🛤️ CBR-Tragfähigkeitskennwert von Böden
Laborbestimmung des California Bearing Ratio (CBR) von Böden mittels Standard-Stempel-Penetrationsverfahren. Schlüsselprüfung für Straßendeckenentwurf.
Übersicht
Der California Bearing Ratio (CBR) ist einer der wichtigsten geotechnischen Parameter im Straßendeckenentwurf. Die Prüfung besteht darin, einen Standard-Stempel mit 50 mm Durchmesser mit konstanter Geschwindigkeit in eine verdichtete Bodenprobe einzudrücken und die erhaltenen Spannungen mit Referenzwerten für Standard-Schotter aus Kalifornien zu vergleichen.
Das CBR-Ergebnis wird in Prozent ausgedrückt — je höher der Wert, desto besser die Bodentragfähigkeit. Typische Werte sind: Lehm und organische Böden 2–5%, Sand 10–30%, Kies 30–80%, gebrochenes Gestein 80–100%+. Basierend auf dem CBR-Wert werden die Schichtdicken der Straßendeckenkonstruktion bemessen — niedrigerer CBR des Untergrunds erfordert dickere Schichten.
Die Norm PN-EN 13286-47 beschreibt sowohl CBR (nach 4-tägiger Wasserlagerung) als auch den Sofortigen Tragfähigkeitsindex IBI (ohne Wasserlagerung) sowie die lineare Schwellprüfung. Die Prüfung wird an Proben durchgeführt, die nach der Proctor-Methode in CBR-Zylindern mit 150 mm Durchmesser und 120 mm Höhe verdichtet wurden.
Der CBR-Index ist beim Entwurf von Straßen gemäß dem Katalog typischer flexibler und halbstarrer Straßendeckenkonstruktionen (GDDKiA) verpflichtend. Er wird auch zur Bewertung der Bodeneignung für den Bau von Dämmen, Einschnitten und Straßenuntergrund verwendet.
Prinzip der Methode
Die Bodenprobe wird in einem CBR-Zylinder (Ø150 mm) nach der Proctor-Methode bei optimaler Feuchtigkeit verdichtet. Nach 4-tägiger Wasserlagerung (oder ohne — für IBI) wird ein Stempel mit 49,6 mm Durchmesser mit konstanter Geschwindigkeit von 1,27 mm/min in die Probe eingedrückt. Die Kraft wird bei Eindringtiefen von 2,5 und 5,0 mm aufgezeichnet. CBR wird als prozentuales Verhältnis der gemessenen Spannung zur Standardspannung berechnet: CBR₂,₅ = (p₂,₅ / 6,9 MPa) × 100% und CBR₅,₀ = (p₅,₀ / 10,3 MPa) × 100%. Der höhere der beiden Werte wird als Ergebnis genommen.
Anwendungen
- Bemessung der Schichtdicken von Straßendecken
- Bewertung der Tragfähigkeit des Untergrunds für Straßen und Plätze
- Klassifizierung von Böden für den Straßendammbau
- Qualitätskontrolle von verbesserten Untergrundschichten
- Entwurf von Flugplatzdecken
- Bewertung der Bodeneignung für Bauzwecke
- Prüfung des Untergrunds für Industrieböden
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Stempeldurchmesser | 49,6 mm (Fläche 1935 mm²) |
| Eindringgeschwindigkeit | 1,27 mm/min |
| Messeindringtiefen | 2,5 mm und 5,0 mm |
| Standardspannungen | 6,9 MPa (2,5 mm) und 10,3 MPa (5,0 mm) |
| Wasserlagerungszeit | 4 Tage (96 h) in Wasser |
| CBR-Zylinder | Ø150 mm, h = 120 mm |
Norm
- Normnummer
- PN-EN 13286-47:2022
- Titel (PL)
- Mieszanki niezwiązane i związane hydraulicznie — Część 47: Metoda badania kalifornijskiego wskaźnika nośności, natychmiastowego wskaźnika nośności i pęcznienia liniowego
- Title (EN)
- Unbound and hydraulically bound mixtures — Part 47: Test method for the determination of California bearing ratio, immediate bearing index and linear swelling
Schritt-für-Schritt-Verfahren
1. Bodenvorbereitung
Boden bei 50°C trocknen, Klumpen zerkleinern, durch 20-mm-Sieb sieben. Optimale Feuchtigkeit nach Proctor-Methode bestimmen.
2. Probenbefeuchtung
Wasser bis zum Erreichen der optimalen Feuchtigkeit (gem. Proctor-Ergebnis) hinzufügen. Gründlich mischen und 24 h in geschlossenem Behälter belassen.
3. Verdichtung im CBR-Zylinder
Boden im CBR-Zylinder in 5 Lagen zu je 56 Schlägen mit 4,5-kg-Fallhammer verdichten (Modifizierter Proctor). Oberfläche planieren.
4. Dichtemessung
Zylinder mit Probe wiegen. Raumgewicht berechnen. Mit maximaler Dichte aus Proctor vergleichen (erforderlich ≥95%).
5. Wasserlagerung (4 Tage)
Perforierte Scheibe mit Auflast auf Probe platzieren. Zylinder in Wassertank tauchen. Quellmessuhr montieren. Quellung alle 24 h aufzeichnen.
6. Entnahme und Entwässerung
Nach 4 Tagen Zylinder aus Wasser nehmen. 15 Min. für Schwerkraftentwässerung warten. Wiegen.
7. Stempelpenetrationstest
Zylinder in CBR-Presse platzieren. Sitzlast von 44 N aufbringen. Stempel mit 1,27 mm/min eindringen. Kraft alle 0,5 mm Eindringung aufzeichnen.
8. Ergebnisablesung
Kraft bei 2,5 mm und 5,0 mm Eindringtiefe ablesen. Kurvenform prüfen — bei Wendepunkt Korrektur anwenden.
9. CBR-Berechnung
CBR₂,₅ = (σ₂,₅ / 6,9) × 100%, CBR₅,₀ = (σ₅,₀ / 10,3) × 100%. Ergebnis = höherer der beiden Werte, auf 1% gerundet.
10. Feuchtigkeitsbestimmung nach Prüfung
3 Bodenproben aus Zylinder nehmen (oben, Mitte, unten). Bei 105°C bis zur Massekonstanz trocknen. Feuchtigkeit berechnen.
11. Dokumentation
Prüfbericht erstellen: CBR, IBI, Quellung, Feuchtigkeit, Dichte, Kraft-Eindringkurve.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| CBR-Presse mit Kraft-Weg-Aufzeichnung | Controls 82-T0108, Wykeham Farrance 50 kN, Matest S215 | 25 000–80 000 PLN |
| CBR-Zylinder (4er-Set) | Stahl Ø150 mm mit perforierter Platte, Verlängerung und Auflast | 1 500–4 000 PLN/Set |
| Proctor-Verdichtungsgerät | Form Ø150 mm, Fallhammer 4,5 kg (Modifizierter Proctor) | 3 000–8 000 PLN |
| Wasserlagerungstank | Stahl oder Kunststoff, Fassungsvermögen min. 50 L, mit Wasserstandsanzeige | 500–2 000 PLN |
| Messuhr-Verformungssensoren | Mitutoyo 2046S, Messbereich 10 mm, Teilung 0,01 mm | 300–800 PLN/Stück |
| Laborwaage 30 kg | Radwag WLC 30/A2, Genauigkeit 1 g | 2 000–5 000 PLN |
| Labortrockenschrank | POL-EKO SLW 240, 250 L, 300°C max | 6 000–15 000 PLN |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| Leitungswasser | — | Zur Probenvorbereitung bei optimaler Feuchtigkeit und zur Wasserlagerung (4 Tage) |
| Filterpapier | — | Auf Probe vor Wasserlagerung gelegt — verhindert Auswaschen von Feinpartikeln |
| Technische Vaseline | — | Zum Schmieren der inneren Zylinderoberfläche vor Verdichtung |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- CBR-Presse — Quetschgefahr, Stempelzone während Betrieb nicht annähern
- Proctor-Fallhammer 4,5 kg — Handverletzungsrisiko, Schutzhandschuhe verwenden
- Schwere Zylinder mit Boden (ca. 10 kg) — vorsichtiges Handling
- Bodenstaub — Staubmaske beim Umfüllen von trockenem Boden verwenden