Anffurfiannau pridd o ganlyniad i effaith rhew
O dan weithred rhew, mae dŵr rhydd di-lif yn rhewi ar 0°C ac wrth wneud hynny’n ehangu gan 9% o’i gyfaint. Fodd bynnag, nid yw dŵr mewn tiwbiau capilari cul yn rhewi ar 0°C, ond ar dymheredd is, sy’n amrywio o -1°C i -78°C. Cadarnhawyd y tymheredd rhewi olaf hwn gan arbrofion labordy yn America. Po gulaf yw’r tiwb capilari, isaf yw’r tymheredd rhewi.
Yn y pridd ceir mandyllau sydd wedi’u cysylltu â’i gilydd ym mhob cyfeiriad ac sy’n ffurfio tiwbiau capilaraidd. Mewn tywod, mae’r mandyllau yn fwy ac yn ffurfio tiwbiau capilaraidd llydan, lle mae dŵr yn rhewi ar 0°C neu ar dymheredd ychydig yn is. Mae dŵr yn rhewi’n gyfartal, ac yn y mandyllau ffurfir crisialau iâ, nad yw eu cynnydd mewn cyfaint o 9% yn achosi unrhyw anffurfiadau pridd sylweddol. Mewn pridd gronynnog mân, mae’r mandyllau yn llai ac yn ffurfio tiwbiau capilaraidd cul lle mae dŵr yn rhewi ar dymhereddau is na 0°C. Fodd bynnag, yn yr haen arwynebol mae’r pridd bob amser yn llacach gyda mandyllau mwy, lle mae dŵr yn rhewi ar 0°C ac yn ffurfio crisialau iâ. Mae’r crisialau hyn yn tynnu atynt eu hunain y dŵr oer o’r mandyllau cul gyda grym mawr, sef y grym crisialu. Pan fydd y dŵr a dynnwyd felly yn dod i gysylltiad â’r crisialau iâ ac yn rhewi ei hun, gan gynyddu cyfaint y crisialau iâ, mae’r rhain yn dod yn lensys iâ, a gall eu trwch fod tua 0,1 i 10 mm. Mae’r lensys iâ a ffurfir yn achosi anffurfiad sylweddol i’r pridd yn ystod rhew, a all, o dan amgylchiadau arbennig o anffafriol, gyrraedd 30 a 50 cm.
Mae digwyddiad a maint dadffurfiad y pridd o dan effaith y rhew yn dibynnu’n bennaf ar y canlynol 3 o ffactorau:
-
Lefel y dŵr daear
-
Hyd y rhew.
Ad 1) O ran cyfansoddiad gronynnol, yr effaith fwyaf o rew sydd mewn pridd mân, y mae ei mandyllau yn ddigon mân i ffurfio sianeli capilari cul, ac ar yr un pryd mae ganddo athreiddedd digon mawr, sy’n galluogi cylchrediad cyflym dŵr yn ystod gweithrediad y rhew. Mae pridd o’r fath yn fwyaf sensitif i rew, o ran cyflymder yr ymddangosiad ac o ran maint yr anffurfiadau. Priddoedd llwchlyd yw’r rhain, sy’n cynnwys yn bennaf gronynnau o faint 0,02-0,002 mm. Mae gan ronynnau â maint >0,02 mm uchder capilari codi bach, tra bod gan ronynnau â maint < 0,002 mm godiad capilari araf, felly yn y ddau achos dim ond swm llai o ddŵr all gyrraedd y parth gweithredu rhew yn ystod cyfnod y rhew. Os yw pridd clai yn cynnwys dros 25% o ronynnau â maint < 0,002 mm, mae athreiddedd y pridd yn fach iawn ac mae cylchrediad y dŵr yn y mandyllau mor araf nes ei fod yn rhewi yn y mandyllau cyn i lensys iâ allu cael eu denu.
Ad 2) Yn ogystal â’r amod ynghylch cyfansoddiad gronynnog y pridd, rhaid bodloni amod arall er mwyn i anffurfiadau’r pridd oherwydd rhew ddigwydd. Yr amod hwnnw yw bod posibilrwydd i ddŵr gyrraedd parth gweithred y rhew. Pe na bai’r amod hwn yn cael ei fodloni, hynny yw, pe na bai capilarïau’r pridd mewn cysylltiad â’r dŵr a fyddai’n llifo’n barhaus drwyddynt yn ystod gweithred y rhew, ni fyddai anffurfiadau oherwydd rhew yn digwydd, waeth pa fath bynnag fyddai cyfansoddiad gronynnog y pridd.
Po uchaf yw lefel y dŵr daear, mwyaf yw’r posibilrwydd o anffurfiadau yn y pridd o ganlyniad i weithrediad rhew. Os yw lefel y dŵr daear yn ddyfnach na uchder codiad capilaidd dŵr y pridd penodol hwn, mae anffurfiadau oherwydd rhew yn dibwys.
Ad 3) Po hiraf yw’r cyfnod amser o rew di-dor, mwyaf yw’r anffurfiadau oherwydd y rhew, oherwydd ffurfio lensys mwy a niferus. Mae rhew cryf a byrhoedlog yn achosi llai o anffurfiadau, oherwydd yn yr achos hwn mae’r dŵr yn y mandyllau’n rhewi’n sydyn ac mae llif capilaraidd y dŵr yn cael ei dorri. I’r gwrthwyneb, mae rhew cymedrol a hirhoedlog yn achosi mwy o anffurfiadau oherwydd ffurfiad heb rwystr o lensys iâ.
Effaith dadloi gwartheg
Yn ystod dadrewi, mae’r lensys iâ yn rhan uchaf y pridd arwyneb yn toddi gyntaf, tra bod haen wedi rhewi, ac felly hefyd anhydraidd, yn aros yn union islaw. Gan fod y lensys iâ wedi toddi yn rhoi llawer iawn o ddŵr, na all dreiddio trwy’r haen is wedi rhewi, mae’r swm cynyddol hwn o ddŵr yn yr haen arwyneb yn gor-syrthio’r pridd ac yn ei droi’n fàs hylifol, nad oes ganddo unrhyw gryfder, ond sy’n cael ei wasgu allan i’r ochr dan bwysedd. Gall anffurfiadau’r pridd o ganlyniad i effaith dadrewi fod yn sylweddol ac mewn rhai achosion yn beryglus. Mae’r anffurfiadau hyn yn gyffredin mewn toriadau ar reilffyrdd a ffyrdd, lle yn y gwanwyn ceir llithro rhannol ar lethrau oherwydd bod y pridd wedi’i or-syrthio â dŵr o’r lensys iâ sydd wedi toddi, yn ogystal ag ar ffyrdd, lle mae’r wyneb ffordd yn anffurfio dan draffig ar bridd sydd wedi colli ei allu i gynnal llwyth oherwydd ei or-syrthu â dŵr.
Meini prawf ar gyfer asesu effaith rhew ar y pridd
Wrth astudio effaith rhew ar wahanol fathau o bridd daethpwyd i’r casgliad, o ran ymddygiad dan rew, fod yn rhaid gwahaniaethu dau fath o bridd: diogel a pheryglus dan rew.
Priddoedd sy’n ddiogel rhag rhew yw’r rhai lle nad yw lensys iâ yn ffurfio, waeth pa mor hir yw cyfnod y rhew. Yn y math hwn o bridd, dim ond dŵr yn ei mandyllau sy’n rhewi a grisialau iâ sy’n ffurfio, gyda dim ond mân ddadffurfiadau dan weithred y rhew. Mae graean, tywod a phriddoedd tebyg yn perthyn i’r grŵp hwn.
Priddoedd sy’n beryglus mewn rhew yw’r rhai lle ffurfir lensys iâ, ac o ganlyniad gall anffurfiadau mwy ddigwydd. Mae dŵr sydd wedi cronni yn yr haen arwynebol ar ffurf lensys iâ yn ystod gweithrediad y rhew hefyd yn cynhyrchu effaith dadrewi. I’r grŵp hwn perthyn rhai priddoedd llaidlyd-gleiog ac yn enwedig priddoedd llaidlyd.
Mae sawl maen prawf ar gyfer asesu ymwrthedd y pridd i rew, ac ymhlith y rhai mwyaf adnabyddus mae meini prawf Arthura Casagrande a Rukli, a ddisgrifir yma.
Maen prawf A. Casagrande
Mae’r maen prawf hwn yn seiliedig ar gyfansoddiad gronynnog y pridd ac yn datgan:
a) Yn achos pridd o gyfansoddiad unffurf, lle mae gradd yr anwastadrwydd U < 5, mae’r pridd yn peryglu rhew os yw’n cynnwys mwy na 10% o ronynnau â maint islaw 0,02 mm.
b) Mewn pridd o gyfansoddiad anwastad, lle mae’r gradd anwastadrwydd U > 15, mae’r pridd yn beryglus mewn rhew os yw’n cynnwys mwy na 3% o ronynnau â maint o dan 0,02 mm.
Er i’r meini prawf hyn gael eu defnyddio am amser hir a rhoi canlyniadau dibynadwy bob amser, ei anfantais yw ei fod yn seiliedig ar raniad maint y pridd yn unig ac nad yw’n ystyried ffactorau eraill sy’n dylanwadu ar effaith rhew yn y pridd. Oherwydd hynny, heddiw ystyrir bod y maen prawf hwn yn rhy llym ac yn aneconomaidd.
Meini prawf Rukliev
Yn ôl y dull hwn, caiff y pridd ei rannu’n ddau ffracsiwn yn ôl caledwch y gronynnau solet, sef ffracsiwn bras-gronynnog, grawn â diamedr d > 2 mm a ffracsiwn mân-gronynnog, grawn â diamedr d < 2 mm. Ar gyfer asesu gwrthsefylliad y pridd i rew, gosodir dibyniaeth faint y ffracsiwn mân-gronynnog ar faint y ffracsiwn bras-gronynnog, ac fe roddir y ddibyniaeth hon gan y terfyn isaf a’r terfyn uchaf (ffig. 1).
Mae’r terfyn isaf yn cynrychioli’r ganran uchaf a ganiateir o ronynnau solet â diamedr d < 0,02 mm o bwysau sych yr llenwad, h.y. ffracsiwn 0-2 mm, lle nad oes bron unrhyw ddifrod oherwydd rhew o dan amodau anffafriol, megis lefel uchel dŵr daear, amodau hinsoddol anffafriol (rhew hirfaith) a lleithder naturiol mawr y pridd.
Y terfyn uchaf yn cynrychioli’r ganran uchaf a ganiateir o ronynnau d < 0,02 mm o bwysau sych y ffracsiwn mân-gronynnol, lle nad yw difrod bron o gwbl yn digwydd oherwydd rhew mewn amodau ffafriol, megis lefel isel o ddŵr daear, amodau hinsoddol ffafriol (rhew byrhoedlog) a lleithder naturiol isel y pridd.
Ffig. 1 Terfyn isaf ac uchaf ar gyfer asesu perygl rhew i’r pridd yn ôl maen prawf Rukliev
Amddiffyn yn erbyn effaith rhew yn y pridd
Mae dyfnder gweithrediad rhew yn y pridd yn dibynnu ar amodau hinsoddol yr ardal. Yn ein gwlad ni mae’n bennaf 0,8 i 1,0 m islaw wyneb y tir. Felly, ni fydd strwythurau a sefydlwyd ar ddyfnder sy’n hafal i neu’n fwy na 1,0 m yn destun gweithrediad rhew.
Mae strwythurau â sylfeini bas, megis arwynebau ffordd ar ffyrdd, yn agored i effeithiau rhew, a all achosi anffurfiadau a difrod mwy ar yr arwyneb ffordd, wrth rewi ac wrth ddadmer. Felly, wrth wneud arwynebau ffyrdd a rhedfeydd meysydd awyr, mae angen archwilio’r pridd o ran effaith rhew, ac os yw’r pridd sylfaenol yn agored i rew, dylid cymryd mesurau amddiffynnol. Ar gyfer arwynebau ffyrdd a meysydd awyr, y mesur mwyaf effeithiol yw gwneud haen glustogi, a’i thrwch yn cael ei bennu fel bod cyfanswm trwch yr arwyneb ffordd a’r haen glustogi yn dod i 0,80 m ar gyfer traffig trwm hyd at 0,60 m ar gyfer traffig ysgafn. Fel rheol, mae haen glustogi o 0,30 m o dan yr arwyneb ffordd yn amddiffyniad digonol rhag effaith rhew.
Y deunydd ar gyfer gwneud yr haen glustogi fel arfer yw tywod neu raean tywodlyd, a ddylai fodloni’r amodau canlynol:
Mynegai plastigrwydd IP < 5
Cynnwys y ffracsiwn d < 0,02 mm yn llai na 3%
Gradd yr anwastadrwydd U > 7.
Ni ddylai rhan uchaf yr haen glustogi, mewn trwch o 20 cm, fod yn dywod mân unffurf oherwydd y cywasgedd annigonol a’r gallu dwyn cyfyngedig. Yn y rhan hon, dylai’r haen glustogi fod yn raean tywodlyd gyda 30-70% o rawn maint 2-30 mm. Ni argymhellir grawn mwy na 30 mm.
Mae waliau ffens sydd wedi’u seilio’n fas hefyd yn destun rhew yn y pridd, ac o ganlyniad maent yn gwyro, sy’n arwain, wrth i rew weithredu dro ar ôl tro dros amser, at eu troi drosodd a’u dymchwel. Felly dylid seilio’r waliau hyn ar ddyfnder 1,0 m, os yw’r pridd yn beryglus o rew.