شمع‌های درجا

شمع‌ها شالوده‌هایی هستند که بارهای وارده از طرف ساختمان را به خاک منتقل می‌کنند و به طور کلی درشرایطی که شالوده‌های نواری یا گسترده گزیه مناسبی نیستند و یا خاک منطقه ضعیف و تراکم‌پذیر بوده و بارهای سازه‌ای خیلی زیاد هستند، از آنها استفاده می‌شود‌. استفاده از شمع‌ها به دلیل ضعف باربری و نشست‌پذیری خاک، بیشینه تاریخی بسیار دوری دارد. به علت ناشناخته‌ها و عدم قطعیت‌های موجود در هنگام کار با بعضی از شرایط تحت الارضی، می‌توان طراحی شالوده‌های شمعی ر‌ا یک هنر مهندسی د‌ر نظر گرفت تا علم مهندسی تخمین صحیح ظرفیت باربری قائم شمع‌ها یکی از مسائلی است که همواره ذهن مهندسین ژئوتکنیک را به خود معطوف داشته است. زیرا تعیین ظرفیت باربری نهایی شمع‌ها جهت طراحی ایمن آنها لازم است.

اثر عواملی مانند ناهمگنی و ناهمسانی خاک، وجود آب، تنوع ترکیبات مختلف خاک در طبیعت، استعداد خزش، رفتار پیچیده تنش کرنش، اندرکنش پیچیده خاک و شمع، جنس شمع، روش‌های ساخت، تعیین ظرفیت باربری را با مشکل همراه می‌کند. شمع‌ها را می‌توان از دیدگاه‌های مختلفی از جمله جنس شمع‌ها، نحوه احداث شمع، مقداردست خوردگی خاک، عملکرد شمع از لحاظ باربری، شکل مقطع شمع‌، محیطی که شمع د‌ر آن کا‌ر گذاشته می‌شود، زاویه استقرار شمع، طول شمع، شرایط تحت الارضی، سطح آب زیرزمینی و سازه‌ای که شمع برای آن طراحی شده است تقسیم‌بندی نمود.

مثلاً از لحاظ جنس، شمع‌ها به چهار دسته بتنی، فولادی، چوبی‌ یا ترکیبی از آنها تقسیم‌بندی می‌شوند. از لحاظ نحوه احداث یا به صورت کوبیدنی و یا‌‌ این که با کمک حفاری و به صورت درجا احداث می‌شوند. از لحاظ دست‌خوردگی خاک، به شمع‌هایی با جابجایی زیاد، جابجایی کم و بدون جابجایی تقسیم می‌شوند. از نظر باربری نیز به شمع‌هایی با باربری نوک و جداره‌ یا ترکیب هر دو تقسیم می‌شوند.

مزایای‌ شمع‌‌ درجا

مزایای زیاد شمع‌های درجاریز باعث شده‌ که در سال‌های اخیر این نوع شمع‌ها بیشتر مورد استفاده قرار گیرند. ‌

1. صرفه اقتصادی ساخت این نوع شمع‌ها در مقابل سایر شمع‌ها
2. انجام آزمایش‌های ژئوتکنیکی بر روی خاکهای حاصل از حفاری شمع‌ها و تعیین مشخصات آنها
3. ایجاد سر و صدا و ارتعاش کمتر در ساخت این نوع شمع‌ها
4. امکان جایگزین کردن شمع‌های با قطر بزرگ با گروه شمع وکلاهک

ظرفیت باربری شمع را به وسیله روش‌های تحلیل استاتیکی، روش‌های دینامیکی، روش‌های مبتنی بر نتایج آزمایش‌های درجا و آزمایش بارگذاری شمع می‌توان تخمین زد. در این میان آزمایش بارگذاری شمع بهترین، دقیقترین و قابل اعتمادترین روش تعیین ظرفیت باربری شمع‌ها است. زیرا ظرفیت باربری یک شمع را بر اساس شرایط واقعی و در محل تعیین می‌کند. تحلیل‌های تئوری رایج د‌ر زمینه طراحی شمع‌ها، مقاومت اصطکاکی جداری شمع‌ها را اغلب به یک مقدا‌ر ماکزیمم در عمقی که به اصطلاح عمق بحرانی نامیده می‌شود، محدود می‌کنند.

شمع‌های درجا بطور گسترده برای پی پل‌ها و دیگر سازه‌های مهم مورد استفاده می‌گیرد. شمع‌های درجا به منظور پایدار كردن شیروانی‌های سنگی نیز مورد استفاده می‌گیرد.

بارهای اصلی وارده بر شمع‌های درجا ‌شامل بار‌های عمودی بارهای بالا زننده (Uplift) و بارهای جانبی هستند. اگرچه برای تحلیل و طراحی شمع‌های درجا به ویژه برای بار جانبی روش‌های زیادی وجود دارد اما پیشرفت این روش‌ها بدون در نظر گرفتن نتایج آزمایشگاهی صورت گرفته است‌. مقایسه نتایج آزمایشگاهی و بعضی از روش‌های طراحی نشان از غیر قابل اطمینان بودن این روش‌ها دارد. همواره نیاز به یک روش طراحی منطقی برای شمع‌های درجا در سنگ وجود داشته است.

در عمل برای طراحی شمع‌های درجا در سنگ از روش‌های طراحی شمع‌ها در خاک استفاده می‌كنند. این عمل باعث بیش از حد لازم طراحی شدن طول شمع می‌شود.

 منبع: عمران سافت