فونداسیون شمعی

فونداسیون شمعی

رایج‌ترین نوع فونداسیون عمیق شمع‌ها‌ هستند. یک شمع، عضو سازه‌ای نسبتاً بلند، لاغر و ستون مانندی است که با قرار گرفتن در داخل خاک وزن سازه را به خاک زیرین منتقل می‌نماید. شمع در واقع همان ستون است که در داخل خاک مستقر شده است. شمع بارهای وارده از روسازه را در عمق خاک عبور داده و آنرا به خاک مقاومتر (در عمق بیشتر) منتقل می‌کند. سه نوع فونداسیون شمعی وجود دارد که شامل شمع کوبیدنی، شمع درجا ریخته شده و شمع کوبیده درجا ریخته شده است.

فونداسیون شمعی اعضایی از جنس فولاد‌، بتن‌، بتن مسلح‌، و چوب هستند که در صورت مناسب نبودن ظرفیت باربری زمین برای استفاده از شالوده‌های سطحی‌، از آنها برای ساخت شالوده‌های عمیق (‌شالوده‌های شمعی‌) استفاده می‌شود.

وقتی که لایه یا لایه‌های فوقانی خاک دارای قابلیت فشردگی زیاد ‌یا خیلی ضعیف باشند‌، به طوری که نتوان از شالوده سطحی برای توزیع بار ساختمان استفاده کرد‌، فونداسیون شمعی برای انتقال بار به لایه تحتانی محکمتر‌ یا سنگ بستر مورد استفاده قرار می‌گیرند. وقتی که بستر سنگی‌ یا لایه محکمتر تحتانی در عمق معقولی از سطح زمین قرار نداشته باشد‌، از شمع برای انتقال تدریجی بار استفاده می‌شود. در این حالت‌، بیشتر مقاومت شمع از طریق نیروی اصطکاک بین سطح تماس شمع و خاک (‌مقاومت جلدی‌) تامین می‌شود.

اگر شمع‌ها تحت تاثیر نیروی افقی قرار گیرند‌، در حالی که هنوز قابلیت حمل بار‌های قایم را دارا هستند‌، می‌توانند به وسیله خمش‌، نیرو‌های افقی راحمل نمایند. این وضعیت اغلب در شالوده سازه‌های حایل خاک که وظیفه آنها مقاومت در مقابل فشار جانبی خاک است‌ یا ساختمان‌های بلند که تحت تاثیر نیروی باد یا زلزله قرار دارند‌، پیش می‌آید.

 

فونداسیون شمعی کوبیدنی‌

فونداسیون شمعی کوبیدنی از بتن، فو‌لاد و یا چوب تشکیل شده است. این شمع‌ها باید از قبل ساخته شوند و سپس در محل مورد نظر نصب شوند. زمانی که این شمع‌ها با بتن ساخته شده باشند به آنها نام بتن اطلاق می‌شود. این شمع‌ها از طریق یک شمع کوب تعبیه می‌شوند.

هنگامی که از شمع‌های کوبیدنی در خاک‌های دانه‌ای استفاده می‌شود، حجم متناظری از خاک برداشته می‌شود. این امر امکان انقباض خاک در سراسر شمع و همچنین فشرده سازی خاک را ممکن می‌سازد. شمعی که خاک اطراف را متراکم می‌کند، به عنوان شمع تراکمی شناخته می‌شود. این فشرده سازی خاک ظرفیت باربری آن را افزایش می‌دهد.

خاک‌های اشباع از گل و الی و خاک‌های چسبنده حاوی ظرفیت زهکشی تحتانی هستند. در نتیجه، این خاک‌ها زمانی که شمع کوبیدنی بر روی آنها کوبیده می‌شود، فشرده نخواهند شد. آب از خاکی که قرار است تحت فشرده سازی قرار گیرد، باید تخلیه شود. بنابراین تنش‌ها در کناره‌های شمع افزایش یافته و ‌لازم است که این تنش‌ها تنها از طریق آب منفذی انتقال داده شوند. این اقدام با افزایش فشار آب منفذی و کاهش قابلیت باربری خاک همراه خواهد بود.

فونداسیون شمعی درجا ریخته شده

‌شمع درجا ریخته شده به شمع بتنی معروف هستند. این شمع با حفر سوراخ در زمین و به عمق ‌لازم و سپس پر شدن سوراخ با بتن ایجاد می‌شود. در صورت نیاز از تقویت کننده‌ها در بتن استفاده می‌شود. شمع‌هایی با قطر کوچک در پی‌های عمیق استفاده می‌شوند. شمع درجا ریخته شده شمع به دو صورت شمع‌های مستقیماً حفر شده و یا یک یا چند برآمدگی که باید قالب گیری شوند، وجود دارد. شمع‌ها دارای یک یا چند برآمدگی، به عنوان شمع سر پهن شده شناخته می‌شود.

شمع کوبیده درجا ریخته شده‌

شمع کوبیده درجا ریخته شده مزایایی مشابه شمع کوبیدنی و شمع درجا ریخته شده دارد. فرآیند نصب شمع کوبیده درجا ریخته شده به صورت زیر است.

یک لایه فو‌لادی به قطر شمع از طریق یک قالب به داخل زمین هدایت می‌شود. هنگامی که این لایه در محل مورد نظر قرار گرفت از قالب جدا می‌شود و بتن ریزی درون آن آغاز می‌شود. این الیه از ورقه‌های فو‌لادی راهراه نازک و تقویت شده (شمع تک لوله) یا لوله‌های جوش داده شده (لوله‌های جوش شده آرمکو یا لوله‌های بدون درز معمول) تشکیل شده است. این نوع از شمع‌ها نوعی از شمع پوسته‌ای هستند.

در نوع بدون پوسته، زمانی که بتن ریزی انجام شد، پوسته برداشته می‌شود. در هر دو نوع شمع، پایین پوسته به یک قسمت مخروطی که می‌تواند از پوسته جدا شود، قفل شده است. سر پهن گسترده ممکن است در هر دو نوع شمع با هدایت بتن فراتر از پوسته ایجاد شود. شمع فرانکی (Franki‌) متعلق به این گروه است. گاهی اوقات، پوسته در جای خود باقی خواهد ماند و درون لوله بتن ریزی می‌شود. استفاده گسترده از این نوع شمع را می‌توان در شمع زنی در آب یافت.

انواع شمع

شمع اتکایی (End-bearing piles)

این شمع‌ها در لایه‌های خاک نرم نفوذ کرده و متکی بر لایه خاک سخت یا سنگ بستر (بخش صلب) هستند.

در این نوع شمع‌ها، نوک شمع روی لایه بسیار مقاوم خاک یا بستر سنگی قرار می‌گیرد. بار سازه از طریق شمع به لایه مقاوم منتقل شود. به معنایی دیگر می‌توان گفت که این شمع‌ها مانند ستون عمل می‌کنند. اصل اساسی این است که نوک شمع روی سطحی قرار دارد که محل تماس لایه ضعیف و قوی خاک است. بنابراین بار سازه از لایه ضعیف عبور کرده و به صورت ایمن به لایه مقاوم خاک منتقل می‌شود. لازم بذکر است اگر بستر سنگی و یا لایه خیلی متراکم (لایه شبیه سنگ) در عمق منطقی قرار داشته باشد شمع را می‌توان تا آن لایه ادامه داد.

باربری شمع بستگی به ظرفیت باربری بستر سنگی در مقابل نوک شمع خواهد داشت. از این رو است که به این نوع شمع‌ها، اتکایی گفته می‌شود. با تخمین عمق بستر سنگی از روی گمانه‌های حفاری، طول شمع‌ها تعیین میشود. همچنین در صورتی که به جای بستر سنگی لایه سخت و متراکم خاک در عمقی منطقی وجود داشته باشد می‌توان شمع را چند متر در این لایه ادامه داد.

شمع اصطکاکی piles Friction

این شمع‌ها بر لایه صلب اتکا ندارند و به وسیله اصطکاک ایجاد شده بین پوسته شمع با خاک اطراف عمل می‌کنند.

این نوع شمع با اصول دیگری عمل می‌کند. شمع بار سازه را به واسطه اصطکاکی که تمام طول آن با خاک اطراف دارد به زمین منتقل می‌کند. به عبارت دیگر تمامی سطح شمع، که به شکل استوانه است، برای انتقال نیروها به خاک، درگیر می‌شود.

برای اینکه تصور بهتری از عملکرد این نوع شمع‌ها داشته باشید، فرض کنید شما در حال فشار دادن میله ای فلزی به قطر ۴ میلیمتر در درون بستنی تازه (یخ زده) هستید. به محض اینکه میله درون بستنی فرو رفت، این میله توانایی تحمل مقداری بار را خواهد داشت و هر چقدر میزان فرورفتگی بیشتر باشد پس سطح بیشتری از میله درگیر شده و می‌تواند بار بیشتری را تحمل کند. این مورد بسایر شبیه عملکرد شمع‌های اصطکاکی است. در این نوع شمع‌ها میزان بار قابل تحمل توسط شمع بستگی مستقیم به طول آن خواهد داشت.

دسته بندی انواع شمع‌ها‌

دسته بندی شمع‌ها از لحاظ نوع جنس

‌شمع‌های بتنی (بتن پیش ساخته و یا بتن درجا)

‌شمع‌های فولادی

‌شمع‌های چوبی (چوب فرآوری شده)

‌شمع‌های با مصالح ترکیبی

دسته بندی شمع‌ها از لحاظ نحوه انتقال بار به زمین‌

‌شمع‌های باربری نوک

‌شمع‌های اصطکاکی

‌شمع‌های با باربری نوک و جداره‌

‌شمع‌های مایل

دسته بندی شمع‌ها از نظر نحوه اجرا‌

‌شمع‌های کوبشی (پیش ساخته)

‌شمع‌های درجا

شمع‌های فولادی‌

انواع معمول شمع‌های فولادی، شمع‌های لوله‌ای و شمع‌های H هستند. شمع‌های لوله‌ای نیز در دو حالت انتهای بسته و انتهای باز به زمین کوبیده می‌شوند. هر چند که از تیرآهن‌های I و بال بهن نیز می‌توان برای شمع کوبی استفاده کرد، ولی تیرآهن‌ها با نیمرخ H به علت مساوی بودن ضخامت بال و جان معمولاً ترجیح داده می‌شوند.

برای جلوگیری از خوردگی، در روی شمع‌ها می‌توان از یک لایه پوشش اپوکسی استفاده کرد. این پوشش که در کارخانه روی شمع‌ها زده می‌شود، در هنگام حمل و نقل و کوبیدن شمع، به سختی آسیب پذیر است. گاهی مواقع برای جلوگیری از خوردگی شمع فولادی، از پوشش بتنی استفاده می‌شود.

‌لایه محافظتی (در برابر عوامل خورنده) روی شمع‌های فولادی اجرا نمی‌شود، چرا که حین عمل راندن شمع به داخل خاک سطح آن دچار خراشیدگی می‌شود و عملاً دیگر کارایی محافظتی نخواهد داشت. از این رو در محیط‌های خورنده می‌بایست از شمع‌های بتنی استفاده شود.

شمع‌های بتنی‌

این نوع شمع‌ها به دو دسته تقسیم می‌شوند‌.

شمع‌های بتنی پیش ساخته

‌شمع‌های ساخته شده در محل‌

شمع‌های بتنی پیش ساخته را می‌توان تقریباً به هر شکل و اندازه‌ای در کارخانه ساخت. مقاطع معمول این نوع شمع‌ها مربع، دایره و چند ضلعی است. شمع‌های بتنی پیش ساخته معمولاً با طول ۱۸ متر می‌سازند. در سر شمع‌های بتنی پیش ساخته برای جلوگیری از تخریب شمع در موقع کوبیده شدن کلاهک فلزی نصب می‌کنند.

شمع‌های بتنی‌ نیز یا درجاریز هستند‌ یا پیش ساخته که در این صورت روی تراز زمین ساخته می‌شوند و با ضربه به داخل زمین رانده می‌شود. شمع‌های فولادی (Steel Piles) که معمولاً از پروفیل‌های بال پهن هستند نیز می‌توانند به داخل زمین رانده شوند. این نوع شمع‌ها می‌توانند بارهای بسیار سنگینی را تحمل کرده و با صرف زمان کمتری اجرا شوند.

شمع‌های چوبی‌

شمع‌های چوبی از جمله پر مصرف‌ترین نوع شمع‌ها هستند.  این شمع‌ها از تنه درختی با چوب سخت نظیر کاج و بلوط درست شده‌ و دو سر آنها برای جلو‌گیری از خوردگی شن در موقع کوبیدن با کلاهک فلزی مسلح می‌سازند. شمع‌های چوبی از جمله مقطع دایره‌ای را معمولاً بدون کندن پوست بکار می‌برند تا نیروی اصطکاک حاصله بین سطح جانبی شمع و زمین به حداکثر مقدار ممکنه افزایش یافته و شمع قابلیت تحمل فشار زیادی داشته باشد.

‌شمع‌ها ممکن است از چوب، بتن یا فولاد ساخته شوند. در قدیم شمع‌های چوبی ‌به عنوان تکیه‌گاه برای سازه‌هایی که روی خاک سست قرار داشتند مورد استفاده قرار می‌گرفت. امروزه نیز شمع‌های چوبی برای ساخت اسکله‌ها استفاده می‌شوند. برای ساخت این نوع شمع‌ها نیاز به درختانی است که تنه‌ای صاف و مستقیم داشته باشند. از آنجا که نمی‌توان دو تنه درخت را برای ساخت یک شمع در طول به هم متصل کرد، طول شمع‌های چوبی به طول تنه درخت که حدود ۲۰ متر است، محدود می‌شود. شهر ونیز در ایتالیا به این مشهور است که روی شمع‌های چوبی (در دریا) بنا شده است.

شمع‌های مرکب

در شمع‌های مرکب، قسمت فوقانی و تحتانی شمع از دو مصالح مختلف ساخته می‌شوند. به عنوان مثال، شمع‌های مرکب ممکن است از فولاد و بتن و یا چوب و بتن ساخته شوند. شمع‌های مختلط فولاد و بتن مرکب از قسمت تحتانی فولاد و قسمت فوقانی بتن درجا هستند. از این نوع شمع وقتی مورد استفاده قرار می‌گیرد که طول شمع لازم برای تامین ظرفیت باربری از ظرفیت باربری بتن درجای ساده تجاوز کند. شمع‌های مختلط چوب و بتن دارای قسمت تحتانی چوبی هستند که به طور دائم در سفره  آب زیرزمینی قرار دارند و قسمت فوقانی آن‌ها از بتن است. در هر صورت ایجاد وصله در محل تلاقی دو مصالح مشکل بوده و به همین علت است که شمع‌های مختلط دارای کاربرد وسیعی نیستند.

بررسی فونداسیون شمعی از نظر نحوه انتقال بار‌

شمع‌های با باربری انتهایی

‌شمعی که قسمت عمده باربری آن توسط مقاومت مصالح فونداسیون که نوک شمع در روی آن قرار گرفته انجام می‌شود. از شمع‌های باربری نوک معمولاً در خاک‌هایی استفاده می‌شود که در آن لایه خاک سفت در زیر لایه فوقانی نرم قرار گرفته است. در صورتی که لایه نرم فوقانی نشست هم نماید شمع در معرض یک نیروی رو به پایین اضافی هم قرار می‌گیرد که شمع باید برای تحمل این نیرو‌ها هم طراحی شده باشد.

‌شمع‌های اصطکاکی

‌در مواقعی که زمین خوب در اعماق زیاد و دور از دسترس باشد ممکن است شمع‌ها مقاومت خود را از طریق نیروی اصطکاکی که بین سطوح جانبی آنها و زمین به وجود می‌آید کسب می‌کنند. این نوع شمع‌ها را شمع‌های اصطکاکی می‌نامند. از شمع‌های اصطکاکی اغلب در رس‌های نرم که مقاومت انتهایی کم بوده و احتمال برش سوراخ کننده در نوک شمع وجود دارد استفاده می‌شود. شمعی که در برابر نیروهای رو به بالا یا برکنش مقاومت م‌کند هم جزو شمع‌های اصطکاکی محسوب می‌شود.

‌شمع‌های با باربری نوک و جداره

شمعی که بار را از طریق ترکیب مقاومت جدار و نوک انتقال می‌دهد در این رده قرار می‌گیرد.

‌شمع مایل

شمعی که با زاویه مایل داخل خاک کوبیده می‌شود تا مقاومت بیشتری در برابر بارهای جانبی ایجاد نماید.

بررسی فونداسیون شمعی از نظر نحوه اجرا‌

شمع‌ها یا به داخل خاک کوبیده می شوند یا اینکه پس از حفر چاه در داخل آن به صورت درجا اجرا می شوند. شمع هایی که به داخل خاک رانده می شوند بسته به میزان خاکی که به طرفین می رانند به دو نوع جابجایی کم و جابجایی زیاد تقسیم می شوند. مثال هایی از شمع های کوبشی با جابجایی کم، مقاطع H و لوله های فولادی ته باز هستند. شمع های با جابجایی زیاد هم شمع های با مقاطع پر همانند شمع های چوبی یا بتنی پیش ساخته و لوله های فولادی با انتهای بسته هستند. ‌. ظرفیت باربری یک شمع بستگی به مقاومت شمع و مقاومت خاک زیرین دارد.

تخمین ظرفیت باربری شمع ها بسیار پیچیده است. ظرفیت باربری شمع ها را می توان توسط تحلیل های استاتیک، تحلیل های دینامیک یا آزمایش های بارگذاری بدست آورد. در تحلیل های استاتیکی که اغلب برای طرح اولیه استفاده می شود، ظرفیت باربری بر مبنای ملاحظاتی همچون مقاومت خاک، هندسه شمع، مقاومت کف، مقاومت جداری، اثر گروه، وجود لایه باربر و ……….. بدست آورد.

در شمع های بلند لاغر، مقاومت نوک شمع دارای اهمیت کمی می باشد در نتیجه این شمع ها معمولاً به صورت اصطکاکی عمل می نمایند هرچند در خاک های رسی بیشتر مقاومت توسط چسبندگی تامین می شود. تخمین طول شمع همواره کار راحتی نیست. چنانچه شمع ها از نوع باربری نوک بوده و در روی مصالح سخت سنگ مانند قرار گرفته باشند، در این حالت طول شمع مشخص بوده و شمع همانند یک ستون کوتاه عمل می نماید که می توان اثر خاک نرم اطراف آن را در نظر نگرفت. بنابراین اندازه شمع بستگی به ظرفیت باربری مصالح باربر کف و مقاومت شمع دارد.

اما زمانی که خاک باربر سختی وجود ندارد، باید از شمع های اصطکاکی استفاده نمود. در این حالت طول شمع بستگی به اندازه شمع و مقاومت جداری در طول شمع دارد که این مقاومت خود بستگی به مقاومت برشی خاک یا چسبندگی رویه شمع دارد.

بعضی وقت ها نیز شمع ها پس از عبور از یک لایه خاک نرم و برخورد با یک خاک سخت چندین متر در داخل این خاک ادامه یافته و به صورت یک شمع اصطکاکی –باربری کف عمل می نماید. شمع های کوتاه را می توان داخل خاک‌های دانه‌ای کوبید تا خاک نزدیک سطح زمین متراکم شود. چنین شمع هایی را شمع های تراکمی می گویند. از شمع ها معمولاً به صورت گروهی استفاده می شود به طور مثال می توان از سه شمع برای تحمل وزن یک ستون با بار سنگین استفاده نمود. برای توزیع مناسب بارها از روسازه به شمع ها معمولاً از یک کلاهک بتنی یا همان سرشمع استفاده می شود.

یک گروه متشکل از چندین شمع را می توان با هر نوع آرایشی در زیر ستون، دیوار یا فونداسیون های مرکب استفاده نمود. معمولاً برآیند نیروهای شمع ها با برآیند بارهای وارده منطبق است. فاصله شمع ها باید به اندازه ای باشد که ظرفیت باربری هر شمع منفرد کاهش پیدا نکند در غیر اینصورت رفتار گروهی باید در نظر گرفته شود.

در صورتی که گروه شمع در معرض نیروهای جانبی بوده و مقاومت جانبی شمع های قائم پاسخگوی نیروی جانبی نباشد، آنگاه باید از شمع های زاویه دار یا مایل استفاده شود. علاوه بر این در صورتی که نیروهای لنگر واژگونی نیز قابل توجه باشد، آنگاه شمع ها باید در مقابل نیروی کششی هم مقاومت نمایند.

اجرای پی با شمع (پی‌های عمیق)

شمع اساساً یک استوانه طولانی (یا مقاطعی با اشکال دیگر) از مصالحی با مقاومت بالا، از جمله بتن می باشد که در خاک رانده و یا در آن اجرا می شود تا به عنوان تکیه گاهی محکم برای سازه ساخته شده روی آن عمل کند. توضیح اینکه پی های اجرا شده با شمع به عنوان فونداسیون برای دیوار یا ستون روی آن ایفای نقش می کند، به طوری که تکیه آنها روی شمع های زیرین می باشد.

پی‌های اجرا شده با شمع در مواقع زیر استفاده می‌‌شوند‌.

لایه رویی خاک، سست است. این لایه توانایی تحمل وزن سازه را نداشته بنابراین بارهای وارده از سازه می‌بایست از این لایه (از طریق شمع) عبور کرده و به لایه مقاومتری از خاک منتقل شود که زیر لایه سست خاک قرار دارد.

زمانی که سازه بسیار سنگین است، به عنوان مثال در ساختمان‌های بلند مرتبه، پل‌ها و یا مخازن آب و …

تراز آب زیرزمینی در خاک زیرین افت یا خیز زیادی داشته باشد.

پمپاژ آب از لایه خاک زیرین جهت خشک اندازی گود حفاری شده برای احداث فونداسیون، بسیار هزینه بر باشد.

اجرای پی گسترده بسایر هزینه بر و یا در عمل غیر ممکن باشد.

طول شمع‌ها بسیار زیاد برآورد شود (فراتر از ۳۰ متر).

سازه روی ساحل دریا و یا بستر رودخانه مکانیابی شده باشد.

شمع‌ها به عنوان مهار استفاده شوند. توضیح اینکه ممکن است آنها برای تحمل نیروهای جانبی و یا فشارهای uplift طراحی شده باشند.

در مجموع پی‌های اجرا شده با شمع توانایی تحمل بارهای بیشتری را نسبت به پی‌های معمولی (پی‌های سطحی) دارند. شمع‌ها ممکن است به صورت تک و یا گروهی در زیر پی‌ها اجرا شوند.

چگونگی استفاده از شمع‌ها

از آنجا که پی‌های شمعی میزان بار زیادی را تحمل می‌کنند، می‌بایست با دقت طراحی شوند. یک طراح می‌بایست با مطالعه خاک محل اجرا، در مورد میزان ظرفیت باربری آن اطمینان حاصل کند تا بیش از آن حد بارگذاری نشود.

هر شمع ناحیه تاثیری در خاکی که آن را احاطه کرده دارد. از این رو می‌بایست فضای کافی بین شمع‌ها در نظر گرفته شود تا بارها به طور مساوی در حباب خاکی که آن را تحمل می‌کند توزیع شود و نه به صورت متمرکز در نقاط محدودی از خاک زیرین.

مهندسان معمولاً تعدادی از شمع‌ها را به صورت گروهی در نظر گرفته و روی آنها را کلاهک شمع (سر شمع یا Pile Cap) قرار می‌دهند. کلاهک شمع، دال بتنی ضخیمی است که روی گروهی از شمع‌ها اجرا می‌شود و به عنوان شالوده‌ای برای ستونی که روی آن اجرا می‌شود، عمل خواهد کرد. در آن صورت بار وارده از ستون توسط تمامی شمع‌ها در خاک زیرین توزیع می‌شود.

شمع‌ها چگونه ساخته می‌شوند‌

‌شمع‌های پیش ساخته ابتدا در تراز زمین ساخته می‌شوند و با ضرباتی به داخل زمین رانده می‌شوند. این ماشین شمع‌ها را کاملاً قائم (شاقول) نگاه داشته و با ضربات متوالی آن را مرحله به مرحله به درون زمین می‌راند. در هر ضربه، وزنه سنگینی بالا برده شده و روی شمع رها می‌شود (شمع در این شرایط به صورت موقت با کلاهکی فولادی پوشانده می‌شود تا در اثر ضربه آسیب نبیند).

‌شمع‌های بتنی درجاریز بدین صورت اجرا می‌شوند که ابتدا چاهی در زمین به صورت دستی و یا ماشینی حفر شده و سپس سبد آرماتور درون آن قرار می‌گیرد و در مرحله بعدی بتن ریزی می‌ شود.

بررسی تاثیر مشخصات هندسی لایه روانگرا در رفتار پی‌های شمعی

جابه‌جایی‌هــای ناشــی از روانگرایــی باعــث خســارت‌های عمــده‌ای بــه زیرســاخت‌ها، ماننــد ســاختمان‌ها، پل‌هــا، لوله‌هــای مدفــون و … می‌شــود. وقتــی ســطح زمیــن دارای شــیب باشــد امــکان وقــوع پدیــده گســترش جانبــی در خاک‌هــای روانگـرا وجـود دارد کـه باعـث جابه‌جایی‌هایـی تـا حـد چنـد متـر نیـز می‌شـود. بـا توجـه بـه کاربـرد وسـیع پی‌هـای شـمعی، ایمنـی شـمع‌ها در زمـان زلزلـه از اهمیـت ویـژه‌ای برخـوردار اسـت. مطالعـات پـس از وقـوع زلزلـه در خـاک روانگـرا نشـان داده‌ کـه هـم نیـروی ناشـی از سـازه و هـم اندرکنـش سـینماتیکی بیـن شـمع و خـاک نقـش مهمـی در رفتـار مکانیکـی شـمع‌ها دارد، در نتیجـه بایـد تحلیـل براسـاس اندرکنـش شـمع – خـاک – سـازه صـورت گیـرد.

زلزلـه سـبب پدیده‌هایـی ماننـد سـونامی، حرکـت زمین و روانگرایــی می‌شــود. در زلزله‌هــای بــزرگ، وجــود لایه روانگـرا سـبب آسـیب‌های جـدی به پی‌های شـمعی شـده اسـت. جابه‌جایـی ایجـاد شـده در اثـر پدیـده روانگرایـی بـه عواملـی ماننـد مشـخصات زلزلـه، شـیب زمیـن، نـوع خــاک، مقــدار ریزدانه‌هــا، ضخامــت لایه روانگــرا و … بســتگی دارد.‌ گســیختگی پی‌هــای شــمعی در خــاک روانگــرا در اثــر زلزلــه موجــب پژوهش‌هــای فراوانــی در ایــن زمینــه شــده اســت. پدیــده گســترش جانبــی ســبب جابه‌جایــی زیــاد شــمع‌ها و در نتیجــه باعــث ســقوط عرشــه یکــی از دهنه‌هــا شــده اســت.

راهکارهای عملی طراحی شمع‌ها

‌اطلاعات لازم و مکفی از شرایط ژئوتکنیکی محل

‌شناخت دقیق نیروها و لنگرهای وارده از روسازه از نظر نوع، مقدار و جهت و اولویت بندی آنها

‌شناخت عوامل محیطی از نظر آثار کوتاه مدت و دراز مدت بر مصالح شمع

‌شناخت وضعیت پیرامون پروژه برای تصمیم گیری در مورد شیوه اجرای شمع

‌انتخاب نوع شمع

‌بررسی امکان پذیری ساخت وتولید شمع برای پروژه و محدودیت های ابعادی

‌برگزیدن روش نصب شامل کوبشی، چکش زدن، در جا ریختن و …

‌تعیین عمق مدفون شمع با توجه به شرایط خاک، بارهای موجود و امکانات اجرایی

‌آرایش شمع های گروهی و تعیین نحوه عملکرد گروه و توجه به نکات مؤثر در طراحی از جمله تداخل شمع، ضریب کارایی، …

‌تعیین توان کاربری شمع (تکی یا گروهی) با استفاده از تحلیل های معتبر استاتیکی

‌تعیین توان باربری شمع با استفاده از آزمایشات درجا یا آزمایشات دینامیکی و تدقیق توان باربری

‌دخالت دادن عوامل مؤثر پیرامونی برتوان باربری بدست آمده

‌کنترل و ارزیابی نشست سیستم شالوده

‌طراحی سازه ای شمع و کلاهک سر شمع

‌انجام آزمایشات عملی بار گذاری استاتیکی یا دینامیکی(در صورت لزوم و صلاحدید) به منظور اطمینان از صحت اجرا و عدم آسیب دیدگی شمع ها در حین اجرا

‌تعیین ضریب اطمینان