O dan weithred llwyth mae pob pridd, ac eithrio creigwely solet, yn setlo. Yn gyffredinol, mae setlo’n codi o ddau achos: cywasgiad y pridd h.y. lleihad yn ei gyfaint o ganlyniad i ddiarddel aer neu ddŵr o’i fandyllau a gwasgiad ochr y pridd wrth ymylon y sylfeini o ganlyniad i lithro gronynnau solet y pridd.
Mae setlo’r pridd oherwydd cywasgu yn cynnwys anffurfiadau elastig a phlastig, a achosir gan lwyth y sylfaen, lle mae’r pridd wrth ddadlwytho’n dychwelyd yn rhannol i’w gyflwr gwreiddiol.
Mae setlo oherwydd gwasgiad ochrol y pridd yn cynnwys deformiadau plastig yn unig, lle nad yw’r pridd yn dychwelyd i’w gyflwr gwreiddiol wrth ei ddadlwytho. Maent yn codi gan amlaf mewn sylfeini bach a wneir ar ddyfnder bach islaw wyneb y tir. Yn yr un modd, mae gwasgiad ochrol y pridd yn digwydd mewn pridd gwlyb iawn ac y mae ei ongl ffrithiant mewnol yn fach.
Gan fod y llwyth a ganiateir ar y pridd yn cael ei gymryd yn y parth o anffurfiadau elastig-plastig, gwneir cyfrifo’r setliad yn unig ar sail lleihad ym mandylledd y pridd dan lwyth, tra anwybyddir setliadau oherwydd gwasgu’r pridd i’r ochrau, y tybir eu bod yn ddi-arwyddocâd.
Mae setliad oherwydd cywasgiad yn dibynnu ar athreiddedd y pridd, gan ei fod yn digwydd ar draul y mandyllau, sydd mewn pridd naturiol bob amser yn fwy neu’n llai wedi’u llenwi â dŵr. Felly, mae setliad y pridd dan lwyth mewn gwirionedd yn ffenomen hydrodynamig, oherwydd mae’r broses setlo yn dibynnu ar gyflymder gorfodi’r dŵr allan o’r mandyllau, lle mae athreiddedd y pridd yn chwarae’r rôl fwyaf.
Mae priddoedd anadnaws fel graean a thywod â mandyllau mawr, ac felly mae eu athreiddedd yn uchel ac mae’r dŵr o’r mandyllau yn cael ei wasgu allan yn gyflym dan lwyth y sylfaen. Felly, mewn pridd anadnaws mae setliad o dan lwyth y sylfaen yn digwydd yn gyflym, fel arfer eisoes yn ystod adeiladu neu’n fuan wedyn. Am y rheswm hwn, anaml y cyfrifir setliad y sylfaen mewn pridd anadnaws.
Mae pridd cydlynol yn cynnwys mandyllau bach, mae ei athreiddedd yn fach ac mae gorfodi’r dŵr allan o’r mandyllau o dan weithred llwyth y sylfaen yn gallu para’n hir iawn, mewn rhai clai mân-gron hyd yn oed am ddegawdau. Yn ogystal, gan fod cyfanswm mandylledd pridd cydlynol yn llawer mwy nag un cyd-fynd, mae setliad pridd cydlynol yn llawer mwy.
Mewn pridd cydlynol, lle mae’r mandyllau wedi’u llenwi’n rhannol ag aer ac yn rhannol â dŵr, mae setliad yn digwydd yn gyntaf oherwydd cywasgu’r aer yn y mandyllau, tra bod y cynnwys dŵr yn aros yn gyson, ac yna setliad oherwydd gwasgu’r dŵr allan o’r mandyllau. O dan lwyth statig ar y pridd oherwydd effaith pwysau a llwyth defnyddiol y sylfaen, mae’r ddau fath hyn o setliad yn digwydd, ond mae’r broses amserol o setliad yn wahanol.
Mae achosion eraill hefyd sy’n achosi i’r pridd setlo, megis gostwng lefel y dŵr daear yn barhaol, newidiadau cemegol yng nghyfansoddiad y pridd a tharfu arall yn y pridd.
Mae astudio setliad yn cynnwys cyfrifo’r setliad ymlaen llaw, sy’n cael ei wneud ar sail profi samplau pridd yn y labordy ac arsylwi ar y setliad, sy’n cael ei gynnal yn ystod codi’r adeilad a chyfnod penodol ar ôl hynny.
Cyfrifo’r ymsuddiad ar gyfer llwyth canolog ar y sylfaen
Gadewch i ni ystyried troed sylfaen wedi’i sefydlu mewn pridd sy’n cynnwys sawl haen wahanol, er enghraifft haen o dywod H0, sef H1 o dan y droed, haen o bridd claiog o drwch H2, haen o glai mân o drwch H3, ac oddi tano ceir graean cywasgedig o drwch mwy o haen, gyda lefel y dŵr daear NPV (ffig. 1a).
Ar gyfer cyfrifo’r ymsuddiant mae angen llunio’r diagram straeniau oherwydd pwysau hunan y pridd (y diagram chwith yn ffig. 1b) a’r diagram straeniau oherwydd gweithrediad y llwyth ychwanegol o’r sylfaen (y diagram de yn ffig. 1b). Ceir y diagram straeniau oherwydd pwysau hunan y pridd o drwch yr haenau Σ_H_ a’u pwysau cyfaint γ. Os yw pwysau cyfaint y tywod γ1, y tywod dan ddŵr γ’1, y pridd claiog dan ddŵr γ’2, y clai dan ddŵr γ’3, bydd y straeniau gwasgedd yn y pridd oherwydd pwysau hunan y pridd fel a ganlyn (ffig. 1)
γ1 · H’; γ’1 · H’’; γ’2 · H2; γ’3 · H3;
Caiff y diagram straen oherwydd gweithred y llwyth ei gael drwy gyfrifo yn ôl un o’r dulliau hysbys, er enghraifft yn ôl Steinbrenner neu Newmark, ar gyfer gwahanol ddyfnderoedd o dan y sylfaen.
Os dynodwn y llwyth sylfaenol fel P, ei arwynebedd cyswllt â’r pridd fel A, a phwysau penodol y pridd ar ddyfnder y sylfaen t islaw wyneb y tir fel γ1, yna llwyth penodol y sylfaen yw P/A tra bo pwysau ei hun y pridd ar yr un dyfnder yn γ1t. Er mwyn cael y llwyth ychwanegol ar y pridd oherwydd llwyth y sylfaen, rhaid tynnu pwysau ei hun y pridd γ1t oddi wrth lwyth y sylfaen P/A, felly mae’r llwyth ychwanegol ar y pridd yn cyfateb i
p0 = P/A – γ1t.
Ar yr un dyfnder t mae’r straen γ1t sy’n deillio o bwysau hunan y pridd yn gweithredu hefyd, felly ar y dyfnder hwn mae cyfanswm y straen (P/A – γ1t) + γ1t, yn gweithredu, a chydgrynhoi’r pridd o dan y straen γ1t wedi’i gwblhau cyn adeiladu’r adeilad.
Ffig. 1. Cyfrifo’r setliad ar lwyth canolog y sylfaen
Fodd bynnag, os caiff un rhan o’r sylfaen uwchlaw’r gwaelod sylfaenol ei llenwi â phridd (ffig. 1c), rhaid ystyried llwyth y pridd a lenwyd 2_Q_, fel bod y llwyth ychwanegol yn yr achos hwn yn hafal i
_P+2_Q/A – γ1t.
Ar gyfer sylfaen siâp stribed, A = b x 1,0 m ar 1 m’ o’r sylfaen.
Gwneir y cyfrifiad ymsuddiant ar gyfer pob haen o bridd cywasgadwy hyd at ddyfnder effaith llwyth y sylfaen. Yn flaenorol, ystyriwyd mai dyfnder lle’r oedd y straenau o ddwysedd ≥ 10% p0 oedd ffin effaith llwyth yr adeilad. Heddiw mabwysiedir bod y ffin hon ar y dyfnder lle mae’r straen oherwydd y llwyth ychwanegol pz yn hafal i 20% y straen o bwysau ei hun y pridd: pz = 0,2 ·γ_Σ_H. Islaw’r dyfnder hwn ni chyfrifir ymsuddiant. Yn ôl rheol arall argymhellir cyfrifo ymsuddiant ar gyfer haenau hyd at ddyfnder 2_b_ i 3_b_, lle b yw lled y sylfaen. Os yw haen graeanog ar y diwedd fel yn ffig. 1a, ni chymerir hi i ystyriaeth ar gyfer cyfrifiad yr ymsuddiant, gan fod ei ymsuddiant dan lwyth y sylfaen yn fach ac yn digwydd yn ystod yr adeiladu.
Ar ddyfnder z islaw’r troedle sylfaen mae straen cywasgol pg oherwydd pwysau ei hun y pridd (ffig. 1b), gan ystyried hefyd effaith y codiad. At y straen cywasgol cychwynnol hwn ychwanegir y pwysau pz a achosir gan weithred llwyth yr adeilad ar yr un dyfnder. Felly, ym mhob pwynt M ar ddyfnder z islaw’r troedle sylfaen mae cyfanswm y straen cywasgol pn = pg + pz yn gweithredu.
O dan weithred y llwyth ychwanegol, mae’r pridd yn setlo ac yn anffurfio’n ochrol. Os caiff yr anffurfiadau ochrol eu hanwybyddu, oherwydd eu bod yn gymharol fach, gan fod y llwyth a ganiateir ar y pridd yn y parth anffurfiadau elastig-plastig, gellir mabwysiadu bod cyfrifo’r setliad yn cael ei wneud ar sail prawf cywasgadwyedd yn yr edomedr, gyda sampl heb ei tharfu a gymerwyd yn ardal y pwynt a arsylwir yn y pridd, a thrwy’r prawf hwnnw y pennir modwl cywasgadwyedd y pridd Ms.
Ar sail deddf Hooke mae gennym
Δ_s_ = pz/Ms,
lle mai Δ_s_ yw’r setliad penodol, fesul uned o drwch yr haen, pz yw’r straen yn nyfnder y pridd z o ganlyniad i’r llwyth ychwanegol.
Os tybiwn drwch haen dz sy’n ddigon bach fel y gellir mabwysiadu pz a Ms fel cysonion, yna bydd yr ymsuddiad elfennol yn
Δ_s dz_ = pz/Ms dz.
Bydd cyfanswm yr ymsuddiant ar gyfer haen o drwch H yn
Os yw pZ a MS yn gyson ar gyfer haen o drwch H, bydd
s = pz/Ms · H.
Mewn gwirionedd nid yw pz a Ms yn gyson ar gyfer haen o drwch H1, ond cymerir eu gwerth cyfartalog yn y pwynt M.
Pennir modwl gywasgadwyedd y pridd Ms drwy ddull labordy ar gyfer pob haen ar wahân. Ar gyfer pridd wedi’i gydgrynhoi’n normal, pennir modwl Ms o ddiagram y cywasgiad cynradd, lle mae’r llwyth cyfanswm σ2 = pg + pz; σ1 = pg = Σ_γt,_ y llwyth ychwanegol Δ_σ_ = σ2 – σ1 = (pg + pz) – pg, a’r gwerthoedd cyfatebol o gywasgiad cymharol yw Δ_h2_/h a Δ_h1_/h, felly mae
Fodd bynnag, os yw’n glai rhag-gydgrynhoedig, yna pennir y modwlws cywasgadwyedd o ddiagram y cywasgiad eilaidd. O’r enghraifft yn sl. 2 mae gennym ar gyfer:
Ffig. 2. Bennu modwl cywasgedd y pridd ar sail diagram y cywasgiad cymharol
O’r uchod mae’n dilyn y bydd setlo clai wedi’i or-gywasgu yn llawer llai na setlo pridd sydd wedi’i gywasgu’n normal.
Effaith anhyblygedd y sylfaen ar y setlo
Er nad oes mewn gwirionedd unrhyw seiliau cwbl elastig, lle byddai setliad un pwynt yn annibynnol ar setliad y pwynt cyfagos, at ddiben cyfrifo setliad gwahaniaethir rhwng seiliau elastig a seiliau anhyblyg.
Mae sylfeini elastig, y golygir pentyrrau cerrig a thomenni oddi tanynt, yn achosi setliadau gwahanol mewn pwyntiau unigol dan lwyth unffurf. Felly, yn achos y sylfeini hyn nid cyfrifir y setliad ar gyfer yr arwyneb llwythog cyfan, ond ar gyfer pwyntiau unigol ohono: y pwyntiau cornel A, B, C a D, pwyntiau canol yr ochrau E, F, H a J, a phwynt canolog G yr arwyneb petryal (ffig. 3). Dan lwyth unffurf, mae setliad y pwyntiau B, C a D yr un fath â phwynt A, mae setliad pwynt H yr un fath â phwynt E, a phwynt J yr un fath â phwynt F ar gyfer pridd o’r un cyfansoddiad.
Ffig. 3. Cyfrifo setliad pwyntiau unigol arwyneb wedi’i lwytho
I gyfrifo’r setliad o dan ryw bwynt G ar arwyneb sydd dan lwyth, rhennir y petryal ABCD yn bedwar petryal llai, ac mae setliad G yn cael ei gael fel swm y setliadau a achosir gan bob un o’r petryalau a rannwyd.
Nid yw sylfeini anhyblyg yn setlo yn yr un modd â rhai elastig, gan nad yw’n bosibl i bwyntiau unigol setlo ynddynt. Felly cyfrifir setliad sylfeini anhyblyg fel un cyfan, gyda’r cyfartaledd o setliad yn cael ei gyfrifo’n wahanol yn ôl gradd yr anhyblygedd, gan fod dosbarthiad y gwasgedd ar waelod y sylfaen yn dibynnu ar anhyblygedd y sylfaen.
Ar gyfer sylfeini anhyblyg siâp sgwâr neu betryal llai, lle mae a < 2_b_, cyfrifir yr ymsuddiant sG ar gyfer y pwynt canol G ac fe fabwysiedir yr ymsuddiant cyffredinol i’r sylfaen s = 3/4 sG. Ar gyfer sylfeini anhyblyg siâp petryal hirgul neu stribed, cyfrifir yr ymsuddiant ar gyfer y pwynt pen E, y pwynt canol G a’r pwynt M hanner y pellter rhyngddynt, ar hyd echel hirach y sawdl sylfaen, ac fe fabwysiedir y gwerth canol.
Mae Van Hamme yn ystyried mai’r cyfrifiad manylach ar gyfer y setliad yw un “pwynt nodweddiadol P”, sydd wedi’i leoli o’r echelinau canol ar bellter
o’r echelinau canol. Yn ôl Van Hamme, mae ymsuddiant rhai pwyntiau penodol o’r sylfaen yn annibynnol ar y modd y caiff y straen ei ddosbarthu yn waelod y sylfaen. Ar gyfer y pwyntiau hyn gellir cyfrifo’r ymsuddiant gan dybio bod y dosbarthiad straen yn waelod y sylfaen yn unffurf. Ar gyfer sawdl sylfaen anhyblyg, wedi’i lwytho â llwyth unffurf, lle mae’r dosbarthiad straen yn waelod y sylfaen yn anwastad ac yn cynyddu tuag at ymylon y sawdl, serch hynny mae ymsuddiant y sawdl sylfaen yn hafal i ymsuddiant y pwynt nodweddiadol P. Gellir cyfrifo’r straenau ar ddyfnder z o dan y pwynt nodweddiadol P ar arwyneb petryal â hyd a, lled b, wedi’i lwytho â llwyth unffurf p0 gan ddefnyddio’r tabl 1 a luniwyd gan Jelinek.
Y straen σzP ar ddyfnder z o dan y pwynt nodweddiadol P yw σzP = (σz/p0)·p0, lle mae p0 yn llwyth ychwanegol y pridd.
Tabl. 1. Gwerthoedd σz/p ar gyfer straeniau o dan y pwynt nodweddiadol P yn dibynnu ar y berthynas rhwng y dyfnder z a’r lled b ac ar y berthynas rhwng yr hyd a a’r lled b y troed sylfaen
Cyfrifo setliad ar sail newid y cyfernod mandylledd y pridd
Os dynodwn â e0 y cyfernod mandylledd sampl heb ei aflonyddu a dynnwyd o haen y pridd, ac â ei y cyfernod mandylledd yr un sampl ar ôl cwblhau’r cydgrynhoad yn yr edomedr dan lwyth σ1 (sl. 4a), mae lleihad yng nghyfaint cychwynnol y pridd dan effaith y llwyth Δ_σ_ yn cyfateb i leihad yn y mandylledd, hynny yw i gyfernod mandylledd y pridd
Δ_e_ = e0 – e1
Sl. 4. Cyfrifo setliad ar sail newid yn y cyfernod mandylledd y pridd
Cyfaint cychwynnol y sampl pridd yw
Mae’r ymsuddiad penodol Δ_s_, h.y. yr ymsuddiad fesul uned gyfaint o bridd 1+e0 yn
Δ_s_ =(e0–e1) / (1+e0)
Mae setlo’r haen elfennol o drwch dz yn ôl ffig. 4b
Δ_s_ dz=(e0–e1) / (1+e0) dz
Bydd setliad haen o drwch H yn
Os cymerwn fod p yn straen ar ddyfnder z o bwysau ei hun y pridd, sy’n cyfateb i’r llwyth σ0 yn yr edomedr, Δp yn straen o lwyth ychwanegol y pridd oherwydd yr adeilad, sy’n cyfateb i’r cynnydd llwyth Δ_σ_ yn yr edomedr, a p1 yn gyfanswm y straen dan weithred pwysau ei hun y pridd a’r llwyth ychwanegol sy’n cyfateb i gyfanswm y llwyth σ1 yn yr edomedr, gellir ysgrifennu’r fformiwla blaen mewn ffurf
Os dynodwn â A arwyneb y diagram straen o lwyth ychwanegol y pridd, A = Δ_pH_ (yr arwyneb wedi’i gysgodi ar ffig. 4b), lle mai Δ_p_ yw’r straen o’r llwyth ychwanegol yng nghanol yr haen
a=Δ_e_/Δ_p_, y gymhareb rhwng gwahaniaeth y cyfernod mandylledd a’r straen cyfatebol o’r llwyth ychwanegol Vc = (1+e0)/a, gellir ei nodi fel
h.y. s = A/Vc [cm]
Os yw’r pridd yn cynnwys sawl haen, cyfrifir yr ymsuddiannau s ar gyfer pob haen; mae swm yr ymsuddiannau unigol yn rhoi cyfanswm yr ymsuddiant Σ_s_.