شمع سازه ای چیست؟ این شمع ها اعضایی هستند به عنوان فونداسیون های عمیق استفاده می شوند. در این مقاله به معرفی شمع های فونداسیون می پردازیم. 

شمع ساختمان چیست؟

شمع ها اعضایی از جنس فولاد، بتن، بتن مسلح و چوب می باشند که در صورت مناسب نبودن ظرفیت باربری زمین برای استفاده از شالوده های سطحی، از آنها برای ساخت شالوده های عمیق یا همان شالوده های شمعی استفاده می شود. مخارج احداث شالوده های شمعی خیلی بیشتر از شالوده های سطحی است. علی رغم مخارج بیشتر، در عمل موارد متعددی وجود دارد که برای ایمنی ساختمان در مقابل نشست و عوامل دیگر، از شالوده های شمعی استفاده می شود.

در ادامه  برخی از مواردی که ناچار به استفاده از شمع هستیم را بررسی می کنیم. وقتی که لایه یا لایه های فوقانی خاک دارای قابلیت فشردگی زیاد و یا خیلی ضعیف باشند، به طوری که نتوان از شالوده های سطحی برای توزیع بار ساختمان استفاده کرد، شالوده های شمعی برای انتقال بار به لایه های تحتانی محکمتر و یا سنگ بستر مورد استفاده قرار می گیرند. وقتی که بستر سنگی و یا لایه های محکمتر تحتانی در عمق معقولی از سطح زمین قرار نداشته باشد، از شمع برای انتقال تدریجی بار استفاده می شود. در این حالت بیشتر مقاومت شمع از طریق نیروی اصطکاک بین سطح تماس شمع و خاک ( مقاومت جلدی) تامین می شود.

اگر شمع ها تحت نیروی افقی قرار گیرند، در حالی که هنوز قابلیت حمل بارهای قائم را دارا هستند، می توانند به وسیله خمش، نیروهای افقی را حمل کنند. این وضعیت اغلب در شالوده سازه های حایل خاک که وظیفه آنها مقاومت در مقابل فشار جانبی خاک است و یا ساختمان های بلند که تحت تاثیر نیروهای باد یا زلزله قرار دارند، پیش می آید. در خیلی از موارد، در منطقه مورد نظر برای احداث ساختمان با خاک قابل تورم و یا فروریزشی روبرو می شویم. این لایه ها ممکن است دارای عمق قابل توجهی باشند.

خاک های قابل تورم در اثر افزایش یا کاهش میزان رطوبت، تورم و یا کاهش حجم پیدا می کنند. فشار تورم چنین خاک هایی ممکن است به طرز قابل توجهی زیاد باشد. اگر در چنین خاک هایی از شالوده های سطحی استفاده شود، ساختمان ممکن است با صدمات جدی روبرو شود. در این حالت شالوده های شمعی که از لایه قابل تورم عبور کرده و وارد لایه پایدار شده اند، می توانند مورد توجه قرار گیرند. خاک هایی نظیر ماسه بادی دارای طبیعت فروریزشی هستند. وقتی که چنین خاکهایی تحت افزایش رطوبت قرار گیرند، اسکلت خاک می تواند دچار شکست گردد. یک کاهش ناگهانی در نسبت تخلخل خاک، باعث نشست زیاد سازه ای می شود که توسط شالوده سطحی حمل می شود. در چنین حالاتی، شالوده شمعی که از لایه سست عبور کرده و وارد لایه پایدار زیر آن شده، می تواند به عنوان راه حل مساله مورد توجه قرار گیرد. شالوده بعضی از سازه ها، نظیر خطوط انتقال برق، اسکله ها، شالوده های گسترده در زیر آب زیرزمینی، تحت تاثیر نیروی برکنش (اپلیفت) قرار دارند. در بعضی مواقع برای مقابله با نیروی برکنش از شالوده های شمعی استفاده می شود. به خاطر وجود مساله آب شستگی و فرسایش در محل پایه های پل، این پایه ها اغلب در روی شالوده های شمعی احداث می شوند. اگرچه در گذشته تحقیقات متعددی به صورت نظری و عملی برای پیش بینی رفتار و ظرفیت باربری شالوده های شمعی در خاک های چسبنده و دانه ای انجام شده است، لیکن مکانیسم کار هنوز به طور کامل فهمیده نشده و ممکن است هیچوقت هم فهمیده نشود.

انواع شمع و مشخصات سازه ای آن

بر حسب شرایط تحت الارضی، سطح آب زیرزمینی، نوع باری که باید حمل شود، انواع مختلفی از شمع ها در کارهای ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرد. شمع ها بر حسب مصالحی که از آن ساخته می شوند، دارای انواع زیر هستند: 1- شمع های فولادی 2- شمع های بتنی 3- شمع های چوبی 4- شمع های مرکب

شمع های فولادی

انواع معمول شمع های فولادی، شمع های لوله ای و شمع های H می باشند. شمع های لوله ای نیز در دو حالت انتهای بسته و انتهای باز به زمین کوبیده می شوند. هرچند که از تیرآهن های I و بال پهن نیز می توان برای شمع کوبی استفاده کرد، لیکن تیرآهن ها با نیمرخ H به علت مساوی بودن ضخامت بال و جان معمولا ترجیح داده می شوند. در نیمرخ های بال پهن و نیمرخ های بال پهن و نیمرخ های I، ضخامت جان معمولا کوچکتر از ضخامت بال می باشد. در صورتی که طول مورد نیاز برای شمع بزرگتر از طول یک شاخه شود، شمع های فولادی را به وسیله پیچ و یا پرچ و جوش به یکدیگر وصله می کنند. وقتی که انتظار لایه ای سخت نظیر شن متراکم، شیل و سنگ نرم می رود، در نوک شمع فولادی از کفشک استفاده می شود. در زمین های باتلاقی، خاکهای نباتی، مناطق ساحلی و سایر خاکهای خورنده، املاح خاک و آب می توانند شمع های فولادی را تحت حملات شیمیایی قرار داده و خوردگی ایجاد نمایند. خاکهایی که PH آنها از 7 بزرگتر است، خورنده نیستد. برای جبران کردن کاهش ضخامت به علت خوردگی، علاوه بر ضخامت محاسباتی، معمولا یک ضخامت اضافی در نظر گرفته می شود. برای جلوگیری از خوردگی، در روی شمع ها می توان از یک لایه پوشش اپوکسی استفاده کرد. این پوشش که در کارخانه روی شمع ها زده می شود، در هنگام حمل و نقل کوبیدن شمع، به سختی آسیب پذیر است. گاهی مواقع برای جلوگیری از خوردگی شمع فولادی، از پوشش بتنی استفاده می شود. استفاده از حفاظت کاتودیک روش مطمئنی برای جلوگیری از خوردگی شمع است.

شمع های بتنی

در عمل، شمع های بتنی به دو صورت مورد استفاده قرار میگیرند: الف- شمع های پیش ساخته ب- شمع های درجا ریز. شمع های پیش ساخته را می توان با استفاده از میلکردهای معمولی ساخت. مقطع آنها به صورا مربعی یا هشت ضلعی است. میلگردها به منظور مقاوم نمودن شمع در مقابل خمش تولید شده در هنگام حمل و نقل، بلند کردن و اعمال نیروی جانبی به شمع و همچنین افزایش مقاومت فشاری، مورد استفاده قرار می گیرند. شمع های پیش ساخته در طول مورد نظر ساخته شده و تحت شرایط مرطوب به عمل می آیندتا به مقاومت مورد نظر برسند. پس از آن به محل کوبیدن حمل می شوند. شمع های پیش ساخته را می توان با استفاده از کابلهای پیش تنیدگی پرمقاومت، به صورت پیش تنیده در آورد. مقاومت نهایی کابل های پیش تنیدگی در حدود 1800 نیوتون بر میلی متر مربع (مگا پاسکال) (مساوی 18000 کیلوگرم بر سانتی متر مربع) می باشد. برای ساخت شمع های پیش تنیده، کابلها تا تنش 900 تا 1300 نیوتون بر میلیمتر مربع درون قالب کشیده می شوند و سپس درون قالب با بتن پر می شود. بعد از عمل آوردن بتن، کابلهای پیش تنیدگی بریده می شوند که در نتیجه یک نیروی فشاری به مقطع شمع اعمال می شود. شمع های بتنی درجاریز بدین صورت اجرا می شوند که ابتدا چاهی در زمین به وسیله دست با ماشین حفر می شود و سپس قفس آرماتورها درون چاه قرار داده شده و داخل آن با بتن پر می شود. امروزه شمعهای درجا به روش ها و انواع مختلف اجرا می شوند و اکثر آنها در انحصار شرکت خاصی که ابداع کننده اولیه آنها می باشند، قرار دارند.

شمع های درجاریز در دوگروه اصلی جای می گیرند: 1- با غلاف 2- بدون غلاف. هر دو گروه می توانند دارای نوک پهن شده (پداستال) باشند. شمعهای درجاریز غلافدار بدین صورت اجرا می شوند که ابتدا یک لوله فولادی به زمین کوبیده شده و پس از رسیدن به عمق مورد نظر، مصالح داخل آن خالی شده و داخل لوله پر از بتن می شود. لوله را می توان با قرار دادن یک سنبه در داخل آن کوبید و پس از رسیدن به عمق مورد نظر، سنبه را خارج کرد. برای اجرای شمع بدون غلاف، ابتدا در زمین کوبیده شده و سپس همزمان با بتن ریزی در داخل غلاف، غلاف به تدریج به بیرون کشیده می شود.

منبع:

استدیو سرور