NF P94-410-3-2001 Rock - Tests for physical properties of rock - Part 3 determination of porosity 《岩石 岩石物理特性试验 第3部分 孔隙率测定》.pdf

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1、FA1 06661 ISSN 0335-3931 NF P 94-41 0-3 Mai 2001 Indice de classement : P 94-410-3 ICs : 93.020 Roches Essais pour dterminer les proprits physiques des roches Partie 3 : Dtermination de la porosit E : Rock - Tests for physical properties of rock - Part 3: Determination of porosity D : Gestein - Prfv

2、erfahren fr physikalische Eigenschaften von Gestein - Teil 3: Bestimmung der Porositt Norme franaise homologue par dcision du le 20 mai 2001. Directeur Gnral dAFNOR le 20 avril 2001 pour prendre effet Correspondance la date de publication du prsent document, il nexiste pas de travaux europens ou int

3、ernationaux traitant du mme sujet. Analyse Le prsent document concerne la dtermination en laboratoire de la porosit totale dune roche. II fixe la terminologie, dfinit lappareillage, le mode opratoire de lessai et indique le mode de calcul du paramtre mesur. Descripteurs Thesaurus International Techn

4、ique : gotechnique, roche, essai physique, mesu- rage, masse volumique, matire solide, porosit, dfinition, matriel dessai, mode opratoire. Modifications Corrections dite et diffuse par lAssociation Franaise de Normalisation (AFNOR), Tour Europe 92049 Paris La Dfense Cedex Tl. : O1 42 91 55 55 -Tl. i

5、nternational : + 33 1 42 91 55 55 O AFNOR 2001 AFNOR 2001 1 er tirage 2001 -05-F Roches BNSR P94 Membres de la commission de normalisation Prsident : M DUFFAUT Secrtariat : M BIGOT- LABORATOIRE RGIONAL DES PONTS ET CHAUSSES DE LEST PARISIEN - DREIF M M M M M M M M MME M M MME M M M M DUBIE DUFFAUT D

6、U RVI LLE FLEURISSON GANGNEUX GAUDIN GHOREYCHI GU ERPI LLON HOMAND ORENGO PARADIS PINEAU QUEMART RICHARD ROBERT WATELET EDF - TEGG COMITE FRANCAIS DE MECANIQUE DES ROCHES COMITE FRANCAIS DE LA GEOLOGIE DE LINGENIEUR ECOLE DES MINES DE PARIS - CGI CEBTP SCETAU ROUTE COMITE FRANCAIS DE MECANIQUE DES R

7、OCHES SCETAU ROUTE ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DE GEOLOGIE DE NANCY UNIVERSITE JOSEPH FOURNIER SNCF AFNOR LPC AIX EN PROVENCE LRPC DE LYON CENTRE DETUDE DES TUNNELS INERIS -3- NF P 94-41 0-3 Sommai re Page Avant-propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 2 3 4 5 6 6.1 6.2 6.3 6.4 7

8、7.1 7.2 7.3 8 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 9 Domaine dapplication . 4 References normatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Termes et definitions . 4 Symboles 5 I, I. Le dispositif de saturation de lprouvette . 6 Le dispositif de mesure du volume des solides Le materiel de mesurage Mode opratoire 6 P

9、rparation de lprouvette et mesurage de ses dimensions gomtriques 6 Processus pour dterminer la porosit connecte 7 Processus pour dterminer la porosit totale au pycnomtre leau 7 Expression des rsultats 8 Calcul des volumes 8 Masse volumique de la matire solide 8 Porosite connecte 8 Porosite totale 8

10、Teneur en eau de saturation 8 Proces-verbal . 9 I. .I .I Annexe A (normative) Determination de la masse volumique de la matire solide - Methode du pycnometre a helium 1 O A.l Principe 1 O A.2 Appareillage . 1 O A.4 Expression des rsultats 11 A.5 Vrification des instruments de mesure . 11 A.3 Mode op

11、ratoire 10 NF P 94-41 0-3 -4- A vant-propos Le prsent document constitue la partie 3 dune norme sur la dtermination des paramtres didentification dune roche. Chaque partie de la norme NF P 94-4 1 O correspond a la dtermination de proprits physiques particulires I teneur en eau, masses volumiques, po

12、rosit I - NF P 94-410-1 - Roches - Essais pour dterminer les proprits physiques des roches - Partie 1 I - NF P 94-410-2 - Roches - Essais pour dterminer les proprits physiques des roches - Partie 2 I - NF P 94-410-3 - Roches - Essais pour dterminer les proprits physiques des roches - Partie 3 I Dter

13、mination de la teneur en eau pondrale - Mthode par tuvage. Dtermination de la masse volumique - Mthodes gomtriques et par immersion dans leau. Dtermination de la porosit. 1 Domaine dapplication Le prsent document sapplique la dtermination de la porosit connecte ou totale et de la masse volumique de

14、la matire solide dun chantillon de roche dont le volume nest pas susceptible de changer par gonflement en prsence deau. 2 Rfrences normatives Le prsent document comporte par rfrence date ou non date des dispositions dautres publications. Ces rf- rences normatives sont cites aux endroits appropris da

15、ns le texte et les publications sont numres ci-aprs. Pour les rfrences dates, les amendements ou rvisions ultrieurs de lune quelconque de ces publications ne sappliquent ce document que sils y ont t incorpors par amendement ou rvision. Pour les rfrences non dates, la dernire dition de la publication

16、 laquelle il est fait rfrence sapplique. XP X 15-140, Mesures de lhumidit de lair - Enceintes climatiques et thermostatiques - Caractrisation et vrification. 3 Termes et dfinitions Pour les besoins du prsent document, les termes et dfinitions suivants sappliquent. 3.1 porosit totale rapport entre le

17、 volume des vides (connects et non connects) dun chantillon et son volume total 3.2 porosit connecte ou ouverte rapport entre le volume des vides connects dun chantillon et son volume total 3.3 porosit occluse ou ferme diffrence entre porosit totale et porosit connecte 3.4 masse volumique sche rappo

18、rt entre la masse de lprouvette sche et son volume total -5- NF P 94-41 0-3 3.5 masse volumique du solide ou des grains rapport entre la masse de lprouvette sche et le volume de sa partie solide 3.6 volume total volume limit par la surface extrieure de lprouvette, y compris les vides 3.7 volume de l

19、a matire solide ou des grains diffrence entre le volume total de lprouvette et le volume des vides (pores communicants et occlus) 4 Symboles m, md mh me ml m2 n, est la porosit totale n, est la porosit connecte V, est le volume deau contenue dans lprouvette Vs est le volume de la matire solide (pass

20、ant au tamis de 80 pm) V, est le volume total de lprouvette V, est le volume des vides communicants contenus dans lprouvette pw est la masse volumique de leau pd est la masse volumique sche ps est la masse volumique de la matire solide ou des grains wsat est la teneur en eau de saturation est la mas

21、se de lprouvette sature est la masse de lprouvette sche est la masse de lprouvette dtermine par pese hydrostatique est la masse sche de la matire solide broye (passant au tamis de 80 pm) est la masse du pycnomtre rempli deau est la masse du pycnomtre contenant la matire solide et rempli deau 5 Princ

22、ipe La porosit connecte n, est dtermine partir dune pese hydrostatique de lprouvette de roche une fois satu- re par de leau de masse volumique connue, puis par peses ltat satur et aprs dessiccation. La porosit totale nt est obtenue par calcul partir de la masse volumique sche et de la masse volumiqu

23、e de la matire solide : - La masse volumique sche tant le quotient de la masse de lprouvette aprs dessiccation par le volume - La masse volumique de la matire solide tant dtermine par la mthode du pycnomtre avec immersion de dtermin partir des mesures gomtriques. la roche rduite en poudre dans un fl

24、uide (eau en gnral). NF P 94-41 0-3 -6- 6 Appareillage Lappareillage ncessaire la ralisation de lessai comprend : 6.1 - Carottier section droite intrieure circulaire, de dimension adapte pour carotter les prouvettes ; - petit matriel pour scier et dcouper les prouvettes. Le materiel de preparation e

25、t de dcoupage de lprouvette 6.2 - Une enceinte adapte la dimension de lprouvette, avec un systme de fermeture et de raccordement un circuit effectuant le vide susceptible de rduire la pression une valeur infrieure 2 kPa et un dispositif pour mesurer la pression utilise ; Le dispositif de saturation

26、de lprouvette - une rserve deau (une eau potable convient en gnral). 6.3 Le dispositif de mesure du volume des solides - Un broyeur pour rduire en poudre la roche, adapt la nature et la duret de la roche ; - un pycnomtre de volume minimal 50 cm3 muni dun bouchon rod tube capillaire ; - un tamis mail

27、les carres de 80 pm douverture. 6.4 Le materiel de mesurage - Un pied coulisse au 1/50 de mm ou dispositif quivalent de mesure de distance ; - une balance de portes minimale et maximale compatibles avec les masses peser et telles que les peses soient effectues avec une incertitude type de 1/1 O00 de

28、 la valeur mesure et permettant si ncessaire la pese hydrostatique (par immersion dans de leau) ; - un thermomtre de contrle de la temprature de la salle dessai (la temprature sert connatre la valeur conventionnelle de la masse volumique de leau) ; - une enceinte thermostatique au sens de la norme X

29、P X 15-140 ou une tuve de dessiccation temprature rglable de 60 “c 11 O “c ; - une enceinte ferme contenant un dshydratant (gel de silice avec indicateur colorimtrique ou tout autre absorbant) dans laquelle est conserve lprouvette jusqu ce que la temprature du local dessai soit atteinte. 7 Mode opra

30、toire 7.1 a) tailler par carrotage dans lchantillon de matriau, des prouvettes cylindriques de section transversale b) rectifier les extrmits de lprouvette afin que les surfaces soient planes et parallles entre elles et orthogo- c) mesurer: Preparation de lprouvette et mesurage de ses dimensions gom

31、triques circulaire ; nales laxe longitudinal de lprouvette ; - la hauteur initiale H de chaque prouvette selon deux plans axiaux orthogonaux ; - la dimension transversale D de chaque prouvette selon deux directions perpendiculaires mi-hauteur et aux extrmits de lprouvette. H et D sont les moyennes a

32、rithmtiques des valeurs mesures. -7- NF P 94-41 0-3 7.2 Indpendamment de ltat hydrique de lprouvette, les oprations suivantes sont raliser : Processus pour dterminer la porosit connecte placer lprouvette dans une enceinte et soumettre lenceinte une dpression dau moins 30 kPa pendant au moins quatre

33、heures ; introduire de leau dans lenceinte jusqu obtenir une immersion partielle ; mettre nouveau en dpression pendant deux heures ; complter le remplissage jusqu immersion totale de lprouvette et rtablir la dpression pendant 24 h ; rtablir la pression atmosphrique et maintenir limbibition pendant a

34、u moins 24 h ; peser lprouvette sous eau, soit mh cette masse ; essuyer rapidement lprouvette ; peser lprouvette et noter sa masse m, ; scher lprouvette ltuve, une temprature adapte la nature de la roche ; conserver lprouvette, aprs schage dans un dessiccateur jusqu ce que la temprature de local des

35、sai soit atteinte ; procder des peses priodiques : - aprs un premier schage, en gnral, dune dure dau moins 24 h ; - puis aprs des dures de schage espaces dau moins 4 h, jusqu ce que la diffrence entre deux peses successives soit infrieure 2/1 O00 de la masse pese. peser lprouvette et noter sa masse

36、sche md. 7.3 - broyer lprouvette aprs sa dessiccation et la rduire en poudre de telle sorte que la majeure partie de la partie Le broyage peut tre effectu sur les parties de lchantillon voisines de lprouvette dcoupe. Dans ce cas, scher Processus pour dterminer la porosit totale au pycnometre a leau

37、broye passe au travers du tamis de 80 pm douverture ; NOTE les particules obtenues en procdant des peses priodiques dans les mmes conditions que celles dcrites en 5.2. - prlever une masse me denviron 25 g sur le passant au tamis de 80 pm douverture ; - introduire de leau dans le pycnomtre et le remp

38、lir moiti environ ; - ajouter la masse pese me et agiter le liquide pour disperser les particules de matire solide ; - soumettre le pycnomtre un vide de 2 k 0,5 kPa jusqu ce quil ny ait plus de remontes de bulles dair ; le remplir ensuite deau dminralise quasi jusquau sommet et laisser la matire sol

39、ide retomber jusqu ce que leau au-dessus du rsidu soit claire ; - remplir avec prcaution deau le pycnomtre, placer le bouchon avec son tube repre et complter le remplis- sage. Essuyer tout dbordement ; - peser le pycnomtre et son contenu (m2) ; - vider le pycnomtre ; le nettoyer et le remplir deau j

40、usquau repre du bouchon. Au bout de 30 min, le niveau est nouveau mis en concidence avec le repre. Essuyer et peser mi. NOTE La mthode du pycnomtre hlium peut galement tre utilise voir annexe A. NF P 94-41 0-3 -8- 8 Expression des rsultats 8.1 Calcul des volumes Le volume des pores connects est obte

41、nu par : mw - md vc = Pw avec : pw 20 “c = 0,998 g/cm3 Le volume de lprouvette V, est dtermin partir des mesures gomtriques. NOTE Lorsque la surface extrieure de lprouvette est lisse et sans cavits visibles, le volume total de lprouvette peut mw mh tre calcul par : V, = - pw md La masse volumique sc

42、he sen dduit : pd = - v, 8.2 La masse volumique de la matire solide est exprime en kg/m3 (avec un intervalle darrondissage de 5 kg/m3) par le rapport entre la masse de lchantillon dprouvette broye et sche me et le volume de liquide dplac par la matire solide : Masse volumique de la matire solide Ps

43、= m, +me- me m2 Pw 8.3 Porosit connecte La porosit connecte est exprime par le rapport entre le volume des pores connects et le volume total de lprouvette par : - si lprouvette est lisse et sans cavits visibles : mw - md mw - mh nc = - dans tous les cas : mw - md nc = Pw vt 8.4 Porosit totale La por

44、osit totale est exprime par : n - I- pd t- Ps 8.5 La teneur en eau saturation wsat est calcule avec un intervalle darrondissage 0,001 par : Teneur en eau de saturation -9- NF P 94-41 0-3 9 Procs-verbal Le procs-verbal comporte les informations minimales suivantes : - la rfrence la norme NF P 94-410-

45、3 ; - la rfrence du dossier ; - la rfrence de lchantillon (provenance, site, sondage, profondeur) ; - le nom de lorganisme qui a ralis lessai ; - la date de lessai ; - la mthode de mesure choisie ; - les grandeurs mesures selon la demande initiale : - la masse volumique sche pd et la porosit connect

46、e n, ; - la masse volumique de la matire solide ps et la porosit totale n, ; - la teneur en eau de saturation wsat. dans le prsent document et susceptibles davoir une influence sur les rsultats. - les observations lies la ralisation des mesures ainsi que les incidents et dtails opratoires non prvus

47、NF P 94-41 0-3 - 10- Annexe A ( no r mat ive) Dtermination de la masse volumique de la matire solide - Mthode du pycnomtre hlium A.l Principe La mthode repose sur les mesures spares de la masse sche de poudre de roche par pese et celle de son volume au moyen dun pycnomtre hlium. Pour dterminer le volume de la poudre, le processus opratoire consiste raliser une dtente isotherme : - en reliant une enceinte de volume Vi, remplie dhlium la pression pi, enceinte conten