Definities op basis van semi-logaritmische lastzakkingsrelaties

Evenals vele andere natuurlijke processen verloopt de verticale vervorming of zakking van grond onder invloed van daarop uitgeoefende verticale spanning volgens een logaritmische wet. Terzaghi [1925] beschreef deze samendrukkingswet als eerste op grond van waarneming van de verandering van het poriëngetal van de grond onder invloed van belasting of ontlasting.

In de natuur worden dergelijke belastingveranderingen veroorzaakt door depositie en erosie van grondlagen die zich boven de beschouwde grondlaag bevinden. In figuur 3.18a, b en c is het proces van belasting door gronddepositie en daarop volgende ontlasting door erosie in beeld gebracht. Punt A in figuur 3.18a en in de grafiek van figuur 3.18b representeert daarbij de beginsituatie van een grondelementje dat zich op maaiveldniveau bevindt en geen spanning ondervindt; het poriëngetal bedraagt e_o.

Na depositie van een zekere hoeveelheid grond ontstaat de situatie B: het grondelementje ondervindt een effectieve verticale spanning σ_v1′ en vervormt als gevolg daarvan totdat het poriëngetal ten bedrage van e₁ is bereikt. Bij verdergaande depositie wordt de effectieve spanning verhoogd tot σ_v2′ (punt C), waarbij het poriëngetal e₂ optreedt. Wanneer vervolgens door erosie zoveel grond verdwijnt dat het grondelementje wederom een spanning van σ_v1′ ondervindt, wordt de situatie van punt D bereikt met een poriëngetal e₃; dit ligt tussen e₂ en e₁. Hoewel daarbij een zelfde effectieve spanning heerst als in situatie B, is het poriëngetal in situatie D kleiner dan dat in situatie B.

Bij hernieuwde belasting wordt tot aan de eerder bereikte effectieve spanning σ_v2′ de curve DC gevolgd, met dien verstande dat een zekere hysteresis optreedt. Bij hogere belastingen dan σ_v2′ wordt de oorspronkelijke curve ABC vervolgd; deze curve representeert het verloop van de vervorming of samendrukking onder invloed van nog niet eerder ondervonden belasting en wordt dan ook de maagdelijke-samendrukkingscurve (Engels: virgin compression line) genoemd. In deze situatie wordt de grond betiteld als normaal geconsolideerd (Engels: normally consolidated) of NC.

In de situaties op het traject tussen C en D, waar lagere effectieve spanningen voorkomen dan de grond eerder had, is de grond in overgeconsolideerde of gepreconsolideerde toestand (Engels: overconsolidated) of OC; de effectieve spanning in C wordt daarbij betiteld als de preconsolidatiespanning. Het quotiënt van de preconsolidatiespanning en de later ondervonden effectieve terreinspanning wordt de overconsolidatiegraad (Engels: overconsolidation ratio) of OCR genoemd. In situatie D heerst een overconsolidatiegraad ter grootte van:

Indien het bovenbeschreven verband tussen e en σ_v′ wordt weergegeven op halflogaritmische schaal, ontstaat een lineair verband tussen e en log σ_v′; zie figuur 3.18c.

De vervormingen - in casu de samendrukking, de terugvering of zwel of expansie, en de hernieuwde samendrukking - worden in de grondmechanica beschreven met behulp van de volgende materiaalconstanten:

• de samendrukkingsindex (Engels: compression index) C_c:
  Deze wordt gerepresenteerd door de helling van de maagdelijke samendrukkingscurve, gemeten tussen twee willekeurige punten op de lijn ABC:
  [ link ]
  Hierin staan e_x1 respectievelijk e_x2 voor het poriëngetal bij een spanningsniveau van σ_x1′ en het poriëngetal bij een hoger spanningsniveau van σ_x2′.
• de expansie-index C_e (Engels: expansion index, swell index) of herbelastingsindex C_r (Engels: recompession index):
  Deze wordt gerepresenteerd door de helling van de ontlastings- of herbelastingscurve, gemeten tussen twee willekeurige punten op de lijn CD of de lijn DC; eenvoudigheidshalve wordt de helling van de expansielijn CD vaak gelijkgesteld aan die van de herbelastingslijn DC, zodat geldt
  [ link ]

Andere parameters die het logaritmische vervormingsgedrag weergeven, worden behandeld in hoofdstuk 5.