ISO 9195-1992 Liquid flow measurement in open channels sampling and analysis of gravel-bed material《明渠水流测量 砾石河床质取样和分析》.pdf

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1、NORME INTERNATIONALE Premire dition 1992-06-l 5 Mesure de dbit des liquides dans les canaux dcouverts - chantillonnage et analyse des matriaux du lit graveleux Liquid flow measuremenf in open channels - Sampling and analysis of gt-avel-bed material Numro de rfrence ISO 9195: 1992(F) ISO 9195:1992(F)

2、 Sommaire Page 1 Domaine dapplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 Rfrences normatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3、. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 Dfinitions ,-., 1 4 Matriels et modes de prlvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 Dtermination de la granulomtrie . 3 6 Frquence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 Distribution granulomtrique/distribution en frquence . . . . L . . . . 3 8 Choix du mode opratoire dchantillonnage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9 Dtermination de la taille dchanti

5、llon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . s. 6 10 Erreurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 0 ISO 1992 Droits de reproduction rservs. Aucun

6、e partie de cette publication ne peut tre repro- duite ni utilise sous qUelqUe forme que ce soit et par aucun procd, lectronique ou mcanique, y compris la photocopie et kS miCrofilmS, sans laccord crit de lditeur. Organisation internationale de normalisation Case Postale 56 l CH-121 1 Genve 20 l Sui

7、sse Imprim en Suisse ii ISO 9195:1992(F) Avant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits membres de IISO). Llaboration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de IISO. Chaque comit

8、membre int- ress par une tude a le droit de faire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec IISO participent galement aux tra- vaux. LISO collabore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale

9、(CEI) en ce qui concerne la normalisation lectrotech- nique. Les projets de Normes internationales adopts par les comits techni- ques sont soumis aux comits membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert lapprobation de 75 O/o au moins des comits membres votants. La Norme

10、internationale ISO 9195 a t labore par le comit techni- que ISO/TC 113, Mesure de dbit des liquides dans les canaux dcou- L verts, sous-comit SC 6, Transport solide. * III ISO 9195:1992(F) Introduction Les techniques dchantillonnage des matriaux du lit permettent dob- tenir des chantillons de sdimen

11、ts qui composent le lit dun cours deau. Les donnes relatives aux dimensions des sdiments permettent en- suite destimer la rsistance lcoulement dans les canaux dcouverts et, en associant ces informations aux donnes hydrauliques, de calculer la charge en matriaux du lit et deffectuer des prvisions mor

12、pholo- giques. iv _. NORME INTERNATIONALE ISO 9195:1992(F) Mesure de dbit des liquides dans les canaux dcouverts - chantillonnage et analyse des matriaux du lit graveleux 1 Domaine dapplication 1.1 La prsente Norme internationale prescrit comment effectuer des prlvements de matriaux du lit graveleux

13、 en surface et sous la surface, et comment analyser ces prlvements pour dtermi- ner la distribution granulomtrique des matriaux du lit graveleux dans les canaux dcouverts. 1.2 La prsente Norme internationale sapplique aux matriaux de diamtre gal ou suprieur 2 mm. 1.3 Dans la pratique, un lit gravele

14、ux peut se composer de deux sortes de matriaux: une couche de matriaux superficiels assez grossiers et une couche de matriaux plus fins se trouvant sous la surface. Les matriaux de surface revtent une im- portance particulire pour les recherches sur les amorces de transport solide et sur la rsistanc

15、e lcoulement, tandis que cest aux matriaux se trouvant sous la surface que sintressent princi- palement les recherches sur le charriage des ma- triaux du lit. La prsente Norme internationale ne cherche pas tablir de corrlation entre ces deux populations. 1.4 II existe deux techniques dchantillonnage

16、 applicables aux matriaux du lit graveleux calibr. Lune consiste recueillir in situ un volume dfini de matriaux qui seront ultrieurement traits comme un chantillon global. Lautre consiste chantillonner de diverses manires des matriaux superficiels. Ces deux mthodes font lobjet dana- lyses distinctes

17、 dans la prsente Norme internatio- nale qui donne galement des facteurs de conversion tablis sur la base de matriaux homo- gnes idaux. 2 Rfrences normatives Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par suite de la rfrence qui en est faite, constituent des dispositions valables pour la

18、pr- sente Norme internationale. Au moment de la pu- blication, les ditions indiques taient en vigueur. Toute norme est sujette rvision et les parties prenantes des accords fonds sur la prsente Norme internationale sont invites rechercher la possibilit dappliquer les ditions les plus rcentes des norm

19、es indiques ci-aprs. Les membres de la CEI et de IISO possdent le registre des Normes internationales en vigueur un moment donn. ISO 772:1988, Mesure de dbit des liquides dans les canaux dcouverts - Vocabulaire et symboles. ISO 4364: 1977, Mesure de dbit des liquides dans les canaux dcouverts - chan

20、tillonnage des matriaux du lit. 3 Dfinitions Pour les besoins de la prsente Norme internatio- nale, les dfinitions donnes dans IISO 772 sappli- quent. 4 Matriels et modes de prlvement 4.1 chantillons de surface 4.1 .l chantillonnage par quadrillage Une grille est pose sur la surface du dpt graveleux

21、 et lon constitue lchantillon en prlevant tous les graviers situs aux points dintersection de la grille. Cette mthode comporte plusieurs va- riantes de determination des points de prlvement. Ces points peuvent tre dfinis par des enjambes rgulirement espaces, les graviers tant prlevs sous la trace du

22、 pas intervalles dune ou de plu- sieurs enjambes, en marchant au hasard, yeux ferms et en ramassant la premire pierre tombant sous la main, les doigts tendus. Lorsque les qua- drillages sont de petites dimensions (moins de 1 m2), il est possible de prendre une photographie de la zone en question ou

23、de prendre une photo- 1 ISO 9195:1992(F) graphie tablie lchelle et dappliquer la grille la photographie. 4.1.2 chantillonnage local Lchantillon se compose de tous les cailloux se trouvant en surface de la zone choisie. Si le mat- riau se trouve dcouvert au-dessus de leau, il peut tre marqu la peintu

24、re, au pistolet pulvri- sateur, pour faciliter le prlvement ultrieur des matriaux retenus. 4.1.3 chantillonnage en ligne Lchantillon se compose de toutes les pierres ali- gnes sous un fil ou une corde tendue en ligne droite en travers de la zone dchantillonnage. 4.2 chantillons globaux Les chantillo

25、nneurs dcrits en 4.2.1 4.2.4 sont reprsentatifs du type utilis avec succs pour lchantillonnage global. Les dimensions relles des tubes chantillonneurs et des outils de cavage peu- vent tre modifies pour convenir aux dimensions du matriau chantillonn. 4.2.1 Tube chantillonneur Lchantillonneur se comp

26、ose dun tube de 0,4 m de longueur et de 0,15 m de diamtre ouvert aux deux bouts, dont une extrmit est fixe dans le fond dun cylindre de 0,5 m de hauteur et de 0,36 m de diamtre ouvert son extrmit suprieure (voir figure 1). Le tube, qui dpasse du cylindre de 0,26 m, est enfonc dans le gravier jusqu c

27、e que le fond du cylindre affleure la surface du lit. Le ma- triau recueilli dans le tube peut tre prlev dans le cylindre la main ou laide dune cope. Ce systme empche les particules fines de Ichan- tillon dtre emportes par leau. Une fois Ichan- tillonnage achev, le tube chantillonneur est retir du l

28、it du cours deau. Cet chantillonneur qui peut tre utilis jusqu 0,4 m de profondeur deau per- met dchantillonner sparment les matriaux se trouvant en surface et sous la surface. 4.2.2 chantillonneur cur rfrigrant Un tube de 20 mm de diamtre intrieur pointe rapporte est fich dans le lit gravelleux. Un

29、 deu- xime tube raccord un rservoir de dioxyde de carbone ayant des orifices dvacuation est insr dans le premier. On y injecte du dioxyde de carbone pendant quelques minutes. Le gaz inject, en se di- latant, refroidit le tube, ce qui provoque une cong- lation de leau contenue dans les pores des matr

30、iaux avoisinants. Le tube est ensuite hiss hors du lit laide dun treuil fix sur un tripode portatif. Ce systme permet de prlever un chan- tillon relativement non perturb du matriau du lit, 0 0,20 0,40 m Figure 1 - Tube chantillonneur qui peut atteindre 100 mm 150 mm de diamtre. Lorsque la vitesse dc

31、oulement de leau est leve, le diamtre de la carotte congele ainsi prleve diminue sous leffet des transferts thermiques avec leau. 4.2.3 chantillonneur-caveur Lchantillonneur se compose dune cylindre ouvert de 0,4 m de longueur et de 0,5 m de diamtre dont le bord infrieur est crant sur toute la circo

32、nf- rence et le bord suprieur est muni de poignes. En aval de Ichantillonneur est place une bote dchantillonnage mtallique rectangulaire de 0,69 m de longueur, 0,31 m de profondeur et 0,41 m de largeur dont lune des extrmits est ouverte et qui est elle-mme munie de poignes sur les cts. Lextrmit ouve

33、rte est incurve sur lun des cts de 0,41 m pour pouser la forme de Ichantillon- neur cylindrique; elle prsente un rebord rapport qui se fixe hermtiquement sur le cylindre une fois en position. Lextrmit oppose prsente une ou- verture de 0,16 m x 0,25 m sur laquelle est plac un tamis mailles de 200 (vo

34、ir figure 2). Une ou deux personnes enfoncent Ichantillonneur plusieurs centimtres dans le lit. On peut ainsi recueillir la main ou a laide dune cope des chantillons de matriaux se trouvant en surface et sous la surface. Des plongeurs sont ncessaires si la profondeur dchantillonnage dpasse 0,5 m. Si

35、 le dessus de lchantillonneur est submerg, la bote dchantillonnage peut servir temporairement de bote de stockage pour viter de perdre les par- ticules fines. Louverture tamise permet la circu- lation dun lger courant deau travers la bote qui retient les particules fines en suspension pendant lchant

36、illonnage, en mme temps que le matriau cope. En fin dechantillonnage, la bote est retire de leau a la main ou a laide du treuil se trouvant sur le canot. 2 ISO 9195:1992(F) 7 Bote dchantillonneurs Tamis maille de 200 0 0,20 0,40 m I I Figure 2 - chantillanneur-caveur 4.2.4 Excavateurs Dans les chena

37、ux lit rocheux, on a besoin de gros volumes dchantillons qui ncessitent lemploi dexcavateurs ou engins similaires pour prlever les quantits requises. 5 Dtermination de la granulomtrie Une fois lchantillon recueilli ou photographi, il est ncessaire de dterminer la taille linaire de cha- que pierre ou

38、 caillou. On prend en gnral pour base laxe intermdiaire ou axe b de la pierre que lon mesure laide de tamis mailles carres, de pieds coulisse ou, pour les chantillons de sur- face, sur des photographies en supposant que laxe b correspond au plus petit axe visible. 6 Frquence Une fois lchantillonnage

39、 des matriaux achev, ceux-ci sont rpartis en classes granulomtriques dont chacune renferme un certain pourcentage de lchantillon dorigine. Environ une vingtaine de classes sont ncessaires bien que leurs frontires ne soient pas obligatoirement fixes. Les pourcenta- ges de chaque classe correspondent

40、des fre- quences doccurrence. Il existe fondamentalement deux manires de dfinir les grosseurs de grains ou les frquences. Dispositif de cavage 6.1 Frquence en masse La frquence de chaque intervalle granulomtrique sexprime en pourcentage de la masse de Ichan- tillon dorigine se trouvant dans linterva

41、lle en question. Ce mode danalyse est gnralement r- serv aux chantillons globaux. II est possible de lappliquer aux chantillons de surface bien que les calculs partir de photographies se fondent sur des estimations du volume des particules en fonction de leur grosseur, dans lhypothse dune masse volu

42、- miSque constante. 6.2 Frquence en nombre La frquence de chaque intervalle granulomtrique sexprime en pourcentage du nombre total de parti- cules de lchantillon dorigine se trouvant dans lintervalle en question. Ce mode danalyse est fr- quent pour les chantillons de surface et notamment les gravier

43、s grossiers et les galets. 7 Distribution granulomtrique/distribution en frquence 7.1 chantillons de surface Quels que soient les modes dchantillonnage et de determination des frquences, les chantillons de matriaux de surface prsentent une distribution selon la loi log-normale. La moyenne et lcart-t

44、ype de la distribution logarithmique dfinissent la distri- bution en frquence et peuvent tre dtermins par des procdures statistiques normalises aprs 3 ISO 9195:1992(F) transformation de tous les mesurages en valeurs ml lo. Le moyen le plus simple de dterminer les caractristiques de la distribution l

45、ogarithmique est de construire un diagramme de distribution gra- nulomtrique cumule (pourcentage de particules fines de grosseur infrieure la grosseur prescrite) sur un papier logarithmique de probabilit normale (base dcimale). La grosseur mdiane de Ichan- tillon est gale Ig DSo, o DSo est la grosse

46、ur m- diane de grain, en millimtres. Lcart-type gomtrique de lchantillon, s, peut tre estim partir des quations s= Ig -+($f+$J o 84 %, 50 %, et 16 % des matriaux du lit sont de taille gale ou infrieure I), (en millimtres), L)5O (en millimtres) et b) en amont immdiat dune barre ponctuelle; c) en amon

47、t immdiat dune barre latrale; d) au niveau dun haut fond cou rs deau normalement). (pour les plus petits Il est essentiel de garantir une certaine cohrence entre le mode dchantillonnage et lenvironnement sdimentaire chantillonn. 8.2 chantillonnage Le choix du mode dchantillonnage dpend des caractristiques des matriaux du lit, de la profon- deur du cours deau, des exigences topographiques et du temps disponible. 8.2.1 chantillons de surface 8.2.1.1 Lchantillonnage par quadrillage peut se faire sur les barres graveleuses dcouvert par