Die experimentell ermittelte Verfestigungskurve (blaue Punkte) für einen gesättigten Ton zeigt ein Verfahren zur Berechnung der Vorverfestigungsspannung.
Konsolidierung ist der Prozess, bei dem die Volumenreduzierung durch allmähliches Ausstoßen oder Absorbieren von Wasser unter langfristigen statischen Belastungen erfolgt.
Wenn Druck auf einen Boden angewendet wird, veranlaßt er die Bodenpartikel, zusammen fester zu verpacken. Wenn dies in einem mit Wasser gesättigten Boden geschieht, wird Wasser aus dem Boden gepresst. Das Ausmaß der Konsolidierung kann mit vielen verschiedenen Methoden vorhergesagt werden. Bei der von Terzaghi entwickelten klassischen Methode werden Böden mit einem Ödometertest auf ihre Kompressibilität untersucht. In den meisten theoretischen Formulierungen wird ein logarithmischer Zusammenhang zwischen dem Volumen der Bodenprobe und der von den Bodenpartikeln getragenen effektiven Belastung angenommen. Die Proportionalitätskonstante (Änderung des Hohlraumverhältnisses pro Größenordnungsänderung der effektiven Spannung) wird als Kompressionsindex bezeichnet und erhält das Symbol λ {\displaystyle \ lambda }, wenn es im natürlichen Logarithmus berechnet wird, und C C {\displaystyle C_ {C}}, wenn es im Basis-10-Logarithmus berechnet wird.
Dies kann in der folgenden Gleichung ausgedrückt werden, die zur Abschätzung der Volumenänderung einer Bodenschicht verwendet wird:
δ c = C c 1 + e 0 H log ( σ z f ‚ σ z 0 ‚ ) {\displaystyle \delta _{c}={\frac {C_{c}}{1+e_{0}}}H\log \links({\frac {\sigma _{zf}‘}{\sigma _{z0}‘}}\rechts)\ }
wobei
δc die aufgrund der Konsolidierung. Cc ist der Komprimierungsindex. e0 ist das anfängliche Leerenverhältnis. H ist die Höhe des komprimierbaren Bodens. σzf ist die vertikale Endspannung. σz0 ist die anfängliche vertikale Spannung.
Wenn Stress von einem konsolidierten Boden entfernt wird, wird der Boden zurückprallen und einen Teil des Volumens wiedererlangen, das er im Konsolidierungsprozess verloren hatte. Wenn die Spannung erneut angewendet wird, konsolidiert sich der Boden wieder entlang einer Rekompressionskurve, die durch den Rekompressionsindex definiert wird. Der Gradient der Quellungs- und Rekompressionslinien auf einem Diagramm des Leerenverhältnisses gegen den Logarithmus der effektiven Spannung wird oft idealisiert, um den gleichen Wert anzunehmen, der als „Quellungsindex“ bekannt ist (mit dem Symbol κ {\displaystyle \kappa}, wenn er im natürlichen Logarithmus berechnet wird, und C S {\displaystyle C_ {S}}, wenn er im Basis-10-Logarithmus berechnet wird).
Cc kann durch Cr (der Rekompressionsindex) ersetzt werden, um in überkonsolidierten Böden verwendet zu werden, bei denen die effektive Endspannung geringer ist als die Vorkonsolidierungsspannung. Wenn die effektive Endspannung größer als die Vorverfestigungsspannung ist, müssen die beiden Gleichungen in Kombination verwendet werden, um sowohl den Rekompressionsanteil als auch den Neukompressionsanteil der Konsolidierungsprozesse wie folgt zu modellieren:
wobei σzc die Vorverfestigungsspannung des Bodens ist.
Bei dieser Methode wird davon ausgegangen, dass die Konsolidierung nur in einer Dimension erfolgt. Labordaten werden verwendet, um ein Diagramm des Dehn- oder Hohlraumverhältnisses gegenüber der effektiven Spannung zu erstellen, wobei die effektive Spannungsachse auf einer logarithmischen Skala liegt. Die Steigung des Diagramms ist der Komprimierungsindex oder der Rekomprimierungsindex. Die Gleichung für die Konsolidierungssetzung eines normal konsolidierten Bodens kann dann bestimmt werden zu:
Der Boden, der seine Last entfernt hatte, wird als „überkonsolidiert“ betrachtet. Dies ist der Fall für Böden, die zuvor Gletscher hatten. Die höchste Beanspruchung, der es ausgesetzt war, wird als „Vorkonsolidierungsbeanspruchung“ bezeichnet. Die „Over-Consolidation Ratio“ (OCR) ist definiert als die höchste erlebte Belastung geteilt durch die aktuelle Belastung. Ein Boden, der derzeit seine höchste Belastung erfährt, gilt als „normal konsolidiert“ und hat eine OCR von eins. Ein Boden könnte als „unterkonsolidiert“ oder „unkonsolidiert“ betrachtet werden, unmittelbar nachdem eine neue Last aufgebracht wurde, aber bevor sich der überschüssige Porenwasserdruck aufgelöst hat. Gelegentlich, Bodenschichten, die sich durch natürliche Ablagerung in Flüssen und Meeren bilden, können in einer außergewöhnlich geringen Dichte vorliegen, die mit einem Ödometer nicht erreicht werden kann; dieser Prozess wird als „intrinsische Konsolidierung“ bezeichnet.