Consiste en hincar en el terreno un “molinete” constituido por cuatro placas de acero ortogonales (ver figura adjunta) soldadas a un varillaje y medir el par de torsión T al girar el dispositivo hasta la rotura del terreno.
Existen normalizaciones de este ensayo (ASTM D 2573, DIN 4096). En España está en vías de normalización.
Como el cizallamiento es relativamente rápido, el agua no tiene tiempo a ser evacuada y se trata entonces de un ensayo no consolidado y no drenado (Unconsolidated-undrained).
El par de torsión T aplicado está equilibrado por el momento de las reacciones de cizallamiento del suelo sobre la superficie circunscrita al molinete. Se hace de crecer T hasta lograr la ruptura del suelo (valor pico), que se manifiesta por una disminución brusca de la fuerza aplicada. A continuación sucede una estabilización del momento, inferior al valor máximo pero no nulo (valor residual).
En la figura siguiente se presenta la curva de un ensayo controlado por ordenador en tiempo real a su ejecución. Se observa un primer tramo horizontal que corresponde a la medida del rozamiento de las varillas más el niple de unión (valor que debe ser deducido de la resistencia pico).
El ensayo de molinete o «vane test», realizado en el fondo de sondeos o mediante hinca directa hasta el nivel de ensayo, está especialmente indicado para investigar la resistencia al corte sin drenaje de suelos arcillosos blandos.
Para la interpretación del ensayo se admite que la tensión de cizallamiento máxima (pico), igual a la cohesión no drenada, está uniformemente repartida sobre la superficie circunscrita al molinete. Cálculos teóricos muestran que esta hipótesis no es estrictamente así. En el caso de un molinete rectangular, por ejemplo, el suelo sobre la superficie cilíndrica entrará en plasticidad, mientras que sobre los discos extremos estará aún en elasticidad (Casan, 1982). En la práctica, no obstante, las desviaciones debidas a la hipótesis simplificadora resultan despreciables, menos del 4%. La distribución de tensiones de corte de un molinete rectangular puede observarse en la figura siguiente:
Para calcular la resistencia al corte no drenada su, se utiliza el máximo momento torsor T corregido para deducir los rozamientos parásitos:
Para paletas trapezoidales se tiene:
Estudios de deslizamientos en terraplenes construidos sobre arcillas plásticas
(Bjerrum, 1972, 1973) han demostrado que la cohesión movilizada en el terreno es realmente menor que la cohesión medida con este ensayo, siendo la diferencia función del Indice de Plasticidad IP. Bjerrum propone la introducción de un coeficiente corrector μ:
Su = Su vane μ
En la figura siguiente se presenta la relación entre μ (eje de ordenadas) y el índice de plasticidad (eje de abscisas). Se observa que su está más sobreestimada cuanto más plástico es el suelo. Esta corrección es importante para suelos con índice de plasticidad superior a 30 (IP>30).
Los parámetros de resistencia que se obtienen en este ensayo están igualmente indicados para la determinación de cargas de hundimiento de cimentaciones superficiales o profundas en condiciones no drenadas así como para el estudio de estabilidad de taludes de dragado o relleno, también en condiciones no drenadas.
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