Har vi inte passerat CBR-testerna nu?

Varför behöver jag fortfarande ett CBR-värde när min väggrundläggnings design baseras på modul?

Låt oss glömma jorden för en stund. I stället föreställ er, att ni bakar en kaka och tänker på sötma: du tänker bara på hur den söta kakan kommer bli och det beror på hur mycket socker du lägger i den. Den mätskala du egentligen behöver är ”sötmasgrad”, men det är svårt för att du inte har någon metod varken utrustning för det. Det betyder att du måste följa receptet, och om det är från en gammal receptbok då mäts sockret i muggar! Du har ingen standardmugg, så du tittar i in en tabell som omvandlar muggar till gram och du behöver en våg också. Voila!

Lägg märke till att vi har arbetat från gram (en vikt) till muggar (en volym) för att beräkna graden av sötma (svår att mäta). Vi litar på att receptförfattaren känner till förhållandet mellan volymen socker och kakans sötma och att omräkningstabellen korrekt korrelerar lös volym till vikt. Njut av din kaka! Men vad har detta att göra med California Bearing Ratio-testet och CBR-värden? Fortsätt läsa för att ta reda på det!

I den här bloggen tar vi upp följande:

• Vad är egentligen California Bearing Ratio test?
• CBR testmetod
• Förklaring av CBR-värden
• Hur beräknas CBR-värdena?
• Användning av CBR-värden för vägutformning/design
• Varför använder vi fortfarande CBR-värden vid utformning av vägar/vägdesign?
• Hur CBR – testet går till på plats?
• Används det CD225 CBR-värden för utformning/design?
• Alternativa testmetoder
• Minsta CBR-värde för vägunderlag
• Hur vi kan hjälpa till

Vad är egentligen California Bearing Ratio test?

California Bearing Ratio Test (CBR-testet) är ett tryckprov som utvecklats av California State Highway Department (Caltrans) för att utvärdera jordenlager. CBR-testet används vid utformning av flexibla beläggningar och sedan desss utdveckling har det blivit allmänt accepterat internationellt.

CBR testmetod

CBR – metoden består av att en 50 mm cylindrisk kolv tränger in i provningsmaterialet med en hastighet på 1,25 mm per minut. Belastningen vid 2,5 mm och 5 mm penetrering/inträngning registreras. Belastningarna uttrycks sedan i procent av en standardbelastning som erhålls genom identisk testning av ett standardkornmaterial av hög kvalitet. Detta kallas sedan som CBR-värdet.

CBR-värde som erhålls vid 2,5 mm inträngning är normalt högre än vid 5 mm inträngning och man använder detta värde. Testet upprepas om värdet från 5 mm inträngning är högre. Om värdet fortfarande är högre än det värdet vid 5 mm inträngning då detta värde skall användas.

CBR testet kan utföras på plats – då måste man ta hänsyn till effekten av säsongsvariationer i fukthalten – eller kan testerna utföras i laboratoriet på ostörda eller omformade prover som har packats med lämplig fukthalt. Laboratorietesterna kan simulera fukthalten i underlaget och den ”störningsnivå” som förväntas på platsen under och efter anläggningen/byggandet.

Förklaring av CBR-värden

CBR testet är förhållandet mellan den kraft som krävs för att tränga in i en jordmassa med en cirkulär standardkolv till ett visst djup med en hastighet på 1,25 mm/min. Denna kraft som krävs för motsvarande inträngning av ett standardmaterial. Detta uttryckt i procent. Detta ger en värdefull uppskattning av markens/jordens hållfasthet och styvhet som lämpar sig för användning vid utformning av vägfundament/grundläggning.

Hur beräknas CBR-värdena?

CBR-värden för jord ska uttryckas korrekt i procent, t.ex. CBR 2,5 %. I testet jämförs penetrations/inträngningsmotståndet på den testade jorden med penetrations/inträngningsmotståndet på en packad granulärt standardmaterial av hög kvalitet. Resultatet är ett nyckeltal som sedan multipliceras med 100 för att skapa ett procentvärde.

Användning av CBR-värden för vägutformning/design

Metoder för utformning av väggrundläggning, t.ex. de som beskrivs i CD225 ”Design for New Pavement Foundations”, kräver att jordförhållandena i lager/marken klassificeras med hjälp av modul för markytan i underlaget. Detta svårt att mäta, så det uppskattas utifrån CBR-värden. CD225 ger oss en enkel ekvation för att omvandla CBR till ytmodul i underlaget (subgrade surface mudulus).

Det funkar bra så längre, men CBR testning är lite för svårt och det finns kraftigt variation i resultaten pga fukthalten. Konstruktionsvärdet/Designvärdet bör motsvara ”jämvikts” vatten/fukthalten, vilket är det tillstånd som förväntas under vägfundamentets livslängd, och det kommer att kräva viss kalibrering och uppskattning. Även om ekvationen för att omvandla CBR till modul verkar mycket snygg och exakt kan ingångsvärdet för CBR bli allt annat än exakt.

CBR-testning utförs sällan under en vanlig platsundersökning. CBR-värde erhålls vanligtvis indirekt från en annan provning på plats (in-situ-test), som plattbelastningstest (PLT) eller dynamisk kon penetrometer test (DCP – dynamic cone penetrometer). Kalibreringstabeller gör det möjligt att omvandla penetrationsresultat till CBR-värde. Från CBR använder vi sedan ekvationen för att uppskatta underlagets ytmodul (subgrade surface modulus). Precis som från vågar till muggar till sötmaingsindex.

Plattbelastningstest i aktion för att få fram CBR-värden

Varför använder vi fortfarande CBR-värden vid utformning av vägar/vägdesign?

Trots att de flesta nationella metoder för utformning av vägfundament baseras på undergrundens ytmodul (subgrade surface modulus). Dess parameter mäts sällan på plats, och CBR-värden är vanligtvis används för att uppskatta ett modulsvärde.

Jordens fysiska egenskaper styr dess styrka och styvhet. Förhållandet mellan dessa egenskaper är komplext och inte helt klarlagt. CBR-testet, som först introducerades på 1930-talet, CBR-testet, som först introducerades på 1930-talet, har genomgått tidens prövning och är allmänt accepterat som ett praktiskt och kostnadseffektivt mått som ger en indikation på både styrka och styvhet.

Vägingenjörer och geotekniker är välbekanta med CBR-värden som ett mätvärde för underlagets hållfasthet, till den grad där många ingenjörer kan ge en bra preliminär uppskattning av CBR-värdena på plats genom att trycka in en tumme eller klack i underlagets yta. Det finns en accepterad brist på noggrannhet när det gäller CBR-mätningar på plats som ger erfarna ingenjörer förtroende för att uppskatta ett CBR-värde.

Att ange ett värde för skjuvhållfasthet i kPa innebär i kontraktet en grad av exakthet som kan saknas i verkligheten. Det finns diagram som gör det möjligt att uppskatta CBR-värdet utifrån en beskrivning av jordart, konstruktionsförhållanden och fuktförhållanden. CD225 tillåter användning av tabell C1 från LR1132 för att uppskatta CBR-värdet för grundläggning när inget CBR-värde finns tillgängligt.

Tabell C1 från LR1132

Resultaten från andra jordsonderingar kalibrerats till motsvarande CBR-värden pga dess livslängden och ingenjörer har en uppfattning om detta. California Bearing Ratio är därför en gemensam skala som alla förstår och som används som ett gemensamt ingångsvärde för olika designmetoder.

Hur CBR – testet går till på plats?

CBR-tester som innebär att en standardcylindrisk kolv tränger sig in i marken utförs sällan som en del av en vanlig platsundersökning. I stället används det alternativa testmetoder och CBR-värdet erhålls med hjälp av korrelationstabeller. Som nämnts ovan är de alternativa testmetoder som oftast används DCP eller PLT. Korrelationer mellan dessa testvärden och CBR-värden är väl etablerade och allmänt accepterade.

Används det CD225 CBR-värden för utformning/design?

I UK Design Manual for Roads and Bridges CD225 – ‘Design for new pavement foundations’ föreslås en begränsad designmetod som byggs på den design (subrade surface modul) för underlaget, vilken används som det lägsta av modulvärdena under konstruktionen och när ett jämviktstillstånd har uppnåtts i drift.

I CD225 erkänns dock att direkt mätning av underlagets modul är opraktiskt, och det behöver uppskattas. CD225 föreslår att den process som beskrivs i TRL-dokumentet LR1132, ”The structural design of bituminous roads”, kan användas för att uppskatta den kort- och långsiktiga ytmodulen för underlaget. I LR1132 föreslås att CBR-värden är det bästa praktiska sättet att uppskatta moduler för underliggande ytor.

CD225 kräver att nedanstående ekvation används för att omvandla CBR-värdet till underlagets ytmodul.

E = 17.6(CBR) 0.64

Ekvationen är begränsad till CBR-värden mellan 2 % och 12 % och jordartar med en maximal partikelstorlek på 20 mm.

Även om användningen av CBR-värden föreslås, är det inte ett krav att använda ett CBR-test. Alternativa provningsmetoder på plats som kan korreleras med CBR-värden accepteras. Testning med konpenetrometer nämns särskilt i LR1132.

Alternativa testmetoder

Dessutom finns det alternativa in-situ-tester som kan mäta modulvärden, t.ex. tester med fallande viktdeflektometer (FWD – falling weight deflectometer) och lättviktsdeflektometer (LWD – light weight deflectometer). Den sistnämnda utrustningen är handhållen och kan korreleras med FWD-utrustningen för att förbättra noggrannheten. Dessa dynamiska tester är mindre vanliga men ger ett mer direkt värdet på modulvärdet i underlaget, vilket överensstämmer med CD225-metoden för utformning/design av vägfundament.

Minsta CBR-värde för vägunderlag

I CD225 noteras att underlag med en dimensionerande ytmodul som är lägre än 30 MPa är olämpliga för att stödja byggandet av en vägbeläggning. Det motsvarar ett CBR-värde på cirka 2 %. Under detta värde är det nödvändigt att byta ut underlaget eller förbättra underlaget. CD225 omfattar mekanisk stabilisering med hjälp av geogrider som ett lämpligt alternativ.

Hur vi kan hjälpa till

Tensar kan ge specifik rådgivning om användning av Tensars geogrider för mekanisk stabilisering av svaga och varierande underliggande jordararter/marken. Vi kan också beräkna en ytmodul på toppen av det förbättrade undergrundslagret för att visa en ytmodul på över 30 MPa som är lämplig för beläggningens grundskikt. Denna beräkning kan baseras på CBR-testresultat eller på resultaten av alternativa testmetoder (t.ex. FWD- och LWD-tester).

Kontakta oss i dag för att få veta mer.