Notas de aula prática 10 (Mec. Solos I)

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Notas de aula prática de Mecânica dos Solos I 
(parte 10) 
 
 
 
Helio Marcos Fernandes Viana 
 
 
Tema: 
 
Ensaio CBR (California Bearing Ratio) 
 
 
Conteúdo da aula prática 
 
1 Importância do ensaio CBR ou Índice de Suporte Califórnia (ISC), com medida de 
expansão 
 
2 Tipos de ensaio CBR 
 
3 Principais características do ensaio CBR, com medida de expansão (considerando-se 
ensaio CBR de 5 pontos) 
 
4 Correção da curva de pressão-penetração do ensaio CBR para 1 (um) corpo-de-prova 
ensaiado 
 
5 Resultados finais do ensaio CBR (tipo 5 pontos) 
 
6 Relação existente entre a camada do pavimento rodoviário e a energia de compactação 
usada no ensaio CBR 
 
 
 
 
 
 
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1 Importância do ensaio CBR ou Índice de Suporte Califórnia (ISC), com 
medida de expansão 
 
 
 O ensaio CBR (California Bearing Ratio) ou Índice de Suporte Califórnia 
(ISC) é importante nos seguintes casos: 
 
a) Para o dimensionamento do pavimento de estradas (ou rodovias) pelo método do 
DNER (atual DNIT); 
b) Para o controle tecnológico dos materiais empregados na construção do 
pavimento de estradas (ou rodovias); e 
c) Para o dimensionamento do pavimento de pistas de aeroportos. 
 
OBS(s). 
a) DNIT é o Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes; e 
b) DNER era o Departamento Nacional de Estradas de Rodagem. 
 
 
2 Tipos de ensaio CBR 
 
 
 O ensaio CBR foi introduzido em 1928 pelo Departamento de Estradas e 
Rodagem do Estado da Califórnia (Estados Unidos). 
 
 Existem 3 (três) tipos de ensaio CBR, os quais são: 
 
 i) CBR de 1 ponto ou CBR; 
 ii) CBR de 5 pontos; e 
 iii) CBR completo. 
 
O CBR de 1 ponto destina-se geralmente à caracterização do subleito. 
 
O CBR de 5 pontos é utilizado no estudo de subleitos, subbases, bases de 
pavimentos, inclusive no estudo de jazidas; Além disso, é o método do DNER atual 
DNIT para o dimensionamento de pavimentos rodoviários. 
 
O CBR completo destina-se a determinação do CBR de projeto de jazidas de 
empréstimo. 
 
OBS(s). 
a) Trataremos, apenas, do CBR de 5 pontos, que é o método adotado pelo DNER 
atual DNIT; 
b) Maiores informações do CBR de 1 ponto consulte: DNER-ME 50-64 ou Lima et al. 
(1985); e 
c) Maiores informações do CBR completo consulte Lima et al. (1985). 
 
 
 
 
 
 
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3 Principais características do ensaio CBR, com medida de expansão 
(considerando-se ensaio CBR de 5 pontos) 
 
 
 As principais características do ensaio CBR de 5 pontos, podem ser 
divididas em 2(duas) partes, as quais são descritas como se segue: 
 
1.o (primeira) Parte do ensaio CBR: Moldagem dos corpos-de-prova 
 
 Os principais passos da moldagem dos corpos-de-prova do ensaio CBR são 
descritos a seguir: 
 
i) Para moldar 1 (um) corpo-de-prova do ensaio CBR, deve-se utilizar uma amostra 
de 7 kg de solo (para solos arenosos), ou de 6 kg de solo (para solos siltosos ou 
argilosos); Além disso, a amostra de solo deverá estar em um teor de umidade inicial 
pré-estabelecido; 
ii) O solo da amostra deve ser compactado em cilindro grande (φ = 15,2 cm), em 5 
camadas, com uso do soquete grande (4,5 kg) e altura de queda 45,7 cm; 
iii) O número de golpes dados em cada camada de solo, do corpo-de-prova, 
depende da energia de compactação de projeto, a qual pode ser: normal, 
intermediária ou modificada; 
iv) Uma porção de ± 100 g de solo deve ser retirada do solo da amostra para 
determinação da umidade; 
 
OBS. O símbolo φ significa diâmetro, e é a letra grega “fi”. 
 
v) Repetem-se os processos descritos no item i a iv, para moldagem de mais alguns 
corpos-de-prova com teores de umidade crescentes (cerca de 1%, a mais, de 
umidade de um corpo-de-prova para outro); 
vi) O número de corpos-de-prova moldados, no ensaio, deve ser o necessário para 
traçar a curva de compactação do solo, geralmente, utilizam-se 5 (cinco) corpos-de-
prova; 
 
OBS. O procedimento de traçado da curva de compactação no ensaio CBR é 
semelhante ao traçado da curva de compactação do ensaio de compactação de 
Proctor. 
 
vii) Os procedimentos para calcular e traçar a curva de compactação do solo, 
através dos corpos-de-prova do ensaio CBR, estão descritos na norma DNER-ME 
049/94; e 
viii) Os corpos-de-prova moldados em teores umidades diferentes, também são 
usados para os ensaios de expansão e penetração. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.o (segunda) Parte do ensaio CBR: Ensaios de expansão e penetração 
 
 Os ensaios de expansão e penetração devem ser realizados em cada um 
dos corpos-de-prova moldados em umidades diferentes; As principais características 
dos ensaios de expansão e penetração são: 
 
i) Após a moldagem de um corpo-de-prova, instala-se no corpo-de-prova: o disco 
perfurado com haste vertical, as sobrecargas e o tripé com o extensômetro; 
ii) Realiza-se a primeira leitura no extensômetro antes da imersão do corpo-de-prova 
na água; 
iii) Na sequência, o corpo-de-prova deve ser imerso por 96 horas (4 dias), e as 
expansões do solo são medidas, de 24 em 24 horas, através do extensômetro 
instalado no tripé; 
 
OBS(s). 
a) expansão do solo corresponderá a maior expansão obtida em 96 horas; e 
b) Após retirar o corpo-de-prova da imersão, o corpo-de-prova é pesado para 
determinação da água absorvida durante a imersão do corpo-de-prova. 
 
iv) Após os 4 dias, o corpo-de-prova é retirado da água. Então, deve-se deixar a 
água escoar do corpo-de-prova por 15 minutos; 
v) Após a água escoar do corpo-de-prova; O corpo-de-prova é levado à prensa CBR, 
onde sofre a penetração com o pistão (φ = 4,96 cm); 
vi) Durante a penetração do pistão, anota-se as leituras no anel dinamométrico, 
correspondentes às penetrações de: 0,63; 1,27; 1,90; 2,54; 3,81; 5,08; 7,62; 10,16 e 
12,70 mm; 
vii) Na sequência, determinam-se as cargas de penetração, e traça-se a curva 
pressão aplicada para penetração do pistão (kgf/cm2) versus penetração do pistão 
(mm); 
viii) Nesta etapa, deve-se fazer a correção da curva pressão aplicada para 
penetração do pistão (kgf/cm2) versus penetração do pistão (mm); dando nova 
origem à curva. 
ix) Após corrigir a curva do ensaio, determina-se os CBR(s) correspondentes às 
penetrações de 2,54 mm e 5,08 mm com base nas pressões padrão de referência; 
x) O CBR do material será o maior dos 2 (dois) valores obtidos com as penetrações 
de 2,54 mm ou 5,08 mm; e 
xi) Durante o ensaio, medem-se os tempos de penetração, para verificar a 
velocidade de penetração do pistão, que deve ser 1,27 mm/min. 
 
OBS. As pressões padrão para o cálculo do CBR são: 70 kgf/cm2 para penetração 
de 2,54 mm, e 105 kgf/cm2 para penetração de 5,08 mm, estas pressões 
correspondem ao CBR de 100 % para o material padrão, que é a brita graduada de 
alta resistência. 
 
A Figura 3.1 ilustra um corpo-de-prova do ensaio CBR submerso na piscina, 
antes da sua ruptura em uma prensa CBR. Pode-se observar, na Figura 3.1, a 
presença do tripé com o extensômetro sobre o corpo-de-prova, onde se faz as 
leituras de expansão do corpo-de-prova de forma indireta pela haste vertical do 
disco perfurado. 
 
 
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Figura 3.1 - Um corpo-de-prova do ensaio CBR submerso na piscina, antes da 
sua ruptura em uma prensa CBR 
 
 
A Figura 3.2 ilustra um corpo-de-prova sendo rompido em uma prensa CBR. 
 
 
 
 
Figura 3.2 - Corpo-de-prova sendo rompido na prensa CBR 
 
A Tabela 3.1 mostra um exemplo dos resultados de um ensaio CBR, os 
quais foram obtidos da penetração de 1 (um) corpo-de-prova, do solo da jazida 
Linhão do Broa (São Carlos - SP). Observa-se que o equipamento de ensaio CBR 
apresenta as seguintes características: 
 
 a) K = constante do anel dinamométrico = 45,5; 
 b) D = diâmetro do pistão de penetração = 4,96 cm; e 
 c) A = área da seção do pistão de penetração = 19,32 cm2. 
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OBS. Na Tabela 3.1, as pressões obtidas no ensaio CBR,com o solo da jazida 
Linhão do Broa, ainda não foram corrigidas. 
 
Tabela 3.1 - Exemplo dos resultados da penetração de 1 (um) corpo-de-prova, 
do solo da jazida Linhão do Broa (São Carlos - SP), durante o 
ensaio CBR 
Pentra. ( Lt ) ( Ca = Lt x K ) ( Pn = Ca / A )
0,63 3,5 159,25 8,2
1,27 5,9 268,45 13,9
1,90 8,2 373,1 19,3
2,54 10,5 477,75 24,7
3,81 13,4 609,7 31,6
5,08 16,3 741,65 38,4
7,62 19,5 887,25 45,9
10,16 22,1 1005,55 52,0
12,70 24,4 1110,2 57,5
 OBS(s). K = Constante do anel = 45,5
D = Diâmetro do pistão de penetração = 4,96 cm
A = área do pistão de penetração = 19,32 cm2
Penetração do 
pistão (mm)
Pn = Pressão aplicada ao 
corpo-de-prova (não 
corrigida) (kgf/cm2)
Ca = Carga aplicada ao 
corpo-de-prova (kgf)
Leitura no anel 
dinamométrico
 
 
 
3.1 Cálculo do CBR ou Índice Suporte Califórnia de 1 (um) corpo-de-prova 
 
 
O Valor do CBR ou Índice Suporte Califórnia (ISC) para 1 (um) corpo-de-
prova será o maior dos 2 (dois) valores obtidos das seguintes equações: 
 
 
 (3.1) 
 
 
 
 (3.2) 
 
 
4 Correção da curva de pressão-penetração do ensaio CBR para 1 (um) corpo-
de-prova ensaiado 
 
 
 Para correção da curva pressão-penetração do ensaio CBR, para 1 (um) 
corpo-de-prova ensaiado, com base na Figura 4.1, procede-se do seguinte modo: 
 
a) Através do ponto inflexão da curva pressão-penetração, traça-se uma tangente 
nesse ponto, até que a tangente intercepte o eixo das abscissas; 
b) A nova curva, que corresponde à curva corrigida, será dada pela soma da 
tangente mais a porção convexa da curva pressão-penetração original; 
%100x
cm/kgf70
mm54,2depenetraçãoparacorrigidapressão
ISCCBR 2==
%100x
cm/kgf105
mm08,5depenetraçãoparacorrigidapressão
ISCCBR 2==
 7
c) A origem da curva corrigida será o ponto em que a tangente corta o eixo das 
abscissas; 
d) c é a distância entre a nova origem dos eixos e a antiga origem dos eixos, das 
curvas nova e antiga respectivamente; e 
e) Para se determinar as novas pressões correspondentes às penetrações de 2,54 
mm e 5,08 mm, basta adicionar c aos pontos correspondentes às penetrações de 
2,54 mm e 5,08 mm no eixo das abscissas. 
 
 A Figura 4.1 ilustra a correção da curva de pressão-penetração do ensaio 
CBR para 1 (um) corpo-de-prova ensaiado. 
 
OBS. Ponto de inflexão é o ponto em que uma curva muda de aspecto; por exemplo 
o ponto em que a curva passa de côncava para convexa. 
 
 
 
 
Figura 4.1 - Correção da curva de pressão-penetração do ensaio CBR para 1 
(um) corpo-de-prova ensaiado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5 Resultados finais do ensaio CBR (tipo 5 pontos) 
 
5.1 Determinação do peso específico máximo do solo seco e do teor de 
umidade ótimo 
 
 
Os valores dos pesos específicos secos e dos teores de umidades de cada 
corpo-de-prova do ensaio CBR permitirão o traçado da curva de compactação do 
solo. A ordenada máxima da curva de compactação corresponde ao peso específico 
máximo do solo seco. A abscissa do peso específico máximo do solo seco 
corresponde ao teor de umidade ótimo do solo. 
 
 
5.2 Determinação do CBR ou Índice de Suporte Califórnia final 
 
 
De preferência, uma única folha é usada para representar: a curva de 
compactação do solo, a curva do o CBR do solo e a curva de expansão do solo. Na 
folha única, usa-se uma parte inferior da folha para traçar a curva de compactação 
do solo, e para traçar a curava da expansão do solo. Na folha única, usa-se a parte 
superior da folha para traçar a curva do CBR do solo, com base no CBR de cada 
corpo-de-prova. A vertical que passa pela curva CBR, correspondente ao peso 
específico máximo do solo seco, do ensaio de compactação, fornece o valor do CBR 
final ou Índice de Suporte Califórnia final do solo. 
 
 A Figura 5.1 mostra uma folha usada para o ensaio CBR 5 pontos, o qual é 
normatizado pela DNER-ME 049/94. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 5.1- Folha usada para o ensaio CBR 5 pontos, o qual é normatizado pela 
DNER-ME 049/94 
 
 
 
 
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5.3 Expansão 
 
 
O gráfico da expansão do solo pode ser traçado utilizando-se a mesma folha 
usada para traçar a curva de compactação; Pois, pode ser aproveitado o eixo das 
ordenadas do lado direito da folha para determinar a expansão de cada corpo-de-
prova do ensaio. 
 
A expansão de cada corpo-de-prova do ensaio CBR pode ser calculada pela 
seguinte equação: 
 
 (5.1) 
em que: 
E = expansão do corpo-de-prova submetido à imersão (%), com aproximação de 
0,1%; 
IF = maior leitura feita no extensômetro durante os 4 dias de imersão (mm), com 
aproximação de 0,01 mm; 
IO = leitura do extensômetro antes da imersão do corpo-de-prova na água (mm), com 
aproximação de 0,01 mm; e 
L = altura inicial da amostra (ou do corpo-de-prova) (mm), com aproximação de 1 
mm. 
 
 
6 Relação existente entre a camada do pavimento rodoviário e a energia de 
compactação usada no ensaio CBR 
 
i) A camada do pavimento rodoviário, e o tipo de energia usada para 
compactar os corpos-de-prova do ensaio CBR 
 
 Geralmente, a energia usada na compactação dos corpos-de-prova do 
ensaio CBR está relacionada a uma camada do pavimento rodoviário; Assim sendo, 
tem-se: 
 
a) Para solos de subleito de pavimento, usa-se a energia de compactação normal no 
ensaio CBR; 
b) Para solos de bases ou subbases, pode-se utilizar a energia de compactação 
intermediária no ensaio CBR; e 
c) Para solos de bases e subbases, também, pode-se utilizar a energia de 
compactação modificada no ensaio CBR. 
 
ii) Características de compactação dos corpos-de-prova do ensaio CBR de 
acordo com a camada do pavimento rodoviário 
 
a) As principais características de compactação dos corpos-de-prova do ensaio 
CBR, na energia normal, para materiais de subleito são: 
-> Utilização do soquete grande de 4,54 kg; 
 -> Altura de queda do soquete = 45,7 cm; 
 -> Diâmetro do soquete usado = 5,00 cm; 
 -> Número de golpes por camada = 12; 
 -> Número de camadas de solo do corpo-de-prova = 5; e 
 -> Uso do molde cilíndrico de diâmetro = 15,2 cm. 
L
100).II(E oF −=
 11
b) As principais características de compactação dos corpos-de-prova do ensaio 
CBR, na energia intermediária, para materiais de base e subbase são: 
-> Utilização do soquete grande de 4,54 kg; 
 -> Altura de queda do soquete = 45,7 cm; 
 -> Diâmetro do soquete = 5,00 cm; 
 -> Número de golpes por camada 26; 
 -> Número de camadas compactadas do corpo-de-prova = 5; e 
 -> Uso do molde cilíndrico de diâmetro = 15,2 cm. 
 
c) As principais características de compactação dos corpos-de-prova do ensaio 
CBR, na energia modificada, para materiais de base e subbase são: 
-> Utilização do soquete grande de 4,54 kg; 
 -> Altura de queda do soquete = 45,7 cm; 
 -> Diâmetro do soquete = 5,00 cm; 
 -> Número de golpes por camada 56; 
 -> Número de camadas compactadas do corpo-de-prova = 5; e 
 -> Uso do molde cilíndrico de diâmetro = 15,2 cm. 
 
OBS(s). 
a) O esquema de compactação do corpo-de-prova deve ser o mais uniforme 
possível, distribuindo-se os golpes na periferia e no centro do corpo-de-prova; e 
b) Por exemplo, para 1 (uma) camada de 56 golpes, tem-se 13 golpes na periferia e 
1 golpe no cetro, repetindo-se este processo 4 vezes. 
 
 
Referências Bibliográficas 
 
 
DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS E RODAGEM. DNER-ME 50-64. 
Índice de suporte Califórnia de solos.1964. 
 
DEPARTAMENTO NACIONALDE ESTRADAS E RODAGEM. DNER-ME 049/94. 
Solos - determinação do índice de suporte Califórnia utilizando amostras não 
trabalhadas. Rio de Janeiro, 1994. 
 
FABBRI, G. T. P. Relatório de ensaios da disciplina Laboratório de Infra-
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FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION AC/150/5320-6D - 7/7/95 Airport pavement 
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HORONJEFF, R. Aeroportos planejamento e projeto. Traduzido e adaptado por 
Heitor Lisboa de Araújo. Rio de Janeiro - RJ: Livro técnico S. A., 1966. 513p. 
 
LIMA, D. C.; RÖHM, S. A.; BUENO, B. S. Tópicos em estradas. Viçosa - MG: 
Universidade Federal de Viçosa, 1985. 116p. 
 
LIMA, D. C. Notas de aulas de Pavimentação. CIV-311. Viçosa - MG: Universidade 
Federal de Viçosa. 2008.