Badania nośności grunty- Laboratoryjne oznaczanie CBR

Californijski wskaźnik nośności(w skrócie CBR) jest to procentowy stosunek obciążenia jednostkowego P, które trzeba zastosować, aby trzpień o przekroju 20 cm^2 wcisnąć w próbkę gruntu do określonej głębokości (2,5 mm albo 5,0 mm) do obciążenia jednostkowego standardowego Ps które jest wartością stałą i odpowiada ciśnieniu przy wciskaniu trzpienia w tłuczeń.

CBR=P/Ps*100%

Sprzęt badawczy. Podstawowym sprzętem badawczym jest prasa do wciskania trzpienia cylindrycznego ze stałą prędkością 1,25 cm/min, wyposażona w urządzenie do pomiaru wywartego nacisku (pierścień dynamometru wraz z czujnikiem) oraz w urządzenie do pomiaru odkształceń (czujnik). W prasie umieszczamy metalowy cylinder o średnicy wewnętrznej 15 cm, wysokości 17,5 cm i V=2,2 dm^3.

Przed rozpoczęciem badania wskaźnika CBR badanej próbki musimy oznaczyć::

-uziarnienia gruntu (do 20mm)

-granicę płynności i plastyczności oraz wskaźnik dla gruntów sypkich

-maksymalna gęstość pozorną szkieletu gruntowego oraz wilgotność optymalną według normalnej próby Prostora

-wilgotność krytyczną-służy do obliczenia CBR miarodajnego dla danego gruntu

CBR miarodajne-jest to nośność gruntu dla danej wilgotności krytycznej przy której grunt traci optymalna nośność.

Ze względu na ograniczony czas trwania ćwiczeń laboratoryjnych pozwoliliśmy sobie na ominięcie badań pozwalających na wyznaczenie granicy plastyczności, płynności, oraz max. gęstości pozornej szkieletu gruntowego.

1. Aby umożliwić wykonanie tego badania znaliśmy wilgotność naturalną Wn wilgotność optymalną Wopt badanej próbki gruntu.

Wn=4,81%

Wopt=9,18%

2. Masa materiału pobranego do badania m=12,0534 kg

Musimy pamiętać, że na stosunkowo niewielkie wymiary cylindra i trzpienia musimy odsiać ziarna od 20 mm. Jeżeli zawartość ziarn większych niż 20 mm przekroczy 30 % całości to badanie CBR nie można stosować, jeżeli jest ich do 30%, to ziarna powyżej 20 mm odsiewa się i zastępuje taką samą ilością wagową ziarn od 5 do 20 mm.

3. Doprowadziliśmy próbkę do wilgotności optymalnej. Aby to wykonać musieliśmy policzyć masę wody która znajduje się w naszej próbce:

w=mw/ms

mw= 4,81/100*12,0534=0,579 kg

Stąd otrzymaliśmy:

ms=12,0534-0,579=11,47m kg

Następnie wyznaczamy masę wody potrzebnej do tego aby nasza badana próbka osiągneła wilgotność optymalną:

9,11/100*11,47=1,053 kg

Więc ilość wody potrzebnej do osiągnięcia przez próbkę wilgotności optymalnej wynosi:

1,053-0,579=0,474 kg -tą ilość dolewamy

Stale mieszając dolewamy stopniowo wodę tak by grunt osiągnął swoją wilgotność optymalną. Pamiętamy o tym aby starannie go wymieszać.

4. Następnie ważymy pusty cylinder z dokładnością do 1 g.

Mc=8,33 kg

5. Następnie zagęszczamy grunt w trzech kolejnych warstwach jednakowej grubości. Każdą z warstw ubijak o masie 4,5 kg ubija 20 uderzeniami spadając z wysokości 48 cm.

Ostatnia warstwa powinna wystawać około 1 cm ponad górną krawędź cylindra (nadstawka).

6. Następnie zdejmujemy nadstawkę i wyrównujemy za pomocą ostrego narzędzia próbkę równo z krawędziami cylindra.

7. Następnie ważymy cylinder wraz z gruntem:

mc+g=12,94 kg

8. Z gruntów sypkich i mało spoistych wykonuje się 3 próbki, a z gruntów średnio- i bardzo spoistych 4 próbki

9. Wciskanie trzpienia. Cylinder ustawia się pod prasą tak, żeby trzpień znajdował się dokładnie w przedłużonej osi cylindra. Trzpień ustawiamy tak, aby dokładnie dotykał powierzchni próbki Następnie do trzpienia przymocowujemy czujnik (ustawiamy go na zero). Trzpień zagłębia się w próbkę ze stałą prędkością 1,25 mm/min. Zapisujemy obciążenia z pierścienia dynamometrycznego dla następujących zagłębień trzpienia: 0,625 mm, 1,25 mm, 2,5 mm, 5 mm, i 10 mm po 8 minutach.

10. Tabela pomiarów czujników

czujnik wys.	czujnik	Obciążenie
cylindra [mm]	pełzania	[KN]
0,625	30	0,78
1,25	71	1,85
2,5	152	3,96
5	245	6,41
5,1	245	6,41

Na podstawie zapisów obciążeń przy wciskaniu trzpienia wykreślamy krzywą

11. Z wykresu wyznaczamy naciski na trzpień przy jego zagłębieniu na 2,5 mm i 5 mm. Ciśnienia które odpowiadają zagłębieniom 2,5 mm i 5 mm w znormalizowanym wzorcowym materiale wynoszą odpowiednio 7 i 10 MPa. Wskaźnik CBR wyznaczamy ze wzorów:

CBR=P(2,5)/7*100=28,42 oraz CBR=P(5)/10*100=32,1

Za wskaźnik nośności przyjmuje się wartość większą z tych dwóch wartości.

Badany przez nas grunt osiągnął wartość wskaźnika CBR=32,1

12. Ocena wyników badania. Wartości CBR dla gruntów mieszczą się w następujących granicach:

• 2-6 dla iłów i glin ciężkich

• 4-10 dla lessów

• 6-15 dla glin piaszczystych

• 10-15 dla piasków gliniastych

• 10-30 piaski drobne

• 20-80 dla pospółek i żwirów

13. Po określeniu wskaźnika CBR po różnych okresach nasycenia próbki wodą sporządza się wykres zależności CVBR od wilgotności gruntu. Znając wilgotność krytyczną można wyznaczyć miarodajną wartość CBR. Miarodajne CBR jest to nośność gruntu dla danej wilgotności krytycznej przy której grunt traci optymalną nośność. Ze względu na to, że nie wykonaliśmy wszystkich przewidzianych badań nie jesteśmy w stanie jej określić

Z powyższych danych wynika, że badany przez nas grunt najprawdopodobniej żwir, albo pospółka.

14. Pomiar wilgotności. Wykonuje się po próbie penetracji. W tym celu pobieramy próbki o masie około 50 g z miejsc położonych nieco poniżej powierzchni.

My pobraliśmy próbki z dołu i góry cylindra

Z góry cylindra: - masa próbki wilgotnej mw=0,245-0,0698=0,1752 kg

- masa próbki po wysuszeniu ms=0,229-0,0698=0,1596 kg

w=(mw-ms)/ms*100%=9,77%

Z dołu cylindra: - masa próbki wilgotnej mw=0,1772-0,0467=0,1305 kg

-masa próbki po wysuszeniu ms=0,1645-0,0467=0,1178 kg

w=(mw-ms)/ms*100%=10,78%

---