UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE TECNOLOGIA – ITEC
FACULDADE DE ENGENHARIA FERROVIÁRIA E LOGISTÍCA – FEFLOG
LABORATÓRIO DE SOLOS – FE01039
RELATÓRIO – ÍNDICE DESUPORTE CALIFÓRNIA (CBR)
PROF. DR. LAIS CHAVES
ANDREW DAVID COSTA DA SILVA – 202263640005
BELÉM/PA
2025
Sumário
1.
INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 3
1.1
Normas adotadas ....................................................................................................................... 3
1.2
Descrição do solo ....................................................................................................................... 4
2.
EQUIPAMENTOS E PROCEDIMENTOS........................................................................................ 4
2.1
PROCEDIMENTO ................................................................................................................... 5
Energia de compactação ...................................................................................................................... 5
Preparação de amostras ....................................................................................................................... 5
Ensaio de expansão .............................................................................................................................. 7
Ensaio de penetração ........................................................................................................................... 8
3.
CÁLCULOS ILUSTRATIVOS .......................................................................................................... 8
4.
RESULTADOS ............................................................................................................................... 10
5.
DISCUSSÃO DOS RESULTADOS................................................................................................. 11
6.
BIBLIOGRÁFIA.............................................................................................................................. 12
7.
ANEXOS ........................................................................................................................................ 12
1. INTRODUÇÃO
O Índice de Suporte Califórnia (California Bearing Ratio - CBR) é um dos
métodos mais importantes da engenharia geotécnica para avaliar a resistência de
solos e materiais utilizados em pavimentação. Seu nome remonta à década de 1920,
quando a California Division of Highways (atual Caltrans – Departamento de
Transportes da Califórnia) desenvolveu o ensaio para solucionar problemas de
deformação em estradas. Na época, o rápido crescimento do transporte rodoviário e
o aumento do tráfego de veículos pesados exigiam um método confiável para
dimensionar pavimentos que suportassem cargas repetitivas sem falhas prematuras.
O engenheiro O.J. Porter foi um dos pioneiros na pesquisa que levou ao CBR,
estabelecendo uma relação entre a resistência do solo e sua capacidade de suportar
cargas. O método foi padronizado na década de 1930 e, após sua eficácia
comprovada, foi adotado pelo Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA durante a
Segunda Guerra Mundial para a construção de pistas de pouso e vias de acesso
rápidas. Desde então, o ensaio CBR tornou-se referência mundial, incorporado em
normas como ASTM D1883 e AASHTO T193, sendo essencial no dimensionamento
de pavimentos flexíveis e rígidos.
O ensaio consiste em comparar a resistência à penetração de um pistão em
uma amostra de solo compactado com a de um material padrão (pedra britada),
resultando em um valor percentual. Um CBR alto indica maior capacidade de suporte,
enquanto um CBR baixo exige reforços na estrutura do pavimento. Além de seu uso
em rodovias, o CBR é aplicado em aeroportos, ferrovias e controle de compactação
de aterros.
Objetivo
O principal objetivo do ensaio é determinar a resistência mecânica de solos e
materiais granulares utilizados em camadas de pavimentação (subleito, sub-base e
base), avaliando sua capacidade de suportar cargas sem sofrer deformações
excessivas.
Normas adotadas
1.1
•
ABNT NBR 9895. Solo – Índice de suporte Califórnia (ISC) – Método de
ensaio.
Descrição do solo
1.2
Este possui características típicas da região amazônica, com coloração
amarronzada, possivelmente devido à presença predominante de siltes e argilas em
sua composição.
Figura 1.2.1 – Amostra do solo
Fonte: Autor.
O solo teve a sua secagem realizada em temperatura ambiente e a sua textura
é de um solo argiloso, o que é comum em solos dessa área.
2. EQUIPAMENTOS E PROCEDIMENTOS
Equipamentos utilizados:
•
Balança de precisão com capacidade nominal de 20 kg, 1500 g e 200 g
com resolução de 1 g, 0,1g e 0,01 g, respectivamente;
•
Peneiras de 76 mm, 19 mm e 4,8 mm de acordo com as ABNT NBR NM
ISO 2395, ABNT NBR NM ISO 3310 1 e ABNT NBR NM ISO 3310-2;
•
Estufa capaz de manter a temperatura a 110 ºC ± 5 ºC;
•
Cápsulas métalica, com tampa, para a determinação da umidade;
•
Bandejas metálicas;
•
Régua biselada com comprimento de 30 cm;
•
Espátulas de lâmina flexível;
•
Cilindro: compreende o molde cilíndrico de bronze, latão ou ferro
galvanizado, base perfurada, cilindro complementar de mesmo diâmetro
(colarinho) e disco espaçador metálico;
•
Soquete: consiste de um soquete de bronze, latão ou ferro galvanizado,
com massa da ordem de (4 536 ± 10) g e dotado de dispositivo de
controle de altura de queda (guia) da ordem de (457 ± 2) mm;
•
Prato perfurado de bronze, latão ou ferro galvanizado, com 149 mm de
diâmetro e 5 mm de espessura, com haste central ajustável, constituída
de uma parte fixa rosqueada e de camisa internamente, com a face
superior plana para contato com o relógio comparador (deflectômetro);
•
Disco anelar de aço para sobrecarga, dividido diametralmente em duas
partes, com (2 270 ± 10) g de massa total, com diâmetro externo de 149
mm e diâmetro interno de 54 mm;
•
Prensa;
•
Extrator de corpo de prova;
•
Tanque ou recipiente com capacidade tal que permita a imersão total do
corpo de prova;
•
Papel filtro circular com cerca de 150 mm de diâmetro;
•
Provetas de vidro com capacidade de 1 000 cm3, 200 cm3 e 100 cm3, e
com graduações de 10 cm3, 2 cm3 e 1 cm3, respectivamente;
•
Base rígida preferencialmente de concreto, com massa superior a 100
kg.
2.1
PROCEDIMENTO
Energia de compactação
A energia de compactação utilizada no ensaio foi a normal, que cooresponde
a 12 golpes por camada, em um total de cinco camadas, de acordo com a ABNT NBR
7182.
Preparação de amostras
Utilizamos a quantidade recomendada de material para a execução do ensaio,
que é de 50 kg, a amostra foi preparada de acordo com a ABNT NBR 6457.
Após o processo de preparação de amostra, utilizaremos para o ensaio 7 kg
de material, a umidade ótima presumível é de 8,3%, calculando a porcentagem da
umidade ótima do material, pela sua quantidade, nós saberemos o tanto de água que
será adicionada a esse solo. Neste caso, o resultado foi de 0,581 kg de água.
Figura 2.1.1 – Quantidade de água que foi adicionada ao solo
Fonte: Autor.
Com o auxilio da proveta, adicionamos gradativamente água ao solo,
misturando o solo com a água de maneira uniforme, após a homogeneização,
medimos as dimensões do cilindro e pesamos as cápsulas vazia para a determinação
do teor de umidade.
Montamos o cilindro de compactação com o disco espaçador, adicionamos
também uma folha de papel, para evitar a aderência do material ao disco espaçador.
Proseguimos com a compactação, adicionamos a primeira camada de solo ao
equipamento e realizamos 12 golpes, o mesmo ocorreu para as quatro camada
restantes. Ao final da compactação da última camada, retiramos o cilindro com o solo,
retiramos o excesso acima do molde.
Em seguida, pesamos o conjunto (cilindro + solo compactado), o resultado
obtido foi de 8,570 kg, ao subtraimos pelo peso do cilindro vazio, que é 3,975 kg,
obtemos o a massa úmidade de solo (𝑀𝑢 ), que é igual a 4,595 kg.
Figura 2.1.2 – peso do cilindro vazia e peso do cilindro + solo compactado
Fonte: Autor.
Ensaio de expansão
Colocamos no corpo de prova, no espaço deixado pelo disco espaçador, o
prato perfurado com a haste de expansão e sobre ele dois discos anelares. Intalamos
a harte com o Relógio comparador (deflectômetro) acoplado ao suporte para medir a
expansão.
Figura 2.1.3 – Cilindro com solo e o relógio comparador
Fonte: Autor.
Transferimos o cilindro no tanque e deixar submerso por 10 mim. Não houve
alteração na expansão, após o tempo, deixar a água escorrer por mais 10 mim.
Figura 2.1.4 – Corpo de prova após a submersão
Fonte: Autor.
Ensaio de penetração
Colocamos o cilindro com o solo úmido na prensa de CBR para o ensaio de
penetração no solo, seguindo os tempos e leituras da tabela abaixo.
Tabela 2.1.1 – Tempos e leituras que foram seguidos no ensaio.
Fonte: Autor.
Os dados obtidos no ensaio de penetração, estão na tabela 4.1.
3. CÁLCULOS ILUSTRATIVOS
•
Teor de umidade
N° da cápsula
Peso da cápsula vazia
Peso da cápsula+solo
Peso final
58
23,097
76,350
72,06
52
22,201
75,430
71,20
73
23,994
74,889
70,68
𝑤𝑛 (%) =
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑎 𝑐á𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑚 𝑜 𝑠𝑜𝑙𝑜 − 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑎 𝑐á𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑚 𝑠𝑜𝑙𝑜
× 100
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑎 𝑐á𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑚 𝑠𝑜𝑙𝑜 − 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑎 𝑐á𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎
𝑤58 (%) =
76,350 − 72,06
× 100 = 8,762%
72,06 − 23,097
𝑤52 (%) =
75,430 − 71,20
× 100 = 8,633%
71,20 − 22,201
𝑤73 (%) =
74,889 − 70,68
× 100 = 9,016%
70,68 − 23,994
Com a média do resultados, temos o teor de umidade do solo:
𝑤=
•
8,762% + 8,633% + 9,016%
= 8,804 %
3
Massa específica aparente seca
𝜌𝑠 =
𝑀𝑢 × 100
𝑉 (100 + 𝑤)
Onde:
𝜌𝑠 = massa específica aparente seca (g/cm2);
𝑀𝑢 = massa úmida do solo compactado (g);
𝑉 = Volume útil do molde cilíndrico (cm3)
𝑤 = Teor de umidade
Assim:
𝑉=
𝜋 × 𝑑2 × ℎ
𝜋 × 153,122 × (178,52 − 63,87)
=
= 2111054,29 𝑚𝑚3 = 2111,05 𝑐𝑚³
4
4
𝜌𝑠 =
•
4595𝑔 × 100
𝑔
= 2,175
= 21,34 𝑘𝑁/𝑚³
𝑐𝑚3
2111,05 𝑐𝑚³ (100 + 8,804%)
Expansão
𝐸𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠ã𝑜 (%) = 𝑛ã𝑜 ℎ𝑜𝑢𝑣𝑒 𝑒𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠ã𝑜
•
Índice ISC
É calculado a partir do maior valor de pressão para 2,54 mm ou 5,08 mm
𝐼𝑆𝐶 =
𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑎𝑑𝑎 𝑜𝑢 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑖𝑑𝑎
× 100
𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑝𝑎𝑑𝑟ã𝑜
Assim:
𝐼𝑆𝐶 =
0,254
× 100 = 3,68%
6,9
𝐼𝑆𝐶 =
0,508
× 100 = 4,91%
10,35
4. RESULTADOS
Tabela 4.1 – Tabela preenchida com os dados obtidos no ensaio
Fonte: Autor.
Tabela 4.2 - Cálculo do índice de suporte Califórnia (ISC)
Penetração mm
2,54
5,08
Pressão (Mpa)
Calculada Corrigida
Padrão
0,254
6,9
0,508
10,35
ISC (%)
3,68
4,91
Fonte: Autor.
A Tabela abaixo indica os critérios de aceitando, considerando a expansão e
o CBR.
O link para as tabelas estão nos Anexos.
5. DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Os resultados obtidos do ensaio do Índice de Suporte Califórnia (CBR)
demonstram que o solo da amostra, caracterizado como argiloso e típico da região
amazônica, apresenta um comportamento que varia conforme o teor de umidade e a
compactação. O valor do CBR obtido, que será referenciado nas tabelas anexas, é
um indicador crucial da resistência deste solo quando exposto a cargas de tráfego.
Os resultados mostraram que o solo teve um CBR significativo, o que sugere
que ele possui uma boa capacidade de suporte. Porém, essa interpretação deve ser
feita com cautela, uma vez que um CBR elevado indica resistência, mas um valor
muito alto pode não ser comum em solos típicos de áreas como a Amazônia, que
geralmente têm composições mais moles e menos coesas.
Além disso, o teor de umidade é um fator determinante na execução do
ensaio. Durante os testes, nossa amostra foi mantida em sua umidade ótima, que foi
calculada como 8,3%. Um desvio nesse valor poderia resultar em alterações
significativas no CBR, uma vez que a umidade excessiva pode levar à plasticidade do
solo e à redução da sua resistência.
Outra consideração importante é a metodologia adotada. O CBR é um método
que compara a resistência à penetração do solo com um material de referência, no
caso, a pedra britada. Portanto, o CBR registrado deve ser encarado sob a luz das
especificidades locais: a resistência do solo argiloso da Amazônia pode variar
substancialmente em comparação com solos mais arenosos de outras regiões,
influenciando o desenho de pavimentos em estradas, ferrovias e aeroportos.
6. BIBLIOGRÁFIA
•
GONÇALVES, Rafael Abrantes; DESSOLES MONTEIRO, Veruschka Escarião.
Mecânica dos solos experimental. 1. ed. Campina Grande: Editora da
Universidade Federal de Campina Grande - EDUFCG, 2018.
•
VARGAS, Milton. Introdução à Mecânica dos solos. São Paulo: McGraw-Hill,
1977..
7. ANEXOS
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1o64ZMIc35tExugwJcNNDcRdoPbstpF8/edit?usp=sharing&ouid=113127510444315529990&rtpof=true
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