Índice de Suporte Califórnia - CBR

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CBR - Índice de Suporte Califórnia 
 
1 Introdução 
Uma das principais aplicações dos solos e outros materiais geotécnicos em estado 
compactado diz respeito à execução de pavimentos. Para o dimensionamento de pavimentos faz-
se necessário conhecer o comportamento mecânicos destes materiais. 
Uma das metodologias pioneiras e consagradas destinada à avaliação do desempenho de 
materiais geotécnicos para aplicação em obra de pavimentação é o método denominado California 
Bearing Ratio (CBR), ou Índice de Suporte Califórnia (ISC). 
O critério de dimensionamento CBR é atribuído ao engenheiro O. J. Porter do California 
Division of Highways, e considerado o primeiro método de dimensionamento de pavimentos 
flexíveis criado sob bases empíricas, a partir de expressivo número de experimentos em campo e 
laboratoriais. 
O critério de ruptura adotado é aquele por cisalhamento do subleito e camadas granulares, 
que causariam o aparecimento de deformações permanentes ou mesmo rupturas plásticas no 
subleito. Embora empírico, este método tem sido utilizado como base para dimensionamento de 
pavimentos flexíveis, como no caso do método do DNIT, que se constitui um critério normativo 
oficial para projeto de pavimentos asfálticos (BALBO, 2007). 
 O grande impulso à consolidação do critério CBR como método de projeto de pavimentos 
flexíveis foi a necessidade da construção de aeroportos militares durante a 2ª Guerra Mundial, em 
especial nas ilhas do Pacífico. Era necessário um critério simples, rápido e eficiente de avaliação da 
capacidade portante de solos, com equipamentos facilmente transportáveis, para que se 
determinassem as necessidades de pavimentação de pistas de pouso e decolagem para as pesadas 
aeronaves de transporte de equipamentos. A retomada dos estudos, ainda de forma empírica, 
coube ao United States Army Corp of Engineers (USACE), que datam de 1942 (BALBO, 2007). 
 O ensaio de CBR foi introduzido no Brasil no fim da década de 1940, com importante papel 
do Laboratório Central do DNER neste processo (MEDINA e MOTTA, 2005) 
O ensaio do CBR foi adotado inicialmente pelo California Division of Highway no final da 
década de 1920, quando testes em pista e ensaios de laboratório em grande escala foram realizados 
com o objetivo de se fazer previsões sobre o desempenho dos materiais de pavimentação então 
utilizados. O ensaio de CBR exprime uma percentagem da resistência à penetração de dado 
material, com relação à resistência apresentada por um material padrão. 
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O material padrão diz respeito à britas usadas em bases na época da concepção do método 
(década de 1920), e que forneceram um resultado de resistência média à penetração que foi 
designado como CBR=100%. 
Na realidade, além deste índice de resistência à penetração, a norma ABNT NBR 9895/1987 
prevê que a execução do ensaio contemple também medidas de expansão do solo quando 
submetido à inundação. Adicionalmente, a norma DNER-ME 049/1994 prevê que sejam feitas 
medidas de absorção de água por parte do corpo de prova, após submetido à inundação. 
Cabe reforçar, portanto, que em um ensaio CBR mede-se o índice de resistência à 
penetração, a expansão e a absorção. 
 
2 O ensaio CBR de acordo com a NBR 9895/1987 
2.1 Equipamentos 
Para a execução do ensaio de CBR empregam-se os equipamentos mostrados na Figura 1, 
cabe atentar ao fato de que o cilindro usado para compactação é o mesmo cilindro grande usado 
no ensaio de compactação Proctor. 
 
 
Figura 1: Equipamentos empregados em ensaios CBR. 
 
As medidas de resistência são efetuadas com o emprego de uma prensa conforme mostrado 
na Figura 2. As medidas de resistência à penetração podem ser feitas por meio de um anel 
dinamométrico ou células de carga e sistema de aquisição de dados. 
 
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Figura 2: Prensas para ensaio CBR. 
 
2.2 Procedimentos 
As amostras de solo utilizadas na execução do ensaio devem ser preparadas de acordo com 
a NBR 6457/1987, observando o prescrito na Tabela 1. 
 
Tabela 1: Instruções para preparação das amostras 
Peneira (mm) % de material retido Instrução 
4,8 Menor que 7 Desprezar o material retido 
19 Menor que 10 Desprezar o material retido 
19 Maior que 10 
Passar o material retido na peneira 19 mm através da 
peneira de 76 mm e desprezar o material retido nesta 
última. Substituir o material retido na peneira de 19 
mm e que passe na de 76 mm por igual quantidade de 
material retido na peneira de 4,8 mm e que passe na 
de 19 mm. 
19 Maior que 30 Não ensaiar de acordo com a NBR 6457/1987 
 
Moldagem 
i. Fixar o molde cilindro à sua base e colocar o disco espaçador. Se necessário, colocar uma 
folha de papel filtro com diâmetro igual ao do molde utilizado, de modo a evitar a aderência 
do solo compactado à superfície metálica do disco espaçador. 
ii. Tomar a amostra preparada conforme instruções 
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iii. Na bandeja metálica, adicionar água gradativamente e revolver continuamente o material, 
de forma a obter um teor de umidade em torno de cinco pontos percentuais abaixo da 
umidade ótima presumível. 
iv. Após completa homogeneização do material, proceder à compactação, em cinco camadas, 
atendo-se ao número de golpes por camada correspondente à energia desejada. Os golpes 
do soquete devem ser aplicados perpendicularmente e distribuídos uniformemente sobre 
a superfície de cada camada, sendo que as alturas das camadas compactadas devem 
resultar aproximadamente iguais. A compactação de cada camada deve ser precedida de 
uma ligeira escarificação da camada subjacente. 
v. A determinação da umidade deve ser feita com uma porção da amostra remanescente na 
bandeja, retirada imediatamente após a compactação da segunda camada. 
vi. Após a compactação da última cada, retirar o cilindro complementar, depois escarificar o 
material em contato com a parede do mesmo, com auxílio de espátula. Deve haver um 
excesso, de no máximo 10 mm de solo compactado acima do molde que deve ser removido 
e rasado com auxílio de régua biselada. Feito isso remover o molde cilíndrico de sua base. 
vii. Pesar o conjunto, com resolução de 1 g, e por subtração da massa do molde cilíndrico, obter 
o peso úmido do solo compactado (Wsw) 
viii. Repetir as operações anteriores para teores crescentes de umidade tantas vezes quanto 
necessárias para caracterizar a curva de compactação com um mínimo de cinco corpos-de-
prova. Estes corpos de prova moldados são utilizados nos ensaios de expansão e 
penetração. 
 
Expansão 
i. Terminadas as moldagens necessária para caracterizar a curva de compactação, retirar o 
disco espaçador de cada corpo-de-prova, inverter os moldes e fixa-los nos respectivos 
pratos-base perfurados. 
ii. Colocar, em cada corpo-de-prova, nos espaços deixados pelo disco espaçador, o prato 
perfurado com a haste de expansão e sobre ele dois discos anelares cuja massa total deve 
ser de 4540±20 g. 
iii. Apoiar, na haste de expansão do prato perfurado, a haste do extensômetro acoplado ao 
porta-extensômetro, colocado na borda superior do cilindro. Anotar a leitura inicial e 
imergir o corpo de prova no tanque. Cada corpo de prova deve permanecer imerso durante, 
no mínimo, quatro dias e as leituras do extensômetro devem ser efetuadas de 24 em 24 
horas. 
iv. Terminado o período de inundação, retirar cada corpo de prova de imersão e deixar escoar 
a água durante 15 minutos. Após esse tempo, o corpo de prova esta preparado para a fase 
de penetração. Como a norma DNER ME 094/1994 indica a necessidade do cálculo da água 
absorvida, deve-se pesar o conjunto cilindro + solo após o período de inundação. 
 
Penetração 
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i. Realizar a penetração em uma prensa par CBR conforme Figura 2. 
ii. Colocar no topo de cada corpo de prova, dentro do molde cilíndrico, as mesmas cargas 
utilizadas no ensaio de expansão. 
iii. Colocar esse conjunto no prato da prensa e proceder ao assentamento do pistão de 
penetração no solo, pela aplicação deuma carga de aproximada 45 N, controlada pelo 
deslocamento do ponteiro do extensômetro do anel dinamométrico (ou célula de carga). 
Zerar o extensômetro que mede a penetração do pistão no solo. Acionar a prensa e 
proceder com a penetração com velocidade de 1,27 mm/minuto. Cada leitura de força 
necessária à penetração é função de uma penetração do pistão no solo de do tempo 
especificado para o ensaio, conforme Tabela 2. 
 
Tabela 2: Instantes de medidas de penetração no ensaio CBR (NBR 9895/1987) 
 
 
iv. As leituras devem ser tomadas no anel extensômetro do anel dinamométrico e aplicadas à 
equação de calibração do instrumento. No caso de prensas instrumentadas deve-se atentar 
sempre para a calibração da célula de carga. 
 
2.3 Resultados 
A expansão é expressa em percentual e pode ser calculada conforme Equação 1. 
 
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𝐸𝑥𝑝 =
𝑙𝑒𝑖𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑙𝑒𝑖𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑣𝑎
 
Eq. 1 
 
 Embora não especificada nas normas técnicas, e Equação 2 pode ser empregada para o 
cálculo da água absorvida, que pode ser expressa em percentual. 
 
𝐴𝑏𝑠 =
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑎𝑝ó𝑠 𝑖𝑛𝑢𝑛𝑑𝑎çã𝑜 𝑑𝑜 𝐶𝑃 − 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 à 𝑖𝑛𝑢𝑛𝑑𝑎çã𝑜 𝑑𝑜 𝐶𝑃
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 à 𝑖𝑛𝑢𝑛𝑑𝑎çã𝑜 𝑑𝑜 𝐶𝑃
 
Eq. 2 
 
Para o traçado da curva de CBR plotam-se em um espaço cartesiano bidimensional os dados 
de penetração do pistão no eixo horizontal e as pressões no eixo vertical. 
Se a curva pressão-penetração apresentar um ponto de inflexão, traçar uma tangente à 
curva neste ponto até que a mesma intercepte o eixo das abscissas. A curva corrigida será então 
esta tangente mais a porção convexa da curva original, considera a origem mudada para o ponto 
que a tangente cora o eixo das abscissas; seja “c” a distância deste ponto à origem dos eixos. Somar 
c às abscissas dos pontos correspondentes às penetrações de 2,54 mm e 5,08 mm, com o que se 
determina, na curva obtida, os valores correspondentes das novas ordenadas, as quais representam 
os valores das pressões corrigidas para as penetrações antes referidas. A correção pode ser feita 
conforme mostrado na Figura 3. 
 
 
Figura 3: Instruções para correção do CBR. 
 
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O CBR correspondente a cada corpo de prova é calculado conforme a Tabela 3, empregando 
a Equação 3. 
 
𝐶𝐵𝑅 =
𝜎
𝜎𝑝𝑎𝑑𝑟𝑎𝑜
 Eq. 3 
 
Tabela 3: Cálculo de CBR. 
Penetração (mm) σ (MPa) CBR (%) 
Calculada Corrigida Padrão 
2,54 6,9 
5,08 10,35 
 
Na apresentação dos resultados deve-se mostrar a curva de compactação, as curvas de 
pressão versus penetração, a curva de umidade versus CBR e as curvas de expansão versus umidade. 
 
3 Algumas considerações acerca do ensaio CBR 
O ensaio CBR é uma técnica consolidada para estimativa do desempenho de materiais 
geotécnicos quando aplicados par fins de pavimentação. É importante ter em mente que o CBR não 
é um parâmetro de resistência, mas um indicativo desta, uma vez que a resistência à penetração do 
pistão depende da resistência ao cisalhamento dos solos. 
É importante considerar também que, pensando na utilização de solos para obras de 
pavimentação, o ensaio CBR não reproduz a forma com que o material é solicitado em campo. Em 
um ensaio CBR o solo é solicitado de forma estática, quando em campo isto ocorre de forma 
dinâmica. 
Nesse sentido os ensaios Triaxial de Cargas Repetidas (ou de Determinação do Módulo de 
Resiliência) e Hollow Cilinder mostram-se mais adequados quando se trata de reproduzir as 
solicitações de campo em laboratório e medir parâmetros de comportamento mecânico de fato. 
Enquanto que o CBR propõe um carregamento estático contínuo, o ensaio Triaxial de Cargas 
Repetidas consiste na aplicação de carregamentos intermitentes, para determinação do 
comportamento do solo frente às deformações elásticas (resilientes) e permanentes. No caso do 
ensaio Hollow Cilinder, a análise de deformações sofridas é realizada mediante a aplicação de 
carregamentos cíclicos, mas também há a possibilidade de promover a rotação dos planos principais 
de tensão, fenômeno verificado em pavimentos durante a passagem de veículos. Esta capacidade 
de incluir diferentes variáveis ao ensaio é acompanhada pela necessidade de se ter um equipamento 
muito mais complexo. É complexa também a análise e utilização dos resultados obtidos. 
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Outra crítica ao ensaio CBR diz respeito ao desconhecimento do estado de tensões do solo 
durante o carregamento. Além disso, não se tem certeza sobre a homogeneidade do grau de 
saturação alcançado pelo solo, uma vez que a inundação do corpo de prova por si só não garante 
saturação. 
Ao se promover a penetração do pistão durante o ensaio, provoca-se uma deformação de 
12,7 mm no topo do corpo de prova, não sendo feita a mobilização de todo o material. Isto é, a 
resposta do solo ao ensaio é resultado do comportamento de uma parcela reduzida e incerta do 
corpo de prova. 
 Diante destas críticas, pode-se questionar o porquê de ainda se aplicar de forma ostensiva 
o ensaio CBR. Este ensaio é ainda muitíssimo mais utilizado que os demais. Os quase 100 anos de 
experiência com o ensaio tem permitido que a repetição e experiência de erros e acertos 
acumulada, compense até certo ponto o empirismo que sustenta a técnica. Atualmente uma 
pequena parcela dos engenheiros sabe de que forma utilizar resultados de ensaios Triaxiais de 
Cargas Repetidas ou ainda Hollow Cilinder, ou mesmo quem sabe, desconhece a existência dos 
mesmos. Por outro lado, traz segurança ao projetista o longo histórico de emprego do CBR, o que 
faz com que a aplicação de métodos de dimensionamento baseados no mesmo seja preferida; 
 Além disso, os custos dos equipamentos necessários e a execução do ensaio CBR são muito 
mais baixos que os dos demais ensaios citados. O tempo necessário para a obtenção dos resultados 
do ensaio também é curto e conta como uma vantagem do mesmo perante as técnicas mais 
modernas. 
 
Referências Bibliográficas 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1987) Solo - Índice de suporte Califórnia - 
Método de ensaio (ABNT 9895). 14 p. 
BALBO, J.T. (2007) Pavimentação Asfáltica - Materiais, Projeto e Restauração. Oficina de Textos. 
São Paulo. 
MEDINA, J.; MOTTA, L. G. (2005) Mecânica dos Pavimentos, 2ª ed. UFRJ, 570p 
DNER-ME 049/1994 
DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM (1994) Solos: determinação do Índice de 
Suporte Califórnia utilizando amostras não trabalhadas (DNER-ME 049). 14 p.