4.
ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA (ISC) OU CBR (CALIFÓRNIA)
Esse ensaio foi concebido pelo Departamento de Estradas de Rodagem da California
(USA) para avaliar a resistência dos solos.
No ensaio de CBR, é medida a resistência à penetração de uma amostra saturada
compactada segundo o método Proctor. Para essa finalidade, uma pistão com seção
transversal de 3 pol2 penetra na amostra à uma velocidade de 0,05 pol/min.
O valor da resistência à penetração é computado em porcentagem, sendo que 100% é
o valor correspondente à penetração em uma amostra de brita graduada de elevada
qualidade que foi adotada como padrão de referência.
4.1 Ensaio de Capacidade de Suporte CBR (Índice de Suporte Califórnia – ISC)
O ensaio de suporte Califórnia CBR, California Bearing Ratio, é padronizado no Brasil
pela norma ABNT 9895.
O ensaio é composto por três etapas:
compactação do corpo de prova: são compactados com cinco teores de
umidade uma amostra, segundo o método Proctor. Com esta finalidade, o molde
grande de bronze ou material tratado (banho eletrolítico ou ferro galvanizado) de
diâmetro de 6 polegadas - aproximadamente152 mm é fixado na base perfurada,
mostrada na figura 4.1 (a), sendo colocado no fundo do molde um disco espaçador de
63,5 mm de altura, cuja função é de que o solo a ser compactado não ocupe
totalmente o molde, promovendo um espaço para posterior colocação da sobrecarga a
ser utilizada na determinação da expansão. Coloca-se o colarinho (figura 4.1 (a) e o
papel filtro no fundo do molde (figura 4.1 (b)), o molde é apoiado sobre uma base rígida
preferencialmente de concreto (massa superior a 100 kg) e o solo compactado em
cinco camadas, com o soquete grande, sendo que o número de golpes depende da
energia de compactação (normal – 12, intermediária – 26 e modificada – 55 golpes)
(vide esquema da figura 4.1 (c) e figura 4.2 (a)). É importante que sempre antes de
lançar nova camada se faça a escarificação da camada compactada, de maneira a
promover a aderência entre as mesmas. Após a compactação, retira-se o molde da
base perfurada, inverte-o retirando o disco espaçador e pesa-o (molde mais o solo)
(vide figura 4.2 (b). Determinando-se o teor de umidade é possível obter-se a curva de
compactação (γs x h) (figura 4.2 (c).
Soquete grande
Molde grande
Cinco camadas de solo
disco espaçador
Figura 4.1 (a) Base perfurada, (b) colocação do papel filtro, (c) esquema da
compactação.
Rita Moura Fortes
1/1
γ s(g/cm³)
areia
silte
argila
h (%)
(a)
(b)
(c)
Figura 4.2 - (a) compactação do corpo de prova, (b) pesagem e (c) curvas típicas
de compactação.
obtenção da curva de expansão: após a compactação: sobre o corpo de prova
dentro do molde cilíndrico, no espaço deixado pelo disco espaçador, é colocado o
prato com haste perfurado e sobre este o disco anelar de aço que é dividido em duas
partes com aproximadamente 2270 g (10 lbs) (vide figura 4.3 (a) e (b)), sendo que
cada parte da carga anular (5 lbs) corresponde a sobrecarga de aproximadamente 2,5
polegadas de pavimento. Sobre a haste do prato perfurado, é apoiada a haste`do
relógio comparador fixado no porta-extensômetro, anotando-se a leitura inicial (figura
4.3 (c)). Coloca-se o corpo de prova imerso por 4 dias, medindo-se a expansão (figura
4.4 (a)), que é definida como a relação entre o aumento de altura do corpo de prova
(expansão) e a sua altura inicial, expresso em porcentagem .
Relógio comparador
Porta-extensômetro
Disco anelar de
sobrecarga
Prato perfurado com haste
Molde cilíndrico
Solo compactado
Figura 4.3 (a) Disco anelar de carga (b) e (c) montagem e esquema para determinação
da expansão.
.
Na figura 4.4 está apresentado corpos de prova imersos, sendo que na (c) e (d) tem-se
detalhes da medida para determinação da expansão.
Rita Moura Fortes
2/2
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 4.4 – Determinação da expansão.
medida da resistência à penetração: Retira-se o corpo de prova da embebição
e de sobre ele o prato perfurado com a sobrecarga e deixa escorrer (drenar) por 15
minutos. Após, recoloca-se a sobrecarga e leva-se o corpo de prova à prensa para ser
rompido através da penetração do pistão a uma velocidade de 1,27 mm/min. São
anotadas as leituras para as penetrações de 0,63; 1,27; 1,90; 2,54; 3,17; 3,81; 4,44;
5,08; 6,35; 7,62; 8,89; 10,16; 11,43 e 12,70 mm, sendo que esta última leitura
corresponde ao tempo de 10 minutos. No caso de se utilizar de uma prensa com anel
dinamométrico (figura 4.5 (a)), anota-se as leituras do relógio comparador acoplado ao
mesmo, em mm, que medem encurtamentos diametrais provenientes da atuação das
cargas. e multiplicando-se este valor lido pela “constante do anel”, que é obtida quando
da sua calibração (curva da carga aplicada ao anel versus a leitura do relógio
comparador), obtém-se o valor da carga, que dividida pela seção transversal do pistão
resulta no valor da pressão aplicada. No caso de se utilizar de uma célula de carga, a
leitura é direta (figura 4.5 (b) e (c)). A velocidade de penetração do pistão é controlada
com o auxílio de um cronômetro e do acompanhamento dos valores da penetração
registrados no relógio comparador fixado no pistão e com a haste apoiada no molde
(vide esquema da figura 4.5 (d).
Com este valores traça-se a curva pressão versus penetração ou carga versus
penetração (vide figura 4.6).
Anel dinamométrico
ou célula de carga
pistão
relógio comparador
sobrecarga
molde
solo
macaco
manivela
Figura 4.5 – Prensa do ensaio do CBR.
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3/3
Pressão
(MPa)
P2’
P1’
P2
c
P1
c
c
2,54
(0,1”)
5,08
(0,2”)
Penetração (mm)
P1 e P2 Pressões lidas para 2,54 e 5,08 mm
P1’ e P2’ Pressões corrigidas para 2,54 e 5,08 mm
Figura 4.6 - Curva pressão versus penetração – gráfico com correção.
A correção da curva apresentada na figura 4.6 é necessária quando ocorre ponto de
inflexão, sendo necessário traçar a tangente até sua intersecção com eixo das
abcissas, obtendo-se o valor do deslocamento c, sendo que a curva corrigida iniciaria
no ponto de intersecção da tangente com o eixo das abcissas. Assim sendo, as leituras
P1 e P2, correspondentes respectivamente à penetração de 2,54 mm (0,1” ou 1000
psi) e 5,08 (0,2”ou 1500 psi) deverão ser deslocadas de c, como mostrado na figura
4.6, obtendo-se os valores P1’ e P2’, que são os valores da pressões corrigidas.
Este tipo de curva ocorre principalmente quando se utiliza equipamento manual, devido
a sensibilidade do operador no início do ensaio em relação a resposta dada pelo solo à
aplicação da carga, sendo difícil manter-se a velocidade constante. Hoje já existem
disponíveis equipamentos automáticos que mantém a velocidade de aplicação de
carga constante e portanto fornecem curvas sem necessidade de correção.
Para o cálculo do valor do índice de suporte Califórnia é adotado o maior dos valores
obtidos para as pressões lidas (se a curva não apresenta inflexão) ou corrigidas nas
penetrações de 2,54 mm e de 5,08 mm. Geralmente o valor correspondente à
penetração de 5,08 mm é o maior e caso ocorra o inverso, costuma-se repetir o ensaio
para dirimir qualquer dúvida. O valor do CBR é dado pela equação:
ISC ou CBR =
Pressão calculada (lida) ou pressão corrigida
X 100
Pressão padrão
Os valores correspondentes à pressão padrão para as penetrações de 2,54 e de 5,08
estão na tabela 4.6 e são aquelas obtidas para a amostra de brita graduada de alta
qualidade que foi utilizada como padrão de referência e apresenta CBR = 100%.
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4/4
Tabela 4.1 – Valores correspondentes à pressão padrão para penetrações de 2,54 e
5,08 mm
Penetração (mm)
Pressão Padrão (MPa)
2,54
6,90
5,08
10,35
Na figura 4.7 estão apresentados os resultados do ensaio, que deverão ser
apresentados em uma única folha:
curva de compactação (massa específica aparente seca versus teor de umidade):
assinalando-se a massa específica aparente seca máxima e o respectivo teor de
umidade (teor de umidade ótimo);
curva de expansão versus teor de umidade: destacando-se o valor da expansão
correspondente ao teor de umidade ótimo obtido na curva de compactação;
curva do CBR ou ISC versus teor de umidade: anotando-se o valor correspondente
ao teor de umidade ótimo (obtido na curva de compactação).
CBR (%)
CBR hot
Massa específica aparente máxima = x,xx g/cm3
Teor de umidade ótimo = y, y %
CBR = zzz,z %
Expansão = k,kk %
EXPANSÃO (%)
Expansãohot
γs (g/cm3)
γs máximo
hotimo
TEOR DE UMIDADE (%)
Figura 4.7 Apresentação dos resultados do ensaio para determinação da capacidade
de suporte (ISC ou CBR).
Yoder & Witczak recomendam a utilização da fórmula de correlação entre o valor de
CBR e o Módulo de elasticidade do material, desenvolvida por Huekelom e Foster onde
E = 1500 CBR porém que se faça com muita cautela.
Como o ensaio de CBR é largamente utilizado como elemento de dimensionamento de
pavimento e, o ensaio “in situ” apresenta grandes dificuldades logísticas, é prática
comum a coleta de material da jazida ou da cota na profundidade onde deve ser o topo
Rita Moura Fortes
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da camada de subleito e sem que haja perda do teor de umidade, o material é
transportado ao laboratório e o ensaio é conduzido com compactação na energia
normal caso se deseje saber a ordem de grandeza do CBR para camada de subleito e,
energia intermediária no caso de reforço ou sub-base
4.2
Ensaio de Capacidade de Suporte Mini CBR
4.2.1 Generalidades
Esse ensaio, aliado aos ensaios de expansão e contração, gera resultados que
possibilitam o dimensionamento de pavimentos e a escolha de solos para reforço do
subleito, sub-bases, bases e acostamentos. O ensaio pode ser realizado com ou sem
imersão e sobrecarga e dependendo da finalidade para a qual o solo estudado será
utilizado, emprega-se energia de compactação “normal”, “intermediária” ou
“modificada”.
O método de ensaio é normalizado pelo DNER – ME 254/89 e DER/SP – M 192
4.2.2 Execução do ensaio
Este ensaio foi desenvolvido na Iowa State University, sendo que o valor obtido foi
designado por IBV (Iowa Bearing Value). O mesmo caracteriza-se por utilizar corpos de
prova de dimensões reduzidas, com 50 mm de diâmetro, e pistão de penetração de 16
mm de diâmetro.
Nogami efetuou adaptações no método de ensaio de Iowa, a fim de poder
correlacionar seus resultados com o CBR obtido segundo a norma do DNER. Os
motivos que levaram ao desenvolvimento dessa adaptação foram as limitações dos
procedimentos tradicionais de previsão do CBR, sobretudo com base nas propriedades
índices dos solos (granulometria e limites de Atterberg), e a sugestão do prof. Carlos
de Souza Pinto, da EPUSP e IPT.
Mais tarde verificou-se que o ensaio Mini CBR permitia uma grande flexibilidade nas
variáveis que influenciam o valor de suporte. Assim, é possível se determinar a
capacidade de suporte, sem imersão em água, com vários tipos de sobrecarga, com
vários teores de umidade e energias de compactação, com lâmina d’água na ocasião
da penetração do pistão, etc. Com essas variações, foi possível se caracterizar melhor
as peculiaridades dos solos tropicais, sem contudo aumentar, proibitivamente, a
quantidade da amostra necessária, o esforço físico para a execução dos ensaios e o
seu custo.
Muitas das peculiaridades dos solos tropicais, penosamente determinadas com uso do
CBR tradicional, foram facilmente confirmadas com o uso do Mini CBR. Observe-se
que o Mini CBR pode ser determinado utilizando-se corpos de prova compactados
segundo o procedimento Mini MCV, de amostras indeformadas (tanto de solos naturais
como compactados) e, inclusive, através de ensaios “in situ” (ou de campo).
Uma correlação do Mini CBR com o CBR foi desenvolvida empiricamente por Nogami
em 1972, considerando os solos mais típicos do Estado de São Paulo e a condição de
teor de umidade ótima e massa específica aparente máxima da energia normal.
Em 1987, verificou-se, no Laboratório de Tecnologia de Pavimentação da EPUSP, que
essa correlação poderia ser substituída pelo uso da carga padrão. Para o Mini CBR,
utilizam-se as mesmas cargas padrões adotadas para o CBR tradicional (72,6 e 108,9
kgf/cm2, respectivamente para penetrações de 2,54 e 5,08mm. Devido à menor
dimensão do pistão do Mini CBR, contudo, essas cargas devem corresponder a 1/3
dessas penetrações, isto é, respectivamente 0,84 e 1,7 mm.
Rita Moura Fortes
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Analogamente ao procedimento CBR tradicional, constitui rotina a determinação da
expansão, nos corpos de prova submetidos à imersão em água. O procedimento
adotado no caso do ensaio Mini CBR é similar ao tradicional, menos o tempo de
imersão, que é reduzido para 20 horas, e outras adaptações decorrentes do uso de
corpos de prova de pequenas dimensões.
A figura 4.8 ilustra a penetração do corpo de prova.
Figura 4.8 – Penetração do ensaio mini CBR.
O ensaio Mini CBR apresenta uma dispersão menor de valores de capacidade de
suporte em relação ao ensaio convencional.
A capacidade de suporte dos solos pode ser aferida “in situ” através do penetrômetro
Sul-Africano e da utilização de equipamentos portáteis acoplados a veículos (prensa
Mini CBR). Os resultados “in situ” apresentam valores de capacidade de suporte
superiores aos obtidos nos corpos de prova moldados na umidade ótima em
laboratório. Este fato reforça a constatação de que as bases e camadas do substrato,
em ambientes tropicais, trabalham numa umidade inferior à umidade ótima de
compactação.
.
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