کارشناسی مفهوم علمی ۲۰ مهر ۱۳۹۶ زمان خواندن: ۳ دقیقه

کاربرد شمع در ساختمان و نحوه انتقال بار شمع

در این پست می‌خوانید:

در این پست ابتدا نحوه انتقال بار شمع به خاک را توضیح می دهیم سپس در ادامه کاربردهای مختلف شمع در ساختمان و مهندسی عمران را بر می شماریم.

مقدمه

پی های عمیق یا شمع ها به عنوان اعضای سازه ای از جنس چوب، بتن یا فولاد، نقش انتقال بار به لایه های پایینی خاک را بر عهده دارند.

اگرچه در عمل اجرای یک پی عمیق یا شمع غالبا دارای هزینه بیشتری در مقایسه با پی های سطحی متعارف است، با این حال در موارد زیر استفاده از شمع به عنوان یک راه حل مناسب قابل طرح است :

خاک زیر پی از باربری مناسب برخوردار نیست
نشست پی مشکل ساز است
امکان اجرای پی سطحی وجود ندارد

نسبت طول (عرض) به عرض (قطر) در این نوع پی ها در مقایسه با پی های سطحی بسیار قابل توجه است.

اگر طول و قطر یک شمع به ترتیب L و B نامیده شوند برای پی های عمیق نسبت L/B معمولا بیشتر از 10 تعریف می گردد.

نحوه انتقال بار شمع به خاک

انتقال بار محور فشاری وارد بر شمع به عمق خاک می تواند مطابق شکل 1 از طریق مقاومت انتهایی یا مقاومت جداره یا عملکرد توام مقاومت جداره و مقاومت انتهایی شمع صورت گیرد.

همانطور که ملاحظه می گردد، مقاومت جداره شمع با Qf و مقاومت انتهایی آن با Qp نمایش داده می شوند.

شکل 1 : نحوه انتقال بار شمع به خاک

موارد کاربرد شمع در ساختمان و مهندسی عمران

محدوده کاربرد شمع ها در مهندسی عمران با توجه به شرایط و ملزومات طرح گسترده است.

از موارد مهم کاربرد شمع ها می توان به موارد زیر اشاره کرد :

اگر لایه خاک سطحی دارای مقاومت کافی جهت تحمل بارهای وارده نباشد، به طوری که اجرای پی سطحی از حیث باربری و نشست منجر به یک طرح مناسب نگردد، استفاده از شمع جهت انتقال بار به لایه های پایینی خاک مطابق شکل 2 مطرح می گردد.

شکل 2 : کاربرد شمع در ساختمان

در صورت اعمال بار متمرکز بزرگ از طریق سازه به پی و ایجاد تمرکز تنش یا بروز نشست های زیاد در خاک زیر پی، استفاده از شمع به عنوان ی راه حل مناسب مطرح است.
در صورت بالا بودن سطح آب زیرزمینی، به دلیل وجود مشکلات و هزینه های اجرایی، در بعضی مواقع اجرا پی های سطحی غیر اقتصادی و یا حتی غیر ممکن می شود. در این حالت می توان از سیستم پی عمیق (شامل شمع و کلاهک) به عنوان یک راهکار مناسب استفاده نمود.
در ساخت سازه های دریایی نظیر اسکله ها در مجاورت ساحل (شکل 3 الف) و سکوهای دریایی دور از ساحل ( شکل 3 ب) به دلیل عدم امکان اجرای پی های سطحی، می توان با استفاده از سیستم شمع و کلاهک بار سازه را از بالای سطح آب به لایه های زیرین خاک منتقل نمود.

شکل 3 : کاربرد شمع در عمران

به منظور محدود کردن نشست مطلق و همچنین جلوگیری از نشست های متفاوت و بیش از حد یک پی سطحی، استفاده از شمع به خصوص در زیر ستون های آن مناسب است.
جهت تراکم خاک های دانه ای سست، می توان از کوبیدن شمع در آنها استفاده نمود. در حقیقت ارتعاش حاصل از کوبیدن شمع ها، سبب جابجایی دانه های خاک و افزایش تراکم آن می گردد.
به منظور محدود نمودن و کنترل دامنه ارتعاش و فرکانس طبیعی پی ماشین آلات ارتعاشی، استفاده از شمع در زیر پی انها مفید است.
برای مقابله با نیروهای بالابرنده ناشی از فشار آب در زیر پی یا فشار ناشی از تورم خاک (خاک های رسی تورم زا) به زیر پی، می توان از شمع مطابق شکل 4 استفاده نمود. در این حالت شمع های تحت نیروی کششی قرار می گیرند و مقاومت آنها مبتنی بر مقاومت جداره Qf و وزن شمع W است.