Soil quality -- Determination of hydraulic conductivity of saturated porous materials using a flexible wall permeameter

This International Standard specifies a test method for laboratory measurement of the hydraulic conductivity of water-saturated porous materials using a flexible wall permeameter. This International Standard is applicable to undisturbed or compacted specimens that have a hydraulic conductivity between 1 × 10-5 m/s (1 × 10-3 cm/s) and 1 × 10-11 m/s (1 × 10-9 cm/s). Typical soil types falling in this category are clay, clay and sand tills, silt, peat, mud, etc.

Qualité du sol -- Détermination de la conductivité hydraulique de matériaux poreux saturés à l'aide d'un perméamètre à paroi flexible

L'ISO 17313:2004 spécifie une méthode d'essai pour les mesurages en laboratoire de la conductivité hydraulique de matériaux poreux saturés en eau au moyen d'un perméamètre à paroi flexible.
L'ISO 17313:2004 est applicable aux éprouvettes non remaniées ou consolidées dont la conductivité hydraulique est comprise entre 1 x 10-5 m/s (1 x 10-3 cm/s) et 1 x 10-11 m/s (1 x 10-9 cm/s). Les sols types entrant dans cette catégorie sont l'argile, les dépôts d'argile et de sable, le limon, la tourbe, les sédiments, etc.

Kakovost tal – Določanje hidravlične prevodnosti v nasičenih poroznih materialih s permeametrom s prožno membrano

General Information

Status
Published
Publication Date
30-Nov-2006
Withdrawal Date
30-Nov-2006
Technical Committee
Current Stage
6060 - National Implementation/Publication (Adopted Project)
Start Date
01-Dec-2006
Due Date
01-Dec-2006
Completion Date
01-Dec-2006

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ISO 17313:2004 - Soil quality -- Determination of hydraulic conductivity of saturated porous materials using a flexible wall permeameter
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17313
First edition
2004-07-01
Soil quality — Determination of hydraulic
conductivity of saturated porous
materials using a flexible wall
permeameter
Qualité du sol — Détermination de la conductivité hydraulique de
matériaux poreux saturés à l'aide d'un perméamètre à paroi flexible
Reference number
ISO 17313:2004(E)
ISO 2004
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 17313:2004(E)
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© ISO 2004

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Fax + 41 22 749 09 47
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Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2004 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 17313:2004(E)
Contents Page

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

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

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

2 Terms and definitions........................................................................................................................... 1

3 Significance and use ............................................................................................................................ 1

4 Reagents ................................................................................................................................................ 2

5 Apparatus .............................................................................................................................................. 2

6 Test specimen ....................................................................................................................................... 5

6.1 Specimen dimensions .......................................................................................................................... 5

6.2 Undisturbed specimen ......................................................................................................................... 5

6.3 Laboratory-compacted specimen ....................................................................................................... 5

6.4 Other preparation methods.................................................................................................................. 6

7 Procedure .............................................................................................................................................. 6

7.1 Specimen set-up ................................................................................................................................... 6

7.2 Specimen soaking................................................................................................................................. 6

7.3 Back-pressure saturation..................................................................................................................... 6

7.4 Consolidation ........................................................................................................................................ 7

7.5 Permeation............................................................................................................................................. 8

7.6 Final dimensions of the specimen ...................................................................................................... 9

8 Calculation............................................................................................................................................. 9

8.1 Tests at constant head and constant flow rate (Methods A and D)................................................. 9

8.2 Falling-head tests................................................................................................................................ 10

9 Test report ........................................................................................................................................... 12

Bibliography ..................................................................................................................................................... 13

© ISO 2004 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 17313:2004(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies

(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO

technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been

established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and

non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the

International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.

The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards

adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an

International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent

rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

ISO 17313 was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee SC 5, Physical

methods.
iv © ISO 2004 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 17313:2004(E)
Introduction

The rate of water flow through the soil is of considerable importance in many aspects of agricultural and urban

life. The entry of water into soil, the movement of water to plant roots, the flow of water to drains and wells,

and the evaporation of water from the soil surface are but a few of the obvious situations in which the rate of

water flow plays an important role. Also in cases of soil pollution and polluted groundwater, prediction of the

rate of movement of soil water is of great importance in obtaining information about the spreading of

pollutants.

The soil properties that determine the behaviour of soil water flow systems are the hydraulic conductivity and

water retention characteristics. The hydraulic conductivity of soil is a measure of its ability to transmit water.

The water retention characteristics are an expression of its ability to store water. These properties determine

the response of a soil water system to imposed boundary conditions.
© ISO 2004 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 17313:2004(E)
Soil quality — Determination of hydraulic conductivity of
saturated porous materials using a flexible wall permeameter
1 Scope

This International Standard specifies a test method for laboratory measurement of the hydraulic conductivity of

water-saturated porous materials using a flexible wall permeameter.

This International Standard is applicable to undisturbed or compacted specimens that have a hydraulic

−5 −3 −11 −9

conductivity between 1 × 10 m/s (1 × 10 cm/s) and 1 × 10 m/s (1 × 10 cm/s). Typical soil types falling

in this category are clay, clay and sand tills, silt, peat, mud, etc.
2 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
2.1
hydraulic conductivity

rate of discharge of water under laminar flow conditions through a unit cross-sectional area of a porous

medium under a unit hydraulic gradient and standard temperature conditions (usually 20 °C)

2.2
pore volume of flow

cumulative quantity of flow into a test specimen divided by the volume of voids in the specimen

2.3
hydraulic gradient
change in total hydraulic head of water per unit distance of flow
3 Significance and use

This test method applies to the one-dimensional, laminar flow of water from bottom to top within porous

materials such as soil and rock.

The hydraulic conductivity of porous materials generally decreases with an increasing amount of air in the

pores of the material. This test method applies to water-saturated porous materials containing almost no air.

This test method applies to permeation of porous materials with water. Permeation with other liquids, such as

chemical wastes, can be accomplished using procedures similar to those described in this test method.

However, this test method is only intended for use when water is the permeant liquid.

It is assumed that Darcy's law is valid and that the hydraulic conductivity is essentially unaffected by hydraulic

gradient. The validity of Darcy's law can be evaluated by measuring the hydraulic conductivity of the specimen

at three hydraulic gradients; if all measured values are similar (within about 25 %), then Darcy's law may be

taken as valid. However, when the hydraulic gradient acting on a test specimen is changed, the state of stress

will also change, and, if the specimen is compressible, the volume of the specimen will change. Thus, some

© ISO 2004 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 17313:2004(E)

change in hydraulic conductivity can occur when the hydraulic gradient is altered, even in cases where

Darcy's law is valid.

Normally, hydraulic conductivity measured by laboratory testing is different from large-scale field-test results.

The reason is that samples of the size described in this International Standard are representative for

homogeneous soil, but seldom for stratified, fissured or other non-homogeneous soil. In order to obtain results

representing the hydraulic conductivity in the field in these cases, large-scale samples or field-testing shall be

considered.
4 Reagents
4.1 Permeant water, as specified by the requester.

If no specification is made, tap water shall be used for the permeant liquid. The type of water utilized shall be

indicated in the test report.
4.2 De-aerated water.

To avoid introducing air, and to aid in removing as much air from the test specimen as possible, de-aerated

water shall be used. To prevent dissolution of air back into the water, de-aerated water shall not be exposed

to air for prolonged periods.
5 Apparatus
5.1 Hydraulic system

Constant head (Method A), falling head (Methods B and C), or constant rate of flow (Method D) systems may

be utilized provided they meet the criteria outlined as follows.
a) Constant head (Method A)

The system shall be capable of maintaining constant hydraulic pressure. Pressures shall be measured by

a pressure gauge, electronic pressure transducer or any other device of suitable accuracy.

b) Falling head

The system shall allow for measurement of the loss of applied head. The head loss shall be measured

with a pressure gauge, electronic pressure transducer, engineer's scale, graduated pipette, or any other

device of suitable accuracy. Falling head tests may be performed with either a constant tail water

elevation (Method B) or a rising tail water elevation (Method C).
c) Constant rate of flow (Method D)

The system shall be capable of maintaining a constant rate of flow through the specimen to within ± 5 %

or better. Flow measurement shall be by calibrated syringe, graduated pipette, or other device of suitable

accuracy.

The hydraulic system shall be designed to facilitate rapid and complete removal of free air bubbles from flow

lines.

The hydraulic system shall have the capability to apply back-pressure to the specimen to facilitate saturation.

The back-pressure may be provided by a compressed gas supply, a deadweight acting on a piston, or any

other method capable of applying and controlling the back-pressure to the tolerance required.

The above-mentioned test methods are considered equivalent. The accuracy of the test results depends on

the instruments used.
2 © ISO 2004 – All rights reserved
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 17313:2004(E)
5.2 Flow measurement system.

Both inflow and outflow volumes shall be measured, unless the lack of leakage, continuity of flow and

cessation of consolidation or swelling can be verified by other means. Flow volumes shall be measured by a

graduated accumulator, graduated pipette or vertical standpipe in conjunction with an electronic pressure

transducer or other column-measuring device of suitable accuracy.

Head losses in the tubes, valves, porous end pieces, and filter paper may lead to error, and shall be less than

10 % of the head loss of the sample.
5.3 System for pressurizing the permeameter cell.

The pressurizing system may consist of a reservoir connected to the permeameter cell and partially filled with

de-aerated water, with the upper part of the reservoir connected to a compressed gas supply or other source

of pressure. The gas pressure shall be controlled by a pressure regulator and measured by a pressure gauge,

electronic pressure transducer or any other device capable of measuring to the tolerance required. A hydraulic

system pressurized by deadweight acting on a piston or any other pressure device capable of applying and

controlling the permeameter cell pressure to the tolerance required may be used.

5.4 Permeameter cell, in which the specimen and porous end pieces, enclosed by a membrane sealed to

the cap and base, are subjected to controlled fluid pressures.

A cell (5) in a typical permeameter system is shown in Figure 1. The permeameter cell may allow for

observation of changes in height (l ) of the soil sample.

In order to facilitate gas removal, and thus saturation of the hydraulic system, drainage lines lead to the test

specimen, to the base and top cap. The drainage lines shall be controlled by no-volume-change valves, such

as ball valves, and shall be designed to minimize dead space in the lines.

5.5 Top cap and base, impermeable and rigid, to support the specimen and provide for transmission of

permeant liquid to and from the specimen.

5.6 Flexible membrane, used to encase the specimen and provide reliable protection against leakage.

The membrane shall be carefully inspected prior to use, and if any flaws or pinholes are evident, the

membrane shall be discarded. To minimize restraint of the specimen, the diameter or width of the unstretched

membrane shall be between 90 % and 95 % that of the specimen. The membrane shall be sealed to the

specimen base and cap by rubber O-rings for which the unstressed, inside diameter is less than 90 % of the

diameter of the base and cap, or by any other method that will produce an adequate seal.

5.7 Porous end pieces, of silicon carbide, aluminium oxide, or other material that is not attacked by the

specimen or permeant liquid.

The end pieces shall have plane and smooth surfaces and be free of cracks, chips and non-uniformities. They

shall be checked regularly to ensure that they are not clogged. The hydraulic conductivity of the porous end

pieces shall be significantly greater than that of the specimen to be tested.

5.8 Filter paper (optional), to prevent intrusion of material into the pores of the porous end pieces.

If necessary, one or more sheets of filter paper shall be placed between the top and bottom porous end pieces

and the specimen. The paper shall have a negligibly small hydraulic resistance.

5.9 Equipment (including compactor and mould) suitable for compacting a specimen by the method of

compaction specified by the requester.
5.10 Sample extruder.

When the material being tested is a soil core, the soil core shall usually be removed from the sampler with an

extruder.
© ISO 2004 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 17313:2004(E)
Key
1 observation of changes of height
2 cell
3 porous end piece
4 soil test specimen
5 cell
6 cell pressure line
7 inlet line
8 outlet line
9 vent
Figure 1 — Schematic diagram of a typical permeameter system
4 © ISO 2004 – All rights reserved
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 17313:2004(E)
5.11 Equipment for trimming the specimen to the desired dimensions.
This eq
...

6/29(16., 6,67,62
67$1'$5'
GHFHPEHU
.DNRYRVWWDO±'RORþDQMHKLGUDYOLþQHSUHYRGQRVWLYQDVLþHQLKSRUR]QLK
PDWHULDOLKVSHUPHDPHWURPVSURåQRPHPEUDQR

6RLOTXDOLW\'HWHUPLQDWLRQRIK\GUDXOLFFRQGXFWLYLW\RIVDWXUDWHGSRURXVPDWHULDOV

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,&6 5HIHUHQþQDãWHYLOND

6,67,62 HQ
!"#$%&’( )&!*+,%- .
---------------------- Page: 1 ----------------------
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17313
First edition
2004-07-01
Soil quality — Determination of hydraulic
conductivity of saturated porous
materials using a flexible wall
permeameter
Qualité du sol — Détermination de la conductivité hydraulique de
matériaux poreux saturés à l'aide d'un perméamètre à paroi flexible
Reference number
ISO 17313:2004(E)
ISO 2004
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ISO 17313:2004(E)
Contents Page

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

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

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

2 Terms and definitions........................................................................................................................... 1

3 Significance and use ............................................................................................................................ 1

4 Reagents ................................................................................................................................................ 2

5 Apparatus .............................................................................................................................................. 2

6 Test specimen ....................................................................................................................................... 5

6.1 Specimen dimensions .......................................................................................................................... 5

6.2 Undisturbed specimen ......................................................................................................................... 5

6.3 Laboratory-compacted specimen ....................................................................................................... 5

6.4 Other preparation methods.................................................................................................................. 6

7 Procedure .............................................................................................................................................. 6

7.1 Specimen set-up ................................................................................................................................... 6

7.2 Specimen soaking................................................................................................................................. 6

7.3 Back-pressure saturation..................................................................................................................... 6

7.4 Consolidation ........................................................................................................................................ 7

7.5 Permeation............................................................................................................................................. 8

7.6 Final dimensions of the specimen ...................................................................................................... 9

8 Calculation............................................................................................................................................. 9

8.1 Tests at constant head and constant flow rate (Methods A and D)................................................. 9

8.2 Falling-head tests................................................................................................................................ 10

9 Test report ........................................................................................................................................... 12

Bibliography ..................................................................................................................................................... 13

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ISO 17313:2004(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies

(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO

technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been

established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and

non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the

International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.

The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards

adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an

International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent

rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

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methods.
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ISO 17313:2004(E)
Introduction

The rate of water flow through the soil is of considerable importance in many aspects of agricultural and urban

life. The entry of water into soil, the movement of water to plant roots, the flow of water to drains and wells,

and the evaporation of water from the soil surface are but a few of the obvious situations in which the rate of

water flow plays an important role. Also in cases of soil pollution and polluted groundwater, prediction of the

rate of movement of soil water is of great importance in obtaining information about the spreading of

pollutants.

The soil properties that determine the behaviour of soil water flow systems are the hydraulic conductivity and

water retention characteristics. The hydraulic conductivity of soil is a measure of its ability to transmit water.

The water retention characteristics are an expression of its ability to store water. These properties determine

the response of a soil water system to imposed boundary conditions.
© ISO 2004 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 17313:2004(E)
Soil quality — Determination of hydraulic conductivity of
saturated porous materials using a flexible wall permeameter
1 Scope

This International Standard specifies a test method for laboratory measurement of the hydraulic conductivity of

water-saturated porous materials using a flexible wall permeameter.

This International Standard is applicable to undisturbed or compacted specimens that have a hydraulic

−5 −3 −11 −9

conductivity between 1 × 10 m/s (1 × 10 cm/s) and 1 × 10 m/s (1 × 10 cm/s). Typical soil types falling

in this category are clay, clay and sand tills, silt, peat, mud, etc.
2 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
2.1
hydraulic conductivity

rate of discharge of water under laminar flow conditions through a unit cross-sectional area of a porous

medium under a unit hydraulic gradient and standard temperature conditions (usually 20 °C)

2.2
pore volume of flow

cumulative quantity of flow into a test specimen divided by the volume of voids in the specimen

2.3
hydraulic gradient
change in total hydraulic head of water per unit distance of flow
3 Significance and use

This test method applies to the one-dimensional, laminar flow of water from bottom to top within porous

materials such as soil and rock.

The hydraulic conductivity of porous materials generally decreases with an increasing amount of air in the

pores of the material. This test method applies to water-saturated porous materials containing almost no air.

This test method applies to permeation of porous materials with water. Permeation with other liquids, such as

chemical wastes, can be accomplished using procedures similar to those described in this test method.

However, this test method is only intended for use when water is the permeant liquid.

It is assumed that Darcy's law is valid and that the hydraulic conductivity is essentially unaffected by hydraulic

gradient. The validity of Darcy's law can be evaluated by measuring the hydraulic conductivity of the specimen

at three hydraulic gradients; if all measured values are similar (within about 25 %), then Darcy's law may be

taken as valid. However, when the hydraulic gradient acting on a test specimen is changed, the state of stress

will also change, and, if the specimen is compressible, the volume of the specimen will change. Thus, some

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ISO 17313:2004(E)

change in hydraulic conductivity can occur when the hydraulic gradient is altered, even in cases where

Darcy's law is valid.

Normally, hydraulic conductivity measured by laboratory testing is different from large-scale field-test results.

The reason is that samples of the size described in this International Standard are representative for

homogeneous soil, but seldom for stratified, fissured or other non-homogeneous soil. In order to obtain results

representing the hydraulic conductivity in the field in these cases, large-scale samples or field-testing shall be

considered.
4 Reagents
4.1 Permeant water, as specified by the requester.

If no specification is made, tap water shall be used for the permeant liquid. The type of water utilized shall be

indicated in the test report.
4.2 De-aerated water.

To avoid introducing air, and to aid in removing as much air from the test specimen as possible, de-aerated

water shall be used. To prevent dissolution of air back into the water, de-aerated water shall not be exposed

to air for prolonged periods.
5 Apparatus
5.1 Hydraulic system

Constant head (Method A), falling head (Methods B and C), or constant rate of flow (Method D) systems may

be utilized provided they meet the criteria outlined as follows.
a) Constant head (Method A)

The system shall be capable of maintaining constant hydraulic pressure. Pressures shall be measured by

a pressure gauge, electronic pressure transducer or any other device of suitable accuracy.

b) Falling head

The system shall allow for measurement of the loss of applied head. The head loss shall be measured

with a pressure gauge, electronic pressure transducer, engineer's scale, graduated pipette, or any other

device of suitable accuracy. Falling head tests may be performed with either a constant tail water

elevation (Method B) or a rising tail water elevation (Method C).
c) Constant rate of flow (Method D)

The system shall be capable of maintaining a constant rate of flow through the specimen to within ± 5 %

or better. Flow measurement shall be by calibrated syringe, graduated pipette, or other device of suitable

accuracy.

The hydraulic system shall be designed to facilitate rapid and complete removal of free air bubbles from flow

lines.

The hydraulic system shall have the capability to apply back-pressure to the specimen to facilitate saturation.

The back-pressure may be provided by a compressed gas supply, a deadweight acting on a piston, or any

other method capable of applying and controlling the back-pressure to the tolerance required.

The above-mentioned test methods are considered equivalent. The accuracy of the test results depends on

the instruments used.
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5.2 Flow measurement system.

Both inflow and outflow volumes shall be measured, unless the lack of leakage, continuity of flow and

cessation of consolidation or swelling can be verified by other means. Flow volumes shall be measured by a

graduated accumulator, graduated pipette or vertical standpipe in conjunction with an electronic pressure

transducer or other column-measuring device of suitable accuracy.

Head losses in the tubes, valves, porous end pieces, and filter paper may lead to error, and shall be less than

10 % of the head loss of the sample.
5.3 System for pressurizing the permeameter cell.

The pressurizing system may consist of a reservoir connected to the permeameter cell and partially filled with

de-aerated water, with the upper part of the reservoir connected to a compressed gas supply or other source

of pressure. The gas pressure shall be controlled by a pressure regulator and measured by a pressure gauge,

electronic pressure transducer or any other device capable of measuring to the tolerance required. A hydraulic

system pressurized by deadweight acting on a piston or any other pressure device capable of applying and

controlling the permeameter cell pressure to the tolerance required may be used.

5.4 Permeameter cell, in which the specimen and porous end pieces, enclosed by a membrane sealed to

the cap and base, are subjected to controlled fluid pressures.

A cell (5) in a typical permeameter system is shown in Figure 1. The permeameter cell may allow for

observation of changes in height (l ) of the soil sample.

In order to facilitate gas removal, and thus saturation of the hydraulic system, drainage lines lead to the test

specimen, to the base and top cap. The drainage lines shall be controlled by no-volume-change valves, such

as ball valves, and shall be designed to minimize dead space in the lines.

5.5 Top cap and base, impermeable and rigid, to support the specimen and provide for transmission of

permeant liquid to and from the specimen.

5.6 Flexible membrane, used to encase the specimen and provide reliable protection against leakage.

The membrane shall be carefully inspected prior to use, and if any flaws or pinholes are evident, the

membrane shall be discarded. To minimize restraint of the specimen, the diameter or width of the unstretched

membrane shall be between 90 % and 95 % that of the specimen. The membrane shall be sealed to the

specimen base and cap by rubber O-rings for which the unstressed, inside diameter is less than 90 % of the

diameter of the base and cap, or by any other method that will produce an adequate seal.

5.7 Porous end pieces, of silicon carbide, aluminium oxide, or other material that is not attacked by the

specimen or permeant liquid.

The end pieces shall have plane and smooth surfaces and be free of cracks, chips and non-uniformities. They

shall be checked regularly to ensure that they are not clogged. The hydraulic conductivity of the porous end

pieces shall be significantly greater than that of the specimen to be tested.

5.8 Filter paper (optional), to prevent intrusion of material into the pores of the porous end pieces.

If necessary, one or more sheets of filter paper shall be placed between the top and bottom porous end pieces

and the specimen. The paper shall have a negligibly small hydraulic resistance.

5.9 Equipment (including compactor and mould) suitable for compacting a specimen by the method of

compaction specified by the requester.
5.10 Sample extruder.

When the material being tested is a soil core, the soil core shall usually be removed from the sampler with an

extruder.
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ISO 17313:2004(E)
Key
1 observation of changes of height
2 cell
3 porous end piece
4 soil test specimen
5 cell
6 cell pressure lin
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 17313
Première édition
2004-07-01
Qualité du sol — Détermination de la
conductivité hydraulique de matériaux
poreux saturés à l'aide d'un perméamètre
à paroi flexible
Soil quality — Determination of hydraulic conductivity of saturated
porous materials using a flexible wall permeameter
Numéro de référence
ISO 17313:2004(F)
ISO 2004
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ISO 17313:2004(F)
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Publié en Suisse
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ISO 17313:2004(F)
Sommaire Page

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

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

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

2 Termes et définitions ............................................................................................................................ 1

3 Portée et utilisation............................................................................................................................... 1

4 Réactifs .................................................................................................................................................. 2

5 Appareillage........................................................................................................................................... 2

6 Éprouvette d'essai ................................................................................................................................ 5

6.1 Dimensions de l’éprouvette ................................................................................................................. 5

6.2 Éprouvette non remaniée..................................................................................................................... 6

6.3 Éprouvette consolidée en laboratoire................................................................................................. 6

6.4 Autres méthodes de préparation......................................................................................................... 6

7 Mode opératoire .................................................................................................................................... 6

7.1 Mise en place de l’éprouvette .............................................................................................................. 6

7.2 Présaturation de l'éprouvette .............................................................................................................. 7

7.3 Saturation par contre-pression ........................................................................................................... 7

7.4 Consolidation ........................................................................................................................................ 7

7.5 Application de l'écoulement ................................................................................................................ 8

7.6 Dimensions finales de l’éprouvette................................................................................................... 10

8 Calculs.................................................................................................................................................. 10

8.1 Essais à charge constante et à débit constant (Méthodes A et D) ................................................ 10

8.2 Essais à charge décroissante............................................................................................................ 11

9 Rapport d’essai ................................................................................................................................... 13

Bibliographie .................................................................................................................................................... 14

© ISO 2004 – Tous droits réservés iii
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ISO 17313:2004(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de

normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée

aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du

comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non

gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec

la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.

Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,

Partie 2.

La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes

internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur

publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres

votants.

L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne

pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.

L'ISO 17313 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 190, Qualité du sol, sous-comité SC 5, Méthodes

physiques.
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ISO 17313:2004(F)
Introduction

Le débit d'eau dans le sol est d'une importance considérable pour de nombreux aspects liés à la vie agricole

et urbaine. La pénétration de l'eau dans le sol, le mouvement de l'eau vers les racines des plantes,

l'écoulement de l'eau vers les drains et les puits, ainsi que l'évaporation de l'eau de la surface du sol ne sont

que quelques exemples des situations évidentes dans lesquelles le débit d'eau joue un rôle majeur. La

prévision du taux de mouvement de l'eau du sol est également un facteur déterminant en cas de pollution du

sol ou en présence d'eaux souterraines polluées car elle permet d'obtenir des connaissances sur la diffusion

des polluants.

Les propriétés du sol qui déterminent le comportement des réseaux d'écoulement d'eau du sol sont la

conductivité hydraulique et la caractéristique de rétention en eau. La conductivité hydraulique du sol est une

mesure de la capacité de ce sol à transmettre l'eau. La caractéristique de rétention en eau est une expression

de sa capacité à stocker l'eau. Ces propriétés déterminent la réponse d'un réseau d'écoulement d'eau du sol

à des conditions aux limites imposées.
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NORME INTERNATIONALE ISO 17313:2004(F)
Qualité du sol — Détermination de la conductivité hydraulique
de matériaux poreux saturés à l'aide d'un perméamètre à paroi
flexible
1 Domaine d'application

La présente Norme internationale spécifie une méthode d'essai pour les mesurages en laboratoire de la

conductivité hydraulique de matériaux poreux saturés en eau au moyen d’un perméamètre à paroi flexible.

La présente Norme internationale est applicable aux éprouvettes non remaniées ou consolidées dont la

−5 −3 −11 −9

conductivité hydraulique est comprise entre 1 × 10 m/s (1 × 10 cm/s) et 1 × 10 m/s (1 × 10 cm/s). Les

sols types entrant dans cette catégorie sont l'argile, les dépôts d'argile et de sable, le limon, la tourbe, les

sédiments, etc.
2 Termes et définitions

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

2.1
conductivité hydraulique

quantité d'eau qui traverse le milieu poreux de section unitaire sous un gradient hydraulique unitaire, dans des

conditions d'écoulement laminaire et des conditions de température standard (20 °C)

2.2
écoulement poreux volumique

volume d'eau écoulé, dans un volume de sol (éprouvette), divisé par le volume des pores de l’éprouvette

2.3
gradient hydraulique

variation de la charge hydraulique totale d'eau par unité de longueur d'écoulement

3 Portée et utilisation

La présente méthode d'essai est applicable à l'écoulement laminaire unidimensionnel de l'eau, de bas en haut,

dans des matériaux poreux tels que le sol et la roche.

La conductivité hydraulique des matériaux poreux décroît généralement avec l'augmentation de la quantité

d'air dans les pores du matériau. La présente méthode d'essai est applicable aux matériaux poreux saturés

en eau contenant une quantité presque nulle d'air.

La présente méthode d'essai est applicable à l'infiltration de l’eau dans les matériaux poreux. L'infiltration

d'autres liquides, tels que les déchets chimiques, peut être accomplie avec des modes opératoires similaires

à ceux décrits dans la présente méthode d'essai. Toutefois, la présente méthode d'essai est uniquement

destinée à être utilisée lorsque le liquide d'infiltration est de l'eau.
© ISO 2004 – Tous droits réservés 1
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ISO 17313:2004(F)

On suppose que l'on se situe dans le domaine de validité de la loi de Darcy et que la conductivité hydraulique

est pour l'essentiel insensible au gradient hydraulique. La validité de la loi de Darcy peut être évaluée en

mesurant la conductivité hydraulique de l'éprouvette pour trois valeurs de gradient hydraulique. Si les valeurs

mesurées sont proches (dans un intervalle d'environ 25 %), alors la loi de Darcy peut être considérée comme

valide. Toutefois, lorsque le gradient hydraulique agissant sur une éprouvette d'essai est modifié, l'état de

contrainte est également modifié et, si l'éprouvette est compressible, le volume de l'éprouvette change. Par

conséquent, une modification de la conductivité hydraulique peut se produire lorsque le gradient hydraulique

est modifié, même dans les cas où la loi de Darcy est valide.

Normalement, la conductivité hydraulique mesurée lors des essais de laboratoire est différente des résultats

des essais à grande échelle sur le terrain. En effet, les échantillons de la taille décrite dans la présente Norme

internationale sont représentatifs des sols homogènes, mais rarement des sols stratifiés, fissurés ou d'autres

sols non homogènes. Dans le cas de ces sols, pour obtenir des résultats représentatifs de la conductivité

hydraulique sur le terrain, il faut envisager un échantillonnage à grande échelle ou des essais sur le terrain.

4 Réactifs
4.1 Eau d'infiltration, telle que spécifiée par le demandeur.

Si aucune spécification n'est faite, l'eau du robinet doit être utilisée comme liquide d'infiltration. Le type d'eau

utilisée doit être indiqué dans le rapport d’essai.
4.2 Eau désaérée.

Pour éviter d’introduire de l’air et pour que l'éprouvette d'essai soit aussi exempte d'air que possible, de l'eau

désaérée doit être utilisée. Pour éviter que de l'air se dissolve à nouveau dans l'eau, l'eau désaérée ne doit

pas être exposée à l'air pendant une période prolongée.
5 Appareillage
5.1 Système hydraulique.

Des systèmes à charge constante (Méthode A), à charge décroissante (Méthodes B et C) ou à débit constant

(Méthode D) peuvent être utilisés, à condition qu'ils répondent aux critères suivants.

a) Charge constante (Méthode A)

Le système doit être capable de maintenir une pression hydraulique constante. Les pressions doivent

être mesurées au moyen d'un manomètre, d’un capteur électronique de pression ou de tout autre

dispositif de précision appropriée.
b) Charge décroissante

Le système doit permettre le mesurage de la perte de charge appliquée. La perte de charge doit être

mesurée au moyen d’un manomètre, d’un capteur électronique de pression, d’une règle graduée, d’une

pipette graduée ou de tout autre dispositif de précision appropriée. Les essais à charge décroissante

peuvent être effectués avec une pression aval qui est soit constante (Méthode B), soit croissante

(Méthode C).
c) Débit constant (Méthode D)

Le système doit être capable de maintenir un débit constant dans l'éprouvette, avec une précision d’au

moins ± 5 %. Le mesurage de l'écoulement doit être effectué à l’aide d’une seringue calibrée, d’une

pipette graduée ou d’un autre dispositif de précision appropriée.

Le système hydraulique doit être conçu pour qu’il soit facile de chasser rapidement et complètement les bulles

d’air libres des conduites d’écoulement.
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ISO 17313:2004(F)

Le système hydraulique doit être capable d’exercer une contre-pression sur l'éprouvette pour faciliter la

saturation. La contre-pression peut être fournie par une alimentation en gaz comprimé, par l'action d'un poids

sur un piston ou par toute autre méthode capable d'appliquer et de commander la contre-pression à la

tolérance prescrite.

Les méthodes d'essai décrites ci-dessus sont équivalentes. La précision des résultats d'essai dépend des

instruments utilisés.
5.2 Système de mesure de l'écoulement.

Les volumes d'eau entrant et sortant doivent être mesurés, sauf si l'absence de fuite, la continuité de

l'écoulement et l'arrêt du tassement ou du gonflement peuvent être vérifiés par d’autres moyens. Les volumes

écoulés doivent être mesurés au moyen d’un récipient gradué, d’une pipette graduée ou d'un tube vertical

équipé d'un capteur électronique de pression ou d’un autre dispositif de mesure à colonne ayant une

précision appropriée.

Les pertes de charge dans les tubes, les vannes, les plaques poreuses et le papier-filtre peuvent conduire à

une erreur; elles doivent être inférieures à 10 % de la perte de charge de l’échantillon.

5.3 Système de mise sous pression de la cellule du perméamètre.

Le système de mise sous pression de la cellule du perméamètre peut consister en un réservoir raccordé à la

cellule du perméamètre et partiellement rempli d'eau désaérée, avec la partie supérieure du réservoir

raccordée à une alimentation en gaz comprimé ou à une autre source de pression. La pression du gaz doit

être commandée par un régulateur de pression et mesurée par un manomètre, un capteur électronique de

pression ou tout autre dispositif capable de mesurer à la tolérance prescrite. Un système hydraulique mis

sous pression par l'action d'un poids sur un piston, ou par tout autre dispositif capable d'appliquer et de

commander la pression de la cellule du perméamètre à la tolérance prescrite peut également être utilisé.

5.4 Cellule de perméamètre dans laquelle l'éprouvette et les plaques poreuses, enveloppées d'une

membrane scellée au couvercle et à la base, sont soumises à des pressions commandées par un fluide.

Une cellule (5), telle que faisant partie d’un système type de perméamètre, est illustrée à la Figure 1.

La cellule du perméamètre peut permettre l'observation des variations de hauteur (l ) de l'éprouvette.

Afin de faciliter l'évacuation du gaz, et donc la saturation du système hydraulique, des conduites de drainage

mènent à l'éprouvette, par la base et par le couvercle. Les conduites de drainage doivent être commandées

par des vannes isochores, telles que les robinets sphériques, et doivent être conçues pour minimiser les

espaces morts dans les conduites.

5.5 Couvercle et base, rigides et imperméables, pour supporter l’éprouvette et pour assurer la

transmission du liquide d’infiltration de/vers l’éprouvette.

5.6 Membrane flexible, pour envelopper l’éprouvette et pour fournir une protection fiable contre les fuites.

La membrane doit être soigneusement inspectée avant son utilisation; si elle présente un quelconque défaut

ou trou, elle doit être éliminée. Pour minimiser les contraintes appliquées à l’éprouvette, le diamètre de la

membrane non étirée doit être compris entre 90 % et 95 % de celui de l’éprouvette. La membrane doit être

fixée de manière étanche à la base et au couvercle de l’éprouvette au moyen de joints toriques en caoutchouc,

dont le diamètre intérieur, en l’absence de contrainte, est inférieur à 90 % du diamètre de la base et du

couvercle, ou par toute autre méthode produisant une étanchéité appropriée.
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ISO 17313:2004(F)
Légende
1 observation des variations de hauteur
2 cellule
3 plaque poreuse
4 éprouvette de sol
5 cellule
6 conduite de pression de la cellule
7 conduite d’alimentation
8 conduite d’évacuation
9 évent
Figure 1 — Schéma d'un système type de perméamètre

5.7 Plaques poreuses, en carbure de silicium, en oxyde d’aluminium ou en un autre matériau qui n’est pas

attaqué par le contenu de l’éprouvette ou par le liquide utilisé pour l'infiltration.

Les plaques poreuses doivent présenter des surfaces planes et lisses, sans fissures, écaillages ou défauts

d’uniformité. Elles doivent être inspectées régulièrement pour s’assurer qu’elles ne sont pas colmatées. La

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ISO 17313:2004(F)

conductivité hydraulique des plaques poreuses doit être nettement supérieure à celle de l’éprouvette soumise

à essai.

5.8 Papier-filtre (si nécessaire), pour empêcher la pénétration de matériau dans les pores des plaques

poreuses.

Le cas échéant, une ou plusieurs feuilles de papier-filtre doivent être placées entre chacune des deux plaques

poreuses et l’éprouvette. La perte de charge par le papier doit être négligeable.

5.9 Matériel de consolidation de l’éprouvette (y compris le compacteur et le moule), adapté à la

méthode de consolidation spécifiée par le demandeur.
5.10 Dispositif d'extraction de l'éprouvette.

Lorsque le matériau soumis à essai est une carotte de sol, celle-ci doit habituellement être retirée de

l'échantillonneur au moyen d'un dispositif d'extraction.

5.11 Matériel de retaillage, pour retailler l'éprouvette aux dimensions souhaitées.

Ce matériel variera en fonction de la qualité et des caractéristiques de l'éprouvette. Le matériel suivant peut

être appelé à servir:
a) un tour;
b) une scie à fil dont le diamètre de fil est environ de 0,3 mm;
c) des spatules;
d) des couteaux;
e) un racloir en acier pour les éprouvettes en argile très résistante;
f) un berceau ou un moule à coins pour retailler les extrémités de l'éprouvette;
g) des raclettes en acier pour leur retaillage fin
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.