Conheça o ensaio CBR e sua aplicação na Pavimentação!

O ensaio do índice de suporte califórnia, também chamado pelo original em inglês – California Bearing Ratio (CBR) –  é o principal método de avaliação da resistência do solo para o dimensionamento de pavimentos pelo método do DNER (1981). O Ensaio de índice de suporte Califórnia tem por função determinar a resistência a penetração no solo através de um pistão padronizado, de 20 centímetros quadrados de área, em relação a uma brita padrão e também a expansão da amostra através da diferença inicial e final de volume.

No final da década de 1920 quando o engenheiro Porter realizava extensas investigações sobre as causas de rupturas em pavimentos flexíveis em rodovias, às investigações apontavam que as causas mais comuns da ruptura eram os deslocamentos do solo do subleito e a consolidação diferencial das camadas. A Figura 1 ilustra os equipamentos utilizados no ensaio CBR.

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Figura 1 – Equipamentos do Ensaio

O deslocamento do solo de subleito é causado pela absorção de água, e a consolidação diferencial ocorre devido à inadequada compactação durante as etapas de construção do pavimento. Essa observação exigiu o controle de compactação dos solos do subleito e da espessura de camadas. Assim começou a surgir o primeiro método para o dimensionamento de pavimentos.

Entretanto era necessário um ensaio que aferisse a capacidade de suporte do solo para que fosse determinada a dimensão das camadas, devendo ser esse ensaio simples, rápido e com baixo custo. Em 1929 criou-se o ensaio que seria chamado de California Bearing Ratio, que mede a capacidade de suporte do solo ao deslocamento, combinando a influência de sua coesão e de seu atrito interno.

O ensaio não fornece um valor direto da capacidade de suporte e para isso foram realizados ensaios com misturas de agregados de boa qualidade, do tipo brita graduada e pedregulho. Os valores de referência para o ensaio de CBR são:

  • P/ Deslocamento 0,1″ – CBR 100% – 70,3 kgf/cm² ou 6,9 MPa.
  • P/ Deslocamento 0,2″ – CBR 100% – 105,5 kgf/cm² ou 10 MPa.
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Figura 2 – Prensa do Ensaio CBR. Fonte: Autor

Hoje, a norma que descreve o ensaio no Brasil é a DNIT 172/2016-ME onde estão os procedimentos para moldagem, execução e análise dos resultados para o ensaio de CBR. A seguir são descritos de forma resumida os equipamentos necessários para o ensaio.

  • Molde cilíndrico metálico com 15,24 cm ± 0,05 cm de diâmetro interno e 17,78 cm ± 0,02 cm de altura.
  • Disco espaçador metálico, de 15,00 cm ± 0,05 cm de diâmetro e de 6,35 cm ± 0,02 cm de altura
  • Soquete metálico cilíndrico, de face inferior plana, com diâmetro de 5,08 cm ± 0,01 cm, massa de 4,536 kg ± 0,01 kg, e com altura de queda de 45,72 cm ± 0,15 cm.
  • Prato perfurado de bronze ou latão, com 14,90 cm de diâmetro e 0,50 cm de espessura, com uma haste central de bronze ou latão, ajustável, constituída de uma parte fixa rosqueada e de uma camisa rosqueada internamente e recartilhada externamente, com a face superior plana para contato com o extensômetro.
  • Tripé porta-extensômetro, de bronze ou latão, com dispositivo para fixação do extensômetro.
  • Disco anelar de aço, para sobrecarga, dividido diametralmente em duas partes, com 2,27 kg de massa total, com diâmetro externo de 14,90 cm e diâmetro interno de 5,40 cm.
  • Extensômetro, com curso mínimo de 10 mm, graduado em 0,01mm;
  • Prensa, para determinação do Índice de Suporte Califórnia.

A amostra quando recebida é seca ao ar e passa por um processo de destorroamento, sendo homogeneizada e reduzida com o auxílio de um repartidor de amostra até se obter uma amostra representativa de:

  • 6000g para solos argilosos e siltosos
  • 7000g para solos arenosos e pedregulhos.

A amostra representativa é então submetida a uma peneira de 19mm. Se houver material retido nessa peneira a quantidade é substituída pela mesma quantidade do material que passa na 19 e é retido na 4,8mm. Sendo esse procedimento repetido para o número de corpos de prova necessários para o ensaio, geralmente 5 CPs.

O material é compactado no molde informado em cinco camadas iguais, com cada camada recebendo:

  • 12 golpes para material de subleito (Proctor Normal)
  • 26 golpes para material de subbase (Proctor Intermediário)
  • 55 golpes para material de base (Proctor Modificado)

Os golpes são distribuídos uniformemente sobre a superfície da camada. Após a compactação, com uma régua biselada rasa-se o material na altura exata do molde conforme Figura 3, e determina-se o peso do material úmido compactado, P’h.

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Figura 3 – Solo Compactado

Retira-se do material excedente da moldagem uma amostra representativa de cerca de 100g para determinação do teor de umidade, pesa-se a amostra e esta é colocada em uma estufa a 105°C~110°C até a constância da massa, executam-se as pesagens para determinar o teor de umidade.

O procedimento é executado de forma crescente de umidade, quantas vezes forem necessárias para determinar a curva de compactação. Os CPs moldados são usados para o ensaio de penetração e de expansão. Como descrito na norma, os corpos de prova são submetidos a imersão durante um período de 96 horas (4 dias).

Os valores são usados para calcular a massa específica aparente úmida de cada corpo de prova, que ocorre por meio da Equação 1. Onde, V é o volume do solo úmido compactado em cm³ e P’h é a massa do solo úmido compactado.

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Equação 1 – Massa específica aparente úmida

Em seguida é obtida a massa específica aparente seca do solo compactado em g/cm³ pela Equação 2. Onde h é o teor de umidade do corpo de prova em questão obtido pelo quociente da diferença dos peso úmido e seco pelo peso seco do material.

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Equação 2 – Massa específica aparente seca

Ensaio de Expansão

Em cada corpo de prova deve ser fixado uma haste de expansão com os pesos anelares, sobrecarga com massa superior a 4,536kg. O extensômetro fixado na borda superior do cilindro é destinado a medir as expansões que ocorrem com o material durante o ensaio. As medidas são anotadas de 24 em 24 horas desde o momento de imersão, em porcentagens da altura inicial do corpo de prova durante o período de imersão. A Figura 4 ilustra os CP em imersão.

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Figura 4 – Amostra submersa.

A expansão é calculada para cada corpo de prova através da Equação 3, conforme segue:

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Equação 3 – Determinação da expansão

Ensaio de Penetração

Após as 96 horas de imersão, o corpo de prova é retirado e deixado para secar por 15 minutos para que a água escoe. Após esse período, o corpo de prova está pronto para o ensaio de penetração.

O Corpo de prova é levado ao prato da prensa e faz-se o assentamento do pistão de penetração no solo, por meio da aplicação de uma carga de, aproximadamente, 45N, controlada pelo deslocamento do ponteiro do extensômetro do anel dinamométrico. Sendo então zerado o extensômetro do anel dinamométrico e o que mede a penetração do pistão no solo.

Aciona-se a manivela da prensa com a velocidade de 1,27 mm/min. (0,05 pol/min.). Cada leitura considerada no extensômetro do anel é função de uma penetração do pistão no solo e de um tempo especificado para o ensaio, conforme Tabela 1.

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Tabela 1 – Valores de penetração. Fonte: DNIT 172/2016

Através de um gráfico de aferição do anel dinamométrico é possível obter a corresponde tensão em função da leitura do anel. O gráfico dos resultados de CBR deve ser corrigido pela inflexão conforme ilustrado na Figura 5 e Figura 6. Dessa forma, são obtidos os valores corridos considerando um novo ponto inicial para as medidas.

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Figura 5 – Exemplo da Curva Tensão x Penetração do CBR. Fonte: Autor
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Figura 6 – Interpretação do CBR. Fonte: Autor.

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Fontes:

BALBO, José Tadeu, “PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA: Materiais, projeto e restauração”. São Paulo, 2007.

BERNUCCI, L.B; MOTTA, L.M.G; CERATTI, J.A.P; SOARES, J.B. “PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA: Formação básica para Engenheiros”. Rio de Janeiro, 2008.

PEIXOTO, Creso de Franco; “GENERALIDADES DE PAVIMENTAÇÃO RODOVIÁRIA”. Rio Claro, 2003.

PRIETO, Valter; “NOTAS DE AULA – SUPERESTRUTURA RODOVIÁRIA”. Centro Universitário da FEI. São Bernardo do Campo, 2016.

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