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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
MECÂNICA DOS SOLOS - DACOC
JOÃO AUGUSTO DO NASCIMENTO JUNIOR
KATRICIÊ EVEANE JURESZIK
THIAGO DANIEL LIEBL
THAYSE OLIVIA DILL ARAUJO
ENSAIO CBR
TURMA S51
GRUPO 01
CURITIBA
2014
JOÃO AUGUSTO DO NASCIMENTO JUNIOR
KATRICIÊ EVEANE JURESZIK
THIAGO DANIEL LIEBL
THAYSE OLIVIA DILL ARAUJO
ENSAIO CBR
CURITIBA
2014
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Trabalho apresentado à disciplina de Mecânica dos Solos do Departamento Acadêmico de Construção Civil, elaborado pelo Grupo 01 da Turma S51.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 4
2 OBJETIVO 4
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 4
4 METODOLOGIA 5
4.1 Equipamentos 5
4.2 Preparação da Amostra 5
4.3 Moldagem dos corpos-de-prova 6
4.4 Expansão 7
4.5 Penetração 8
5 ÍNDICES 8
5.1 Expansão 9
5.2 Índice de suporte Califórnia 9
6 APRESENTAÇÃO DE RESULTADOS 10
7 CONCLUSÃO 10
REFERÊNCIAS 12
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1 INTRODUÇÃO
O solo é um elemento muito presente na construção civil, podendo ser utilizado
tanto como material de construção, quanto como base para receber as estruturas.
Diversos ensaios são realizados para classificar os diferentes tipos de solo quanto
às suas características e comportamentos, bem como suas possíveis aplicações na
área da construção civil. Tais ensaios podem ser realizados tanto in situ, quanto em
laboratório. O ensaio abordado no presente trabalho é o CBR (California Bearing
Ratio) ou Índice de Suporte Califórnia, este tem um caráter empírico e foi criado para
availiar a resistência dos solos. Os resultados deste ensaio são utilizados
principalmente no dimensionamento de pavimentos flexíveis, sendo um dos ensaios
utilizados pelo Departamento de Estradas de Rodagem, o DER.
2 OBJETIVO
No ensaio CBR é determinado o valor do Índice de Suporte Califórnia de solos e
de sua expansão. Tal experimento mede a resistência de uma amostra saturada
compactada conforme o método Proctor. A norma vigente para este ensaio é a NBR
9895 – Solo – Índice de Suporte Califórnia – Método de ensaio, de 1987, esta
padroniza os procedimentos de ensaio e a apresentação dos resultados.
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Desenvolvido pelo engenheiro O. J. Porter, em 1939, do departamento de
estradas do estado da Califórnia nos Estados Unidos, o ensaio foi concebido com a
finalidade de avaliar a resistência dos solos. No entanto o ensaio CBR foi introduzido
no Brasil somente em 1967, pelo engenheiro T. D. S. Brandão. Sua execução e
análise foram padronizadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT),
através da publicação NBR 9895, de 1987. No Brasil também pode ser conhecido
como Ensaio ICS (Índice de Suporte Califórnia).
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O ensaio consiste na determinação da relação entre uma pressão para produzir
uma penetração de um pistão num corpo de prova compactado e a pressão
necessária para produzir a mesma penetração numa mistura padrão de brita
estabilizada granulometricamente.
4 METODOLOGIA
4.1 Equipamentos
Para realização do ensaio são utilizados alguns equipamentos, sendo eles um
molde cilíndrico com base e colarinho, prato base perfurados, prato perfurado com
haste central ajustável, disco espaçador, soquete, extensômetro, cápsulas
metálicas, balanças, estufa, peneiras, prensa e extrator de corpo de prova.
4.2 Preparação da Amostra
A amostra deve ser seca ao ar e então pesada, a quantidade recomendada de
material para realização do ensaio é de 50 kg. A amostra é preparada de acordo
com a NBR 6457, destorroando-a e passando-a na peneira de 19 mm. Seleciona-se
a parte que será utilizada da amostra conforme a Tabela 1. Então, é determinada a
umidade higroscópica da amostra.
Tabela 1 - Procedimento após peneiramento
4.3 Moldagem dos corpos-de-prova
Para moldar os corpos de prova é necessário montar o molde cilíndrico,
fixando-o à uma base fixa juntamente com o disco espaçador. É recomendável
utilizar papel filtro ao redor do molde, a fim de evitar que o solo fique aderido à
superfície metálica do disco.
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Figura 1 – Molde para ensaio CBR
A amostra é colocada numa bandeja e é adicionada água gradativamente até
atingir a umidade adequada para o ensaio. O material é misturado até ser
homogeneizado, após isso é feita a compactação, em cinco camadas, com o
número predefinido de golpes conforme a energia desejada, de acordo com os
seguintes critérios:
Normal (12 golpes por camada);
Intermediária (26 golpes por camada);
Modificada (55 golpes por camada).
A compactação de cada camada deve ser precedida pela escarificação, com o
auxílio de uma espátula, da camada subjacente, de modo que a camada seguinte
consiga se aderir à camada de baixo, para não haver ruptura do corpo de prova
nesses pontos, invalidando esta etapa do ensaio.
Após terminar a compactação é retirado o colarinho do molde, há que se tomar o
cuidado de escarificar o material que está aderido à parede do colarinho para que
não haja quebra do corpo de prova na retirada do mesmo. Em seguida o corpo de
prova é arrasado na altura do molde.
O ideal é que o procedimento seja realizado com teores de umidade crescentes,
totalizando o mínimo de cinco corpos de prova, para que seja possível determinar a
curva de compactação do solo estudado.
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4.4 Expansão
O cilindro com a amostra é invertido e coloca-se o prato perfurado com haste
de expansão e pesos no local do disco espaçador. O peso e sobrecarga não deve
ser inferior à 4,5Kg pois corresponderá ao do pavimento.
O cilindro com o corpo de prova e a sobrecarga deve ser imerso no tanque
durante 96 horas de forma que o material fique completamente coberto de água do
topo à base. A cada 24 horas são realizadas leituras de deformação, que podem ser
de expansão ou recalque, com aproximação de 0,01 mm. Depois de totalmente
saturada a amostra, deixa-se a água escorrer do corpo de prova pelo tempo de 15
minutos e então é pesado o conjunto cilindro + solo úmido.
Figura 2 – Imersão dos corpos de prova
Para anotação das leituras realizadas durante as 96 horas a NBR 9895/87
apresenta o quadro da Figura 3.
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Figura 3 – Quadro de Leitura de Expansão
4.5 Penetração
O mesmo molde cilíndrico, com o corpo de prova e a sobrecarga, retirado do
tanque, cuja água escorreu durante 15 minutos, é levado à prensa para ser rompido.
Primeiramente é feito o assentamento do pistão através de uma carga de
aproximadamente 45N, que deve ser controlada pelo deslocamento do
extensômetro do anel dinamométrico.
Feito isso, deve-se zerar, pois o extensômetro do anel irá medir a penetração
do pistão no solo. Em seguida, acionar a manivela da prensa com velocidade de
1,27 mm/min. Cada leitura considerada no extensômetro do anel é função de uma
penetração do pistão no solo e de um tempo especificado para esse ensaio, ambos
devem ser conhecidos previamente.
A NBR 9895 sugere leituras nas penetrações: 0,63mm; 1,27mm; 1,90 mm;
2,54 mm; 3,17 mm; 3,81 mm; 4,44 mm; 5,08 mm; 6,35 mm; 7,62 mm; 8,89 mm;
10,16 mm; 11,43 mm e 12,70 mm.
5 ÍNDICES
Com base nos dados obtidos pelos experimentos citados acima, é possível obter
os índices, objetivos do ensaio.
5.1 Expansão
O cálculo da expansão de cada corpo de prova segue a seguinte expressão:8
5.2 Índice de suporte Califórnia
Primeiramente, deve-se traçar a curva pressão aplicada versus penetração do
pistão.
Se ocorrer um ponto acentuado de inflexão na curva, deve-se realizar a
correção da mesma. Para tanto, é necessário traçar a tangente até sua intersecção
com eixo das abcissas, obtendo-se o valor do deslocamento c, sendo que a curva
corrigida iniciaria no ponto de intersecção da tangente do eixo das abcissas. Sendo
assim, as leituras P1 e P2 devem ser deslocadas em c, conforme mostrado na figura
abaixo, obtendo-se os valores P1’ e P2’.
Figura 4 – Curva Pressão x Penetração (Corrigida)
Esse tipo de correção normalmente é necessário quando se utiliza
equipamentos manuais. Com o uso de equipamentos automáticos, exemplo da
figura 7, a aplicação da carga é constante e, portanto não há necessidade de fazer
correção na curva.
Finalmente, calcula-se o índice de suporte Califórnia (CBR) para cada corpo
de prova, conforme a expressão abaixo.
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O valor da pressão padrão é fornecido pela Segundo a NBR 9895/87 o valor da
pressão com base na penetração é:
Penetração = 2,54mm / Pressão padrão = 6,90MPa;
Penetração = 5,08mm / Pressão padrão = 10,35MPa.
O resultado do ISC (CBR) será o maior dos valores encontrados para as
penetrações de 2,54mm e 5,08mm.
6 APRESENTAÇÃO DE RESULTADOS
Os resultados são, normalmente, apresentados em uma única folha contendo as
seguintes informações:
Curva de compactação;
Massa específica seca máxima;
Umidade ótima;
Índice de Suporte Califórnia e expansão;
Características do ensaio.
7 CONCLUSÃO
Tendo como base a NBR 9895/1987 a execução do ensaio trata-se apenas de
um processo operacional. No entanto, é necessário habilidade para manusear os
equipamentos e o material, pois em geral, trata-se um teste muito sensível com
precisão de décimos de milímetros e qualquer interferência pode resultar em testes
falhos e não confiáveis.
Os resultados provenientes dos testes de CBR são amplamente utilizados por
projetistas de pavimentos para determinação da capacidade de carga de
determinado solo. Como, por exemplo, a figura abaixo apresenta um método que
correlaciona a espessura da camada de base (ou sub-base) com o CBR e a
respectiva carga.
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Figura 2 – Curva para dimensionamento de rodovias - Método CBR
Fonte: Jordão, 2004 apud Silva (2005)
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REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9895:1987: Índice de Suporte Califórnia – Método de Ensaio. Rio de Janeiro: ABNT, 1987.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM – DNIT. Solos – Determinação do Índice de Suporte Califórnia utilizando amostras não trabalhadas. 1994. <http://ipr.dnit.gov.br/normas/DNER-ME049-94.pdf>. Acesso em: 29 out. 2014.
GRECO, Jisela A. S.. Índice de Suporte Califórnia, Notas de Aula <http://etg.ufmg.br/~jisela/pagina/notas%20CBR.pdf>. Acesso em: 29 out. 2014.
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