آزمایش نسبت باربری کالیفرنیا صحرایی

تاریخچه آزمایش نسبت باربری کالیفرنیا

آزمایش تعیین نسبت باربری کالیفرنیا اولین بار در سال 1929 توسط گروه مهندسی راه در اداره راه سازی ایالت کالیفرنیا آمریکا ابداع شد. این آزمایش خاک هم در آزمایشگاه و هم به صورت برجا (CBR in-place) انجام می شود. نسبت باربری کالیفرنیا در پی سازی برای بیان کیفیت نسبی خاک زیر پی کاربرد دارد. در راهسازی نیز مقدار آن در انعکاس مقاومت برشی خاک و تحمل آن در برابر بارهای ترافیکی اهمیت به سزایی دارد.

هدف از آزمایش نسبت باربری کالیفرنیا

اين روش آزمايش تعيين نسبت باربري كاليفرنيايي ( CBR) خاكهاي آزمايش شده در محل را با مقايسه ميزان بار نفوذي آن خاك به ميزان بار نفوذي مصالح استاندارد را در بر مي گيرد.

اهميت وكاربرد آزمایش نسبت باربری کالیفرنیا

آزمایش CBR in-place برای ارزیابی و طرح اجرایی روسازی انعطاف پذیر، مانند لایه اساس و بستر راه ها به کار می رود. همچنین کاربردهای دیگر مانند راه های شوسه، که برای آن ها CBR پارامتر مناسب و مطلوب برای تعیین مقاومت می باشد نیز استفاده می گردد. این آزمون به علت آسانی اجرا و سریع و کم هزینه بودن، رایج ترین آزمون برای ساخت جاده ها و یا باندهای فرودگاهی می باشد.

مشخصات فنی آزمایش نسبت باربری کالیفرنیا

• یک جکپیچی مکانیکی دستی که به هرزگرد برای اعمال بار به پیستون نفوذی فشار وارد میکند.
• حداقل ظرفیت5950 پوند ( 2700 کیلوگرم ) که در صورت نياز به ظرفيت kg 5000 اين دستگاه قابل ساخت مي باشد.

• دسته جدا شدنی با شعاع 6 اینچ( 150 میلیمتر )
• نسبت دنده ای بالا تقریباً 4/2 دور به ازای 04/0 اینچ ( یک میلیمتر ) نفوذ
• نسبت دنده ای متوسط تقریباً 5 دور به ازای 04/0 اینچ ( یک میلیمتر ) نفوذ
• نسبت دنده ای كم تقریباً 14 دور به ازای 04/0 اینچ ( یک میلیمتر )نفوذ
• از جک های مکانیکی که می توان نفوذ یکنواخت (3/1 میلیمتر در دقیقه )را تامین کند.
• حلقه اندازه گیر بار که دارای محدوده بار گذاری تقریباً صفر تا 1984 پوند نیرو (8/8 کیلو نیوتن ) و یا حلقه اندازه گیر دیگر دارای محدوده بارگذاری تقریباً صفر تا 5070 پوند نیرو (6/22کیلو نیوتن ) باشد.
• پیستون نفوذی – پیستون نفوذی که قطر آن 002/02 اینچ ( 1/0 8/50میلیمتر )
• رابط پیستون و لوله های الحاقی – یک رابط پیستون و لوله های الحاقی که داخل آن رزوه شده است با رابط های مربوطه.
• دو گیج عقربه ای با دقت 001/0 اینچ (0025/0میلیمتر ) و حد سنجش تقریباً 25/0 اینچ (2/6 میلیمتر ) برای اندازه گیری تغییر شکل حلقه اندازه گیر و یک گیج عقربه ای با دقت 001/0 اینچ (025/0 میلیمتر ) و حد سنجش یک اینچ ( 25 میلیمتر ) برای اندازه گیری میزان نفوذمجهز به یک گيره تنظیم عقربه می باشد.
• دو وزنه سربار و شکاف دار 10 پوندی (01/054/4 کیلوگرم ) به قطر 5/18 اینچ (1 216 میلیمتر ) و دو وزنه سربار و شکاف دار 20 پوند (01/ 8/9 کیلوگرم ) به قطر 5/8 اینچ

روش آزمایش CBR

برای انجام آزمایش CBR خاک (CBR Test) یا همان ظرفیت باربری کالیفرنیا، می توان از دو روش استفاده کرد:

آزمایش CBR خاک در محل پروژه

آزمایش CBR خاک در آزمایشگاه

روش آزمایش CBR صحرایی

سطح مورد آزمایش را با برداشتن مصالح خشک و سستی که معرف خاک مورد آزمایش نمی باشد آماده کنید . سطح آزمایش در حد امکان هموار و ترازی  فراهم نمایید . در صورت برخورد به مصالح اساس غیر خمیری ، باید نهایت دقت بعمل آید تا سطح آزمایش  دست خورد نگردد . فاصله نقاط آزمایشهای نفوذ باید طوری باشد که عملیات در یک نقطه باعث دست خوردگی خاک در نقطه دیگری كه باید مورد آزمایش نفوذ قرار گیرد نشود. این فاصله ممکن است ازحداقل7اینچ (175 میلیمتر ) برای خاکهای خمیری تا 15 اینچ ( 380 میلیمتر ) برای خاکهای درشت دانه محدود گردد.

جک پیچی مکانیکی با هرزگرد را به قسمت زیرین رابط های عکس العمل نصب کنید(زیر کامیون و…) . جک های کامیون را زیر هر طرف کامیون قراردهید و کامیون را بالا ببرید بطوری که هیچ وزني روی فنرهای عقب باقی نماند یا وزن کمی روی آنها باقی بماند از تراز بودن عقب کامیون اطمینان حاصل نمایید .

جک پیچی مکانیکی را در وضعیت صحیح آزمایش قراردهید و حلقه اندازه گیر را به انتهای جک وصل کنید سپس رابط پیستون را به انتهای حلقه اندازه گیر متصل نمایید . تعداد مورد نیاز الحاقی ها را وصل کنید تا درفاصله حدود 4/9 اینچ ( 135 میلیمتر ) از سطح مورد آزمایش قرار گیرد و پیستون نفوذی را وصل کنید. جك را در محل محکم کنید. تراز نصب شده روی جك را کنترل کنید تا از قائم بودن مجموعه مطمئن شوید  و در صورت لزوم آن را تنظیم نمایید.  صفحه  سربار ده پوندی (5/4 کیلوگرم ) را زیر پیستون نفوذی طوری قرار دهید که پیستون هنگامی پایین آورده می شود از مرکز سوراخ بگذرد. پیستون نفوذی را تحت بار تقریبی 3 پوند بر اینچ مربع ( 21 کیلوپاسکال) در جای خود بنشانید برای نشاندن سریع از نسبت دنده ای بالای جک استفاده نمایید برای مصالح اساس با سطح نامنظم پیستون را روی لایه خیلی نازکی از آهک ( نمره 30-20) یا گچ پاریس بنشانید. در صورت لزوم برای داشتن یک سطح هموار در حالیکه بار نشاننده روی پیستون می باشد صفحه سربار را بالا ببرید وبه عمق 12/0 تا 24/0 اینچ ( 3تا 6 میلیمتر ) روی سطحی که توسط صفحه پوشانده می شود بطور یکسان ماسه ریز دانه تمیز پهن کنید این عمل موجب توزیع یکنواخت وزن سربار می گردد.

وزنه های سربار را به صفحه سربار طوری اضافه کنید که بار وارده با شدت بار مصالح یا روسازی , که بر بستر یا لایه اساس یا هر دو قرارمی گیرد برابر شود. جز موردی که , حداقل وزن وارده بایستی صفحه سربار ده پوندی ( 5/4 کیلوگرم ) به اضافه یک وزنه سربار 20 پوند ( 9 کیلوگرم ) باشد. گیره عقربه نفوذ را به پیستون طوری وصل کنید که عقربه روی پایه قرار گیرد. گیج های عقربه ای را روی صفر تنظیم نمایید. استفاده از نسبت دنده ای کم جک می توان توسط آزمایش کننده در اثناي آزمایش نرخ نفوذ را بکنواخت نگه داشت . تغییر شکل حلقه اندازه گیر را در هر 025/0 اینچ (62/0 میلیمتر ) افزایش نفوذ تا عمق نفوذ نهایی 50/0 اینچ (70/12 میلیمتر ) یاد داشت کنید. تنش را برای هر افزایش نفوذ بر حسب درصد محاسبه نمایید.  پس از اتمام آزمایش نمونه ای از نقطه نفوذ تهیه و درصد رطوبت آن را تعیین نمایید بعلاوه در فاصله ای در حدود 4 تا 6 اینچ ( 100 تا 150 میلیمتر ) از نقطه نفوذ بایستی دانسیته تعیین شود.

لازم به ذکر است در بعضی موارد ، بدلیل ناهمواری های سطح یا سایر علت ها ، ابتدای منحنی تنش – نفوذ ممکن است دارای تقعر  به بالا باشد ، در چنین حالات نقطه صفر بایستی تصحیح گردد.

محاسبات آزمایش CBR صحرایی

با استفاده از مقادیر تنش تصحیح شده حاصل از منحنی تنش-نفوذ براي  نفوذ های 1/0 اینچ ( 54/2 میلیمتر ) و 2/0 اینچ (8/5 میلیمتر  ) نسبت های باربری هر یک را به ترتیب با تقسیم تنش های تصحیح شده بر تنش های استاندارد 1000 پوند بر اینچ مربع (9/6 کیلو پاسکال ) و1500 پوند بر اینچ مربع( 3/10 کیلو پاسکال) ضرب در 100 ، محاسبه نمایید . همچنین نسبت های باربری برای حداکثر تنش را محاسبه نمایید . چنانچه نفوذ کمتر از 2/0 اینچ باشد تنش استاندارد درون یابی می گردد. معمولاً CBR گزارش شده برای مخلوط خاک ، نسبت باربری در 1/0 اینچ ( 54/2 میلیمتر ) نفوذ می باشد . وقتی که نسبت باربری در 2/0 اینچ (08/5 میلیمتر ) نفوذ بیشتر ( یا حداکثر نفوذ اگر کمتر از 2/0 اینچ است ) باشد آزمایش را تکرار کنید . اگر آزمایش کنترلی نتیجه مشابهی بدهد آنگاه نسبت باربری بدست آمده در نفوذ2/0 اینچ (08/5 میلیمتر ) یا حداکثر نفوذ به عنوان C.B.R در نظر گرفته می شود.

تعریف عدد  CBR

بنا به تعریف، بار لازم برای فرو رفتن و نفوذ یک سنبه استاندارد به میزان معین در یک نمونه مورد آزمایش به مقدار بار استاندارد برای همان نفوذ است. میزان نفوذ سنبه استاندارد معمولا 0.5 اینچ یا به عبارت دیگر برابر 12.5 میلی متر می باشد. فشار لازم برای نفوذ پیستون در داخل مصالح سنگی شکسته مشخص، استاندارد بوده و مقادیر آن در جدول زیر قابل مشاهده است:

شماره استاندارد

ASTM D4429-09