Setzungstheorie
Wenn wir die Spannung im Boden kennen, die entweder durch die Oberflächenbelastung des Bodens, die Änderung der Spannung im Boden oder die Spannung im aufgebauten Erdkörper verursacht wird, können wir deren Verformung bestimmen. Die Verformung ist im Allgemeinen schrägen Richtung und ihre vertikale Komponente wird als Setzung genannt. Die Setzung ist in allgemein zeitunabhängig, was bedeutet, dass die Setzung nicht unmittelbar nach der Einführung der Belastung erfolgt, sondern hängt von der Konsolidierungsfähigkeit des Bodens ab. Durchlässige, schwer komprimierbare Böden (Sande, Kies) verformen sich sehr schnell, wassergesättigte wenig durchlässige Tone weisen eine allmähliche Verformung auf, die als Konsolidierung bezeichnet wird.
Zeitlicher Verlauf der Setzungen
Eintragung der Belastung in Boden verursacht die Setzung, zeitlich in drei separate Komponenten aufgeteilt sein kann:
- Sofortsetzung (anfängliche, nach Lastaufbringung)
- Primäre Setzung (Konsolidationssetzung)
- Sekundäre Setzung (Langzeitsetzung, creep)
Sofortsetzung
Während der sofortigen Setzung treten im Boden nur Scherverformungen auf, was zu einer Formänderung des Bodens ohne Volumenverformung führt. Der Verlust des Porendrucks im Boden ist gleich Null.
Primäre Setzung
Während dieser Setzung werden im Boden aufgrund äußerer Belastungen seine Körne bewegen und komprimieren, darum sich das Bodenvolumen ändert. Wenn die Poren des Bodens mit Wasser gefüllt sind (insbesondere bei schwach durchlässigen kohäsiven Böden), wird das Wasser aus den abnehmenden Poren in die Bereiche mit geringerem Druck gedrückt (der Boden wird konsolidieren). Die Konsolidationssetzung (primäre) ist daher zeitabhängig und wird mit dem Verschwinden des Porendrucks beendet.
Sekundäre Setzung
Nach der Beendigung der primären Konsolidation wird der Wasseraustritt aus den Poren beendigen (theoretisch nach einer unendlichen Zeit), und bei höheren Bodendrücken nähern sich die Bodenkörner einander an, sodass sie sich gegenseitig verformen beginnen. Die Veränderung des Bodenvolumens fortsetzt - sogenannt formt sich der Bodenskelett. Dieser Effekt wird als sekundäre Konsolidation des Bodens oder sekundäre Setzung bezeichnet und läuft im Gegensatz zur primären Setzung (Konsolidation) bei einer konstanten effektiven Spannung durch. Insbesondere bei der weich plastischen oder breiartigen Böden darf die sekundäre Sedimentation nicht vernachlässigt werden - bei der überkonsolidierten Böden können etwa 10% der Gesamtsetzung und bei der normal konsolidierten Böden können bis zu etwa 20% gebildet werden .