Mayne, P.W., Barry, R. Ch., De Jong, J. (2001). Manual of Subsurface Investigations. National Highway Institute, Washington DC.

Sabatini, P.J., Bachus, R.C., Mayne, P.J., Scheneider, J.A., Zettler. (2002). Geotechnical Engineering Circular no.5. Evaluation of Soil and Rock Properties. Report no. FHWA-IF-02-034. US Dept. of Transportation.

VST = VANE SHEAR TEST

Generalitãţi, istoric.

Aparatura de forfecare in situ cu palete a fost introdusã pentru prima datã în Suedia în anul 1919, de cãtre John Olsson care, a proiectat-o în scopul obţinerii de valori in situ ale rezistenţei nedrenate a argilelor din terenul de fundare al podului Lidingoe Bridge din Stockholm. Ulterior, aparatura a fost folositã şi în Anglia, începând cu anul 1944 de cãtre Army Operational Research Group. În varianta modernã, procedura de forfecare in situ cu palete a fost prezentatã de Lyman Carlsson (Cadling) în 1948, la Rotterdam, iar ulterior aceasta a fost detaliatã de Cadling şi Odenstad, 1950.

Metoda constã în introducerea a douã lamele ortogonale în teren şi rotirea acestora în jurul unei axe verticale, timp în care se înregistreazã cuplul maxim necesar rotirii sistemului.

Prin aplicarea condiţiilor de echilibru se obţine rezistenţa la forfecare nedrenatã la vârf (suv=cuv) şi rezidualã (srez=crez), al cãror raport defineşte senzitivitatea (St).

Principalele avantaje ale metodei de forfecare cu palete sunt:

•determinarea precisã a rezistenţei la forfecare nedrenatã suv;•determinarea in situ a senzitivitãţii argilelor (St);•echipament relativ simplu şi robust;•experienţa practicã internaţionalã îndelungatã

Dezavantajele utilizãrii ei constau în:•domeniul de aplicabilitate limitat la argile;•duratã de execuţie relativ mare;•rezultatele necesitã corecţii semiempirice;•rezultate puternic influenţate şi/sau compromise de apariţia intercalaţiilor sau lentilelor de nisip.

În prezent medoda este standardizatã în întrega lume:

în Europa prin EN ISO 22476-96.”Geotechnical investigation and testing. Field testing. Part 9: Field vane test”, sau BS 1377; part 9:1990,

în Statele Unite de ASTM D 2573-72, 78.

Principiul metodei, aparaturãAparatura constã în principiu într-un dispozitiv format din douã lamele ortogonale (dispuse în formã de cruce), ataşate solid unei garnituri de tiji. În varianta standardizatã dimensiunile paletelor rectangulare sunt: diametrul D=65mm, înãlţimea H=130mm şi grosimea lamelelor e=2mm. (H/D=2).

Paletele de dimensiuni mari sunt utilizate în argile având consistenţã redusã, generând o rezoluţie superioarã, iar cele cu vârf în argile aflate în stare tare.În ceea ce priveşte ansamblu de tiji şi punerea pe poziţie a aparatului, existã în prezent patru tipuri de aparaturi şi sisteme de lucru:(1) sistem în care paletele sunt împinse în teren neprotejate pânã la adâncimea doritã;(2) sistem în care paletele sunt protejate de un cilindru pânã la adâncimea de testare, fiind apoi împinse în terenul nederanjat;(3) sistem cu garnitura de tiji protejatã împotriva frecãrii, de un tubing;(4) sistem prevãzut cu un dispozitiv la partea superioarã a paletelor care permite rotirea independentã de circa 900 de ori a tijilor înaintea testãrii propriu zise, în vederea separãrii efectelor de fricţiune datorate acestora.

Procedura de lucru, constã în urmãtoarele etape:

2. Dupã o perioadã de 5minute alocatã stabilizãrii stãrii de eforturi, se începe rotirea cu vitezã constantã de 6°/minut (0,1°/sec), mãsurând în permanenţã la suprafaţã cuplul necesar execuţiei mişcãrii, pânã la atingerea unei valori maxime (Tmax);

3.De îndatã ce cuplul maxim a fost atins (identificat prin descreşterea valorilor), se executã o serie de 8-10 rotiri rapide;

4.Urmeazã o rotire completã cu aceaşi vitezã de 6°/minut, al cãrui scop este de înregistrare a valorilor reziduale de rezistenţã puse în evidenţã de cuplul Trez.

1. Fixarea aparatului - se face începând din extremitatea forajului de diametru B, prin împingere la o adâncime de minim 4B sub baza acestuia. Dacã aparatura este de tip (2), pozarea se face direct la adâncimea doritã;

Parametri mãsuraţi, corecţii, interpretarea rezultatelor

Pe parcursul desfãşurãrii testului, singurul parametru înregistrat este cuplul necesar rotirii paletelor în condiţiile specificate mai sus. Prima corecţie ce trebuie aplicatã este cea asociatã frecãrii produse pe suprafaţa lateralã a tubulaturii, dacã aceasta nu este protejatã. În acest sens, pentru aparaturile fãrã tubulaturi de protecţie în locul valorii cuplului maxim se va utiliza valoarea netã Tnet care se obţine prin extragerea din Tmax a cuplului asociat frecãrii sistemului de tiji Tf:

Tnet=Tmax-Tf

Pe baza valorii cuplului maxim înregistrat Tmax şi a valorii reziduale Trez se obţin valoarea de vârf a rezistenţei la forfecare nedrenatã şi valoarea rezidualã, dacã se admit urmãtoarele ipoteze:

•deranjarea structurii naturale a terenului generatã de penetrarea dispozitivului cu palete este neglijabilã;•pe parcursul testului nu se produc drenãri ale apei;•rezistenţa la forfecare este izotropã şi omogenã în interiorul stratului testat;•argila cedeazã dupã o suprafaţã de forfecare cilindricã;•diametrul suprafeţei de cedare cilindrice este egal cu diametrul paletelor;•procesul de forfecare nu este progresiv, astfel încât în momentul înregistrãrii lui Tmax, efortul de forfecare generat în toate punctele suprafeţei este identic şi egal cu rezistenţa la forfecare.

În aceste condiţii, pentru un dispozitiv standard cu palete rectangulare având H=2D, valoarea rezistenţei la forfecare nedrenatã cu (KPa) are expresia:

în care Tmax (KNm) este valoarea corectatã a cuplului maxim înregistrat, iar D (m) diametrul dispozitivului cu palete.Expresia se poate modifica într-o formã mai generalã, aplicabilã tuturor tipurilor de dispozitive cu palete, introducând în ecuaţie unghiurile iT şi iB:

Dacã în locul cuplului maxim Tmax folosim valorea cuplului obţinutã pe parcursul forfecãrii reziduale Trez (în etapa a 4a a testului), vom obţine valoarea rezidualã a rezistenţei la forfecare nedrenatã, cu, rez (KPa), cu ajutorul cãreia se calculeazã parametru numit “senzitivitate”-St cu relaţia:

St=cu/ cu, rez

Figura de mai sus, redã rezultatele întregistrate în investigaţia geotehnicã realizatã prin testul de forfecare in situ cu palete, executat în faza de proiectare a unei staţii de metrou în oraşul San Fancisco, Statele Unite.

Sunt reprezentate graficele de variaţie în adâncime a valorilor rezistenţei la forfecare nedrenate a unor depozite de argilã mâloasã. Se observã diferenţele existente între limitele de variaţie ale valorilor de vârf, 20-60KPa şi a celor reziduale 4-16KPa, precum şi intervalul de variaţie al senzitivitãţii 3<St<4.

Rezultatele testelor VST, exprimate în termeni de rezistenţã la forfecare nedrenatã, sunt frecvent utilizate în analizele de stabilitate ale rambleelor sau excavaţiilor în roci argiloase aflate în stare de consistenţã scãzutã, precum şi în calculul capacitãţii portante a terenurilor de fundare constituite din astfel de depozite. Transpunerea rezultatelor VST în modelele geomecanice de calcul trebuie sã se facã ţinând cont de diferenţele ce existã între forfecarea survenitã ca efect a punerii în sarcinã a stratului de argilã dupã realizarea rambleului, excavaţiei sau construcţiei şi forfecarea datoratã rotirii paletelor. Conform cercetãtorului P.W. Mayne 2001, rezistenţa la forfecare mobilizatã în teren (mob-KPa) de respectivele lucrãri este datã de relaţia:

• cu, KPa este rezistenţa la forfecare nedrenatã obţinutã prin încercarea de forfecare in situ cu palete;

• R este un factor adimensional de corecţie, obţinut pe baze semiempirice din calcule inverse de stabilitate efectuate asupra unor studii de caz sau experienţe la scarã;

• IP (%) este indicele de plasticitate al rocii argiloase;

• tf (minute) are semnificaţia de timp necesar punerii în sarcinã a terenului.

(Chandler,1988)