Kalifornijski wskaźnik nośności gruntów (CBR)

Parametr ten pozwala ocenić jakość podłoża i stanowi jedno z najważniejszych kryteriów wykorzystywanych przy projektowaniu konstrukcji nawierzchni.

Metoda została opracowana w latach 20. XX wieku przez administrację drogową stanu Kalifornia i do dziś jest powszechnie stosowana na całym świecie do oceny przydatności gruntów jako podłoża konstrukcji drogowych.

Im wyższa wartość CBR, tym większa nośność gruntu i lepsze właściwości podłoża pod względem przenoszenia obciążeń.

Do czego służy wskaźnik CBR?

Wskaźnik CBR jest szeroko wykorzystywany podczas projektowania i budowy infrastruktury komunikacyjnej.

Służy przede wszystkim do:

• oceny nośności gruntów naturalnych,
• projektowania konstrukcji nawierzchni drogowych,
• określania grubości warstw konstrukcyjnych dróg,
• oceny przydatności gruntów do budowy nasypów,
• kontroli jakości zagęszczenia podłoża,
• oceny skuteczności stabilizacji gruntów,
• projektowania lotnisk, placów manewrowych i parkingów.

Dzięki badaniu CBR projektanci mogą określić, czy grunt nadaje się do bezpośredniego wykorzystania jako podłoże, czy też wymaga wzmocnienia lub wymiany.

Na czym polega badanie CBR?

Badanie CBR polega na wciskaniu w próbkę gruntu stalowego tłoka o standardowych wymiarach i pomiarze oporu stawianego przez grunt podczas jego zagłębiania.

Próbka gruntu przygotowywana jest w specjalnej formie laboratoryjnej o określonych wymiarach i zagęszczana zgodnie z wymaganiami normowymi. W zależności od celu badania może być testowana w stanie naturalnym lub po wcześniejszym nasyceniu wodą.

Podczas próby tłok wciskany jest ze stałą prędkością, a urządzenie rejestruje wartość siły niezbędnej do osiągnięcia określonych głębokości penetracji.

Najczęściej analizowane są wyniki dla zagłębień:

• 2,5 mm,
• 5,0 mm.

Na podstawie uzyskanych wartości oblicza się wskaźnik CBR wyrażony w procentach.

Jak wyznacza się wskaźnik CBR?

Wskaźnik nośności gruntu to procentowy stosunek obciążenia jednostkowego p do obciążenia porównawczego ps wyznaczany według wzoru:

𝐶𝐵𝑅=(𝑝/𝑝𝑠)⋅100

gdzie:

• p – siła jaką należy użyć do wciśnięcia trzpienia w badanym gruncie na głębokość 2,50 mm lub 5,00 mm przy stałej prędkości wynoszącej 1,25 mm/min w MPa,
• p_s – obciążenie porównawcze niezbędne do wciśnięcia trzpienia na głębokość 2,5 mm lub 5,00 mm przy stałej prędkości wynoszącej 1,25 mm/min w MPa.

Badanie rozpoczyna się od przygotowania około 5 kg gruntu o możliwie jednolitej strukturze i uziarnieniu nieprzekraczającym 20 mm. Cząstki większe należy usunąć poprzez przesianie materiału przez sito o oczkach 20 mm. Jeżeli udział ziaren powyżej 20 mm przekracza 30% próbki, konieczne jest zastosowanie innej metody badawczej.

Liczba przygotowywanych próbek zależy od rodzaju gruntu. Dla gruntów niespoistych i słabo spoistych zaleca się wykonanie trzech próbek, natomiast dla gruntów średnio spoistych i spoistych – czterech.

Przygotowaną próbkę gruntu umieszcza się w cylindrze badawczym CBR i odpowiednio zagęszcza. Następnie próbka jest ważona, aby określić jej gęstość. Badanie polega na pomiarze siły potrzebnej do wciskania standardowego trzpienia w grunt na głębokość 2,5 mm oraz 5,0 mm przy stałej prędkości 1,25 mm/min.

Test CBR może być także wykonywany bezpośrednio w terenie przy użyciu specjalistycznego sprzętu. Metoda polowa pozwala na ocenę nośności gruntu na różnych głębokościach po wykonaniu wykopów badawczych. Wymaga jednak bardziej rozbudowanej organizacji prac, ponieważ podczas pomiarów konieczne jest zastosowanie odpowiedniego systemu przeciwwagi.

Jak interpretować wyniki badania?

Interpretacja wyników opiera się na wartości procentowej wskaźnika CBR. Im wyższa wartość, tym grunt charakteryzuje się lepszą nośnością i mniejszą podatnością na odkształcenia.

Orientacyjnie można przyjąć:

• poniżej 3% – bardzo słaba nośność gruntu
• 3–5% – słaba nośność gruntu
• 5–10% – umiarkowana nośność gruntu
• 10–20% – dobra nośność gruntu
• 20–50% – bardzo dobra nośność gruntu
• powyżej 50% – wysoka nośność gruntu

Grunty o niskich wartościach CBR często wymagają wymiany, stabilizacji lub zastosowania dodatkowych warstw konstrukcyjnych. Z kolei grunty o wysokim wskaźniku nośności mogą stanowić bezpośrednie podłoże pod nawierzchnie drogowe.

Jakie czynniki wpływają na wartość CBR?

Na wynik badania wpływa szereg czynników związanych zarówno z charakterystyką samego gruntu, jak i warunkami jego eksploatacji. Kluczowe znaczenie mają przede wszystkim rodzaj gruntu, jego stopień zagęszczenia i wilgotność, a także udział frakcji ilastych. Istotne są również poziom wód gruntowych, obecność substancji organicznych oraz sposób przygotowania próbki do badań, które mogą w istotny sposób zmieniać uzyskane rezultaty.

Szczególnie istotny jest wpływ wody. Wiele gruntów drobnoziarnistych po zawilgoceniu wykazuje znaczący spadek nośności, dlatego często wykonuje się badania próbek po pełnym nasyceniu.

Zalety badania CBR

Metoda CBR jest powszechnie stosowana ze względu na swoją prostotę i praktyczne znaczenie.

Do jej najważniejszych zalet należą:

• stosunkowo łatwe wykonanie badania,
• możliwość porównywania różnych rodzajów gruntów,
• szerokie zastosowanie w projektowaniu dróg,
• dobra korelacja z nośnością podłoża,
• możliwość oceny skuteczności ulepszania gruntów,
• uznanie przez normy i wytyczne projektowe na całym świecie.

Poznaj firmy z działu geotechnika i badanie gruntów.