 11275 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 190, Qualité du sol, sous-comité SC 5, Méthodes

physiques.

La présente version corrigée de l’ISO 11275:2004 incorpore les corrections suivantes d’oublis involontaires:

a) dans l’Équation (5): ajout d’un signe moins au numérateur du deuxième membre de l’équation;

b) dans l’Équation (9): ajout d’un quatrième terme, ϕ� , au deuxième membre de l’équation.

i,j+1
iv ISO 2004 – Tous droits réservés
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ISO 11275:2004(F)
Introduction

La teneur en eau du sol et la pression matricielle sont liées. Elles représentent les caractéristiques de la

rétention en eau d'un sol. L'eau du sol, qui est en équilibre avec l'eau saturante, est à pression (ou succion)

matricielle nulle et soit le sol est saturé, soit la phase gazeuse n'est plus constituée que de petites bulles. Au fur

et à mesure qu'un sol saturé s'assèche, la pression matricielle diminue (c'est-à-dire devient plus négative) et les

pores les plus grands se vident de leur eau. La diminution de la pression matricielle entraîne les pores plus

petits à se vider à leur tour, jusqu'à ce que seuls les plus étroits contiennent encore de l'eau. Non seulement

l'eau disparaît de la porosité du sol, mais l'épaisseur des films d'eau autour des particules du sol diminue. Ainsi,

[8],[9]

la baisse de la pression matricielle est liée à la diminution de la teneur en eau du sol . Des mesurages en

laboratoire ou sur le terrain de ces deux paramètres peuvent être réalisés, et la relation, qui peut être

représentée sous forme de graphique, de tableau ou éventuellement de formule, s'appelle la courbe

caractéristique de rétention en eau du sol. Cette relation est valable du sol saturé au sol séché en étuve

(pression matricielle d'environ 0 kPa à −10 kPaenviron).

La courbe caractéristique de rétention en eau du sol diffère selon le type de sol. La forme et la position de la

courbe par rapport aux axes dépendent des propriétés du sol, telles que la texture, la densité et l'hystérésis

associées à l'historique de saturation et de séchage. Des points individuels de la courbe caractéristique de

rétention en eau peuvent être définis à des fins spécifiques.

La conductivité hydraulique est une mesure de la vitesse d'écoulement de l'eau liquide dans un sol sous

l'influence des variations de pression matricielle d'un point à un autre du sol. La conductivité hydraulique d'un

sol non saturé dépend des mêmes facteurs que la courbe caractéristique de rétention en eau, qui présente

également une hystérésis. Lorsqu'un sol saturé s'assèche, la conductivité hydraulique diminue, et il est pratique

d'exprimer la conductivité hydraulique correspondant à la caractéristique de rétention en eau de ce sol en

fonction de la diminution de sa pression matricielle.

Les résultats obtenus à l'aide de ces méthodes peuvent être utilisés, par exemple, dans les cas suivants:

— pour fournir une évaluation de la distribution de la dimension de pores équivalents (par exemple

l'identification de macropores et de micropores);

— pour déterminer les points caractéristiques de l'eau disponible pour les plantes dans le sol et répertorier les

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

— pour déterminer l'espace poral efficace (par exemple pour la conception du drainage, l'évaluation des

risques de pollution);

— pour contrôler les changements de structure d'un sol (dus, par exemple, au labour, au compactage ou à

l'adjonction de matière organique ou de conditionneurs synthétiques de sol);

— pour confirmer la relation entre la pression matricielle négative et d'autres propriétés physiques du sol (par

exemple la conductivité hydraulique, la conductivité thermique);

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

études de dégradation microbiologique);
— pour estimer d'autres propriétés physiques du sol considéré.
ISO 2004 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 11275:2004(F)
Qualité du sol — Détermination de la conductivité hydraulique
en milieu non saturé et de la caractéristique de rétention en
eau — Méthode par évaporation de Wind
1 Domaine d'application

La présente Norme internationale spécifie une méthode de laboratoire pour la détermination simultanée de la

conductivité hydraulique en milieu non saturé et de la caractéristique de rétention en eau du sol. Elle est

applicable uniquement au mesurage de la courbe de dessèchement ou de désorption. L'application de cette

méthode est limitée à des échantillons de sol qui sont, autant que possible, homogènes. Cette méthode n'est

pas applicable aux sols présentant un retrait dans la plage de charge matricielle comprise entre h = 0cm et

h =−800 cm.

La plage de détermination de la conductivité dépend du type de sol. Elle se situe entre des charges matricielles

h =−50 cm h =−700 cm
comprises environ entre et .
m m

La plage de détermination de la caractéristique de rétention en eau se situe environ entre h = 0cm et

h =−800 cm.

NOTE 1 Une méthode infiltrométrique peut être utilisée pour déterminer les conductivités hydrauliques proches de la

saturation.

NOTE 2 L'ISO 11274 indique des méthodes permettant de déterminer la caractéristique de rétention en eau pour des

charges matricielles comprises entre 0cm et −15 000 cm.
2Références 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 10381-1, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie1: Lignes directrices pour l'établissement des

programmes d'échantillonnage

ISO 10381-4, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie4: Lignes directrices pour les procédures

d'investigation des sites naturels, quasi naturels et cultivés

ISO 11274, Qualité du sol — Détermination de la caractéristique de la rétention en eau — Méthodes de

laboratoire

ISO 11276, Qualité du sol — Détermination de la pression d'eau dans les pores — Méthode du tensiomètre

ISO 11461, Qualité du sol — Détermination de la teneur en eau du sol en fraction volumique, à l'aide de

carottiers — Méthode gravimétrique
3 Termes et définitions

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

ISO 2004 – Tous droits réservés 1
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ISO 11275:2004(F)
3.1
conductivité hydraulique

facteur de proportionnalité entre la densité de flux de l'eau du sol, v, et le gradient hydraulique ∇h dans la

formule de Darcy, dans des conditions isotropes, c'est-à-dire
v =−K∇h

NOTE Pour les besoins de ce document, le terme «conductivité» est utilisé comme synonyme de «conductivité

hydraulique en milieu non saturé».
3.2
caractéristique de rétention en eau du sol
caractéristique de rétention

relation entre la teneur en eau et la charge matricielle pour un sol donné (échantillon)

3.3
charge gravitationnelle

quantité de travail à produire pour transporter, de manière réversible et isotherme, une quantité infinitésimale

d'eau, de composition identique à l'eau du sol, d'un réservoir situé à une altitude spécifiée et soumis à la

pression atmosphérique, jusqu'à un réservoir similaire se trouvant à l'altitude du point considéré, divisée par la

masse de l'eau transportée
3.4
charge matricielle

quantité de travail à produire pour transporter, de manière réversible et isotherme, une quantité infinitésimale

d'eau, de composition identique à l'eau du sol, d'un réservoir situé à l'altitude et soumis à la pression de gaz

extérieure du point considéré, jusqu'à l'eau du sol au point considéré, divisée par la masse de l'eau transportée

3.5
charge pneumatique

quantité de travail à produire pour transporter, de manière réversible et isotherme, une quantité infinitésimale

d'eau, de composition identique à l'eau du sol, d'un réservoir soumis à la pression atmosphérique et situé à

l'altitude du point considéré, jusqu'à un réservoir similaire à la pression de gaz extérieure du point considéré,

divisée par la masse de l'eau transportée
3.6
charge de pression
somme des charges matricielle et pneumatique

NOTE La charge pneumatique est supposée être nulle pour les besoins du présent essai. Dans cette hypothèse, la charge

de pression est égale à la charge matricielle.
3.7
charge hydraulique
somme des charges matricielle, pneumatique et gravitationnelle
4 Symboles
a hauteur, en centimètres;
h charge pneumatique, en centimètres;
h charge hydraulique = h +h +h , en centimètres;
h a g m
h charge gravitationnelle, en centimètres;
h charge matricielle, en centimètres;
h charge de pression = h +h , en centimètres;
p a m
2 ISO 2004 – Tous droits réservés
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ISO 11275:2004(F)
i indice propre au compartiment et au tensiomètre;
j indice propre au temps et à l'intervalle;
k indice propre au compartiment;

K conductivité hydraulique en milieu non saturé, en centimètres par jour (cm·d );

m masse, en kilogrammes;
m masse de l'échantillon de sol à la fin de l'essai, en kilogrammes;
t temps, en jours (d)
v densité de flux volumique de l'eau du sol, en centimètres par jour (cm·d );
V volume, en mètres cubes;
z coordonnée verticale, en centimètres;
ϕ teneur en eau volumique;
ρ masse volumique de l'eau, en kilogrammes par mètre cube.
5Principe

Des échantillons de sol non perturbés sont prélevés sur le terrain conformément à l'ISO10381-1. Au

laboratoire, l'échantillon de sol est d'abord humidifié jusqu'à quasi-saturation. Puis on le dessèche par

évaporation à partir de sa partie supérieure; pendant ce temps, à des instants déterminés, les charges de

pression sont mesurées à différents niveaux de l'échantillon au moyen de tensiomètres, et la masse de

l'échantillon est mesurée. Ces mesurages prennent fin lorsque de l'air pénètre dans l'un des tensiomètres. Ceci

peut prendre quelques jours à deux semaines, selon le type de sol. À la fin de l'essai, une fois ces mesurages

effectués, on sèche et on pèse l'échantillon, puis on calcule sa teneur en eau à chacun des instants déterminés.

L'échantillon est divisé en deux compartiments (sous-échantillons) ou plus, à raison de un par tensiomètre; à

chacun des instants déterminés, la teneur en eau de chaque compartiment est calculée à partir de la teneur en

eau de l'ensemble de l'échantillon et des relevés tensiométriques. À partir de ces données, on calcule les points

caractéristiques de rétention en eau du sol et la conductivité hydraulique en milieu non saturé à l'aide d'une

[1] [2]

adaptation de la méthode par évaporation de Wind . L'utilisation de cette méthode présuppose que les

propriétés hydrauliques de l'échantillon de sol sont homogènes et part de l'hypothèse d'un flux

unidimensionnel.
6 Appareillage
6.1 Matériel de prélèvement d'échantillons de sol non perturbés.

On utilise généralement des tubes cylindriques en métal ou en plastique de dimensions déterminées, associés

à un matériel destiné à les pousser dans le sol. Ces cylindres de prélèvement sont généralement utilisés pour

contenir l'échantillon tout au long de l'essai et il est donc nécessaire de forer préalablement des trous dans leur

paroi à l'emplacement des tensiomètres. Les dimensions des échantillons de sol dépendent du type de sol et

du but de la recherche. La hauteur de l'échantillon doit être inférieure ou égale à son diamètre pour empêcher

d'obtenir des données redondantes. Dans la plupart des cas, une hauteur de 8cm et un diamètre de 10cm

conviennent pour des sols non caillouteux.

La hauteur doit être suffisante pour installer 2 tensiomètres à 4 tensiomètres. Mais, si elle est trop importante,

elle peut ralentir excessivement le séchage des compartiments inférieurs, de sorte que le temps de mesurage

devient trop long et qu'il faut alors, éventuellement, augmenter le nombre de mesures. Il convient que le rapport

entre le diamètre et la hauteur soit légèrement supérieur à l'unité, à savoir 10:8, afin de fournir des conditions

ISO 2004 – Tous droits réservés 3
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ISO 11275:2004(F)

raisonnablement uniformes sur l'ensemble de l'échantillon, sans nécessiter le prélèvement d'un échantillon trop

important.
6.2 Récipient et toile en polyamide, pour saturer les échantillons de sol.

6.3 Balance, ayant une résolution de ± 0,1 % de la masse de l'échantillon de sol.

Il est préférable de consacrer une balance à un essai pour la durée des mesures afin de maintenir au maximum

l'intégrité du sol.

6.4 Tensiomètre, permettant de mesurer des charges avec une exactitude supérieure à ±1cm(voir

l'ISO 11276).

La longueur des tensiomètres doit être inférieure à un demi-diamètre d'échantillon. Le diamètre des

tensiomètres doit être inférieur à 10 % de la hauteur de l'échantillon.

6.5 Matériel pour l'installation des tensiomètres (voir l'ISO 11276), un foret ou un dispositif analogue, de

dimensions appropriées pour percer des trous dans l'échantillon de sol où les tensiomètres seront mis en place

en s'adaptant au plus juste.

6.6 Produits destinés à assurer l'étanchéité entre le cylindre et les tensiomètres.

6.7 Étuve, permettant de maintenir une température constante de (105± 2) C.
7 Mode opératoire
7.1 Préparation et mesurages
7.1.1 Échantillonnage

Prélever les échantillons de sol sur le terrain conformément à l'ISO 10381-4. La structure du sol exerçant une

grande influence sur les caractéristiques hydrauliques, il est indispensable d'utiliser des échantillons de sol non

perturbés. En cas d'emploi de cylindres de prélèvement, utiliser un anneau à bord tranchant. Pousser

l'ensemble cylindre et anneau d'échantillonnage dans le sol à
...

Questions, Comments and Discussion

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