INFLUENCIA DA GEOMETRIA DA PONTA DO PENETROMETRO DINAMICO LEVE DPL NA RESISTENCIA A PENETRAÇÃO E NO ATRITO MOBILIZADO

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Influência da Geometria da Ponta do Penetrômetro Dinâmico 
Leve -DPL na Resistência à Penetração e no Atrito Mobilizado. 
 
Nélio José Bastos 
FEB-UNESP, Bauru, Brasil, njbastos@feb.unesp.br 
 
George de Paula Bernardes 
FEG-UNESP, Guaratinguetá, Brasil, gpb@feg.unesp.br 
 
Dalmir Augusto Paiva dos Santos Pereira 
FEG-UNESP, Guaratinguetá, Brasil, civ11030@feg.unesp.br 
 
RESUMO: O penetrômetro dinâmico leve (Dynamic Probe Light-DPL) é um método de 
investigação geotécnica ainda em fase de implementação e estudo no Brasil. O ensaio consiste em 
medir o número de golpes para cravar uma ponteira com ângulo de ápice de 90º através da aplicação 
uma energia potencial de 50 J. Os registros são realizados para cada 10 cm de penetração 
conhecidos por (N10). Para cada metro de profundidade é realizada, também, a medida do torque da 
ponteira. Esse trabalho investigou a influência de ponteiras com ângulos diferentes nos valores de 
N10 e apresenta uma equação para calcular o atrito mobilizado em função do torque, considerando 
separadamente a parcela referente ao cilindro e ao cone. Os resultados indicaram pouca variação de 
N10 com a diminuição do ângulo da ponteira. Por outro lado, ocorreu um pequeno aumento no valor 
do troque em função do aumento da área lateral do cone e os valores de atrito mobilizado calculados 
foram semelhantes.. 
 
PALAVRAS-CHAVE: resistência à penetração, torque, atrito, ponteiras. 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
As propriedades geomecânicas do solo são 
dados imprescindíveis na elaboração e execução 
de um projeto de engenharia geotécnica. Para 
isso, diversos métodos são comumente 
utilizados na prática tais como: o ensaio à 
percussão (SPT), ensaio de cone (CPT), ensaio 
Pressiômetro (PMT) e ensaio Dilatômetro 
(DMT), entre outros. Cada tipo de equipamento 
vai apresentar vantagens e desvantagens em 
função da geologia, das condições de acesso e 
área de montagem e trabalho. O Penetrômetro 
Dinâmico Leve – DPL (Nilsson, 2001), é um 
equipamento leve e simples o qual apresenta 
grande mobilidade, permitindo realizar ensaios 
em regiões de difícil acesso, como relevo 
acidentado, florestas e áreas inundadas. Esse 
equipamento é pouco difundido no Brasil e a 
interpretação dos seus resultados ainda 
encontra-se em fase preliminar de estudo. O 
DPL apresenta um ângulo de ápice de 90° o 
qual é diferente dos equipamentos comumente 
utilizados na Suécia os quais utilizam ponteiras 
com ângulo de 60°. 
Esse trabalho procurou investigar qual a 
influência dos diferentes ângulos de ápice das 
ponteiras do DPL na resistência à penetração e 
no valor de torque através de ensaios 
executados no laboratório e no campo. 
Foram utilizadas ponteiras com ângulos de 
ápice de 30º, 60º, 90° e, 180º. 
 
2 O PENETRÔMETRO DINÂMICO 
LEVE – DPL 
 
Segundo Hashmat (2000), as sondagens 
dinâmicas surgiram na Europa no período entre 
as duas Guerras Mundiais e, após 1945, foram 
difundidas dentro e fora da Europa. 
Os ensaios e os equipamentos utilizados são 
padronizados pela norma alemã DIN 4094-3, 
pelo ISSMFE (1989) e mais recentemente pela 
European Standard EN ISO 22476-2:2005. Os 
ensaios e equipamentos são classificados de 
acordo com a massa do martelo utilizado, sendo 
o DPL o mais leve deles. 
No Brasil estas sondagens não são 
difundidas, principalmente frente ao SPT e ao 
CPT, carecem de padronização pela ABNT e de 
estudos que considerem nossos solos. 
O DPL Nilsson® (Dynamic Probe Light) é 
um equipamento leve, e portátil que foi 
introduzido no Brasil em 2001. Esse 
equipamento atende em parte as normas da 
ISSMFE (1989), da European Standard EN 
22476-2:2005 e da DIN 4094-3, devido à versão 
introduzida no Brasil apresentar algumas 
modificações. 
As principais modificações frente ao 
equipamento europeu, segundo Nilsson (2001), 
visaram tornar o equipamento portátil, com 
peso reduzido, de modo a caber em duas caixas 
transportadoras, que por sua vez podem ser 
acondicionadas no porta-malas de um carro. 
Cada caixa pode ser transportada por duas 
pessoas facilitando sua mobilidade. Uma 
importante inovação consiste na medida do 
atrito lateral da ponteira através do uso de um 
torquímetro semelhante ao utilizado no SPT-T. 
O equipamento é capaz de determinar “in-
situ” a resistência do solo à penetração de uma 
ponteira metálica com ângulo de ápice de 90° e 
área projetada de 10cm2, através do impacto de 
um martelo de 10kg caindo de uma altura de 
50cm. 
Este conjunto é cravado no solo através de 
sucessivas quedas do martelo sobre o batente, 
fornecendo uma energia potencial de cravação 
de 50J por golpe. 
Define-se por N10 o número de golpes 
necessários à cravação da ponteira em 10cm no 
solo, utilizando-se como referência as marcas 
presentes nas hastes. 
Como diferencial em relação ao equipamento 
europeu, a operação do DPL Nilsson® prevê 
uma medida de torque máximo (MMAX) e outra 
de torque residual (MRES) a cada metro de 
penetração da ponteira, medidos antes de se 
acoplar uma nova haste ao sistema. 
 
3 MATERIAIS E MÉTODO 
 
Os ensaios visando avaliar a influência da 
geometria da ponta do equipamento DPL 
Nilsson®, tiveram uma parte executada no 
laboratório e uma parte executada no campo. As 
quatro ponteiras fabricadas, com os ângulos de 
ápice de 180° (a), 90° (b), 60° (c) e 30° (d) são 
apresentadas na Figura 1. Na Tabela 1 são 
fornecidas as características das ponteiras sendo 
que, as quatro ponteiras apresentam a mesma 
área lateral de 40,83cm2 e área projetada de 
10cm2, igual ao do cone do CPT. Devido ao 
ângulo de ápice, as áreas da superfície do cone 
são diferentes. 
 
 
Figura 1. Ponteiras do DPL utilizadas nos ensaios. 
 
Tabela 1. Características das ponteiras. 
 
Massa 
(g) 
Volume 
(cm3) 
Área do 
Cone 
(cm2) 
Área 
Lateral 
(cm2) 
30o 628,9 22,4 38,00 40,83 
60o 545,0 10,1 17,64 40,83 
90o 555,0 6,0 10,18 40,83 
180o 522,6 0,0 0,00 40,83 
 
3.1 Ensaios de penetração “quasi” estática no 
laboratório 
 
Os ensaios de penetração “quasi” estáticos 
foram realizados utilizando uma prensa Triaxial 
T400 da ETI de 50kN de capacidade de carga e 
anel de carga de 3kN. 
O solo foi preparado, segundo a NBR 
6457/1986, e depositado no interior de um 
cilindro de PVC com diâmetro interno de 
24,5cm e altura de 25,14cm. A montagem da 
amostra de solo foi feita lançando o solo, seco 
ao ar, em sete camadas de 3cm de espessura, 
cada uma delas com massa de 2235g e 
compactada através de quedas sucessivas de um 
soquete de madeira com massa de 140g, caindo 
de uma altura de 1cm, até completar uma altura 
de 21cm de solo no interior do cilindro. 
Procurou-se garantir que o solo compactado 
tivesse o peso específico médio de 14kN/m3. 
Na Tabela 2 podemos observar os dados 
relativos ao solo utilizado. 
 
Tabela 2. Caracterização do solo utilizado em laboratório. 
 Areia 
(%) 
Silte 
(%) 
Argila 
(%) 
γ 
(kN/m3) 
e η 
(%) 
s 
(%) 
Solo 45 24 33 14 1,08 50 4 
 
As ponteiras foram fixadas a uma haste 
metálica e posicionadas na superfície do solo. 
Nesse instante, foram medidas as penetrações 
iniciais devidas ao peso próprio das mesmas. 
Em seguida, este arranjo foi fixado ao anel de 
carga da prensa, Figura 2, e o ensaio iniciava 
com uma velocidade de penetração de 
2,5mm/min. Durante o ensaio eram registrados 
o deslocamento vertical e a reação no anel de 
carga. Quando a penetração da ponteira atingia 
o valor igual ao segmento de haste, o ensaio era 
interrompido e um novosegmento de haste era 
adicionado dando continuidade ao ensaio. 
 
 
Figura 2. Arranjo experimental. 
 
Foram realizados dois ensaios com as 
ponteiras com ângulos de 90º e 180º e três 
ensaios com as ponteiras de 30º e 60º para 
confirmação da repetibilidade dos resultados. 
 
3.2 Ensaios de penetração dinâmica no campo 
 
Os ensaios de penetração dinâmica utilizando o 
DPL foram realizados na crista de um talude 
localizado na Faculdade de Engenharia do 
Campus de Guaratinguetá (UNESP). Existe um 
muro há aproximadamente 5m de distância da 
beira da crista, Figura 3 (A). 
 
 
Figura 3. Local de ensaio e disposição das sondagens. 
 
Foi realizado um furo a trado até a cota de 
1,8m de profundidade visando à determinação 
da umidade a cada 20cm de profundidade. Foi 
constatado que até a cota de 80cm de 
profundidade havia a presença de raízes e 
pedregulhos isolados. Abaixo da cota de 1,2m o 
solo apresentava-se como um colúvio maduro 
de coloração amarelada, apresentando 55% de 
finos, limite de liquidez de 60%, limite de 
plasticidade de 30%, classificado pelo Sistema 
Único de Classificação de Solos como CH(SP). 
A umidade na camada superficial era de 
15,7%, e após a cota de 1,4m de profundidade 
era sempre em torno de 20,0%. Cabe notar que 
estes ensaios foram realizados no final de 
janeiro de 2014, após mais de 20 dias de 
ausência de chuvas. 
Os ensaios foram realizados em linhas 
paralelas ao muro, com os furos distanciados de 
1,5m entre si, e estes foram limitados a 3,0 
metros de profundidade. O esquema da 
localização dos ensaios pode ser visto na Figura 
3 (B). 
Um pré-furo foi executado com um trado de 
5,0cm de diâmetro até uma profundidade 
suficiente para o posicionamento da ponteira já 
conectada à primeira haste. Isso permitia a 
fixação da plataforma circular metálica na 
superfície do terreno a qual foi utilizada como 
referencial para a contagem do número de 
golpes necessários para a penetração de 10,0cm 
da ponteira no solo (N10) e leitura da penetração 
em certos golpes utilizando uma mira lazer com 
precisão de 1mm. A penetração era determinada 
pela diferença de altura entre o referencial e a 
cabeça de bater antes (Li) e depois (Lf) do golpe. 
Os acessórios do equipamento (Figura 4) são 
compostos pelas ponteiras, hastes, cabeça de 
bater, coxim (borracha com 3mm de espessura), 
haste guia e do martelo (10kg). Um nível de 
bolha foi utilizado para garantir a verticalidade 
do sistema. Para garantir uma altura de queda 
constante, com uma energia potencial inicial de 
50J por golpe, foi empregada uma braçadeira 
metálica fixada firmemente na marca de 50cm 
da parte superior da haste guia. 
 
 
Figura 4. Acessórios do equipamento. 
 
Os ensaios foram executados considerando 
duas sequências de valores de N10. Na primeira 
sequência, foi contado o número de golpes até a 
penetração de aproximadas de 10cm e 
registrado o valor de N10. Na segunda 
sequência, além do N10 foi medido também os 
deslocamentos (Li-Lf) dos três últimos golpes 
para completar os 10cm. 
Após as duas sequencias de N10 (penetração 
de 20cm), a parte superior formada pela cabeça 
de bater, martelo, coxim e haste-guia era 
desaparafusado do sistema, tomando o cuidado 
para que esta operação não rotacionasse a haste 
com a ponteira. 
Um torquímetro era acoplado à haste e 
realizado as medidas do torque máximo e do 
torque residual. O torquímetro utilizado foi da 
marca TorkFort, com capacidade nominal de 
7,0kgf.m e resolução de 0,2kgf.m, em 
conformidade com a NBR 6789:2009. 
Em seguida, o sistema era remontado e uma 
nova sequência de duas penetrações com 10cm 
era executada, repetindo assim o ciclo anterior. 
Sempre que necessário, uma nova haste era 
acoplada ao sistema. Os ensaios foram 
executados até 3m de profundidade. 
Em nenhuma sondagem foi constatada a 
presença de água, e na parte superior das 
ponteiras sempre era notada a presença de solo 
coluvial, amarelado, e ligeiramente úmido. 
 
3.3 Interpretação do ensaio de torque e 
respectiva tensão de cisalhamento mobilizada 
 
Segundo Nilsson (2008), a tensão cisalhante ou 
tensão de atrito lateral 
f
 pode ser calculada 
pela Eq. (1), onde 
M
 é o torque máximo 
medido, 
A
 é a área lateral total da ponteira 
(área da parte cônica somada à área da parte 
cilíndrica) e é um braço de alavanca de 
aproximado de 16mm devido ao fato da 
ponteira ter uma parte cilíndrica e outra cônica. 
 
 
M
f
A


 (1) 
 
Porém, considerando as contribuições 
específicas da parte cilíndrica e da parte cônica 
da ponteira para o torque medido, este pode ser 
dado pela Eq. (2). 
 
 
cil coneM M M 
 (2) 
 
onde 
cilM
 é a contribuição de torque devido 
à parte cilíndrica da ponteira e 
coneM
 é a 
contribuição de torque devido a parte cônica da 
ponteira. 
Segundo Schnaid e Odebrecht (2012), a 
parcela do torque mobilizado em uma superfície 
vertical cilíndirca, supondo uma distribuição 
uniforme de tensões é dada pela Eq.(3). 
 
 
/ 2cilM D h f D    
 (3) 
 
onde 
D
 é o diâmetro do cilindro, 
h
 sua 
altura e, 
f
 a tensão cisalhante. Considerando 
que 
D h  
 corresponde à área lateral do 
cilindro 
cilA
 e 
/ 2D
 corresponde ao raio do 
cilindro 
0r
, a Eq. (3) pode ser reescrita 
conforme a Eq. (4). 
 
 
0cil cilM A f r  
 (4) 
 
Santos Jr (2014) apresenta uma formulação 
para torque de embreagens cônicas, cujo 
desenvolvimento para a superfície cônica da 
ponteira resulta na Eq. (5). 
 
 
 
02
3 sen
cone
cone
f A r
M

  


 (5) 
 
onde 
coneA
 é a área lateral da superfície 
cônica da ponteira e 

 é a metade do ângulo de 
ápice do cone. 
Substituindo as Eq. (4) e Eq. (5) na Eq. (2) 
chegamos a Eq. (6), para a determinação da 
tensão cisalhante da ponteira, em função do 
torque medido. 
 
 
 
0
0
2
3 sen
cone
cil
M
f
f A r
A r


  
 

 (6) 
 
4 ANÁLISE DOS RESULTADOS 
 
4.1 Ensaios de penetração “quasi” estática no 
laboratório 
 
A Figura 5 apresenta o gráfico dos resultados 
experimentais dos ensaios de penetração, 
realizados no laboratório, para as 4 ponteiras. 
 
Figura 5. Resistência versus penetração das ponteiras em 
ensaio “quasi” estático. 
 
As diferenças de deslocamentos no trecho 
inicial das curvas se devem à penetração 
ocorrida devido ao peso próprio das ponteiras 
ao serem colocadas na superfície da amostra. Os 
comportamentos das ponteiras com ângulos de 
ápice de 60º (B) e 90º (C) apresentam uma 
ligeira diferença na parte da penetração do cone, 
mas se sobrepõe no restante dos ensaios. 
A ponteira com ângulo de ápice de 30º (A) 
exigiu menor aumento de força para maior 
incremento de penetração da parte cônica, 
enquanto a ponteira de 180º (D) foi a que exigiu 
maior incremento de força para a penetração 
inicial. Este ganho de resistência pode ser 
associado à formação de uma cunha de solo 
compactado abaixo da ponteira (Figura 6). 
Observa-se que após a penetração das partes 
cônicas das ponteiras no solo, o incremento de 
força dá-se unicamente pelo atrito lateral da 
parte cilíndrica destas. Essa constatação é 
caracterizada pela taxa de incremento de carga 
ser semelhante para as quatro ponteiras, fato 
que pode ser notado pelo aparente paralelismo 
entre as curvas que ocorre a partir da aplicação 
de uma força de 400N. 
Após a realização dos ensaios, o soloao 
redor das ponteiras era retirado cuidadosamente, 
e sempre foi verificada a formação de uma 
cunha de solo compactada (cunha ativa) em 
contato com a ponteira (Figura 6) independente 
do ângulo da ponteira. Observou-se que as 
cunhas formadas abaixo da ponteira de 180° 
eram um pouco maiores e mais densificadas, 
enquanto que as formadas abaixo da ponteira de 
30° eram um pouco menores e mais friáveis. 
 
 
Figura 6. Princípio de formação de cunha abaixo criada 
abaixo da ponteira de 60º retirada do solo confinado. 
 
4.2 Ensaios de penetração dinâmica no campo 
 
Considerando que as ponteiras têm um diâmetro 
de 3,6cm, podemos estabelecer a profundidade 
crítica de 72cm (Vésic, 1967; apud Poulos e 
Davis, 1980), abaixo da qual os efeitos de 
superfície não são mais sentidos além disso, até 
a cota aproximada de 80cm existiam raízes e 
pedregulhos isolados, que podem influenciar as 
medições e consequentemente dificultar a 
análise dos resultados. 
 
4.2.1 Comportamento do N10 
 
Conforme se observa na Figura 7, não há 
diferenças significativas com relação ao N10 
para as diferentes ponteiras, principalmente 
abaixo da cota de 0,8m. 
 
Figura 7. Gráfico de N10 em função da profundidade 
aparente. 
 
As áreas projetadas das ponteiras são iguais, 
portanto é pertinente supor que a resistência de 
ponta será a mesma para todas. 
As áreas laterais das partes cilíndricas das 
ponteiras são iguais (Tabela 1), assim, pode-se 
supor que as ponteiras tenham também a mesma 
resistência lateral devido à parte cilíndrica. 
A ponteira de 180° apesar de não possuir um 
cone metálico real em sua parte inferior, forma 
uma cunha cônica de solo abaixo de sua base, o 
que explica que esta ponteira tenha basicamente 
a mesma resistência à penetração que as demais. 
Observa-se também que nas camadas mais 
superficiais do subsolo, o comportamento de 
N10 é basicamente o mesmo e a variabilidade 
encontrada pode ser explicada justamente pela 
heterogeneidade existente. 
 
4.2.2 Comportamento do torque máximo 
 
O valor do torque máximo medido em função 
da profundidade é apresentado na Figura 8. 
Observa-se que o comportamento do torque 
das ponteiras se diferencia de acordo com o 
ângulo do ápice. 
 
Figura 8. Gráfico do torque máximo em função da 
profundidade corrigida da ponteira. 
 
Na maioria dos casos, os menores valores de 
torque são obtidos pela ponteira de 180°, e os 
maiores pela ponteira de 30°, enquanto as 
ponteiras de 60° e de 90° apresentam 
comportamentos similares. 
Considerando a área lateral total das 
ponteiras, dada pela soma da área da parte 
cônica com a área lateral da parte cilíndrica 
(Tabela 1) fica evidente que a ponteira de 180° 
possui menor área lateral e, portanto, ao ser 
rotacionada exigirá um torque menor, enquanto 
a ponteira de 30°, por ter maior área lateral, 
exigirá maior torque. 
 
4.2.3 Comportamento do torque máximo 
 
A Figura 9 apresenta o gráfico das tensões 
cisalhantes obtidas para as quatro ponteiras 
analisadas segundo a Eq. (6). 
 
Figura 9. Gráfico da tensão cisalhante em função da 
profundidade corrigida da ponteira. 
 
Nota-se que para uma profundidade z maior 
que 80cm, verifica-se um valor médio 
representativo da tensão cisalhante entre o solo 
e a ponteira metálica de 36,5 kPa,. 
Novamente observa-se que para a maioria 
das profundidades, os valores obtidos para a 
tensão cisalhante das ponteiras de 30° são os 
maiores, enquanto os obtidos para a ponteira de 
180°, são os menores. Já os valores de tensão 
cisalhante calculadss para as ponteiras de 60° e 
90° são bem próximos. 
 
5 CONCLUSÕES 
 
O presente trabalho avaliou a influência do 
ângulo de ponteiras do DPL na resistência a 
penetração, no número de golpes (N10) e no 
valor do torque. 
Nos ensaios realizados no laboratório, 
verificou-se uma maior penetração inicial 
devido ao peso próprio da ponteira de menor 
ângulo e foi observado um menor incremento 
de carga para penetrar o cone na amostra. Para 
maiores profundidades a relação carga 
deslocamento foi praticamente constante para as 
quatro ponteiras analisadas. Os valores 
encontrados para as ponteiras de 60° e de 90° 
foram muito próximos, 
Os ensaios executados no campo indicaram 
pouca variação no valor de N10 ao longo dos 
três primeiros metros de profundidade. Por 
outro lado o valor do torque medido aumenta 
com a diminuição do ângulo do cone devido ao 
aumento da área lateral. Porém, observou-se 
que para as ponteiras de 60° e de 90° a 
diferença não foi significativa. 
A utilização da Eq. (6), separando a parcela 
do cilindro e do cone, mostrou ser adequada 
uma vez que os valores de atrito mobilizado 
com a profundidade apresentaram resultados 
bem próximos. 
O equipamento encontra-se em fase de 
montagem da haste instrumentada, célula de 
carga e acelerômetros, visando medir a onda de 
compressão transmitida ao sistema. Isso 
permitirá o cálculo da real energia que chega a 
ponteira a qual vai realizar o trabalho de 
penetração (1/ N10). 
 
AGRADECIMENTOS 
 
Ao CNPq Pronex, Projeto Geotecnia Ambiental 
PUC-Rio pela aquisição do equipamento DPL. 
À CAPES pela bolsa de mestrado do 1° autor 
e ao CNPq pela bolsa PIBIC do terceiro autor. 
 
REFERÊNCIAS 
 
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preparação para ensaios de compactação e ensaios 
de caracterização. Rio de Janeiro. 9 p.. 
ABNT. (2009) NBR 6789: Ferramentas de montagem de 
parafusos e porcas - Torquímetros manuais - 
Requisitos e métodos de ensaio para verificação da 
conformidade do projeto, da conformidade da 
qualidade e procedimento de calibração e 
recalibração. Rio de Janeiro. 15 p. 
CEN (2005). European Committee for Standardisation. 
EN ISO 22476-2:2005 Geotechical investigation and 
testing. Field testing. Part 2. Dynamic probing. 
DIN 4094-3 (1964). Subsoil - Field investigations - Part 
3: Dynamic probing. Berlin, Alemanha. 1964. 25p. 
Hashmat, A. (2000) Correlation of static Cone 
Penetration Test results and Dynamic Probing: 
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