SIST ISO 11276:1998
(Main)Soil quality -- Determination of pore water pressure -- Tensiometer method
Soil quality -- Determination of pore water pressure -- Tensiometer method
Describes methods for the determination of pore water pressure (point measurements) in unsaturated and saturated soil using tensiometers. Applicable for in situ measurements in the field and, e. g. soil cores, used in experimental examinations.
Qualité du sol -- Détermination de la pression d'eau dans les pores -- Méthode du tensiomètre
La présente Norme internationale prescrit les méthodes pour la détermination, à l'aide de tensiomètres, de la pression d'eau dans les pores, dans des sols non saturés ou saturés. Ces méthodes sont applicables aux mesurages in situ de la pression d'eau dans les pores, ainsi qu'à la surveillance de la pression d'eau dans les pores dans, par exemple, des pots de plantes ou des carottes de sol utilisées dans des procédures expérimentales. Aux pressions atmosphériques normales, c'est-à-dire aux alentours de 100 kPa, l'emploi de ces méthodes est limité à une gamme de pressions d'eau dans les pores allant jusqu'à environ -- 85 kPa. Cette gamme se trouve encore réduite à des pressions atmosphériques plus faibles. Les tensiomètres ne fonctionnent pas s'il règne à la profondeur des mesurages des températures inférieures à zéro. La précision des mesures est influencée par les fluctuations de température du sol et de l'air. Le temps de réponse d'un tensiomètre s'échelonne entre quelques secondes et plusieurs jours. Il est nécessaire de vérifier régulièrement le bon fonctionnement des tensiomètres pour obtenir des mesurages fiables. Vu le caractère ponctuel des mesurages de la pression d'eau dans les pores effectués par un tensiomètre, il est nécessaire d'en prévoir plusieurs pour mesurer la pression d'eau dans 180les pores à plusieurs profondeurs. Sur le terrain, il faudra des ensembles d'instruments identiques si l'on veut tenir compte de la variabilité spatiale du sol.
Kakovost tal - Določanje tlaka vode v porah - Tenziometrijska metoda
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL
ISO
STANDARD
11276
First edition
1995-09-01
Seil quality - Determination of pore water
pressure - Tensiometer method
Quake du sol - Determination de Ia Pression d’eau dans les pores -
M6 thode du tensiomk tre
Reference number
ISO 11276: 1995(E)
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ISO 11276:1995(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. Esch 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.
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.
International Standard ISO 11276 was prepared by Technical Committee
lSO/TC 190, Seil quality, Subcommittee SC 5, Physical methods.
Annex A forms an integral part of this International Standard. Annexes B,
C, D, E and F are for information only.
0 ISO 1995
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or utilized in any form or by any means, electronie or mechanical, including photocopying and
microfilm, without Permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case Postale 56 l CH-l 211 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
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INTERNATIONAL STANDARD 0 ISO ISO 11276:1995(E)
Soil quality - Determination of pore water
pressure - Tensiometer method
NOTES
1 Scope
2 Pore water pressure is also referred to as tensiometer
This International Standard specifies methods for the
pressure.
determination of pore water pressure in both unsatu-
rated and saturated soil using tensiometers. The 3 The pore water pressure represents the sum of the
pressures due to interfacial forces acting between the
methods are applicable for in situ pore water pressure
water, air and solid phases of the soil (matric pressure), the
measurements in the field, as well as for monitoring
part of the mass of overlying material not carried by the soil
pore water pressure in, for example, plant Containers
Skeleton and therefore carried by the soil water (overburden
or soil cores used in experimental procedures.
pressure; this pressure is often considered as part of the
matric pressure) and the local air pressure within the soil
At normal atmospheric pressures, i.e. about 100 kPa,
(pneumatic pressure). Under most circumstances, the
the application of these methods is limited to a range
overburden and pneumatic pressures are Zero.
of pressures down to about - 85 kPa. The range is
lower atmospheric pressures.
reduced at
Tensiometers will not function if sub-zero tempera-
2.2 matric pressure: The amount of work that must
tures occur at the measurement depth. Their accuracy
be done in Order to transport reversibly and
is influenced by seil and air temperature fluctuations.
isothermally an infinitesimal quantity of water, ident-
Tensiometer response time ranges from a few sec-
ical in composition to the soil water, from a pool at the
onds to several days. To obtain reliable measure-
elevation and the external gas pressure of the Point
ments under field conditions, tensiometers require
under consideration, to the soil water at the Point
frequent servicing.
under consideration, divided by the volume of water
transported.
A tensiometer provides Point measurements of pore
water pressure. To measure pore water pressure at
several tensiometers will be 2.3 pneumatic pressure: The amount of work that
different depths,
must be done in Order to transport reversibly and
necessary. In the field, replicate sets of instruments
isothermally an infinitesimal quantity of water, ident-
will be required if the spatial variability of the soil is to
be allowed for. ical 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 an extemal
gas pressure of the Point under consideration, divided
by the volume of water transported.
2 Definitions
NOTE 4 Soil water pressure tan be considered as a
For the purposes of this International Standard, the
pressure equivalent of soil water potential. The same ap-
plies to the soil water head, the head equivalent of soil
following definitions apply.
water potential.
NOTE 1 Additional definitions are given in E.2, for infor-
mation only. The relationship between these is
‘P-p, = p - h-g-p,
2.1 pore water pressure: The sum of matric and
pneumatic pressures. where
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ISO 11276:1995(El)
Y is the soil water potential, in joules per kilogram
4 Apparatus
on a mass basis;
4.1 Tensiometer, usually consisting of a porous
is the pressure equivalent of soil water poten-
P
CUP, a connecting tube and/or a body tube, a pressure
tial, in joules per cubic metre on a volume basis
(1 J/m3 = 1 N/m2 = 1 Pa);
Sensor and a mechanism for expelling any air which
accumulates within the tensiometer. The details of
h is the head equivalent of soil water potential, in
the design depend primarily on whether the instru-
joules per newton on a forte basis
ment is intended for field or indoor use and the type
(1 J/N=l m);
of pressure Sensor employed; examples are shown in
is the density of water, in kilograms per cubic
figure 1. Annex B provides information on materials
Pw
metre;
for the construction of tensiometers and on their
construction.
is the acceleration due to gravity, in metres per
S
second squared.
4.1.1 Porous CUP, made of a porous material of air-
In this International Standard pressure equivalents and soil
entry value (i.e. the pressure required to forte air
water Potentials are used. The corresponding unit of
through the water-saturated CUP) larger in magnitude
measurement is the Pascal (Pa). Table 1 provides conver-
than the lowest pore water pressure to be measured
sions between soil water potential and its pressure and
and the known hydraulic conductivity. The material
head equivalents.
shall be rigid and not subject to degradation in soil.
Usually unglazed ceramic is used; alternatives are de-
scribed in annex B.
3 Principle
4.1.2 Connecting and body tubes, made from ap-
A tensiometer comprises a porous cup that is per-
propriate materials of low permeability to water and
meable to water connected to a pressure-measuring
gas and connected by leakproof joints. Rigid or semi-
device. The pores of the wall of the cup are small
rigid tubing shall be used to connect the tensiometer
enough to prevent air passing through when it is wet.
to the pressure Sensor (see annex B). The function
The porous cup is filled with water. When the cup is
of the connecting tube may, in part or totally, be
placed in the soil, water within the tensiometer flows
served by the body tube.
through the porous wall to the soil, or soil water flows
into the tensiometer, until the pressure of the water The body tube usually fills the hole remaining above
on both sides of the porous wall is equal. When or behind the tensiometer cup after inserting it into
equilibrium has been reached, the measured pressure the soil. lt is a rigid tube with the same outside di-
of the water inside the tensiometer, after correction ameter as the porous CUP. In many designs, it is filled
with water, but in others it forms a casing for smaller
for the differente in height between the pressure
tubes connected to the porous cup and/or cables at-
Sensor and the porous cup equals the pore water
tached to a pressure transducer located behind the
pressure of the soil water at the Position of the
CUP.
porous CUP.
Table 1 - Conversions between soil water potential and its pressure and head equivalents
Pressure equivalent Head equivalent
Potential
Parameter to be converted
Pa m
Jh
1 0,102 0 x 1o-3
Pressure equivalent (Pa) 1 o-3
Head equivalent (m) 9 807 1
9,807
Potential (J/kg) IO3 0,102 0
1
NOTES
potential, multiply by the factor
1 To convert from the potential or its equivalent in the first vertical to another equivalent or
given, for example:
a potential of 1 J/kg has a pressure equivalent of IO3 Pa and a head equivalent of 0,102 0 m.
2 Acceleration due to gravity = 9,807 m/s2
Density of water = 1 000 kg/m3
2
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ISO 11276:1995(E)
4.1.3 Pressure Sensors. Several forms are used in If a tensiometer assembly of new design or of untried
tensiometers, the most common being mercury materials is to be used, it shall be tested for leaks
manometers, Bourdon gauges and electrical pressure under pressure and/or under vacuum before instal-
transducers. The use of other types of manometer is lation. This procedure is recommended for all instal-
lations.
permissible. The accuracy of the pressure Sensor de-
termines how accurately the pressure of the water
within the tensiometer tan be measured.
5 Procedure
Annex A details the construction and use of mercury
5.1 Installation of tensiometers
manometers for use with tensiometers. The other
pressure Sensors are described in annex C.
Tensiometers may be installed vertically or horizon-
tally, whichever is most suitable for the required pur-
The accuracy of Bourdon gauge and pressure
pose. Install each tensiometer so that the centre of
transducer tensiometers shall be verified before in-
the porous cup is at the depth at which measurement
stallation and at least annually thereafter.
is required. Ensure minimal disturbance to the soil
NOTE 5 The accuracy of instruments used in the field
that will surround the tensiometer, both at the soil
may be tested with a mercury manometer reference. The
surface and at depth. Maximize the contact between
complete tensiometer assembly tan be tested in the field
the porous cup and the soil but minimize the smearing
by inserting a “T” piece into the connecting tube. When
of the soil around the CUP.
required, another connecting tube is attached to it for con-
nection to a mercury manometer. Should greater accuracy
NOTE 6 Usually, a hole of the same diameter as the
be required for laboratory purposes, specialized testing
tensiometer is carefully bored and the tensiometer is in-
equipment will be necessary.
serted into it. Details of alternative procedures for preparing
holes in which tensiometers tan be inserted in the field are
4.2 Tensiometer construction given in annex D. Methods similar to those described in
annex D, but scaled down, should usually be Chosen when
installing tensiometers in plant Containers, soil cores,
Details of materials for constructing tensiometers and
lysimeters, etc.
of their construction are given in annex B. Since the
interior of a tensiometer installed in unsaturated soil
Care shall be taken to protect the tensiometer System
is under a partial vacuum, it is essential that all poss-
from temperature fluctuations. Fluctuations induce
ible leakage Points are made as secure as possible.
thermal expansion and contraction of Parts of the
The number of joints in the System shall be kept to
System and the water within, which influence the
the minimum possible. Adhesive joints shall be made
pressure measurement. In the field, all exposed Parts
so that the void space between components is filled
of the tensiometer shall, as far as practicable, be
completely. Joints relying on a tight fit of two ma-
shielded from solar radiation. (This reduces thermal
terials, for example Stoppers, shall be correctly sized,
disturbance to the tensiometer reading and also pro-
with as large an area of contact as possible.
longs the life of the components.) Precautions shall
also be taken to prevent the percolation of rain or irri-
The System is used in a damp environment. Hence
all materials shall be Chosen to resist moisture. This gation water down the side of the tensiometer to the
applies particularly to adhesives, some kinds of which CUP. All equipment and the area around the
may soften or swell (leading to failure of cemented tensiometer shall be protected from darnage by
Parts) in damp conditions. rodents and other animals.
3
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Removable airtight cap
\
Connecting tube
\I 1
1 - Vacuum gauge
H- Rubber bung
Groundsurface
Air trap
Body tube
\
Inlett valve
De-aired water
Transducer cable
(with vent)
Outlet valve A+
Transducer (ventilated /
- Porous cup -
to atmosphere)
b) Bourdon gauge type tensiometer
a) Simple tensiometer with an air trap and
connecting tube for use with a manometer
typepressuresensor
Pressure-resistant
Connecting s crew
screw connection
for fixture
Water-f illed body tube
cell holder
Pressure 1 Sealed upper body tubing
L-
transducer
2 Water-filled lower body tubing
d) Tensiometer with pressure transducer and
c) Small tensiometer with pressure transducer for use in soil cores
System for air removal for use in the field
- The main elements of tensiometers incorporated into a variety of designs intended for field
Figure 1
and laboratory use
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ISO 11276:1995(E)
5.2 Preparation of tensiometers for use 5.4 Servicing
and maintenance of
tensiometers
5.2.1 Preparation of de-aired water
The major recurrent Problem
when operating
tensiometers is air accumulation within them. Those
Remove dissolved air from all the water used in the
having the pressure Sensor placed behind the porous
tensiometers, either by boiling it or with a vacuum
cup are less susceptible to this Problem, but it is es-
System. Store the de-aired water so that no air tan
sential to ensure that any air accumulation is mini-
come into contact with it. Pour the de-aired water
mized by occasional purging.
carefully and smoothly to minimize contact with air.
With other types of equipment, small air bubbles in
the air trap will not affect the accuracy of the
5.2.2 Filling the System with water
tensiometer, but will lengthen its response time. The
tensiometer shall be refilled with de-aired water
lt is essential, when filling the assembled tensiometer
whenever an air bubble of volume greater than
System with the de-aired water, to avoid air being
100 mm3 (0.1 cm3) has collected in the air trap. The
trapped inside it. Under field conditions, flush mercury
procedure IS the same as that described in 5.2.2.
manometer tensiometer Systems as described in an-
nex A.
Persistent low readings of tensiometers (i.e. very
negative readings) may be due to poor contact with
NOTE 7 Under experimental laboratory conditions, it is
the soil or leaks in the System. In the latter case, large
preferable not to flush the System, as doing so tan influ-
amounts of air will collect in the tensiometer. If either
ence the water balance of a soil core.
Problem is suspected, the tensiometer shall be re-
moved and repaired.
lt is possible to remove air from field Systems
equipped with Bourdon gauges or electrical pressure
Examination, and servicing if necessary, shall usually
transducers, using a vacuum pump. This Causes the
be performed at least once a week.
air in the System to expand and bubble out. Water
replaces the air when the vacuum is released. Some-
times, several such evacuation and repressurization
6 Expression of results
cycles will be necessary to remove all the air.
6.1 Method of calculation
5.3 Reading tensiometers
The pressure Sensor reading gives the sum of the
pressure in the porous cup of the tensiometer and
lt is important to wait until the tensiometer System
that of the water column between the pressure sen-
reaches hydraulic equilibrium before making readings.
sor and porous cup (see figure2). The pore water
NOTES
pressure of the soil water at the Position of the
porous cup is calculated using the following formula:
8 In a wet, coarse soil, reliable readings may be obtained
within 1 h or less of setting up or servicing, whereas in drier Dm =
Px + &l/=g-a
‘tJ
soil, several days may be needed. lt is recommended that
an interval of at least 4 h and preferably 16 h (overnight) is
where
allowed before reading field tensiometers, after setting up
or servicing.
is the pore water pressure, in Pascals, at
PP
the Position of measurement, i.e. at the
9 The frequency with which readings are made will de-
porous Cup;
pend on the purpose for which they are collected. In the
upper 0,5 m or more, readings will Change quickly in re-
is the pressure, in Pascals, of the water in
Px
sponse to rainfall (hourly time-scale) and slightly less quickly
the pressure Sensor in equilibrium with the
in response to evaporation (daily time-scale). Changes will
porous CUP, relative to atmospheric press-
be slower at lower depths. However, if intervals of longer
ure;
than a week elapse between readings, it will often be
necessary to Service manometer and Bourdon gauge type
a is the vertical distance, in metres, be-
tensiometers before reliable readings tan be obtained. To
tween the pressure Sensor and the porous
minimize the effect of diurnal temperature fluctuations and
pore water pressure oscillations due to extraction of water
CUP;
by plants, it is preferable that tensiometers be read at the
is the density of water, in kilograms per
same hour each day that they are monitored, if the reading
Pw
frequency is daily or less. cubic metre (approximately 1 000 kg/m3);
5
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is the acceleration due to gravity, in metres
(i.e. less negative) than the soil pore water pressure
g
second squared (approximately will be recorded. Alternatively, or in addition, the soil
Per
9,81 m/s*). pore water pressure may be changing quite rapidly in
time as a consequence of, for example, a wetting
front moving through the soil, in which case equilib-
6.2 Precision
rium between the soil and tensiometer cannot be ob-
tained.
lt is not possible to state the precision of a
tensiometer measurement of pore water pressure.
Several factors may individually, or in combination,
7 Test report
affect the precision, i.e. the degree to which the
pressure in the tensiometer differs from the true pore
The test repor-t shall contain the following information:
water pressure at the Position of the porous CUP. The
accuracy of the measurement of the water pressure
a) a reference to this International Standard;
within a tensiometer is determined by the accuracy
of the pressure Sensor System employed.
b) an accurate site description of the measuring lo-
cation and of the soil Profile;
All tensiometer Systems take time to equilibriate with
the external conditions. This response time depends
c) an accurate description of the tensiometers and
on
pressure Sensors used;
- the type of pressure Sensor, which determines the
d) the depth of the tensiometers and an accurate
volume of water displaced for a given Change in
description of the installation procedure;
soil water potential;
the pore water pressure measured in kilopascals,
e)
- the capacity of the tensiometer System;
as a function of depth and time;
- the water conductivity of the porous material of
f) any remarks that are important to the interpret-
the CUP;
ation of the results, such as whether the
tensiometers were recently purged of air, and
- the surface area of the porous CUP.
observations with respect to the hydrological and
meteorological conditions before and during the
In addition, in a given soil the response time is influ-
measurements;
enced by the contact with the soil and the hydraulic
conductivity of the soil, which is a function of the soil
g) any special details which may have been noted
water content.
during the measurements;
If insufficient time has been allowed for the
tensiometer and pressure Sensor System to come h) details of any relevant operations not specified in
into equilibrium with the soil, after either initially set- this International Standard, or regarded as op-
ting up or servicing the equipment, a pressure higher
tional.
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Vacuumgauge
Reference level
Groundsurface
Cl
Figure 2 - Components of the pressure measured by a Sensor attached to a tensiometer
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Annex A
(normative)
Construction and use of mercury manometers
mately 0,5 mm and 2,0 mm, shall be of low per-
A. 1 Introduction
meability to gas and water and be sufficiently
transparent that the water/mercury interface tan be
WARNING - Mercury is hazardous to People,
seen easily. The internal surface of the manometer
animals and the environment and accordingly
tube shall be smooth, to discourage collection of dir-t
great care is required when using mercury
inside the tube.
manometers. All users should be aware of the
nature of the hazard, and be familiar with the
NOTE 11 Polyamide 12, Polyamide 66 (both are types of
precautions necessary to prevent Spills and with
nylon) and glass are suitable materials for capillary tubes.
procedures for cleaning up any mercury spillage.
The two types of nylon are also suitable for connecting
tubes (see B.4).
The mercury manometer is suitable for many appli-
cations. Under constant temperature conditions, as in
The manometer tube is mounted on a scale, gradu-
a laboratory, the tensiometer water pressure tan be
ated in small units, often millimetres. There shall be
measured as accurately as the mercuty Ievel tan be
no gap between the two, to minimize parallax errors
measured against a graduated scale, i.e. to an accu-
when reading the mercury level.
racy of 0,l kPa. Under field conditions, the accuracy
of a mercury manometer is about 0,4 % plus the The bottom end of the manometer tube dips into a
0,l kPa error due to parallax. Mercury manometers mercury reservoir which has a cover to prevent
have the advantage of being simple to construct at a
spillage. The end of the tube shall be tut at an angle
relatively low tost.
to allow free flow of mercury. lt is recommended that
a tray be fixed below the mercury reservoir as a
further precaution against spillage of mercury.
A.2 Construction
NOTE 12 The surface area of the reservoir should be
Figure A.l illustrates three mercury manometers with
large enough to prevent the level of the mercury in the
a common reservoir, mounted on a board. Esch
reservoir from falling more than 2 mm when all the
manometer is joined to a tensiometer via a connecting
manometer tubes, which share the same reservoir, have
tube.
600 mm of mercury in them. This means that the surface
area of the reservoir should be more than 300 times that
Where an array of several tensiometers is re-
NOTE IO
of the combined Cross-sectional areas of the manometer
it is preferable to mount the
quired in a soil Profile,
tubes. If the reservoir is smaller, the mercury level tan be
manometers on the same board and to use a common res-
recorded each time that measurements are made and a
ervoir so that all measurements are based on the same
correction may then be applied. The reservoir should be
data.
constructed so that the end of each manometer tube is
separated from the end of adjacent tubes, to avoid water
If the manometer tube is not integral with the con-
or air passing from one to another during servicing. The
necting tube, great care shall be taken to ensure a
cover should be vented to ensure that atmospheric pressure
gas-tight seal between them. The manometer tube changes affect the mercury.
shall have an internal diameter of between approxi-
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lecting tube
\
\ B
I .
- .
- .
- .
- m
- .
- .
- .
- .
- Scale
- .
.
.
.
.
.
\
Board
.
.
Manometer
.
tube
.
/- Lid
.- ~ -- - --
.__-_------
k&-
.__-------- Mercury reservoir
.-_--------
Mercury J
Figure A.l - Mercury manometer System for use with tensiometers
- If mercury is spilt at The connecting tubes shall be tut to a length which
SAFETY PRECAUTIONS
is no longer than necessary and, if outdoors, be se-
any time, it shall be thoroughly cleaned up im-
cured to minimize flapping in the wind, which may
mediately. Should spillage occur in the field, any
Cause the mercury levels to oscillate. The end of each
contaminated soil and Vegetation shall be re-
connecting tube shall terminate inside the
moved and taken to a hazardous waste specialist
tensiometer body near to its bottom, to ensure that
for recycling.
there is a continuous water column from the porous
The manometer tubes, scale and mercury reservoir
cup to the mercury surface in the manometer tube.
shall be mounted on a vertical, rigid board, so that the
Care shall be taken to ensure that the connecting tube
scale marks are horizontal. The manometer tubes
does not adhere to the porous CUP, thus preventing
shall be attached rigidly to the board and scale, so that
the movement of fluid through it, by cutting the tube
they lie flat against the scale. For outdoor use, the
at an angle.
board shall be constructed of a material which resists
distortion under prevailing environmental conditions.
A.3 Filling the System with water
The board itself shall be anchored in place, so that it
cannot be disturbed by, for instance, wind. lt shall be
When the System is assembled and fixed in Position,
mounted so that the scale and manometer tubes face
fill the tensiometers with de-aired water, and then al-
away from the sun.
low to settle with the air-trap open. Then fill each
tensiometer to the top and use a Syringe to inject
NOTE 13 The connecting tube may be encased in
de-aired water into the top of the tensiometer, to
another tube, and the board and the manometer tubes en-
flush all air from the connecting tube and the
closed inside a light-coloured box, with a door allowing the
manometer out through the reservoir.
manometers to be read. Thus all the equipment tan be
shaded. For safety, the box should be kept locked when the
manometers are not being attended to.
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ISO 11276:1995(E)
when there is evidente of air accumulation in the
A.4 Zeroing
tensiometer air trap exceeding 100 mm3 (0,l cm3),
or the total length of air bubbles visible in the con-
To zero a mercury-manometer type tensiometer,
place a small dish, containing some water, so that the necting tube exceeds 10 mm, or if the mercury
column breaks.
surface of the water is level with the Chosen refer-
ence level. Fill one of the connecting tubes to the
manometer completely by injecting water into the
A.6 Calculation of results
tensiometer end from a Syringe. Place this open end
in the dish, beneath the water level, making Sure that
The following equation is used to calculate the pore
the tube remains filled with water and note the read-
water pressure from readings obtained with a mer-
ing on the manometer. Either use the differente be-
cury manometer as illustrated in figureA.2.
tween this and scale zero as a correction, or adjust
Pp = - cb Hg - Pw> l gmbl + (&-gaz>
the mercury reset-voir height.
where
NOTE 14 Usually, it is desirable to make this reading at
a convenient level, for example zero on the scale. This tan
b is the vertical distance between the top of
be done by adjusting the scale relative to the manometer
the mercut-y column and the datum, de-
tube, removing or adding mercury to the reservoir or
changing the height of the board on its mountings. This termined when zeroing the manometer;
procedure should be carried out for a manometer on each
is the density of mercury, in kilograms per
side of the board. The levels should agree within 1 mm. If
hl
they do not, either the scale is not vertical or the diameters cubic metre (13 600 kg/m3);
of the two manometer tubes are different.
Z is the vertical distance, in metres, be-
tween the porous cup and the reference
A.5 Servicing
level;
Mercury-manometer tensiometers shall be serviced
pp, g and pW have the same meanings as in 6.1.
10
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ISO 11276:1995(E)
- Mercury manometer
1
. I
roundsurface
Porouscup
Diagram of the pressure components measured by a mercury-manometer type tensiometer
Figure A.2 -
11
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ISO 11276:1995(E)
Annex B
(informative)
Tensiometer materials and construction
waterproof adhesive, such as a suitable epoxy resin
B.1 Construction of the porous cup
lt should have the Same outside diameter as the
porous CUP, be bonded to the cup so that the outside
The porous cup is usually made of unglazed ceramic,
of the cup is continuous with it and be made of a rigid
although porous glass, sintered metals and plastics
material so that, when the tensiometer is inserted into
materials tan be used. The important properties of the
material used for the porous cup are air-entry press- the soil, the void behind or above the cup is filled
completely. Surplus adhesive should be removed
ure, hydraulic conductivity, degradation rat
...
SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 11276:1998
01-januar-1998
.DNRYRVWWDO'RORþDQMHWODNDYRGHYSRUDK7HQ]LRPHWULMVNDPHWRGD
Soil quality -- Determination of pore water pressure -- Tensiometer method
Qualité du sol -- Détermination de la pression d'eau dans les pores -- Méthode du
tensiomètre
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 11276:1995
ICS:
13.080.40 Hidrološke lastnosti tal Hydrological properties of
soils
SIST ISO 11276:1998 en
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
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SIST ISO 11276:1998
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SIST ISO 11276:1998
INTERNATIONAL
ISO
STANDARD
11276
First edition
1995-09-01
Seil quality - Determination of pore water
pressure - Tensiometer method
Quake du sol - Determination de Ia Pression d’eau dans les pores -
M6 thode du tensiomk tre
Reference number
ISO 11276: 1995(E)
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SIST ISO 11276:1998
ISO 11276:1995(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. Esch 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.
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.
International Standard ISO 11276 was prepared by Technical Committee
lSO/TC 190, Seil quality, Subcommittee SC 5, Physical methods.
Annex A forms an integral part of this International Standard. Annexes B,
C, D, E and F are for information only.
0 ISO 1995
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced
or utilized in any form or by any means, electronie or mechanical, including photocopying and
microfilm, without Permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case Postale 56 l CH-l 211 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
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SIST ISO 11276:1998
INTERNATIONAL STANDARD 0 ISO ISO 11276:1995(E)
Soil quality - Determination of pore water
pressure - Tensiometer method
NOTES
1 Scope
2 Pore water pressure is also referred to as tensiometer
This International Standard specifies methods for the
pressure.
determination of pore water pressure in both unsatu-
rated and saturated soil using tensiometers. The 3 The pore water pressure represents the sum of the
pressures due to interfacial forces acting between the
methods are applicable for in situ pore water pressure
water, air and solid phases of the soil (matric pressure), the
measurements in the field, as well as for monitoring
part of the mass of overlying material not carried by the soil
pore water pressure in, for example, plant Containers
Skeleton and therefore carried by the soil water (overburden
or soil cores used in experimental procedures.
pressure; this pressure is often considered as part of the
matric pressure) and the local air pressure within the soil
At normal atmospheric pressures, i.e. about 100 kPa,
(pneumatic pressure). Under most circumstances, the
the application of these methods is limited to a range
overburden and pneumatic pressures are Zero.
of pressures down to about - 85 kPa. The range is
lower atmospheric pressures.
reduced at
Tensiometers will not function if sub-zero tempera-
2.2 matric pressure: The amount of work that must
tures occur at the measurement depth. Their accuracy
be done in Order to transport reversibly and
is influenced by seil and air temperature fluctuations.
isothermally an infinitesimal quantity of water, ident-
Tensiometer response time ranges from a few sec-
ical in composition to the soil water, from a pool at the
onds to several days. To obtain reliable measure-
elevation and the external gas pressure of the Point
ments under field conditions, tensiometers require
under consideration, to the soil water at the Point
frequent servicing.
under consideration, divided by the volume of water
transported.
A tensiometer provides Point measurements of pore
water pressure. To measure pore water pressure at
several tensiometers will be 2.3 pneumatic pressure: The amount of work that
different depths,
must be done in Order to transport reversibly and
necessary. In the field, replicate sets of instruments
isothermally an infinitesimal quantity of water, ident-
will be required if the spatial variability of the soil is to
be allowed for. ical 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 an extemal
gas pressure of the Point under consideration, divided
by the volume of water transported.
2 Definitions
NOTE 4 Soil water pressure tan be considered as a
For the purposes of this International Standard, the
pressure equivalent of soil water potential. The same ap-
plies to the soil water head, the head equivalent of soil
following definitions apply.
water potential.
NOTE 1 Additional definitions are given in E.2, for infor-
mation only. The relationship between these is
‘P-p, = p - h-g-p,
2.1 pore water pressure: The sum of matric and
pneumatic pressures. where
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SIST ISO 11276:1998
0 ISO
ISO 11276:1995(El)
Y is the soil water potential, in joules per kilogram
4 Apparatus
on a mass basis;
4.1 Tensiometer, usually consisting of a porous
is the pressure equivalent of soil water poten-
P
CUP, a connecting tube and/or a body tube, a pressure
tial, in joules per cubic metre on a volume basis
(1 J/m3 = 1 N/m2 = 1 Pa);
Sensor and a mechanism for expelling any air which
accumulates within the tensiometer. The details of
h is the head equivalent of soil water potential, in
the design depend primarily on whether the instru-
joules per newton on a forte basis
ment is intended for field or indoor use and the type
(1 J/N=l m);
of pressure Sensor employed; examples are shown in
is the density of water, in kilograms per cubic
figure 1. Annex B provides information on materials
Pw
metre;
for the construction of tensiometers and on their
construction.
is the acceleration due to gravity, in metres per
S
second squared.
4.1.1 Porous CUP, made of a porous material of air-
In this International Standard pressure equivalents and soil
entry value (i.e. the pressure required to forte air
water Potentials are used. The corresponding unit of
through the water-saturated CUP) larger in magnitude
measurement is the Pascal (Pa). Table 1 provides conver-
than the lowest pore water pressure to be measured
sions between soil water potential and its pressure and
and the known hydraulic conductivity. The material
head equivalents.
shall be rigid and not subject to degradation in soil.
Usually unglazed ceramic is used; alternatives are de-
scribed in annex B.
3 Principle
4.1.2 Connecting and body tubes, made from ap-
A tensiometer comprises a porous cup that is per-
propriate materials of low permeability to water and
meable to water connected to a pressure-measuring
gas and connected by leakproof joints. Rigid or semi-
device. The pores of the wall of the cup are small
rigid tubing shall be used to connect the tensiometer
enough to prevent air passing through when it is wet.
to the pressure Sensor (see annex B). The function
The porous cup is filled with water. When the cup is
of the connecting tube may, in part or totally, be
placed in the soil, water within the tensiometer flows
served by the body tube.
through the porous wall to the soil, or soil water flows
into the tensiometer, until the pressure of the water The body tube usually fills the hole remaining above
on both sides of the porous wall is equal. When or behind the tensiometer cup after inserting it into
equilibrium has been reached, the measured pressure the soil. lt is a rigid tube with the same outside di-
of the water inside the tensiometer, after correction ameter as the porous CUP. In many designs, it is filled
with water, but in others it forms a casing for smaller
for the differente in height between the pressure
tubes connected to the porous cup and/or cables at-
Sensor and the porous cup equals the pore water
tached to a pressure transducer located behind the
pressure of the soil water at the Position of the
CUP.
porous CUP.
Table 1 - Conversions between soil water potential and its pressure and head equivalents
Pressure equivalent Head equivalent
Potential
Parameter to be converted
Pa m
Jh
1 0,102 0 x 1o-3
Pressure equivalent (Pa) 1 o-3
Head equivalent (m) 9 807 1
9,807
Potential (J/kg) IO3 0,102 0
1
NOTES
potential, multiply by the factor
1 To convert from the potential or its equivalent in the first vertical to another equivalent or
given, for example:
a potential of 1 J/kg has a pressure equivalent of IO3 Pa and a head equivalent of 0,102 0 m.
2 Acceleration due to gravity = 9,807 m/s2
Density of water = 1 000 kg/m3
2
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SIST ISO 11276:1998
0 ISO
ISO 11276:1995(E)
4.1.3 Pressure Sensors. Several forms are used in If a tensiometer assembly of new design or of untried
tensiometers, the most common being mercury materials is to be used, it shall be tested for leaks
manometers, Bourdon gauges and electrical pressure under pressure and/or under vacuum before instal-
transducers. The use of other types of manometer is lation. This procedure is recommended for all instal-
lations.
permissible. The accuracy of the pressure Sensor de-
termines how accurately the pressure of the water
within the tensiometer tan be measured.
5 Procedure
Annex A details the construction and use of mercury
5.1 Installation of tensiometers
manometers for use with tensiometers. The other
pressure Sensors are described in annex C.
Tensiometers may be installed vertically or horizon-
tally, whichever is most suitable for the required pur-
The accuracy of Bourdon gauge and pressure
pose. Install each tensiometer so that the centre of
transducer tensiometers shall be verified before in-
the porous cup is at the depth at which measurement
stallation and at least annually thereafter.
is required. Ensure minimal disturbance to the soil
NOTE 5 The accuracy of instruments used in the field
that will surround the tensiometer, both at the soil
may be tested with a mercury manometer reference. The
surface and at depth. Maximize the contact between
complete tensiometer assembly tan be tested in the field
the porous cup and the soil but minimize the smearing
by inserting a “T” piece into the connecting tube. When
of the soil around the CUP.
required, another connecting tube is attached to it for con-
nection to a mercury manometer. Should greater accuracy
NOTE 6 Usually, a hole of the same diameter as the
be required for laboratory purposes, specialized testing
tensiometer is carefully bored and the tensiometer is in-
equipment will be necessary.
serted into it. Details of alternative procedures for preparing
holes in which tensiometers tan be inserted in the field are
4.2 Tensiometer construction given in annex D. Methods similar to those described in
annex D, but scaled down, should usually be Chosen when
installing tensiometers in plant Containers, soil cores,
Details of materials for constructing tensiometers and
lysimeters, etc.
of their construction are given in annex B. Since the
interior of a tensiometer installed in unsaturated soil
Care shall be taken to protect the tensiometer System
is under a partial vacuum, it is essential that all poss-
from temperature fluctuations. Fluctuations induce
ible leakage Points are made as secure as possible.
thermal expansion and contraction of Parts of the
The number of joints in the System shall be kept to
System and the water within, which influence the
the minimum possible. Adhesive joints shall be made
pressure measurement. In the field, all exposed Parts
so that the void space between components is filled
of the tensiometer shall, as far as practicable, be
completely. Joints relying on a tight fit of two ma-
shielded from solar radiation. (This reduces thermal
terials, for example Stoppers, shall be correctly sized,
disturbance to the tensiometer reading and also pro-
with as large an area of contact as possible.
longs the life of the components.) Precautions shall
also be taken to prevent the percolation of rain or irri-
The System is used in a damp environment. Hence
all materials shall be Chosen to resist moisture. This gation water down the side of the tensiometer to the
applies particularly to adhesives, some kinds of which CUP. All equipment and the area around the
may soften or swell (leading to failure of cemented tensiometer shall be protected from darnage by
Parts) in damp conditions. rodents and other animals.
3
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SIST ISO 11276:1998
ISO 11276:1995(E)
Removable airtight cap
\
Connecting tube
\I 1
1 - Vacuum gauge
H- Rubber bung
Groundsurface
Air trap
Body tube
\
Inlett valve
De-aired water
Transducer cable
(with vent)
Outlet valve A+
Transducer (ventilated /
- Porous cup -
to atmosphere)
b) Bourdon gauge type tensiometer
a) Simple tensiometer with an air trap and
connecting tube for use with a manometer
typepressuresensor
Pressure-resistant
Connecting s crew
screw connection
for fixture
Water-f illed body tube
cell holder
Pressure 1 Sealed upper body tubing
L-
transducer
2 Water-filled lower body tubing
d) Tensiometer with pressure transducer and
c) Small tensiometer with pressure transducer for use in soil cores
System for air removal for use in the field
- The main elements of tensiometers incorporated into a variety of designs intended for field
Figure 1
and laboratory use
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SIST ISO 11276:1998
0 ISO
ISO 11276:1995(E)
5.2 Preparation of tensiometers for use 5.4 Servicing
and maintenance of
tensiometers
5.2.1 Preparation of de-aired water
The major recurrent Problem
when operating
tensiometers is air accumulation within them. Those
Remove dissolved air from all the water used in the
having the pressure Sensor placed behind the porous
tensiometers, either by boiling it or with a vacuum
cup are less susceptible to this Problem, but it is es-
System. Store the de-aired water so that no air tan
sential to ensure that any air accumulation is mini-
come into contact with it. Pour the de-aired water
mized by occasional purging.
carefully and smoothly to minimize contact with air.
With other types of equipment, small air bubbles in
the air trap will not affect the accuracy of the
5.2.2 Filling the System with water
tensiometer, but will lengthen its response time. The
tensiometer shall be refilled with de-aired water
lt is essential, when filling the assembled tensiometer
whenever an air bubble of volume greater than
System with the de-aired water, to avoid air being
100 mm3 (0.1 cm3) has collected in the air trap. The
trapped inside it. Under field conditions, flush mercury
procedure IS the same as that described in 5.2.2.
manometer tensiometer Systems as described in an-
nex A.
Persistent low readings of tensiometers (i.e. very
negative readings) may be due to poor contact with
NOTE 7 Under experimental laboratory conditions, it is
the soil or leaks in the System. In the latter case, large
preferable not to flush the System, as doing so tan influ-
amounts of air will collect in the tensiometer. If either
ence the water balance of a soil core.
Problem is suspected, the tensiometer shall be re-
moved and repaired.
lt is possible to remove air from field Systems
equipped with Bourdon gauges or electrical pressure
Examination, and servicing if necessary, shall usually
transducers, using a vacuum pump. This Causes the
be performed at least once a week.
air in the System to expand and bubble out. Water
replaces the air when the vacuum is released. Some-
times, several such evacuation and repressurization
6 Expression of results
cycles will be necessary to remove all the air.
6.1 Method of calculation
5.3 Reading tensiometers
The pressure Sensor reading gives the sum of the
pressure in the porous cup of the tensiometer and
lt is important to wait until the tensiometer System
that of the water column between the pressure sen-
reaches hydraulic equilibrium before making readings.
sor and porous cup (see figure2). The pore water
NOTES
pressure of the soil water at the Position of the
porous cup is calculated using the following formula:
8 In a wet, coarse soil, reliable readings may be obtained
within 1 h or less of setting up or servicing, whereas in drier Dm =
Px + &l/=g-a
‘tJ
soil, several days may be needed. lt is recommended that
an interval of at least 4 h and preferably 16 h (overnight) is
where
allowed before reading field tensiometers, after setting up
or servicing.
is the pore water pressure, in Pascals, at
PP
the Position of measurement, i.e. at the
9 The frequency with which readings are made will de-
porous Cup;
pend on the purpose for which they are collected. In the
upper 0,5 m or more, readings will Change quickly in re-
is the pressure, in Pascals, of the water in
Px
sponse to rainfall (hourly time-scale) and slightly less quickly
the pressure Sensor in equilibrium with the
in response to evaporation (daily time-scale). Changes will
porous CUP, relative to atmospheric press-
be slower at lower depths. However, if intervals of longer
ure;
than a week elapse between readings, it will often be
necessary to Service manometer and Bourdon gauge type
a is the vertical distance, in metres, be-
tensiometers before reliable readings tan be obtained. To
tween the pressure Sensor and the porous
minimize the effect of diurnal temperature fluctuations and
pore water pressure oscillations due to extraction of water
CUP;
by plants, it is preferable that tensiometers be read at the
is the density of water, in kilograms per
same hour each day that they are monitored, if the reading
Pw
frequency is daily or less. cubic metre (approximately 1 000 kg/m3);
5
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SIST ISO 11276:1998
ISO 11276:1995(E) 0 ISO
is the acceleration due to gravity, in metres
(i.e. less negative) than the soil pore water pressure
g
second squared (approximately will be recorded. Alternatively, or in addition, the soil
Per
9,81 m/s*). pore water pressure may be changing quite rapidly in
time as a consequence of, for example, a wetting
front moving through the soil, in which case equilib-
6.2 Precision
rium between the soil and tensiometer cannot be ob-
tained.
lt is not possible to state the precision of a
tensiometer measurement of pore water pressure.
Several factors may individually, or in combination,
7 Test report
affect the precision, i.e. the degree to which the
pressure in the tensiometer differs from the true pore
The test repor-t shall contain the following information:
water pressure at the Position of the porous CUP. The
accuracy of the measurement of the water pressure
a) a reference to this International Standard;
within a tensiometer is determined by the accuracy
of the pressure Sensor System employed.
b) an accurate site description of the measuring lo-
cation and of the soil Profile;
All tensiometer Systems take time to equilibriate with
the external conditions. This response time depends
c) an accurate description of the tensiometers and
on
pressure Sensors used;
- the type of pressure Sensor, which determines the
d) the depth of the tensiometers and an accurate
volume of water displaced for a given Change in
description of the installation procedure;
soil water potential;
the pore water pressure measured in kilopascals,
e)
- the capacity of the tensiometer System;
as a function of depth and time;
- the water conductivity of the porous material of
f) any remarks that are important to the interpret-
the CUP;
ation of the results, such as whether the
tensiometers were recently purged of air, and
- the surface area of the porous CUP.
observations with respect to the hydrological and
meteorological conditions before and during the
In addition, in a given soil the response time is influ-
measurements;
enced by the contact with the soil and the hydraulic
conductivity of the soil, which is a function of the soil
g) any special details which may have been noted
water content.
during the measurements;
If insufficient time has been allowed for the
tensiometer and pressure Sensor System to come h) details of any relevant operations not specified in
into equilibrium with the soil, after either initially set- this International Standard, or regarded as op-
ting up or servicing the equipment, a pressure higher
tional.
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ISO 11276:1995(E)
Vacuumgauge
Reference level
Groundsurface
Cl
Figure 2 - Components of the pressure measured by a Sensor attached to a tensiometer
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ISO 11276:1995(E)
Annex A
(normative)
Construction and use of mercury manometers
mately 0,5 mm and 2,0 mm, shall be of low per-
A. 1 Introduction
meability to gas and water and be sufficiently
transparent that the water/mercury interface tan be
WARNING - Mercury is hazardous to People,
seen easily. The internal surface of the manometer
animals and the environment and accordingly
tube shall be smooth, to discourage collection of dir-t
great care is required when using mercury
inside the tube.
manometers. All users should be aware of the
nature of the hazard, and be familiar with the
NOTE 11 Polyamide 12, Polyamide 66 (both are types of
precautions necessary to prevent Spills and with
nylon) and glass are suitable materials for capillary tubes.
procedures for cleaning up any mercury spillage.
The two types of nylon are also suitable for connecting
tubes (see B.4).
The mercury manometer is suitable for many appli-
cations. Under constant temperature conditions, as in
The manometer tube is mounted on a scale, gradu-
a laboratory, the tensiometer water pressure tan be
ated in small units, often millimetres. There shall be
measured as accurately as the mercuty Ievel tan be
no gap between the two, to minimize parallax errors
measured against a graduated scale, i.e. to an accu-
when reading the mercury level.
racy of 0,l kPa. Under field conditions, the accuracy
of a mercury manometer is about 0,4 % plus the The bottom end of the manometer tube dips into a
0,l kPa error due to parallax. Mercury manometers mercury reservoir which has a cover to prevent
have the advantage of being simple to construct at a
spillage. The end of the tube shall be tut at an angle
relatively low tost.
to allow free flow of mercury. lt is recommended that
a tray be fixed below the mercury reservoir as a
further precaution against spillage of mercury.
A.2 Construction
NOTE 12 The surface area of the reservoir should be
Figure A.l illustrates three mercury manometers with
large enough to prevent the level of the mercury in the
a common reservoir, mounted on a board. Esch
reservoir from falling more than 2 mm when all the
manometer is joined to a tensiometer via a connecting
manometer tubes, which share the same reservoir, have
tube.
600 mm of mercury in them. This means that the surface
area of the reservoir should be more than 300 times that
Where an array of several tensiometers is re-
NOTE IO
of the combined Cross-sectional areas of the manometer
it is preferable to mount the
quired in a soil Profile,
tubes. If the reservoir is smaller, the mercury level tan be
manometers on the same board and to use a common res-
recorded each time that measurements are made and a
ervoir so that all measurements are based on the same
correction may then be applied. The reservoir should be
data.
constructed so that the end of each manometer tube is
separated from the end of adjacent tubes, to avoid water
If the manometer tube is not integral with the con-
or air passing from one to another during servicing. The
necting tube, great care shall be taken to ensure a
cover should be vented to ensure that atmospheric pressure
gas-tight seal between them. The manometer tube changes affect the mercury.
shall have an internal diameter of between approxi-
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SIST ISO 11276:1998
ISO 11276:1995(E)
lecting tube
\
\ B
I .
- .
- .
- .
- m
- .
- .
- .
- .
- Scale
- .
.
.
.
.
.
\
Board
.
.
Manometer
.
tube
.
/- Lid
.- ~ -- - --
.__-_------
k&-
.__-------- Mercury reservoir
.-_--------
Mercury J
Figure A.l - Mercury manometer System for use with tensiometers
- If mercury is spilt at The connecting tubes shall be tut to a length which
SAFETY PRECAUTIONS
is no longer than necessary and, if outdoors, be se-
any time, it shall be thoroughly cleaned up im-
cured to minimize flapping in the wind, which may
mediately. Should spillage occur in the field, any
Cause the mercury levels to oscillate. The end of each
contaminated soil and Vegetation shall be re-
connecting tube shall terminate inside the
moved and taken to a hazardous waste specialist
tensiometer body near to its bottom, to ensure that
for recycling.
there is a continuous water column from the porous
The manometer tubes, scale and mercury reservoir
cup to the mercury surface in the manometer tube.
shall be mounted on a vertical, rigid board, so that the
Care shall be taken to ensure that the connecting tube
scale marks are horizontal. The manometer tubes
does not adhere to the porous CUP, thus preventing
shall be attached rigidly to the board and scale, so that
the movement of fluid through it, by cutting the tube
they lie flat against the scale. For outdoor use, the
at an angle.
board shall be constructed of a material which resists
distortion under prevailing environmental conditions.
A.3 Filling the System with water
The board itself shall be anchored in place, so that it
cannot be disturbed by, for instance, wind. lt shall be
When the System is assembled and fixed in Position,
mounted so that the scale and manometer tubes face
fill the tensiometers with de-aired water, and then al-
away from the sun.
low to settle with the air-trap open. Then fill each
tensiometer to the top and use a Syringe to inject
NOTE 13 The connecting tube may be encased in
de-aired water into the top of the tensiometer, to
another tube, and the board and the manometer tubes en-
flush all air from the connecting tube and the
closed inside a light-coloured box, with a door allowing the
manometer out through the reservoir.
manometers to be read. Thus all the equipment tan be
shaded. For safety, the box should be kept locked when the
manometers are not being attended to.
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SIST ISO 11276:1998
0 ISO
ISO 11276:1995(E)
when there is evidente of air accumulation in the
A.4 Zeroing
tensiometer air trap exceeding 100 mm3 (0,l cm3),
or the total length of air bubbles visible in the con-
To zero a mercury-manometer type tensiometer,
place a small dish, containing some water, so that the necting tube exceeds 10 mm, or if the mercury
column breaks.
surface of the water is level with the Chosen refer-
ence level. Fill one of the connecting tubes to the
manometer completely by injecting water into the
A.6 Calculation of results
tensiometer end from a Syringe. Place this open end
in the dish, beneath the water level, making Sure that
The following equation is used to calculate the pore
the tube remains filled with water and note the read-
water pressure from readings obtained with a mer-
ing on the manometer. Either use the differente be-
cury manometer as illustrated in figureA.2.
tween this and scale zero as a correction, or adjust
Pp = - cb Hg - Pw> l gmbl + (&-gaz>
the mercury reset-voir height.
where
NOTE 14 Usually, it is desirable to make this reading at
a convenient level, for example zero on the scale. This tan
b is the vertical distance between the top of
be done by adjusting the scale relative to the manometer
the mercut-y column and the datum, de-
tube, removing or adding mercury to the reservoir or
changing the height of the board on its mountings. This termined when zeroing the manometer;
procedure should be carried out for a manometer on each
is the density of mercury, in kilograms per
side of the board. The levels should agree within 1 mm. If
hl
they do not, either the scale is not vertical or the diameters cubic metre (13 600 kg/m3);
of the two manometer tubes are different.
Z is the vertical distance, in metres, be-
tween the porous cup and the reference
A.5 Servicing
level;
Mercury-manometer tensiometers shall be serviced
pp, g and pW have the same meanings as in 6.1.
10
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SIST ISO 11276:1998
ISO 1127
...
NORME
ISO
INTERNATIONALE
11276
Première édition
1995-09-01
Qualité du sol - Détermination de la
pression d’eau dans les pores - Méthode
du tensiomètre
Soi1 quality - Determination of pore water pressure - Tensiometer
method
Numéro de référence
ISO 11276:1995(F)
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ISO 11276:1995(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de I’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 gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
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 co-
mités membres votants.
La Norme internationale ISO 11276 a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 190, Qualité du sol, sous-comité SC 5, Méthodes physiques.
L’annexe A fait partie intégrante de la présente Norme internationale. Les
annexes B, C, D, E et F sont données uniquement à titre d’information.
0 ISO 1995
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée SOUS quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-l 211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
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NORME INTERNATIONALE 0 BO ISO 11276:1995(F)
Qualité du sol - Détermination de la pression d’eau
dans les pores - Méthode du tensiomètre
NOTE 1 Des définitions supplémentaires sont données
1 Domaine d’application
en E.2, uniquement pour information.
La présente Norme internationale prescrit les métho-
2.1 pression d’eau dans les pores: Somme des
des pour la détermination, à l’aide de tensiomètres,
pressions matricielle et pneumatique.
de la pression d’eau dans les pores, dans des sols non
saturés ou saturés. Ces méthodes sont applicables
NOTES
aux mesurages in situ de la pression d’eau dans les
pores, ainsi qu’à la surveillance de la pression d’eau
2 La pression d’eau dans les pores est aussi appelée
dans les pores dans, par exemple, des pots de plantes
pression du tensiomètre.
ou des carottes de sol utilisées dans des procédures
expérimentales. 3 La pression d’eau dans les pores représente la somme
des pressions relevant des forces interfaciales s’exerçant
Aux pressions atmosphériques normales, c’est-à-dire entre l’eau, l’air et la phase solide du sol (pression matri-
cielle), la partie de la masse du matériau supérieur qui n’est
aux alentours de 100 kPa, l’emploi de ces méthodes
pas apportée par la structure du sol et qui par conséquent
est limité à une gamme de pressions d’eau dans les
est apportée par l’eau du sol (pression géostatique; souvent
pores allant jusqu’à environ - 85 kPa. Cette gamme
considérée comme une partie de la pression matricielle) et
se trouve encore réduite à des pressions atmosphéri-
la pression locale de l’air dans le sol (pression pneumatique).
ques plus faibles. Les tensiomètres ne fonctionnent
Dans la plupart des cas, les pressions géostatique et pneu-
pas s’il règne à la profondeur des mesurages des
matique sont égales à zéro.
températures inférieures à zéro. La précision des
mesures est influencée par les fluctuations de tem-
2.2 pression matricielle: Quantité de travail néces-
pérature du sol et de l’air. Le temps de réponse d’un
saire au transfert réversible et isotherme d’une quan-
tensiomètre s’échelonne entre quelques secondes et
tité infinitésimale d’eau, de composition identique à
plusieurs jours. II est nécessaire de vérifier régu-
celle de l’eau du sol, à partir d’un gisement d’eau à
lièrement le bon fonctionnement des tensiomètres
l’altitude et à la pression gazeuse externe du point
pour obtenir des mesurages fiables.
considéré, jusqu’à l’eau du sol au point considéré, di-
visée par le volume d’eau transportée.
VU le caractère ponctuel des mesurages de la pres-
sion d’eau dans les pores effectués par un
tensiomètre, il est nécessaire d’en prévoir plusieurs
2.3 pression pneumatique: Quantité de travail né-
pour mesurer la pression d’eau dans les pores à plu-
cessaire au transfert réversible et isotherme d’une
sieurs profondeurs. Sur le terrain, il faudra des en-
quantité infinitésimale d’eau, de composition identi-
sembles d’instruments identiques si l’on veut tenir
que à celle de l’eau du sol, à partir d’un gisement
compte de la variabilité spatiale du sol.
d’eau à pression atmosphérique et à l’altitude du point
considéré, jusqu’à un gisement similaire à la pression
gazeuse externe du point considéré, divisée par le
volume d’eau transportée.
2 Définitions
NOTE 4 La pression d’eau du sol peut être considérée
comme une pression équivalente au potentiel d’eau du sol.
Pour les besoins de la présente Norme internationale,
La même chose est applicable a la charge du potentiel d’eau
les définitions suivantes s’appliquent. du sol et à la charge équivalente du potentiel d’eau du sol.
1
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0 ISO
ISO 11276:1995(F)
La relation entre eux est
reuse vers le sol, ou l’eau du sol pénètre dans le
tensiomètre, jusqu’à ce que la pression s’équilibre
wp, = p - h=gmp,
des deux côtés de la paroi poreuse. Une fois cet
où équilibre atteint, la pression de l’eau mesurée, à I’in-
térieur du tensiomètre, après avoir effectué les cor-
Y est le potentiel d’eau du sol, en joules par kilo-
rections relatives à la différence de hauteur entre le
gramme, en masse;
capteur de pression et la bougie, est égale à la pres-
sion d’eau dans les pores du sol au niveau de la bou-
est la pression équivalente au potentiel d’eau
P
.
du sol, en joules par mètre cube, en volume .
w
= 1 N/m* = 1 Pa);
(1 J/m3
4 Appareillage
h est la charge équivalente au potentiel d’eau du
sol, en joules par newton, en force
(1 J/N = 1 m);
4.1 Tensiomètre, en général composé d’une bou-
gie, d’un capillaire de raccord et/ou d’un corps en
est la masse volumique de l’eau, en kilogram-
PW
forme de tube, d’un capteur de pression et d’un dis-
mes par mètre cube;
positif pour expulser tout air qui pourrait s’accumuler
est l’accélération due a la pesanteur, en mètres
à l’intérieur de l’ensemble. Les caractéristiques du
g
par seconde carrée.
modèle dépendent principalement de l’emploi que
l’on veut en faire, à l’intérieur ou à l’extérieur, et du
Dans la présente Norme internationale, les pressions équi-
type de capteur de pression utilisé; on en trouvera des
valentes aux potentiels d’eau du sol sont utilisées. L’unité
exemples à la figure 1. L’annexe B fournit des infor-
de mesure correspondante est le pascal (Pa). On trouvera
mations sur les matériaux utilisés dans le montage
dans le tableau 1 le mode de conversion entre le potentiel
des tensiomètres et sur leur construction.
d’eau du sol et ses pression et charge équivalentes.
4.1.1 Bougie, fabriquée à partir d’un matériau po-
reux dont la pression d’entrée d’air (c’est-à-dire la
3 Principe
pression nécessaire à l’évacuation de l’air à travers la
Un tensiomètre est composé d’une bougie perméable
bougie saturée d’eau) est supérieure en magnitude à
à l’eau reliée à un dispositif de mesurage de la pres-
la plus faible pression d’eau dans les pores mesurée
sion. Les pores des parois de la bougie sont suffi- et à la conductivité hydraulique connue. Le matériau
samment petits pour empêcher la pénétration de l’air doit être rigide et pouvoir résister à la dégradation
lorsqu’elle est humide. La bougie est remplie d’eau. dans le sol. On utilise en général de la céramique non
Lorsque cette dernière est placée dans le sol, l’eau émaillée, des alternatives sont données dans
se trouvant dans le tensiomètre traverse la paroi po- l’annexe B.
Tableau 1 - Tableau de conversion entre le potentiel d’eau du sol, sa pression équivalente et sa charge
équivalente
Pression équivalente
Charge équivalente Potentiel
Paramètre à convertir
Pa m
J/kg
Pression équivalente (Pa) 1
0,102 0 x lo-3 1 o-3
Charge équivalente (m) 9 807
1 9,807
Potentiel (J/kg) 103
0,102 0 1
NOTES
1 Pour obtenir un potentiel OU son équivalent à partir d’un autre équivalent ou potentiel dans la première verticale, multi-
plier par le facteur indique, par exemple:
un potentiel de 1 J/kg a une pression équivalente de 103 Pa et une charge équivalente de 0,102 0 m.
2 Accélération due à la pesanteur = 9,807 m/s*
Masse volumique de l’eau = 1 000 kg/m3
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ISO 11276:1995(F)
Opercule étanche amovible
\
Capillaire de raccord \
\
\n
\- Vacuomètre
I
7 Bouchon encaoutchouc
y.
P
iègeha ir Surface dusol
I l/
Tube formant
Le corps
Valve d'admission
Eaudésaeree
CabLe dutransducteur
(avecevent)
Valve d'évacuation J
Transducteur (ventile ,A
- Bougie -
versl'atmosphke)
a) Tensiomètre simple avec piège h air et b) Tensiomètre h manomètre
capiLLaire de raccord h utiliser avec
UubedeBourdon
capteurde pressiondetype manomètre
2
Raccord visse resistant
Visderaccord
h La pression
pour accessoires
/-Y
Capsule poreuse -\
/ \
Porte-cellule f
/
Corps rempli d'eau
dutensiomètre
Transducteur
1 Partiesupérieureducorps etanche
de pression
2 Partie inferieure du corps remplie d'eau
d)Tensiomètre avectransducteur de oression
c) Petittensiomètre avectransducteur de pression
et système d'évacuation de L'air oour
h utiliser pour Les carottes de SOL
un emploi extérieur
Figure 1 - Éléments princip,aux d’un tensiomètre montés dans divers modèles conçus pour un emploi
sur le terrain ou en laboratoire
3
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0 ISO
ISO 11276:1995(F)
4.1.2 Capillaires de raccord et tube formant le joints adhésifs doivent être réalisés de telle sorte que
corps, composés de matériaux appropriés de faible l’espace vide entre les éléments soit complètement
perméabilité à l’eau et aux gaz, et reliés entre eux par rempli. Les joints qui reposent sur une adaptation
des joints étanches. La connexion du tensiomètre au étroite entre deux matériaux, par exemple les bou-
capteur de pression se fait au moyen de capillaires ri- chons, doivent être de dimensions correctes et avoir
gides ou semi-rigides. Le tube formant le corps peut, une surface de contact la plus large possible.
en partie ou entièrement, servir de capillaire de rac-
Le système étant utilisé en milieu humide, tous les
cord.
matériaux choisis doivent pouvoir résister à I’humi-
dité. Cela concerne plus particulièrement les adhésifs,
En règle générale, le tube formant le corps bouche la
dont certains peuvent se ramollir ou gonfler (entraî-
cavité se trouvant au-dessus ou derrière la bougie du
nant une défaillance des pièces collées) en milieu hu-
tensiomètre après son insertion dans le sol. Ce doit
être un tube rigide du même diamètre extérieur que mide.
la bougie. Dans beaucoup de modèles, il est rempli
L’emploi d’un tensiomètre de conception nouvelle ou
d’eau, tandis que dans d’autres, il sert de protection
de matériaux qui n’ont pas fait leurs preuves doit
à d’autres capillaires plus fins reliés à la bougie et/ou
s’accompagner d’une vérification de points éventuels
à des câbles connectés à un transducteur de pression
de fuite sous pression et/ou sous vide avant leur mise
situé derrière la bougie.
en place. On recommande ces mesures de précaution
pour toutes les installations.
4.1.3 Capteurs de pression. Les tensiomètres sont
équipés de divers types de capteurs de pression, les
5 Mode opératoire
plus courants étant les manomètres au mercure, les
manomètres à tube de Bourdon et les transducteurs
électriques de pression. On autorise l’emploi d’autres
. Installation des tensiomètres
51
types de manomètres. Le degré de précision avec le-
quel on peut mesurer la pression de l’eau à l’intérieur
On peut installer les tensiomètres verticalement ou
d’un tensiomètre est fonction de la précision du cap-
horizontalement, selon les objectifs à réaliser. Placer
teur de pression.
chaque tensiomètre de manière que le centre de la
bougie soit à la profondeur où le mesurage est requis.
L’annexe A donne des détails de montage et d’em-
Faire en sorte que le sol entourant le tensiomètre
ploi des manomètres au mercure équipant les
garde le plus possible son intégrité, en surface
tensiomètres. Les autres types de capteurs de pres-
comme en profondeur. Maximiser le contact entre la
sion sont décrits dans l’annexe C.
bougie et le sol tout en évitant au maximum d’enduire
le sol autour de la bougie.
La précision des tensiomètres équipés d’un mano-
mètre à tube de Bourdon ou d’un transducteur de
NOTE 6
En règle générale, un trou du même diamètre
pression doit être vérifiée avant la mise en place et,
que celui du tensiomètre est soigneusement foré et le
par la suite, au moins une fois par an.
tensiomètre y est inséré. L’annexe D donne des détails de
méthodes alternatives pour la préparation des trous, en ex-
NOTE 5 La précision des instruments destinés à un em-
térieur, destines à recevoir des tensiomètres. Lors de I’ins-
ploi sur le terrain peut être testée à l’aide d’un manomètre
tallation d’un tensiomètre dans des pots de plantes, des
au mercure de référence. II est possible de tester un
carottes de sol, des lysimètres, etc., il faut le plus souvent
tensiomètre sans avoir a le démonter, en intercalant une
suivre des méthodes similaires à celles décrites dans I’an-
pièce en l(T)) sur le capillaire de raccord. Lorsque cela est
nexe D, mais à une échelle plus réduite.
nécessaire, un autre capillaire de raccord est fixe pour rac-
corder un manomètre au mercure. Lorsque les besoins du
II faut prendre des soins particuliers pour protéger le
laboratoire exigent un degré de précision encore plus ri-
système du tensiomètre contre les fluctuations de
goureux, il faut prévoir un appareillage d’essai spécialisé.
température. En effet, ces fluctuations provoquent
une expansion et une contraction thermiques des
éléments du système et de l’eau qu’ils contiennent,
4.2 Montage du tensiomètre
affectant ainsi le mesurage de la pression. Sur le ter-
Les détails sur les matériaux utilisés dans la rain, toutes les pièces exposées du tensiomètre doi-
construction des tensiomètres et sur leur construction
vent, dans la mesure du possible, être à l’abri des
sont donnés dans l’annexe B. Etant donné que I’inté-
rayons solaires. (Cela afin de diminuer les pertur-
rieur d’un tensiomètre installé dans un sol non saturé
bations thermiques et afin de prolonger la durée de
est sous vide partiel, il est impératif de rendre étanche
vie des composants). II faut aussi prendre soin d’em-
tous les points de fuite possibles. Le nombre de joints
pêcher tout ruissellement des eaux de pluie ou d’irri-
dans le système doit être réduit au minimum. Les
gation le long des parois du tensiomètre jusqu’à la
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Q ISO ISO 11276:1995(F)
entre les relevés dépasse une semaine, il faudra procéder
bougie. Le matériel et l’entourage du tensiomètre
souvent a la vérification de fonctionnement du manomètre
doivent être protégés des rongeurs et autres ani-
et des tensiomètres à manomètre à tube de Bourdon avant
maux.
de pouvoir obtenir des relevés qui soient fiables. Pour atté-
nuer les effets des fluctuations diurnes de la température
et les oscillations de la pression d’eau dans les pores dues
5.2 Préparation des tensiomètres pour
à l’extraction d’eau par les plantes, il est préférable de faire
emploi
un relevé des mesures a la même heure de chaque jour
prévu pour leur surveillance si la fréquence de lecture est
journalier-e ou moins.
5.2.1 Désaération de l’eau
Éliminer l’air dissous dans l’eau utilisée dans le
5.4 Vérification du fonctionnement et
tensiomètre soit en la faisant bouillir, soit au moyen
maintenance des tensiomètres
d’un système de mise sous vide. Conserver l’eau ainsi
traitée de manière qu’elle ne puisse entrer en contact
L’accumulation d’air dans les tensiomètres est le
avec l’air. Verser l’eau désaérée soigneusement et
problème périodique le plus courant. Les appareils qui
régulièrement pour minimiser tout contact avec l’air.
sont équipés d’un capteur de pression placé derrière
la bougie sont moins sujets à ce genre de problème,
5.2.2 Remplissage du système avec de l’eau
bien qu’il soit nécessaire de s’assurer que I’accumu-
lation d’air est minimisée par des purges occasion-
II est impératif, lors du remplissage du système à
nelles, surtout si les pressions d’eau dans les pores
l’aide d’eau désaérée, d’éviter tout emprisonnement
sont faibles.
d’air à l’intérieur de l’appareil. Sur le terrain, purger les
systèmes de tensiomètre à manomètre de mercure Dans d’autres types d’appareils, les petites bulles d’air
comme décrit dans l’annexe A. emprisonnées dans le piège à air n’affectent pas la
précision du tensiomètre, mais en revanche prolon-
Lors d’expériences en laboratoire, il est préfé-
NOTE 7
gent son temps de réponse. Le tensiomètre doit être
rable de ne pas purger le système, car cela aurait des ré-
rempli d’eau désaérée. lorsque le volume de la bulle
percussions sur l’équilibre hydraulique d’une carotte de sol.
le piège à air est supérieur à
La marche à suivre est la même
II est possible d’éliminer l’air des systèmes installés
sur le terrain, équipés de manomètres à tube de
Bourdon ou de transducteurs électriques de pression,
Des valeurs faibles en permanence (c’est-à-dire très
à l’aide d’une pompe à vide. Cela provoque I’expan-
négatives) peuvent être dues à un mauvais contact
sion de l’air dans le système et son dégagement.
avec le sol ou à des fuites dans le système. Dans ce
L’eau remplace l’air à la libération du vide. II faut par-
dernier cas, un volume important d’air s’accumule
plusieurs cycles d’évacuation et de
fois
dans le tensiomètre. Si l’on suspecte l’un ou l’autre
repressurisation pour éliminer tout l’air.
de ces problèmes, il faut sortir le tensiomètre et le
réparer.
5.3 Relevé des mesures sur un tensiomètre
II faut procéder au moins une fois par semaine à des
vérifications et, le cas échéant, à des travaux d’entre-
II est important d’attendre que le tensiomètre ait at-
tien.
teint l’équilibre hydraulique avant de faire les lectures.
NOTES
6 Expression des résultats
8 Dans un sol humide et grossier, on peut faire une lecture
fiable dans l’heure qui suit ou même plus rapidement, tandis
6.1 Méthode de calcul
que dans un sol sec il faut peut-être plusieurs jours. Sur le
terrain, après la mise en place ou l’entretien, il est recom-
La valeur relevée sur le capteur de pression donne la
mandé qu’un intervalle d’au moins 4 h et de préférence
somme des pressions dans la bougie du tensiomètre
16 h (une nuit) soit respecté avant de faire les lectures sur
ainsi que celle de la colonne d’eau entre le capteur
le tensiométre.
de pression et la bougie (voir figure 2). La pression
9 La fréquence des relevés dépend des objectifs à réali- d’eau dans les pores du sol au niveau de la bougie se
ser. Dans les premiers 0,5 m ou plus, les valeurs relevées
calcule à l’aide de la formule suivante:
changeront rapidement en raison des précipitations (échelle
horaire) et un peu moins rapidement en raison de I’évapo-
ration (échelle quotidiennne). Les changements seront plus
lents aux niveaux plus profonds. Cependant, si l’intervalle où
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0 ISO
SS0 11276:1995(F)
est la pression d’eau dans les pores, en
Tous les systèmes de tensiomètres demandent un
PP
pascals, au niveau du mesurage, c’est-à- certain délai avant de s’équilibrer avec le milieu exté-
dire de la bougie; rieur. Ce temps de réponse dépend
est la pression, en pascals, de l’eau dans
- du type de capteur de pression, qui détermine le
PX
le capteur de pression en équilibre avec la
volume d’eau déplacé pour un changement donné
bougie, relative à la pression atmosphéri-
du potentiel du sol;
que;
- de la capacité du tensiomètre lui-même;
est la distance verticale, en mètres, entre
a
le capteur de pression et la bougie;
- de la conductivité hydraulique du matériau poreux
de la bougie;
est la masse volumique de l’eau, en kilo-
PW
grammes par mètre cube (environ
- de la surface de contact de la bougie.
1 000 kg/m3);
En outre, dans un sol donné, le contact avec le sol et
est l’accélération due à la pesanteur, en
g
la conductivité hydraulique du sol, qui est une fonction
seconde carrée (environ
mètres par
de la teneur en eau du sol, ont une influence sur le
9,81 m/s*).
temps de réponse.
6.2 Précision
En ne laissant pas suffisamment de temps au
tensiomètre et au système de capteur de pression
II est impossible d’évaluer exactement la précision
pour s’équilibrer avec le sol, après une première mise
d’un mesurage par un tensiomètre de la pression
en place ou une vérification de fonctionnement, on
d’eau dans les pores. Plusieurs facteurs interviennent,
relève une pression supérieure à la pression d’eau
individuellement ou en combinaison, et affectent la
dans les pores (c’est-à-dire moins négative). En outre,
précision, c’est-à-dire dans quelle mesure la pression
ou de surcroît, la pression peut changer rapidement
dans le tensiomètre diffère de la pression réelle d’eau
en raison, par exemple, d’un front humide se dépla-
dans les pores au niveau de la bougie. La précision
çant dans le sol, auquel cas il est impossible d’obtenir
des mesurages de la pression de l’eau à l’intérieur du
un équilibre entre le sol et le tensiomètre.
tensiomètre dépend de la précision du système de
capteur de pression utilisé.
Composants de la pression mesurée par un capteur fixé à un tensiomètre
Figure 2 -
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ISO 11276:1995(F)
e) les pressions mesurées, en kilopascals, en fonc-
7 Rapport d’essai
tion de la profondeur et du temps;
i doit contenir les informations sui-
Le rapport d
f) toute remarque ayant une importance pour I’in-
vantes:
terprétation des résultats, comme la dernière
purge d’air des tensiomètres, et des observations
une référence à la présente Norme internationale;
a)
sur les conditions météorologiques ou hydro-
une description précise de l’endroit où sont ef- logiques avant et pendant les mesurages;
b)
fectués les mesurages et du profil du sol;
g) tout détail particulier ayant été relevé au cours des
c) une description détaillée des tensiomètres et
mesurages;
capteurs de pression utilisés;
h) des détails sur toute manipulation pertinente qui
d) la profondeur des tensiomètres et une description n’aurait pas été précisée par la présente Norme
précise de l’installation; internationale, ou considérée comme facultative.
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ISO 11276:1995(F)
Annexe A
(normative)
Montage et emploi des manomètres au mercure
et 2,0 mm environ, être peu perméable aux gaz et à
A. 1 Introduction
l’eau et être d’une transparence suffisante pour pou-
voir observer facilement l’interface eaulmercure.
- Le mercure étant un produit
AVERTISSEMENT
Quant à sa paroi interne, elle doit être lisse afin de
toxique pour les êtres humains, les animaux et
réduire au minimum toute collecte de saletés à I’inté-
l’environnement, il faut donc prendre des précau-
rieur du capillaire.
tions particulières lors de l’emploi des manomè-
tres au mercure. Tout utilisateur doit être
NOTE 11 Le polyamide 12 et le polyamide 66 (les deux
conscient de la nature du danger et connaître la
étant des types de nylon) et le verre pour tubes capillaires
marche à suivre pour éviter les déversements de
sont des matériaux convenables. Les deux types de nylon
mercure et pour les nettoyer au cas où ils se pro-
conviennent aussi pour faire des capillaires de raccord (voir
duiraient.
9.4).
Le manomètre au mercure convient à de nombreuses
Le capillaire du manomètre est monté sur une échelle
applications. À une température constante, comme
graduée en petites unités, souvent des millimètres. II
dans un laboratoire, il est possible de mesurer la
ne doit pas y avoir d’espace entre les deux afin de
pression de l’eau dans le tensiomètre avec autant de
minimiser les erreurs de parallaxe lors de la lecture
précision que le niveau de mercure peut l’être sur une
du niveau de mercure.
échelle graduée, c’est-à-dire avec une précision de
0,l kPa. Sur le terrain, la précision d’un manomètre La partie inférieure du capillaire du manomètre trempe
au mercure est d’environ 0,4 % plus une erreur de dans un réservoir de mercure qui est pourvu d’un
0,l kPa due à la parallaxe. Les manomètres au mer- couvercle pour empêcher les déversements. L’extré-
cure ont l’avantage d’être simples à réaliser, à un prix mité du capillaire doit être coupée en biseau pour
relativement bas. permettre le libre écoulement du mercure. Il est re-
commandé de fixer un plateau au-dessus du réservoir
à mercure pour éviter que le mercure se répande.
A.2 Montage
NOTE 12 La surface du réservoir doit être suffisamment
La figure A.1 représente trois manomètres au mer-
large pour permettre au niveau de mercure de ne pas des-
cure dotés d’un réservoir commun et montés sur un
cendre de plus de 2 mm lorsque tous les capillaires du ma-
panneau. Chaque manomètre est relié au tensiomètre
nomètre, qui partagent le même réservoir, ont 600 mm de
par un capillaire de raccord.
mercure à l’intérieur. Cela implique que la surface du réser-
voir doit être plus de 300 fois les surfaces combinées des
NOTE 10 Lorsqu’il faut prévoir une série de plusieurs
sections des capillaires du manomètre. Si le réservoir est
tensiomètres dans un profil de sol, il est préférable de
plus petit, on peut faire un relevé du niveau de mercure
monter les manomètres sur le même panneau et d’avoir un
chaque fois que l’on effectue des mesurages et appliquer
réservoir commun de manière que toutes les mesures
par la suite les corrections qui s’imposent. Le réservoir doit
soient fondées sur les mêmes données.
être conçu de telle manière que l’extrémité de chaque ca-
pillaire du manomètre soit bien séparée de l’extrémité des
Si le capillaire du manomètre ne fait pas partie inté-
autres capillaires qui lui sont adjacents, cela afin d’éviter le
grante du capillaire de raccord, il faut prendre des
passage d’air ou d’eau de l’un à l’autre pendant les travaux
précautions particulières pour que le joint entre les de vérification. Le couvercle doit être ventilé pour assurer
que le mercure subit les changements de pression atmo-
deux soit étanche aux gaz. Le capillaire du manomètre
sphérique.
doit avoir un diamètre interne compris entre 0,5 mm
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ISO 11276:1995(F)
Capillair ederaccord
\
- Échelle graduée
i-
Panneau
Capillaire du
manomètre
Couvercle
k&- Réservoir demercure
Mercure /
- Système de manomètre au mercure utilisé avec les tensiomètres
Figure A.1
NOTE 13 Le capillaire de raccord peut être encastré dans
MESURES DE SÉCURITÉ - En cas de déver-
un autre capillaire, et le panneau coffré avec les capillaires
sement du mercure, il doit être immédiatement
du manomètre à l’intérieur d’une boîte de couleur plus
nettoyé soigneusement. En cas de déversement
claire, équipée d’une porte pour permettre les mesurages.
sur le terrain, tout sol ou toute végétation conta-
Ainsi, l’équipement dans son ensemble est à l’abri du soleil.
minés doivent être enlevés et amenés à un spé-
Pour plus de sécurité, la boîte doit rester verrouillée lorsque
cialiste des produits de rebut dangereux qui se
les manomètres ne font pas l’objet de services particuliers.
chargera de leur recyclage.
Les capillaires de raccord ne doivent pas être plus
Les capillaires du manomètre, l’échelle graduée et le
longs que nécessaire et, en extérieur, être retenus
réservoir doivent être montés sur un panneau rigide,
pour éviter qu’ils ne se déplacent sous l’action du
vertical, de manière que les graduations soient hori-
vent, ce qui pourrait provoquer une oscillation des ni-
zontales. Les capillaires du manomètre doivent être
veaux de mercure. L’extrémité de chaque capillaire
fixés solidement au panneau et à l’échelle graduée,
de raccord doit se terminer à l’intérieur du corps du
de manière qu’ils soient bien à plat contre cette der-
tensiomètre, à proximité de son fond afin d’assurer
nière. Pour les emplois en extérieur, le panneau doit
qu’il y ait une colonne d’eau ininterrompue de la bou-
être constitué d’un matériau qui résiste à la distorsion,
gie à la surface du mercure dans le capillaire du ma-
compte tenu des conditions ambiantes extrêmes. Le
nomètre. II faut prendre des soins particuliers pour
panneau lui-même doit être ancré en place, de ma-
que les capillaires de raccord ne puissent empêcher
nière à ne pas pouvoir être déplacé, par le vent par
l’écoulement des fluides en se collant à la bougie; il
exemple.
suffit pour cela de les couper en biseau.
II doit être orienté de telle manière que les gra-
duations et les capillaires du manomètre soient à l’abri
du soleil.
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0 ISO
...
NORME
ISO
INTERNATIONALE
11276
Première édition
1995-09-01
Qualité du sol - Détermination de la
pression d’eau dans les pores - Méthode
du tensiomètre
Soi1 quality - Determination of pore water pressure - Tensiometer
method
Numéro de référence
ISO 11276:1995(F)
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ISO 11276:1995(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de I’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 gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
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 co-
mités membres votants.
La Norme internationale ISO 11276 a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 190, Qualité du sol, sous-comité SC 5, Méthodes physiques.
L’annexe A fait partie intégrante de la présente Norme internationale. Les
annexes B, C, D, E et F sont données uniquement à titre d’information.
0 ISO 1995
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée SOUS quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-l 211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
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NORME INTERNATIONALE 0 BO ISO 11276:1995(F)
Qualité du sol - Détermination de la pression d’eau
dans les pores - Méthode du tensiomètre
NOTE 1 Des définitions supplémentaires sont données
1 Domaine d’application
en E.2, uniquement pour information.
La présente Norme internationale prescrit les métho-
2.1 pression d’eau dans les pores: Somme des
des pour la détermination, à l’aide de tensiomètres,
pressions matricielle et pneumatique.
de la pression d’eau dans les pores, dans des sols non
saturés ou saturés. Ces méthodes sont applicables
NOTES
aux mesurages in situ de la pression d’eau dans les
pores, ainsi qu’à la surveillance de la pression d’eau
2 La pression d’eau dans les pores est aussi appelée
dans les pores dans, par exemple, des pots de plantes
pression du tensiomètre.
ou des carottes de sol utilisées dans des procédures
expérimentales. 3 La pression d’eau dans les pores représente la somme
des pressions relevant des forces interfaciales s’exerçant
Aux pressions atmosphériques normales, c’est-à-dire entre l’eau, l’air et la phase solide du sol (pression matri-
cielle), la partie de la masse du matériau supérieur qui n’est
aux alentours de 100 kPa, l’emploi de ces méthodes
pas apportée par la structure du sol et qui par conséquent
est limité à une gamme de pressions d’eau dans les
est apportée par l’eau du sol (pression géostatique; souvent
pores allant jusqu’à environ - 85 kPa. Cette gamme
considérée comme une partie de la pression matricielle) et
se trouve encore réduite à des pressions atmosphéri-
la pression locale de l’air dans le sol (pression pneumatique).
ques plus faibles. Les tensiomètres ne fonctionnent
Dans la plupart des cas, les pressions géostatique et pneu-
pas s’il règne à la profondeur des mesurages des
matique sont égales à zéro.
températures inférieures à zéro. La précision des
mesures est influencée par les fluctuations de tem-
2.2 pression matricielle: Quantité de travail néces-
pérature du sol et de l’air. Le temps de réponse d’un
saire au transfert réversible et isotherme d’une quan-
tensiomètre s’échelonne entre quelques secondes et
tité infinitésimale d’eau, de composition identique à
plusieurs jours. II est nécessaire de vérifier régu-
celle de l’eau du sol, à partir d’un gisement d’eau à
lièrement le bon fonctionnement des tensiomètres
l’altitude et à la pression gazeuse externe du point
pour obtenir des mesurages fiables.
considéré, jusqu’à l’eau du sol au point considéré, di-
visée par le volume d’eau transportée.
VU le caractère ponctuel des mesurages de la pres-
sion d’eau dans les pores effectués par un
tensiomètre, il est nécessaire d’en prévoir plusieurs
2.3 pression pneumatique: Quantité de travail né-
pour mesurer la pression d’eau dans les pores à plu-
cessaire au transfert réversible et isotherme d’une
sieurs profondeurs. Sur le terrain, il faudra des en-
quantité infinitésimale d’eau, de composition identi-
sembles d’instruments identiques si l’on veut tenir
que à celle de l’eau du sol, à partir d’un gisement
compte de la variabilité spatiale du sol.
d’eau à pression atmosphérique et à l’altitude du point
considéré, jusqu’à un gisement similaire à la pression
gazeuse externe du point considéré, divisée par le
volume d’eau transportée.
2 Définitions
NOTE 4 La pression d’eau du sol peut être considérée
comme une pression équivalente au potentiel d’eau du sol.
Pour les besoins de la présente Norme internationale,
La même chose est applicable a la charge du potentiel d’eau
les définitions suivantes s’appliquent. du sol et à la charge équivalente du potentiel d’eau du sol.
1
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0 ISO
ISO 11276:1995(F)
La relation entre eux est
reuse vers le sol, ou l’eau du sol pénètre dans le
tensiomètre, jusqu’à ce que la pression s’équilibre
wp, = p - h=gmp,
des deux côtés de la paroi poreuse. Une fois cet
où équilibre atteint, la pression de l’eau mesurée, à I’in-
térieur du tensiomètre, après avoir effectué les cor-
Y est le potentiel d’eau du sol, en joules par kilo-
rections relatives à la différence de hauteur entre le
gramme, en masse;
capteur de pression et la bougie, est égale à la pres-
sion d’eau dans les pores du sol au niveau de la bou-
est la pression équivalente au potentiel d’eau
P
.
du sol, en joules par mètre cube, en volume .
w
= 1 N/m* = 1 Pa);
(1 J/m3
4 Appareillage
h est la charge équivalente au potentiel d’eau du
sol, en joules par newton, en force
(1 J/N = 1 m);
4.1 Tensiomètre, en général composé d’une bou-
gie, d’un capillaire de raccord et/ou d’un corps en
est la masse volumique de l’eau, en kilogram-
PW
forme de tube, d’un capteur de pression et d’un dis-
mes par mètre cube;
positif pour expulser tout air qui pourrait s’accumuler
est l’accélération due a la pesanteur, en mètres
à l’intérieur de l’ensemble. Les caractéristiques du
g
par seconde carrée.
modèle dépendent principalement de l’emploi que
l’on veut en faire, à l’intérieur ou à l’extérieur, et du
Dans la présente Norme internationale, les pressions équi-
type de capteur de pression utilisé; on en trouvera des
valentes aux potentiels d’eau du sol sont utilisées. L’unité
exemples à la figure 1. L’annexe B fournit des infor-
de mesure correspondante est le pascal (Pa). On trouvera
mations sur les matériaux utilisés dans le montage
dans le tableau 1 le mode de conversion entre le potentiel
des tensiomètres et sur leur construction.
d’eau du sol et ses pression et charge équivalentes.
4.1.1 Bougie, fabriquée à partir d’un matériau po-
reux dont la pression d’entrée d’air (c’est-à-dire la
3 Principe
pression nécessaire à l’évacuation de l’air à travers la
Un tensiomètre est composé d’une bougie perméable
bougie saturée d’eau) est supérieure en magnitude à
à l’eau reliée à un dispositif de mesurage de la pres-
la plus faible pression d’eau dans les pores mesurée
sion. Les pores des parois de la bougie sont suffi- et à la conductivité hydraulique connue. Le matériau
samment petits pour empêcher la pénétration de l’air doit être rigide et pouvoir résister à la dégradation
lorsqu’elle est humide. La bougie est remplie d’eau. dans le sol. On utilise en général de la céramique non
Lorsque cette dernière est placée dans le sol, l’eau émaillée, des alternatives sont données dans
se trouvant dans le tensiomètre traverse la paroi po- l’annexe B.
Tableau 1 - Tableau de conversion entre le potentiel d’eau du sol, sa pression équivalente et sa charge
équivalente
Pression équivalente
Charge équivalente Potentiel
Paramètre à convertir
Pa m
J/kg
Pression équivalente (Pa) 1
0,102 0 x lo-3 1 o-3
Charge équivalente (m) 9 807
1 9,807
Potentiel (J/kg) 103
0,102 0 1
NOTES
1 Pour obtenir un potentiel OU son équivalent à partir d’un autre équivalent ou potentiel dans la première verticale, multi-
plier par le facteur indique, par exemple:
un potentiel de 1 J/kg a une pression équivalente de 103 Pa et une charge équivalente de 0,102 0 m.
2 Accélération due à la pesanteur = 9,807 m/s*
Masse volumique de l’eau = 1 000 kg/m3
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ISO 11276:1995(F)
Opercule étanche amovible
\
Capillaire de raccord \
\
\n
\- Vacuomètre
I
7 Bouchon encaoutchouc
y.
P
iègeha ir Surface dusol
I l/
Tube formant
Le corps
Valve d'admission
Eaudésaeree
CabLe dutransducteur
(avecevent)
Valve d'évacuation J
Transducteur (ventile ,A
- Bougie -
versl'atmosphke)
a) Tensiomètre simple avec piège h air et b) Tensiomètre h manomètre
capiLLaire de raccord h utiliser avec
UubedeBourdon
capteurde pressiondetype manomètre
2
Raccord visse resistant
Visderaccord
h La pression
pour accessoires
/-Y
Capsule poreuse -\
/ \
Porte-cellule f
/
Corps rempli d'eau
dutensiomètre
Transducteur
1 Partiesupérieureducorps etanche
de pression
2 Partie inferieure du corps remplie d'eau
d)Tensiomètre avectransducteur de oression
c) Petittensiomètre avectransducteur de pression
et système d'évacuation de L'air oour
h utiliser pour Les carottes de SOL
un emploi extérieur
Figure 1 - Éléments princip,aux d’un tensiomètre montés dans divers modèles conçus pour un emploi
sur le terrain ou en laboratoire
3
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0 ISO
ISO 11276:1995(F)
4.1.2 Capillaires de raccord et tube formant le joints adhésifs doivent être réalisés de telle sorte que
corps, composés de matériaux appropriés de faible l’espace vide entre les éléments soit complètement
perméabilité à l’eau et aux gaz, et reliés entre eux par rempli. Les joints qui reposent sur une adaptation
des joints étanches. La connexion du tensiomètre au étroite entre deux matériaux, par exemple les bou-
capteur de pression se fait au moyen de capillaires ri- chons, doivent être de dimensions correctes et avoir
gides ou semi-rigides. Le tube formant le corps peut, une surface de contact la plus large possible.
en partie ou entièrement, servir de capillaire de rac-
Le système étant utilisé en milieu humide, tous les
cord.
matériaux choisis doivent pouvoir résister à I’humi-
dité. Cela concerne plus particulièrement les adhésifs,
En règle générale, le tube formant le corps bouche la
dont certains peuvent se ramollir ou gonfler (entraî-
cavité se trouvant au-dessus ou derrière la bougie du
nant une défaillance des pièces collées) en milieu hu-
tensiomètre après son insertion dans le sol. Ce doit
être un tube rigide du même diamètre extérieur que mide.
la bougie. Dans beaucoup de modèles, il est rempli
L’emploi d’un tensiomètre de conception nouvelle ou
d’eau, tandis que dans d’autres, il sert de protection
de matériaux qui n’ont pas fait leurs preuves doit
à d’autres capillaires plus fins reliés à la bougie et/ou
s’accompagner d’une vérification de points éventuels
à des câbles connectés à un transducteur de pression
de fuite sous pression et/ou sous vide avant leur mise
situé derrière la bougie.
en place. On recommande ces mesures de précaution
pour toutes les installations.
4.1.3 Capteurs de pression. Les tensiomètres sont
équipés de divers types de capteurs de pression, les
5 Mode opératoire
plus courants étant les manomètres au mercure, les
manomètres à tube de Bourdon et les transducteurs
électriques de pression. On autorise l’emploi d’autres
. Installation des tensiomètres
51
types de manomètres. Le degré de précision avec le-
quel on peut mesurer la pression de l’eau à l’intérieur
On peut installer les tensiomètres verticalement ou
d’un tensiomètre est fonction de la précision du cap-
horizontalement, selon les objectifs à réaliser. Placer
teur de pression.
chaque tensiomètre de manière que le centre de la
bougie soit à la profondeur où le mesurage est requis.
L’annexe A donne des détails de montage et d’em-
Faire en sorte que le sol entourant le tensiomètre
ploi des manomètres au mercure équipant les
garde le plus possible son intégrité, en surface
tensiomètres. Les autres types de capteurs de pres-
comme en profondeur. Maximiser le contact entre la
sion sont décrits dans l’annexe C.
bougie et le sol tout en évitant au maximum d’enduire
le sol autour de la bougie.
La précision des tensiomètres équipés d’un mano-
mètre à tube de Bourdon ou d’un transducteur de
NOTE 6
En règle générale, un trou du même diamètre
pression doit être vérifiée avant la mise en place et,
que celui du tensiomètre est soigneusement foré et le
par la suite, au moins une fois par an.
tensiomètre y est inséré. L’annexe D donne des détails de
méthodes alternatives pour la préparation des trous, en ex-
NOTE 5 La précision des instruments destinés à un em-
térieur, destines à recevoir des tensiomètres. Lors de I’ins-
ploi sur le terrain peut être testée à l’aide d’un manomètre
tallation d’un tensiomètre dans des pots de plantes, des
au mercure de référence. II est possible de tester un
carottes de sol, des lysimètres, etc., il faut le plus souvent
tensiomètre sans avoir a le démonter, en intercalant une
suivre des méthodes similaires à celles décrites dans I’an-
pièce en l(T)) sur le capillaire de raccord. Lorsque cela est
nexe D, mais à une échelle plus réduite.
nécessaire, un autre capillaire de raccord est fixe pour rac-
corder un manomètre au mercure. Lorsque les besoins du
II faut prendre des soins particuliers pour protéger le
laboratoire exigent un degré de précision encore plus ri-
système du tensiomètre contre les fluctuations de
goureux, il faut prévoir un appareillage d’essai spécialisé.
température. En effet, ces fluctuations provoquent
une expansion et une contraction thermiques des
éléments du système et de l’eau qu’ils contiennent,
4.2 Montage du tensiomètre
affectant ainsi le mesurage de la pression. Sur le ter-
Les détails sur les matériaux utilisés dans la rain, toutes les pièces exposées du tensiomètre doi-
construction des tensiomètres et sur leur construction
vent, dans la mesure du possible, être à l’abri des
sont donnés dans l’annexe B. Etant donné que I’inté-
rayons solaires. (Cela afin de diminuer les pertur-
rieur d’un tensiomètre installé dans un sol non saturé
bations thermiques et afin de prolonger la durée de
est sous vide partiel, il est impératif de rendre étanche
vie des composants). II faut aussi prendre soin d’em-
tous les points de fuite possibles. Le nombre de joints
pêcher tout ruissellement des eaux de pluie ou d’irri-
dans le système doit être réduit au minimum. Les
gation le long des parois du tensiomètre jusqu’à la
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Q ISO ISO 11276:1995(F)
entre les relevés dépasse une semaine, il faudra procéder
bougie. Le matériel et l’entourage du tensiomètre
souvent a la vérification de fonctionnement du manomètre
doivent être protégés des rongeurs et autres ani-
et des tensiomètres à manomètre à tube de Bourdon avant
maux.
de pouvoir obtenir des relevés qui soient fiables. Pour atté-
nuer les effets des fluctuations diurnes de la température
et les oscillations de la pression d’eau dans les pores dues
5.2 Préparation des tensiomètres pour
à l’extraction d’eau par les plantes, il est préférable de faire
emploi
un relevé des mesures a la même heure de chaque jour
prévu pour leur surveillance si la fréquence de lecture est
journalier-e ou moins.
5.2.1 Désaération de l’eau
Éliminer l’air dissous dans l’eau utilisée dans le
5.4 Vérification du fonctionnement et
tensiomètre soit en la faisant bouillir, soit au moyen
maintenance des tensiomètres
d’un système de mise sous vide. Conserver l’eau ainsi
traitée de manière qu’elle ne puisse entrer en contact
L’accumulation d’air dans les tensiomètres est le
avec l’air. Verser l’eau désaérée soigneusement et
problème périodique le plus courant. Les appareils qui
régulièrement pour minimiser tout contact avec l’air.
sont équipés d’un capteur de pression placé derrière
la bougie sont moins sujets à ce genre de problème,
5.2.2 Remplissage du système avec de l’eau
bien qu’il soit nécessaire de s’assurer que I’accumu-
lation d’air est minimisée par des purges occasion-
II est impératif, lors du remplissage du système à
nelles, surtout si les pressions d’eau dans les pores
l’aide d’eau désaérée, d’éviter tout emprisonnement
sont faibles.
d’air à l’intérieur de l’appareil. Sur le terrain, purger les
systèmes de tensiomètre à manomètre de mercure Dans d’autres types d’appareils, les petites bulles d’air
comme décrit dans l’annexe A. emprisonnées dans le piège à air n’affectent pas la
précision du tensiomètre, mais en revanche prolon-
Lors d’expériences en laboratoire, il est préfé-
NOTE 7
gent son temps de réponse. Le tensiomètre doit être
rable de ne pas purger le système, car cela aurait des ré-
rempli d’eau désaérée. lorsque le volume de la bulle
percussions sur l’équilibre hydraulique d’une carotte de sol.
le piège à air est supérieur à
La marche à suivre est la même
II est possible d’éliminer l’air des systèmes installés
sur le terrain, équipés de manomètres à tube de
Bourdon ou de transducteurs électriques de pression,
Des valeurs faibles en permanence (c’est-à-dire très
à l’aide d’une pompe à vide. Cela provoque I’expan-
négatives) peuvent être dues à un mauvais contact
sion de l’air dans le système et son dégagement.
avec le sol ou à des fuites dans le système. Dans ce
L’eau remplace l’air à la libération du vide. II faut par-
dernier cas, un volume important d’air s’accumule
plusieurs cycles d’évacuation et de
fois
dans le tensiomètre. Si l’on suspecte l’un ou l’autre
repressurisation pour éliminer tout l’air.
de ces problèmes, il faut sortir le tensiomètre et le
réparer.
5.3 Relevé des mesures sur un tensiomètre
II faut procéder au moins une fois par semaine à des
vérifications et, le cas échéant, à des travaux d’entre-
II est important d’attendre que le tensiomètre ait at-
tien.
teint l’équilibre hydraulique avant de faire les lectures.
NOTES
6 Expression des résultats
8 Dans un sol humide et grossier, on peut faire une lecture
fiable dans l’heure qui suit ou même plus rapidement, tandis
6.1 Méthode de calcul
que dans un sol sec il faut peut-être plusieurs jours. Sur le
terrain, après la mise en place ou l’entretien, il est recom-
La valeur relevée sur le capteur de pression donne la
mandé qu’un intervalle d’au moins 4 h et de préférence
somme des pressions dans la bougie du tensiomètre
16 h (une nuit) soit respecté avant de faire les lectures sur
ainsi que celle de la colonne d’eau entre le capteur
le tensiométre.
de pression et la bougie (voir figure 2). La pression
9 La fréquence des relevés dépend des objectifs à réali- d’eau dans les pores du sol au niveau de la bougie se
ser. Dans les premiers 0,5 m ou plus, les valeurs relevées
calcule à l’aide de la formule suivante:
changeront rapidement en raison des précipitations (échelle
horaire) et un peu moins rapidement en raison de I’évapo-
ration (échelle quotidiennne). Les changements seront plus
lents aux niveaux plus profonds. Cependant, si l’intervalle où
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0 ISO
SS0 11276:1995(F)
est la pression d’eau dans les pores, en
Tous les systèmes de tensiomètres demandent un
PP
pascals, au niveau du mesurage, c’est-à- certain délai avant de s’équilibrer avec le milieu exté-
dire de la bougie; rieur. Ce temps de réponse dépend
est la pression, en pascals, de l’eau dans
- du type de capteur de pression, qui détermine le
PX
le capteur de pression en équilibre avec la
volume d’eau déplacé pour un changement donné
bougie, relative à la pression atmosphéri-
du potentiel du sol;
que;
- de la capacité du tensiomètre lui-même;
est la distance verticale, en mètres, entre
a
le capteur de pression et la bougie;
- de la conductivité hydraulique du matériau poreux
de la bougie;
est la masse volumique de l’eau, en kilo-
PW
grammes par mètre cube (environ
- de la surface de contact de la bougie.
1 000 kg/m3);
En outre, dans un sol donné, le contact avec le sol et
est l’accélération due à la pesanteur, en
g
la conductivité hydraulique du sol, qui est une fonction
seconde carrée (environ
mètres par
de la teneur en eau du sol, ont une influence sur le
9,81 m/s*).
temps de réponse.
6.2 Précision
En ne laissant pas suffisamment de temps au
tensiomètre et au système de capteur de pression
II est impossible d’évaluer exactement la précision
pour s’équilibrer avec le sol, après une première mise
d’un mesurage par un tensiomètre de la pression
en place ou une vérification de fonctionnement, on
d’eau dans les pores. Plusieurs facteurs interviennent,
relève une pression supérieure à la pression d’eau
individuellement ou en combinaison, et affectent la
dans les pores (c’est-à-dire moins négative). En outre,
précision, c’est-à-dire dans quelle mesure la pression
ou de surcroît, la pression peut changer rapidement
dans le tensiomètre diffère de la pression réelle d’eau
en raison, par exemple, d’un front humide se dépla-
dans les pores au niveau de la bougie. La précision
çant dans le sol, auquel cas il est impossible d’obtenir
des mesurages de la pression de l’eau à l’intérieur du
un équilibre entre le sol et le tensiomètre.
tensiomètre dépend de la précision du système de
capteur de pression utilisé.
Composants de la pression mesurée par un capteur fixé à un tensiomètre
Figure 2 -
---------------------- Page: 8 ----------------------
0 ISO
ISO 11276:1995(F)
e) les pressions mesurées, en kilopascals, en fonc-
7 Rapport d’essai
tion de la profondeur et du temps;
i doit contenir les informations sui-
Le rapport d
f) toute remarque ayant une importance pour I’in-
vantes:
terprétation des résultats, comme la dernière
purge d’air des tensiomètres, et des observations
une référence à la présente Norme internationale;
a)
sur les conditions météorologiques ou hydro-
une description précise de l’endroit où sont ef- logiques avant et pendant les mesurages;
b)
fectués les mesurages et du profil du sol;
g) tout détail particulier ayant été relevé au cours des
c) une description détaillée des tensiomètres et
mesurages;
capteurs de pression utilisés;
h) des détails sur toute manipulation pertinente qui
d) la profondeur des tensiomètres et une description n’aurait pas été précisée par la présente Norme
précise de l’installation; internationale, ou considérée comme facultative.
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ISO 11276:1995(F)
Annexe A
(normative)
Montage et emploi des manomètres au mercure
et 2,0 mm environ, être peu perméable aux gaz et à
A. 1 Introduction
l’eau et être d’une transparence suffisante pour pou-
voir observer facilement l’interface eaulmercure.
- Le mercure étant un produit
AVERTISSEMENT
Quant à sa paroi interne, elle doit être lisse afin de
toxique pour les êtres humains, les animaux et
réduire au minimum toute collecte de saletés à I’inté-
l’environnement, il faut donc prendre des précau-
rieur du capillaire.
tions particulières lors de l’emploi des manomè-
tres au mercure. Tout utilisateur doit être
NOTE 11 Le polyamide 12 et le polyamide 66 (les deux
conscient de la nature du danger et connaître la
étant des types de nylon) et le verre pour tubes capillaires
marche à suivre pour éviter les déversements de
sont des matériaux convenables. Les deux types de nylon
mercure et pour les nettoyer au cas où ils se pro-
conviennent aussi pour faire des capillaires de raccord (voir
duiraient.
9.4).
Le manomètre au mercure convient à de nombreuses
Le capillaire du manomètre est monté sur une échelle
applications. À une température constante, comme
graduée en petites unités, souvent des millimètres. II
dans un laboratoire, il est possible de mesurer la
ne doit pas y avoir d’espace entre les deux afin de
pression de l’eau dans le tensiomètre avec autant de
minimiser les erreurs de parallaxe lors de la lecture
précision que le niveau de mercure peut l’être sur une
du niveau de mercure.
échelle graduée, c’est-à-dire avec une précision de
0,l kPa. Sur le terrain, la précision d’un manomètre La partie inférieure du capillaire du manomètre trempe
au mercure est d’environ 0,4 % plus une erreur de dans un réservoir de mercure qui est pourvu d’un
0,l kPa due à la parallaxe. Les manomètres au mer- couvercle pour empêcher les déversements. L’extré-
cure ont l’avantage d’être simples à réaliser, à un prix mité du capillaire doit être coupée en biseau pour
relativement bas. permettre le libre écoulement du mercure. Il est re-
commandé de fixer un plateau au-dessus du réservoir
à mercure pour éviter que le mercure se répande.
A.2 Montage
NOTE 12 La surface du réservoir doit être suffisamment
La figure A.1 représente trois manomètres au mer-
large pour permettre au niveau de mercure de ne pas des-
cure dotés d’un réservoir commun et montés sur un
cendre de plus de 2 mm lorsque tous les capillaires du ma-
panneau. Chaque manomètre est relié au tensiomètre
nomètre, qui partagent le même réservoir, ont 600 mm de
par un capillaire de raccord.
mercure à l’intérieur. Cela implique que la surface du réser-
voir doit être plus de 300 fois les surfaces combinées des
NOTE 10 Lorsqu’il faut prévoir une série de plusieurs
sections des capillaires du manomètre. Si le réservoir est
tensiomètres dans un profil de sol, il est préférable de
plus petit, on peut faire un relevé du niveau de mercure
monter les manomètres sur le même panneau et d’avoir un
chaque fois que l’on effectue des mesurages et appliquer
réservoir commun de manière que toutes les mesures
par la suite les corrections qui s’imposent. Le réservoir doit
soient fondées sur les mêmes données.
être conçu de telle manière que l’extrémité de chaque ca-
pillaire du manomètre soit bien séparée de l’extrémité des
Si le capillaire du manomètre ne fait pas partie inté-
autres capillaires qui lui sont adjacents, cela afin d’éviter le
grante du capillaire de raccord, il faut prendre des
passage d’air ou d’eau de l’un à l’autre pendant les travaux
précautions particulières pour que le joint entre les de vérification. Le couvercle doit être ventilé pour assurer
que le mercure subit les changements de pression atmo-
deux soit étanche aux gaz. Le capillaire du manomètre
sphérique.
doit avoir un diamètre interne compris entre 0,5 mm
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ISO 11276:1995(F)
Capillair ederaccord
\
- Échelle graduée
i-
Panneau
Capillaire du
manomètre
Couvercle
k&- Réservoir demercure
Mercure /
- Système de manomètre au mercure utilisé avec les tensiomètres
Figure A.1
NOTE 13 Le capillaire de raccord peut être encastré dans
MESURES DE SÉCURITÉ - En cas de déver-
un autre capillaire, et le panneau coffré avec les capillaires
sement du mercure, il doit être immédiatement
du manomètre à l’intérieur d’une boîte de couleur plus
nettoyé soigneusement. En cas de déversement
claire, équipée d’une porte pour permettre les mesurages.
sur le terrain, tout sol ou toute végétation conta-
Ainsi, l’équipement dans son ensemble est à l’abri du soleil.
minés doivent être enlevés et amenés à un spé-
Pour plus de sécurité, la boîte doit rester verrouillée lorsque
cialiste des produits de rebut dangereux qui se
les manomètres ne font pas l’objet de services particuliers.
chargera de leur recyclage.
Les capillaires de raccord ne doivent pas être plus
Les capillaires du manomètre, l’échelle graduée et le
longs que nécessaire et, en extérieur, être retenus
réservoir doivent être montés sur un panneau rigide,
pour éviter qu’ils ne se déplacent sous l’action du
vertical, de manière que les graduations soient hori-
vent, ce qui pourrait provoquer une oscillation des ni-
zontales. Les capillaires du manomètre doivent être
veaux de mercure. L’extrémité de chaque capillaire
fixés solidement au panneau et à l’échelle graduée,
de raccord doit se terminer à l’intérieur du corps du
de manière qu’ils soient bien à plat contre cette der-
tensiomètre, à proximité de son fond afin d’assurer
nière. Pour les emplois en extérieur, le panneau doit
qu’il y ait une colonne d’eau ininterrompue de la bou-
être constitué d’un matériau qui résiste à la distorsion,
gie à la surface du mercure dans le capillaire du ma-
compte tenu des conditions ambiantes extrêmes. Le
nomètre. II faut prendre des soins particuliers pour
panneau lui-même doit être ancré en place, de ma-
que les capillaires de raccord ne puissent empêcher
nière à ne pas pouvoir être déplacé, par le vent par
l’écoulement des fluides en se collant à la bougie; il
exemple.
suffit pour cela de les couper en biseau.
II doit être orienté de telle manière que les gra-
duations et les capillaires du manomètre soient à l’abri
du soleil.
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0 ISO
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