Os torrwn silindr mewn pridd cydlynol a’i roi o dan weithred pwysau arferol P (ffig. 1), bydd straeniau newydd yn ymddangos yn y silindr, sef straen gwasgu fertigol σ a straen cneifio llorweddol. Os cynyddwn y pwysau P yn raddol, ar ôl peth amser bydd craciau lletraws yn ymddangos ar y silindr, ac yn syth wedyn bydd y silindr yn torri. Ar adeg y methiant, mae’r silindr wedi’i wyro dan weithred y pwysau P ac ar hyd yr awyren gneifio o’r gwrthiant lleiaf N-N.
Ffig. 1. Effaith y pwysau ar silindr a dynnwyd allan o bridd cydlynol
Gelwir gwrthiant y pridd a roddodd y rholer yn erbyn gweithred grym P ar adeg yr hollt yn wrthwynebiad cneifio’r pridd, ac enw’r ongl α o ogwydd y plân gwrthiant lleiaf o’i chymharu â’r gorwel yw ongl plân gwrthiant cneifio lleiaf y pridd.
Mae gwrthiant cneifio pridd wedi’i rwymo yn cynnwys dwy wrthwynebiad elfenol: ffrithiant mewnol rhwng y gronynnau solet a’r cydlyniad sy’n rhwymo’r gronynnau solet. Derbynnir bod cryfder cneifio’r pridd yn hafal i’r straen cneifio mwyaf ar adeg y toriad ac fe’i mynegir gan yr hafaliad
τf = c + σ tg_φ_
lle mae: τf yn gryfder cneifio’r pridd [kp/cm2],
c cydlyniad y pridd [kp/cm3],
σ straen arferol y pridd [kp/cm3],
φ ongl ffrithiant mewnol y pridd.
Rhoddwyd y fformiwla uchod gan y Ffrancwr Coulomb yn 1785. yn ôl. Yn ôl y fformiwla hon, ar gyfer pridd penodol mae’r cydlyniant c yn gyson ac yn annibynnol ar y pwysedd normal, tra bo’r gwrthiant ffrithiant σ tg_ϕ_ yn union gymesur â’r straen σ. Mewn gwirionedd, nid yw’r cydlyniant e yn gyson ar gyfer pridd penodol, ond mae’n dibynnu i ryw raddau hefyd ar y straen normal σ, oherwydd o dan weithred y pwysedd hwnnw mae trwch y ffilm ddŵr sy’n amgylchynu’r gronynnau solet yn lleihau ac felly mae’r cydlyniant yn cynyddu. Mae fformiwla Coulomb yn berthnasol i briddoedd athraidd, lle mae’r dŵr o’r mandyllau yn cael ei wasgu allan heb wrthwynebiad dan weithred y pwysedd normal, sy’n wir mewn pridd graeanog a phridd tywodlyd, ond nid yn wir mewn pridd wedi’i rwymo, sy’n ychydig yn athraidd, a dyna pam mae’r dŵr o’r mandyllau yn cael ei wasgu allan yn anodd ac yn aros fel dŵr mandwll dan straen o dan weithred y llwyth P.
Straeniau effeithiol a niwtral yn y pridd
Ffig. 2. Straen effeithiol a niwtral yn y pridd
Os gosodwn sampl o bridd, er enghraifft tywod sych, ar waelod y cynhwysydd a’i lwytho â rhyw fàs, er enghraifft saethiad plwm pwysau W, bydd y gronynnau solet yn y pridd yn cymryd yr holl lwyth hwnnw. Bydd y pwysedd penodol ar arwyneb y sampl p0 = W/A mewn kp/cm3, lle mae A yn arwyneb trawsdoriad y sampl, yn achosi setlo’r sampl, h.y. lleihad yn ei fandwreiddedd, ond bydd hefyd yn achosi newidiadau mewn priodweddau ffisegol eraill y sampl megis cynnydd yn y cryfder cneifio, cynnydd ym modwlws cywasgadwyedd ac eraill. Gelwir y pwysedd sy’n bodoli ar yr arwynebau cyswllt rhwng y gronynnau yn bwysedd effeithiol neu bwysedd rhyngronynnol σ’. Pan gyflawnir cydgrynhoad, h.y. pan fydd y sampl wedi peidio â setlo dan y llwyth p0, mae’r pwysedd effeithiol yn hafal i’r cyfanswm pwysedd penodol sy’n bodoli ar y dyfnder lle ystyrir y pridd. Yn yr achos hwn, ar y dyfnder islaw wyneb y sampl yn ffig. 2 σ’ = W/A + hzγ lle mae γ yn bwysau cyfaint y sampl.
Fodd bynnag, os byddwn yn llwytho’r sampl yn y cynhwysydd â dŵr hyd at uchder h yn lle saethiad plwm, gan fod y dŵr wedi llenwi holl fandyllau’r sampl, ni fydd gwasgedd y golofn ddŵr uwchlaw’r sampl hγw, lle γw yw pwysau uned gyfaint y dŵr, yn achosi i’r sampl setlo na lleihau ei mandylledd, ac ni fydd yn cynyddu ei gryfder cneifio na’i fodiwl cywasgedd. Dyna pam y gelwir y gwasgedd hydrostatig hγw yn bwysedd niwtral. Mae’r pwysedd niwtral, a ddynodir â u, yn cael ei drosglwyddo drwy’r sampl i bob cyfeiriad gyda’r un dwyster. Ni fydd y pwysedd hwn yn achosi cynnydd yn y cryfder cneifio, oherwydd nid oes gan ddŵr ei hun unrhyw gryfder cneifio.
Felly, mae’r pwysedd effeithiol σ’ yn cael ei drosglwyddo drwy’r arwynebau cyswllt rhwng gronynnau solet y pridd, a’r pwysedd niwtral u drwy’r dŵr yn y mandyllau. Os yw rhan isaf y llestr wedi’i llenwi â sampl dirlawn o bridd y mae ei bwysau cyfaint yn γz, ac uwchlaw wyneb y sampl hyd at lefel N mae’r llestr wedi’i lenwi â dŵr y mae ei bwysau cyfaint yn γw, yna bydd y cyfanswm pwysedd σ mewn unrhyw bwynt yn y sampl yn σ = σ’ + u.
Ar ddyfnder hz, o dan wyneb y sampl, bydd y gwasgedd effeithiol yn σ = σ’ - u
lle σ = h γw + h γz
u = (h + hz) γw.
Felly bydd σ’ = hz γ’
γ’ yw pwysau cyfaint y pridd sydd wedi’i foddi mewn dŵr.
Hafaliad cyffredinol cryfder cneifiol y pridd
Os ydym yn llwytho pridd cydgysylltiedig â’r llwyth P, bydd y llwyth hwn yn achosi ymsuddiant i’r pridd ac, yn gyntaf, bydd yr aer yn cael ei wasgu allan o’r mandyllau dan ei weithred, fel mai dim ond dŵr fydd yn aros yn y mandyllau yn fuan. Gan na all y dŵr gael ei wasgu allan ar unwaith oherwydd athreiddedd dŵr isel y pridd cydgysylltiedig, mae’n aros fel dŵr dan straen yn y mandyllau ac yn derbyn, ar y dechrau, y llwyth allanol cyfan P. Wrth i amser fynd yn ei flaen, dan weithred y llwyth P mae dŵr yn dechrau cael ei wasgu allan o’r mandyllau ac mae gronynnau solet yn dod yn nes at ei gilydd, ac maent bellach yn cymryd rhan o’r llwyth P. Yna mae gennym τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ lle mae σ yn gyfanswm y pwysau o’r llwyth P, a u yn bwysedd dŵr mandwll.
Mae pwysedd dŵr y mandyllau u yn dibynnu ar sawl ffactor, megis amserlen grynhoi, athreiddedd y pridd, maint y llwyth ar y pridd ac ati. Mae cryfder cneifio’r pridd yn dibynnu ar bwysedd dŵr y mandyllau, ac mae’n fwyaf ar gyfer u=0, pan fydd crynhau’r pridd yn digwydd.
Gweithgarwch coloidaidd y pridd
Gall elfennau gwrthiant mewnol y pridd cydlyniad a ffrithiant fod yn wahanol ac maent i raddau helaeth yn dibynnu ar faint gronynnau solet y pridd a’i briodweddau plastig. Er mwyn pennu dylanwad y cydlyniad mewn perthynas â gwrthiant ffrithiant mewnol pridd cydlynol, cyflwynodd Skempton y cysyniad o weithgarwch colloidaidd y pridd _K_P, a fynegir fel cymhareb y mynegai plastigrwydd IP i faint y gronynnau llai na 0,002 mm mewn % o bwysau’r màs cyfan. Yn hynny o beth mabwysiadwyd y maen prawf canlynol (ffig. 3):
Ffigur 3. Gweithgarwch coloidaidd y pridd
Ar gyfer KP < 0,75 maent yn glai anweithredol,
ar gyfer KP = 0,75 – 1,25 mae’r claioedd yn normal,
ar gyfer Kp > 1,25 o glai gweithredol.
Gyda chynnydd yn KP, mae dylanwad y cydlyniad yn cynyddu o’i gymharu â ffrithiant mewnol y pridd cydlynol.
Sensitifrwydd y pridd
Os tynnwn silindr mewn pridd cydlynol â diamedr o 3—3,4 cm a thua uchder ~ 5 cm ac os byddwn yn ei lwytho â llwyth arferol, ar adeg methiant y silindr byddwn yn cael cryfder cywasgol y pridd yn ei gyflwr heb ei aflonyddu σ__ₙ:
σn = P/A mewn kp/cm2,
lle mae A yn groestoriad y silindr.
Ar ôl cwblhau’r prawf, symudir y sampl wedi’i thorri ac ail-wneir silindr o’r un dimensiynau, gan ddefnyddio’r un silindr-fowld, gyda’r amod bod ei leithder yn aros yr un fath ag yr oedd yn ystod y prawf blaenorol. Yna, yn syth ar ôl ffurfio’r silindr wedi’i ail-blwmeio, ailadroddir y prawf ag ef, fel y ceir cryfder cywasgol y pridd yn y cyflwr aflonydd σ__ₚ.
Mae sensitifrwydd (sensitifedd) S__ₜ yn gymhareb cryfder cywasgol yn y cyflwr heb ei aflonyddu i gryfder cywasgol yn y cyflwr aflonydd: St = σn/σp,
Yn ôl un maen prawf, asesir sensitifrwydd S__ₜ fel a ganlyn:
- ar gyfer S__ₜ = 1 — 2 mae sensitifrwydd y clai yn isel,
- ar gyfer S__ₜ = 2 — 4 mae sensitifrwydd canolig i glai,
- ar gyfer S__ₜ = 4 — 8 mae sensitifrwydd uchel y clai,
- ar gyfer S__ₜ > 8 mae clai’n or-sensitif.
Yn natur mae’n digwydd, oherwydd gweithred fecanyddol, er enghraifft daeargryn, bod pridd clai yn colli ei gryfder yn sydyn, ac yna’n ei adennill eto mewn cyflwr llonydd. Gelwir y nodwedd hon yn thixotropi’r pridd. Mae gan lawer o glai nodweddion thixotropig i ryw raddau. Mae achosion hysbys o lithro llethrau toriadau oherwydd all-lif clai thixotropig yn Norwy, Sweden a’r Ffindir, lle cafodd ei benderfynu trwy archwilio nad oedd unrhyw newid yn lleithder y clai yn ystod y broses hon, h.y. bod lleithder y clai yn gyson cyn ac ar ôl yr all-lif.