California Bearing Ratio

De bepaling van de California Bearing Ratio ofwel de CBR-proef is een typische indexproef. Hij werd in de jaren dertig ontwikkeld op basis van onderzoekingen van het California State Highway Department. Studies van Porter [1949] toonden aan dat de proefuitkomst, de zogenaamde California Bearing Ratio (CBR), voor een bepaalde ondergrond duidelijk verband hield met de vereiste dikte van een zogenaamde macadam-verhardingsconstructie op die ondergrond.

Gedurende de Tweede Wereldoorlog werd de proef door het Amerikaanse Corps of Engineers (USCE) gebruikt als basis voor het ontwerpen van militaire vliegvelden; daarbij werden allerlei eerdere ervaringen geëxtrapoleerd. Sindsdien is de proef over de gehele wereld gebruikt als standaardbepaling ter karakterisering van de ‘stabiliteit’ van de ondergrond of van de fundering, en verder bij het ontwerpen en dimensioneren van flexibele weg- en vliegveldverhardingen. In de Standaard RAW Bepalingen 2000 is de proef beschreven als proef 12.

De CBR-proef behelst een verplaatsingsgestuurde langzame penetratie van een cilindervormige plunjer. De plunjer heeft een doorsnede van 49,6 mm (1,95 inch) en een oppervlakte van 19,62 cm² (3 sq. inch). Hij wordt met een neerwaartse snelheid van 21 µm/s (0,05 inch/min) - ongeveer 1/1000 van de sondeersnelheid - in het materiaal gedrukt tot een diepte van 12,7 mm (0,5 inch); zie figuur 4.12 (hoofdstuk 4).

Tijdens de penetratie van de plunjer wordt rondom het belaste oppervlak een bovenbelasting uitgeoefend, die representatief is voor de druk die in situ op hetzelfde niveau heerst. Daartoe worden circa 23 N (5 lbs) zware stalen schijven gebruikt met een doorsnede van circa 0,15 m; in het midden van de schijven is een opening met een doorsnede van circa 55 mm gemaakt als doorvoer voor de plunjer. De bovenbelasting bedraagt minimaal circa 45 N (10 lbs), dat wil zeggen een druk van ongeveer 2,9 kPa (0,42 psi).

De voor penetratie benodigde kracht wordt afgelezen tot een penetratiediepte van 12,7 mm (0,5 inch). De aflezingen geschieden bij 0,025; 0,075; 0,1; 0,15; 0,20; 0,30; 0,40 en 0,50 inch. Ook wordt tegenwoordig de kracht wel continu geregistreerd, waarbij vaak grotere penetratiediepten worden gerealiseerd. Deze werkwijze heeft meestal tot doel een zo volledig mogelijk beeld te verkrijgen van het spanningsvervormingsdiagram; daarbij wordt niet alleen het elastische gedrag bij relatief kleine vervorming (penetratie) gemeten, maar in de meeste gevallen ook het gedrag bij bezwijken van de grond onder de plunjer en vervolgens na het bezwijken.

Ter bepaling van de CBR worden de krachten en spanningen in beschouwing genomen die behoren bij penetratiediepten van 2,54 mm (0,1 inch) en 5,08 mm (0,2 inch). Deze worden vergeleken met de krachten en spanningen die bij overeenkomstige penetratiediepten zijn gemeten bij een standaardmonster bestaande uit gebroken rots: 13,5 kN (1000 psi) voor 0,1 inch indringing en 20,3 kN (1500 psi) voor 0,2 inch indringing.

De CBR-waarde wordt nu als volgt gedefinieerd bij 0,1 inch:

Bij 0,2 inch luidt de definitie:

Hierbij geldt:

In de meeste gevallen zal de CBR-waarde bij 0,1 inch indringing groter zijn dan die bij 0,2 inch indringing; de eerstgenoemde CBR-waarde wordt dan als het proefresultaat beschouwd. Indien de CBR-waarde bij 0,2 inch hoger ligt, wordt de proef herhaald. Is de CBR-waarde bij 0,2 inch indringing wederom groter, dan wordt deze als proefresultaat gehanteerd. Soms wordt echter alleen de CBR bij 0,1 inch indringing in beschouwing genomen en als proefuitkomst gebruikt. Indien bij het begin van de indringing van de plunjer relatief lage krachten worden gemeten vanwege verstoringen van de toplaag en/of onvolledige aansluiting van de plunjer aan de grond, dient voor de interpretatie een correctie te worden toegepast; zie figuur 6.25 en de bijbehorende figuur 6.26.

Omdat de CBR-waarde in sterke mate kan worden beïnvloed door het vochtgehalte, wordt in de praktijk ook vaak een vochtgehaltebepaling gedaan op een representatief monster van de grond onder de CBR-plunjer. In combinatie met de samenstelling van het materiaal bepaalt het vochtgehalte de grootte van de schijnbare cohesie; deze heeft gewoonlijk een aanzienlijke invloed op het evenwichtsdraagvermogen van de grond onder de plunjer. Bij CBR-bepalingen in het laboratorium wordt de proef soms herhaald nadat het monster gedurende een bepaalde tijd in staat is geweest water op te nemen; het evenwichtsdraagvermogen na wateropname (Engels: soaking) is lager dan dat ervoor.

Volgens veel onderzoekers heeft een CBR-bepaling op droog zand en/of grind weinig zin. Omdat in een dergelijk materiaal vrijwel geen schijnbare cohesie aanwezig is, treedt een aanmerkelijk randeffect op aan de omtrek van de plunjerbasis. Daarbij ondergaan de korrels relatief grote verplaatsingen, waardoor irreële, te lage CBR-waarden worden gemeten. Op relatief grof materiaal, zoals grind en steenslag, treden eveneens ongewenste effecten op wanneer de CBR-plunjer slechts contact maakt met één of enkele grote korrels.