Relatório - Índice de Suporte Califórnia (CBR)

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Universidade Federal de Campina Grande – UFCG
Centro de Ciências e Tecnologia Agroalimentar – CCTA
Unidade Acadêmica de Ciências e Tecnologia Ambiental – UACTA
Curso: Engenharia Civil
Área: Geotecnia
Relatório – VI: Ensaio de Determinação do Índice de Suporte Califórnia (CBR)
Professor: Pós-D.Sc Saul Barbosa Guedes;
Aluno: Vinícius Nunes Wanderley Monteiro; Matricula: 915210323
Disciplina: Mecânica dos Solos Experimental;
Pombal / Paraíba
30 de junho de 2018
Apresentação
Neste relatório serão apresentados o processo de realização e os resultados do ensaio de índice suporte Califórnia (CBR), tendo como parâmetro a norma NBR 9895 “Solo – Índice de Suporte Califórnia”, o solo foi retirado de uma amostra coletada no loteamento Santo Amaro, Pombal-PB, tal ensaio foi realizado no dia 26 de julho de 2018. Com os resultados obtidos se foi possível determinar o índice de suporte Califórnia do solo em questão. Este ensaio foi realizado, na central de laboratórios 2, no laboratório de resíduos sólidos da Universidade Federal de Campina Grande, Campus Pombal, sob supervisão e auxílio do professor da disciplina de Mecânica dos Solos Experimental, professor Pós-D.Sc Saul Barbosa Guedes, no período letivo 2018.1.
Sumário
1.0 – Introdução	4
2.1 – Índice de Suporte Califórnia	5
3.0 – Objetivos	7
3.1 – Objetivo Geral	7
3.2 – Objetivos Específicos	7
4.0 – Procedimentos Metodológicos Adotados Para Realização do Ensaio	8
4.1 – Materiais Utilizados no Ensaio	10
4.2 – Execução do Ensaio	11
5.0 – Resultados Obtidos	13
6.0 – Conclusão	14
7.0 – Referências Bibliográficas Consultadas	15
1.0 – Introdução
Os solos são materiais que resultam do intemperismo ou meteorização das rochas, por desintegração mecânica ou decomposição química. (CAPUTO, 1983). 
O estudo deste material é de suma importância para o engenheiro civil, dado que ele é o local onde se desenvolvem todas as atividades construtivas, é através da análise deste que poderá ser feita uma classificação do solo.
Inevitavelmente, as cargas de uma construção são transmitidas ao solo, esperando que dele advenha um comportamento compatível às cargas solicitantes (Silva & Costa, 2010). Sendo assim o estudo deste material é fundamental para o engenheiro civil, que utiliza por meio de estudos técnicos para conhecer as características do solo de uma região.
 Conforme Loyola (2005), o método de Índice de Suporte Califórnia (California Bearing Ratio) teve sua origem no estado da Califórnia, quando foi introduzido pelo engenheiro O. J. Porter em 1939. Foi depois desenvolvido e modificado pelo United States Corps of Engineeers (USACE), sendo hoje um dos mais conhecidos métodos de dimensionamento de pavimentos flexíveis. Por isso, é adotado por uma grande parcela dos órgãos rodoviários no Brasil e no mundo.
O método original de Porter procurou uma prova de realidade prática, como a do cisalhamento, que executou em condições pré-fixadas de densidade e umidade. Os resultados obtidos com os materiais ensaiados serviram para classificá-los, tendo em conta como os mesmos haviam se comportado em serviço, em sua densidade e umidade de obra. (LOYOLA, 2005)
Este ensaio, de grande valor na técnica rodoviária, é a base do conhecido método de dimensionamento de pavimentos flexíveis, introduzido por Porter, em 1929 e, ainda hoje, prestigiado. 
A realização do ensaio, que será detalhado posteriormente, é necessária para que possamos determinar o índice de suporte Califórnia do solo em questão. O solo utilizado para a realização dos ensaios foi retirado de uma amostra deformada de solo, coletada no dia 26 de abril de 2018, no “Loteamento Santo Amaro” em Pombal-PB, identificado como sendo do poço de número 40.
2.0 – Revisão Teórica
2.1 – Índice de Suporte Califórnia
Segundo Fortes (2002), no ensaio de CBR, é medida a resistência à penetração de uma amostra saturada compactada segundo o método Proctor. Para essa finalidade, um 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.
O ensaio de penetração deve ser feito após 4 (quatro) dias de imersão do corpo de prova, para simular a pior condição possível do subleito.
O ensaio de suporte Califórnia CBR, California Bearing Ratio, é padronizado no Brasil pela norma ABNT 9895. O ensaio é composto por três etapas: Determinação da umidade ótima para compactação do corpo de prova, análise de expansão do corpo de prova, medida da resistência à penetração.
De modo geral, o ensaio demanda funções de elevada importância no dimensionamento de pisos e pavimentos em fundação direta, pois com a análise correta dos dados obtidos a partir deste ensaio, obtêm-se uma estrutura economicamente viável, preservada de possíveis manifestações patológicas relacionadas à capacidade de suporte ou possíveis expansões do solo. (DONISETE, 2016)
A obtenção do ISC se faz traçando a curva pressão x penetração do pistão. Se a citada curva apresentar um ponto de inflexão, traça-se nesse ponto uma tangente até que se intercepte o eixo correspondente às penetrações do pistão. A curva corrigida será então composta por tal tangente mais a porção convexa da curva original, e a nova origem será o ponto aonde a tangente traçada intercepta o eixo das penetrações.
O valor do índice de suporte Califórnia é dado pela fórmula:
Onde:
Pc é a pressão corrigida;
Pp é a pressão padrão.
Segundo Caputo (1983), as pressões, assim obtidas, expressas em porcentagens das "pressões padrões", denominam-se índices de suporte Califórnia (I.S.C.) ou (índices califomianos de capacidade de carga (C.B.R.)). Estas pressões padrões correspondem à resistência que apresenta a pedra britada, estão reproduzidas na tabela a seguir:
	Penetração
	Pressão padrão
	mm
	pol
	kg/cm²
	lb/pol²
	2,54
	0,1
	70
	1000
	5,08
	0,2
	105
	1500
	7,62
	0,3
	133
	1900
	10,16
	0,4
	161
	2300
	12,7
	0,5
	182
	260
Tabela 1 – Resistência que apresenta a pedra brita.
Geralmente o I.S.C. empregado no projeto de pavimentos flexíveis é o que corresponde à penetração de 0,1", a menos que o índice para 0,2" seja maior, caso em que este será o adotado. (Caputo, 1983). Assim, se chamarmos de p a pressão determinada para a penetração 0,1", o índice de suporte será: 
Então pode-se determinar o índice de suporte Califórnia através da fórmula aqui apresentada, usaremos essa para obtenção os resultados do ensaio de índice de suporte Califórnia.
3.0 – Objetivos
3.1 – Objetivo Geral
Determinação do índice de suporte Califórnia.
3.2 – Objetivos Específicos
	a) Descrever o processo de execução do ensaio de CBR.
b) Análise das características de resistência e expansão do solo.
c) Verificar se o solo poderia ser utilizado em alguma camada de pavimentação.
4.0 – Procedimentos Metodológicos Adotados Para Realização do Ensaio
	Para realização do estudo, primordialmente foi feita a coleta de uma amostra deformada de solo no dia 26 de abril de 2018, coletou-se 20kg deste solo, identificado como sendo do poço 40 do loteamento Santo Amaro, na cidade de Pombal, no interior da Paraíba.
O ensaio de índice de suporte Califórnia do solo foi realizado no laboratório de resíduos sólidos da UFCG (Universidade Federal de Campina Grande), na central de laboratórios 2, no dia 5 de julho. Tal ensaio foi realizado pelos alunos do curso de graduação de Engenharia Civil da UFCG, campus Pombal, Cícero Jefferson, Danilo Roberto, Danylo de Andrade, Marcelo Laédson e Vinícius Nunes, sob orientação do professor da disciplina de Mecânica dos Solos Experimental, professor Pós-D.Sc Saul Barbosa Guedes.
	No laboratório, foi retirado uma porção da amostra total de 20kg de solo coletado, esta porção foi destorroada, afim de se desfazer dos torrões. Em seguida essa porção de amostra de solo destorroado, foi passada na peneira de número 3/4 (19,1mm de abertura). Do solo que passou nesta peneira, foram retirados7kg para a realização da preparação da amostra para o ensaio, que consiste em sua compactação com o teor de umidade ótimo, compactação referente à norma.
Imagem 1 – Amostra e solo sendo destorroado. Fonte: Autor.
Imagem 2 – Peneira de número 4 (19mm) utilizada na preparação da amostra. Fonte: Autor.
Imagem 3 – Amostra de 7kg de solo peneirado e destorroado. Fonte: Autor.
	A compactação foi feita com base na norma NBR7182 “Solo – Ensaio de Compactação”, utilizando a energia Proctor normal com o cilindro grande e o soquete grande, que consiste na utilização de 5 camadas de solo para compactação, dando-se 12 golpes com o soquete por camada.
	A umidade ótima foi descoberta através da curva de compactação gerada no relatório IV referente à compactação do solo. Foi feita a correção da quantidade de água que se iria utilizar, pois sendo a umidade ótima de 11,6%, o solo já possuía uma certa quantidade de água, a umidade higroscópica, que conforme relatado no relatório I de teor de umidade, a umidade higroscópica do solo era de 1,7%.
	Como tínhamos 7kg de solo, 1,7% desse peso correspondia a 119g, de água, e a umidade ótima de 11,6% correspondia a 812g de água, pelo fato de o solo já possuir 119g, foi adicionado 693g de água. E assim prosseguiu-se com a homogeneização após a adição de água e em seguida a compactação das 5 camadas de solo com o soquete no cilindro.
Imagem 4 – Adição de água e homogeneização da amostra. Fonte: Autor.
Imagem 5 – Retiramento da base, do cilindro auxiliar, e nivelamento com auxílio da régua niveladora. Fonte: Autor.
4.1 – Materiais Utilizados no Ensaio
Os materiais utilizados na realização dos ensaios de determinação do índice de suporte Califórnia são os descritos a seguir. 
· Água;
· Bandeja de chapa de ferro galvanizado (50x30cm);
· Peneira de 19mm de abertura;
· Estufa capaz de manter a temperatura de 105ºC a 110ºC;
· Cápsulas metálicas com tampa;
· Régua de aço biselado de cerca de 30cm de comprimento;
· Cilindro metálico grande, compreende o molde cilíndrico, sua base, cilindro complementar de mesmo diâmetro (colarinho) e disco espaçador metálico;
· Soquete grande, consiste de um soquete metálico com massa de (4.536 ± 10)g e dotado de dispositivo de controle de altura de queda (guia), que é de (457 ± 2)mm;
· 1 proveta graduada para adição de água no solo;
· Faca e tesoura.
· Recipiente com capacidade para imersão do cilindro
· Prensa composta dos seguintes elementos:
· Quadro formado por base e Travessa de ferro fundido e tirantes de aço, apresentando a travessa um entalhe inferior para suspensão de um conjunto dinamométrico;
· Macaco de engrenagem de operação manual por movimento giratório de uma manivela com duas velocidades, acompanhado de um prato reforçado ajustável ao macaco com 240mm de diâmetro para suportar o molde;
· Conjunto dinamométrico com capacidade de 50 kN sensível a 25 N, constituído por anel dinamométrico de aço, calibrado, com dimensões compatíveis com a da carga acima apresentada, com dispositivo para fixação no entalhe da Travessa; extensômetro graduado em 0,001mm fixado ao centro do anel, para medir encurtamento diametrais; pistão de penetração, de aço, com 49,6mm de diâmetro e com uma altura de cerca de 190mm, variável conforme as condições de operação, fixado a parte inferior do anel ponto; e extensômetro graduado em 0, 01 mm vírgula concurso maior que 12,7mm, fixado literalmente ao pistão, de maneira que seu pino se apoia no bordo superior do molde.
4.2 – Execução do Ensaio
Após a compactação do solo no cilindro, este foi retirado de sua base e do cilindro complementar, assim iniciou-se o processo de ensaio de expansão, que consiste em, após a moldagem do solo em corpo de prova compactado, com umidade ótima, acima deste corpo de prova, colocou-se um disco perfurado munido de uma haste ajustável, com uma sobrecarga de discos anulares, que equivalem ao peso do pavimento. Sobre a haste do disco perfurado, é apoiada a haste do relógio comparador fixado no porta-extensômetro, anotando-se a leitura inicial. Em seguida imergiu-se o cilindro com a amostra compactada, o disco, a sobrecarga e o relógio comparador, dentro de um recipiente cheio de água, onde este permaneceu por 7 dias, três a mais do que especifica a norma (4). Ao final da análise de expansão verificou-se que o cilindro expandiu 5,9mm.
Imagem 6 – Amostra submersa em água. Fonte: Autor.
Após a retirada do cilindro de dentro do recipiente com água este é deixado a drenar uma parte da água, em seguida levado para a prensa. Mede-se a resistência à penetração do cilindro, mediante o puncionamento na face superior da amostra, de um pistão com, aproximadamente, 5cm de diâmetro, sob uma velocidade de penetração de 1,25 mm/min. A deformação é medida por meio de um defletômetro (com sensibilidade de 0,01 mm) fixo no pistão e apoiado no cilindro recipiente da amostra.
Imagem 7 – Amostra retirada da água e posta para rompimento. Fonte: Autor.
Imagem 6 – Rompimento da amostra. Fonte: Autor.
As cargas correspondentes são determinadas através das leituras do micrômetro (com sensibilidade de 0,001 mm) integrante do anel dinamométrico, que compõe o aparelho. Por meio destas leituras e da curva de aferição do anel, conhecem-se as cargas atuantes no pistão, as quais, divididas pela sua área, fornecerão as pressões aplicadas à amostra.
5.0 – Resultados Obtidos
	Para se calcular a expansão do solo em porcentagem, deve-se utilizar a seguinte formula dada na norma NBR 9895:
Onde:
Lf é a leitura final do extensômetro
Li é a leitura inicial do extensômetro;
h é a altura do corpo de prova.
	Data
	Hora
	Tempo decorrido (min)
	 Modelo nº
	
	
	
	Leitura no extensômetro (mm)
	Diferenças de leituras (mm)
	Expansão% 
	19/07/2018
	16:00
	0
	5,32
	0
	0
	20/07/2018
	16:00
	1440
	5,795
	0,475
	0,415
	26/07/2018
	15:00
	10020
	5,89
	0,57
	0,498
Tabela 1 – Expansão do corpo de prova.
Assim teremos que a expansão ocorrida no corpo de prova foi de 0,495%, dado que a diferença entre as leituras é de 0,57 e a altura do corpo de prova é 11,45cm.
	Nós podemos encontrar a massa específica aparente seca do solo compactado à umidade ótima através da fórmula:
Onde:
Mh é a massa do corpo de prova compactado;
V é o volume do corpo de prova compactado;
W é a umidade do solo na compactação.
	Cápsulas
	P. Cápsula (g)
	P. Úmido (g)
	P. Seco (g)
	P. Solo úmido (g)
	P. Solo seco (g)
	Umidade
	A3
	23,7401
	78,6523
	73,1274
	54,9122
	49,3873
	11,18688
	A5
	23,4081
	96,125
	87,8632
	72,7169
	64,4551
	12,81792
	A10
	24,8011
	75,309
	69,705
	50,5079
	44,9039
	12,47999
	Umidade média
	12,16159
Tabela 2 – Umidade do solo compactado.
Como sabemos que o peso do cilindro é de 4836g, e o solo após compactado foi pesado nos dando um resultado de 9350g, temos que Mh = 4514g, e o volume do corpo de prova é o mesmo do cilindro, que é de 2264,9cm³ , a umidade média do solo é de 12,16%, chegamos assim ao valor da massa específica aparente seca, que é de aproximadamente 1,78g/cm³.
Após levarmos o corpo de prova à prensa, obtivemos os seguintes resultados de penetração no corpo de prova:
	Ensaio de Penetração
	Tempo (min)
	Penetração
	Leitura (mm)
	Carga (N)
	Pressão (Kgf/cm²)
	
	(mm)
	
	
	
	0,5
	0,63
	
	
	
	1
	1,27
	4
	
	0,4102
	1,5
	1,9
	
	
	
	2
	2,54
	7,5
	
	0,7384
	2,5
	3,17
	
	
	
	3
	3,81
	
	
	
	3,5
	4,44
	
	
	
	4
	5,08
	11,3
	
	1,1588
Tabela 3 – Ensaio de penetração.
	O CBR foi calculado foi pela equação aqui ja descrita, onde a pressão calculada foi de 1,1588 e a pressão padrão tem valor igual a 105. Desta forma, temos:
ISC= 1,10%
6.0 – Conclusão
Segundo Caputo (1996), considera-se que os subleitos bons tenham expansões menores que 3% e que os materiais para sub-bases tenham expansão menores que 2% e, para bases, menores que 1%. Apesar do solo estudado apresentar um baixo índice de expansão conclui-se que, com um ISC de 1,10%, significa que este solo possui uma resistência muito baixa quando comparada com a resistência da brita, não podendo assim ser utilizado na construção de pavimentos, dado que o ISC mínimo para pavimentosrígidos é de 8%, e para pavimentos flexíveis deve-se ter um ISC de 12%. 
7.0 – Referências Bibliográficas Consultadas
ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (Brasil) (Org.). NBR 9895 - “Solo – Índice de suporte Califórnia”. ABNT, 1987.
CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos Solos e Suas Aplicações. Rio de Janeiro: LTC, 6. ed. Rio de Janeiro, 1996.
DONIZETE, I.; Ensaio de índice de suporte Califórnia. São Paulo, BRA. Disponível em: , Acesso em: 1 ago. 2018.
FORTES, R. M.; Índice de Suporte Califórnia (ISC ou CBR (California Bearing Ratio)). (Desenvolvimento de material didático ou instrucional - material didático). 2002.
LOYOLA, J. M. T. et al. Cálculo de ensaios laboratoriais de mecânica dos solos. UFPR, Curitiba, 2005.
PINTO, C.S. Curso Básico de Mecânica dos Solos em 16 aulas. 3. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2006.
SILVA, I.; COSTA, S.A. Importância da Relação Solo-Fundação Para a Construção Civil No Município de Itabuna – Ba. Diálogos E Ciências, 2010.
 
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