اثر طول نفوذ شمع در لایه خاک
در عملیات ژئوتکنیکی، هنگامی از شمعها استفاده میشود که از پیهای سطحی به دلایلی مانند عدم ظرفیت باربری کافی لایههای سطحی خاک و یا مسالهدار بودن آنها نتوان استفاده کرد. در طراحی پیها، تعیین ظرفیت باربری شمعها به عنوان مسالهای مبهم و دارای عدم اطمینان شناخته شده است. ظرفیت باربری شمعها از ترکیب ظرفیت باربری نوک و جداره آنها به دست آمده که به روشهای تحلیل استاتیکی، تحلیل دینامیکی، آزمایش دینامیکی، آزمایشهای درجا و آزمایش بارگذاری اقدام به تعیین آن میشود.
در این میان، آزمایش بارگذاری، بهترین و قابل اعتمادترین روش برای تعیین ظرفیت باربری شمعها است. از سوی دیگر، شمعهای درجاریز نوعی از شمعها بوده که به دلیل مزیتهای بسیار زیاد آنها در مقایسه با سایر انواع شمع، در سالهای اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند.
از آنجا که ظرفیت باربری جداره شمعهای درجاریز در مراحل اولیه بارگذاری شمع کامل میشود، بنابراین تعیین ظرفیت باربری نوک شمعهای درجاریز در خاکهای ماسهای نقش بسیار مهمی در طراحی آنها دارد.
با توجه به پیشرفتهای صورت گرفته در جوامع امروزی و لزوم احداث ساختمانهای بلند و سازههای ویژه که بارهای زیادی نیز با خود به همراه دارند، همیشه نمیتوان به شالودههای سطحی اکتفا کرد. در بعضی موارد، ممکن است سازهها، بار زیادی به همراه نداشته باشند ولی خاک زیر شالوده ظرفیت باربری کمی داشته یا دارای نشست پذیری زیادی باشد. از دیدگاه ژئوتکنیکی، روشهای زیادی برای حل چنین مشکلاتی وجود دارد که یکی از رایجترین روشها (مخصوصاً در ایران)، استفاده از شمع است. بنابراین، پژوهش و بررسی هر چه بیشتر در مورد چگونگی عملکرد شمعها امری ضروری به نظر میرسد. شمعها، اعضا سازهای یا ستونهای زیرزمینی نسبتاً بلندی است که برای انتقال بارهای سازه از میان لایههای خاک با ظرفیت باربری کم (یا نشست زیاد) به خاکهای سخت و محکم با ظرفیت باربری زیاد در ژرفای بیشتر یا روی بستر سنگی به کار میروند. شمعها بر حسب مصالحی که از آن ساخته میشوند، دارای انواع بتنی، فولادی، چوبی و مرکب است. از نظر چگونگی اجرا و نصب، شمعها در حالت کلی بر دو دستهاند.
در گروه نخست که به نام شمعهای پیش ساخته خوانده میشوند، شمعها به کمک کوبیدن در خاک فرو برده میشوند. گروه دوم، شمعهای درجاریز است. این شمعها به صورت درجا و با حفاری خاک، اجرا میشوند. به دلیل مزایای بسیار زیاد شمعهای درجاریز، استفاده از این شمعها به طور وسیعی گسترش یافته است.
از مزایای شمعهای درجاریز میتوان به مواردی مانند اقتصادی بودن، آلودگی صوتی کمتر در مقایسه با شمعهای پیش ساخته و امکان بررسی و نمونهگیری از چاه حفاری شده برای کنترل شرایط پیش بینی شده برای خاک اشاره کرد.
با وجود پیشرفتهای علم مکانیک خاک، تعیین ظرفیت باربری شمعها هنوز با دشواریهایی همراه است. عواملی مانند اندرکنش پیچیده خاک و شمع، چگونگی اجرا، جنس و حتی شکل شمع، روند تعیین ظرفیت باربری را با مشکل همراه میکنند. به دلیل وجود موارد عدم اطمینان متعدد در روند تحلیل و طراحی شمعها، انجام آزمایش بارگذاری روی شمعها به یک امر ضروری در بیشتر پروژههای مهم تبدیل شده است. انجام آزمایش بارگذاری در محل، بهترین، کاملترین و قابل اطمینانترین روش برای تعیین ظرفیت باربری شمع بوده که میتواند ظرفیت باربری یک شمع را مستقیماً و بر اساس شرایط واقعی و در محل تعیین نماید.
از آزمایش بارگذاری شمع، به عنوان یک مبنا برای مقایسه بین روشهای مختلف تعیین ظرفیت باربری شمع استفاده میشود و به کمک آن، صحت اندازههای نظری به دست آمده از ظرفیت باربری نیز تایید میشود. ظرفیت باربری شمع را میتوان مجموعع ظرفیت باربری نوک و ظرفیت باربری اصطکاک جلدی شمع در نظر گرفت. در این میان، ظرفیت باربری نوک نقش بسیار مهمی در طراحی و ابعاد هندسی شمعها دارد، به گونهای که در بعضی از پروژهها، شمعها (به خصوص شمعهای درجاریز) اصولاً بر اساس مقدار ظرفیت باربری نوک آنها طراحی میشوند.