انواع شمع و مشخصات سازه ای آن ها

انواع شمع و مشخصات سازه ای آن ها
بر حسب شرایط تحت الارضی ، سطح آب زیر زمینی ، و 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 می باشند . شمع های لوله ای نیز در دو حالت انتهای بسته و انتهای باز به زمین کوبیده می شوند . هر چند که از تیرآهن های و بال پهن نیز می توان برای شمع کوبی استفاده کرد ، لیکن تیرآهن ها با نیمرخ به علت مساوی بودن ضخامت بال و جان معمولا ترجیح داده می شوند . در نیم رخ های بال پهن و نیم رخ های ، ضخامت جان معمولا کوچکتر از ضخامت بال می باشد . در خیلی از حالات ، شمع های لوله ای بعد از کوبیده شدن با بتن پر می شوند .


شمع های بتنی
در عمل ، شمع های بتنی به دو صورت مورد استفاده قرار می گیرند:
(الف)شمع های پیش ساخته
(ب) شمع های در جاریز .
شمع های پیش ساخته را می توان با استفاده از میلگرد های معمولی ساخت . مقطع آنها به صورت مربع یا هشت ضلعی است) . میلگرد ها 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 آیند تا به مقاومت مورد نظر برسند . پس از آن به محل کوبیدن حمل می شوند . شمع های پیش ساخته را می توان با استفاده از کابل های پیش تنیدگی پر مقاومت ، به صورت پیش تنیده در آورد . شمع های بتنی در جاریز بدین صورت اجرا می شوند که ابتدا چاهی در زمین به وسیله دست یا ماشین حفر می شود و سپس قفس آرماتور ها درون چاه قرار داده شده و داخل آن با بتن پر می شود . امروزه شمع های درجا به روش ها و انواع مختلف اجرا می شوند و اکثر آنها در انحصار شرکت خاصی که ابداع کننده اولیه آنها می باشد ، قرار دارند .
شمع های درجاریز در دو گروه اصلی جای می گیرند:
(الف) با غلاف
(ب) بدون غلاف .
هر دو گروه میتوانند دارای نوک پهن شده (پداستال) باشند . شمع های 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 داخلی 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 سر پهن کردن شمع (ایجاد پداستال) ، پس ریختن مقداری بتن در نوک شمع ، با رها کردن وزنه از ارتفاع ، آن را می کوبند تا از طرفین پهن شود . برای اجرای شمع بدون غلاف ، ابتدا غلاف در زمین کوبیده شده و سپس همزمان با بتن ریزی در داخل غلاف ، غلاف به تدریج به بیرون کشیده می شود


شمعهای چوبی
شمعهای چوبی تنه های درخت های سالم،صاف و بلند می باشندکه شاخ وبرگ ان زرد شده و سطح آن پساز کندن پوست،به دقت تراشیده شده است. حداکثر طول اغلب شمع های چوبی بین 10 تا 20 متر میباشد.چوبی که از ان به عنوان شمع استفاده می شود باید مستقیم،بدون درز و ترک و سالم باشد. انجمنن امریکا یی مهندسان عمران در دستورالعمل اجرایی شماره ی17(1959)،شمعهای چوبی را به سه کلاس زیر تقسیم می کنند:
1. شمعهای کلاس A: این شمعها بارهای سنگین را حمل می کنند. حداقل قطر سر چنین شمعهایی 350 میلیمتر(14 اینچ) می باشد.
2. شمعهای کلاس B: این شمعها بارهای سبک را حمل می کنند. حداقل قطر سر این شمعها بین 305 تا330 میلیمتر ( 12 تا 13 اینچ) می باشد.
3. شمعهای کلاسC : از این شمعها برای کارهای ساختمانی موقت استفاده می شود. وقتی که تمام طول شمع در داخل سفره ی آب زیرزمینی قرار داشته باشد،از این شمعها می توان برای حمل بارهای دائمی استفاده کرد.حداقل قطر سر این شمعها 305 میلیمتر (12 اینچ) می باشد.در هیچ حالتی قطر نوک شمع نباید کمتر از 150 میلیمتر (6 اینچ) باشد.
اگر شمع چوبی در خاک کاملاً اشباع کوبیده شود،عمر آن تقریباً بی نهایت خواهد بود. لیکن در آب و هوای دریایی،شمعهای چوبی تحت حملات ارگانیسمهای مختلف قرار گرفته و ظرف چند ماه صدمات جدی در آنها ظاهر می شود. شمع چوبی در بالای سطح آب زیرزمینی،تحت حملات حشرات قرار می گیرند. با انجام بعضی اصطلاحات،مثلاً محافظت آنها توسط روغن کروزوت،می توان عمر آنها را افزایش داد.


شمعهای مرکب (مختلط)
در شمعهای مرکب،قسمتهای فوقانی و تحتانی شمع از دو مصالح مختلف ساخته می شوند. 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 می باشند.این نوع شمع وقتی مورد استفاده قرار می گیرد که طول شمع لازم برای تأمین ظرفیت باربری از ظرفیت شمع بتنی در جای ساده ***** کند. شمعهای مختلط چوب و بتن دارای قسمت تحتانی چوبی می باشند که به طور دائم در سفره ی آب زیرزمینی قرار دارد 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 نمی باشند.


شمع اتکایی
اگر بستر سنگی و یا لایه ی شبیه سنگ ( خیلی متراکم) درعمق منطقی قرار داشته باشد،شمع را می توان تا آن لایه ادامه داد در این حالت ظرفیت باربری شمع کاملاً بستگی به ظرفیت باربری بستر سنگی در مقابل نوک شمع خواهد داشت. به همین علت به این شمعها،اتکایی می گویند. در چنین حالتی با توجه به معلوم بودن عمق بستر سنگی از روی گمانه های حفر شده،تعیین طول شمع کار چندان مشکلی نخواهد بود.اگر به عوض بستر سنگی،یک لایه ی سخت و نسبتاً متراکم درعمق منطقی قرار داشته باشد،شمع را می توان چند متر در لایه سخت ادامه دارد


شمع اصطکاکی
در صورتی که عمق بستر سنگی یا لایه ی شبیه به سنگ زیاد باشد،طول لازم برای شمع اتکایی غیراقتصادی خواهد شد.در چنین شرایطی مطابق شکل 8-6-پ شمع به عمق مناسبی در لایه ی نرم فوقانی بدون اینکه به لایه ی سخت برسد،کوبیده می شود.انتخاب نام اصطکاکی برای این شمعها،ازآنجا ناشی می شود که اکثر مقاومت آنها به وسیله ی اصطکاک جدار تأمین می شود.البته این اسم بعضی مواقع می تواند گمراه کننده باشد،زیرا مقاومت شمعهایی که در لایه ی رسی کوبیده می شوند،بستگی به چسبندگی بین جدار شمع و رس دارد.
طول لازم برای شمع اصطکاکی بستگی به مقاومت برشی خاک،بار وارده،و اندازه ی شمع دارد.برای تعیین طول لازم شمع،احتیاج به درک خوبی از اندرکنش خاک - شمع، قضاوت مهندسی،و تجربه است.


شمع تراکمی
در بعضی موارد خاص،شمعها بدین منظور در لایه های دانه ای کوبیده می شوند که تراکم خوبی در لایه ی سطحی خاک به وجود آید.این شمعها به شمعهای تراکمی موسوم هستند.
طول شمعهای تراکمی به عوامل زیر بستگی دارد:
الف: تراکم نسبی خاک قبل از تراکم
ب: تراکم نسبی مورد نیاز بعد از تراکم
پ: عمق لازم برای تراکم
شمعهای تراکمی معمولاً کوتاه هستند،لیکن برای تعیین طول مناسبی برای آنها،بعضی آزمایشهای صحرایی لازم است.


پایه های عمیق و شالوده های صندوقه ای
پا یه های عمیق وشالوده های صندوقه ای در واقع شمعهای بتنی در جاریزی می باشند که قطر آنها بزرگتر از حدود 750میلیمتر است و می تواند مسلح یا غیر مسلح،با و یا بدون پد استال (کوره) باشند.
پایه ی عمیق نوعی شمع بتنی با قطربزرگ است که برای اجرای آن ابتدا یک چاه در زمین حفر و سپس قفسه ی آرماتور به داخل آن هدایت شده (در صورت مسلح بودن) ودست آخر درون آنت با بتن پر میشود. بسته به شرایط خاک، برای جلوگیری از ریزش جدار چاه،ممکن است غلاف و یا سپر فلزی به کار گرفته شود.قطر سوراخ پایه ی عمیق معمولاً آنقدر بزرگ است که فردی برای بازرسی بتواند وارد آن شود.
استفاده از پایه های عمیق معمولاً دارای مزایای زیر است:
1. یک پایه ی عمیق به تنهایی می تواند جایگزین چند شمع گردد و در نتیجه نیاز به استفاده از کلاهک سر شمع نیز ازبین برود.
2. در نهشته های ماسه ای و شنی متراکم،استفاده از پایه های عمیق به مراتب آسانترازشمعکوبی است.
3. در نتیجه ی ارتعاش حاصله،شمعکوبی می تواند ساختمانهای مجاور را به مخاطره اندازد.در حالی که در اجرای پایه های عمیق چنین خطری در میان نیست.
4. شمعکوبی در زمینهای رسی می تواند باعث تورم خاک و یا حرکت جانبی شمعهای کوبیده شده از قبل گردد.پایه های عمیق چنین عوارضی در بر ندارند.
5. در هنگام اجرای پایه های عمیق هیچگونه سر و صدا که در کوبیدن شمع تولید می شود،وجود ندارد.
6. با توجه به این که مکان پهن کردن نوک پایه ی عمیق وجود دارد (ایجاد کوره)،پایه های عمیق می توانند مقاومت کششی قابل ملاحظه ای در مقابل نیروهای بر کنش از خود نشان دهند.
7. در پایه های عمیق امکان بررسی چشمی وضعیت جداره ها و همچنین کف چاه که مقاومت نوک پایه را تأمین می نماید،وجود دارد.
8. پایه های عمیق به علت قطر بزرگتر،دارای مقاومت بیشتری در مقابل بارهای جانبی در مقایسه با شمعها می باشند.
در کنار مزایای فوق،استفاده از پایه های عمیق،معایب چندی نیز دارد.به عنوان مثال بتن ریزی پایه های عمیق احتیاج به نظارت دقیق دارد.در آب و هوای نامناسب ممکن است اجرای عملیات بتن ریزی به تعویق بیافتد.همچنین همانند ترانشه های مهار شده،خاکبرداری عمیق برای پایه ها،ممکن است باعث نشست زمین های اطراف و در نتیجه خسارت به ساختمانی مجاور پایه شود.
مراد از شالوده ی صندوقه ای،شالوده ای می باشد که در یک محیط تر،نظیر رودخانه،دریاچه و یا سواحل دریا اجرا می شود.برای ایجاد شالوده ی صندوقه ای،یک شفت توخالی و یا صندوقه درمحل مورد نظر درزمین مستغرق می شود تا به لایه ی محکمی که قراراست شالوده درآن ساخته شود،برسد.برای اینکه عمل فرورفتن صندوقه درزمین های نرم سهل ترشود،یک لبه ی برنده در قسمت تحتانی صندوقه تعبییه میگردد.بعد از قرار گرفتن لبه ی تحتانی در روی لایه ی محکم،مصالح داخل صندوقه خالی شده و بعد از قرار دادن قفسه ی آرماتوردر داخل صندوقه،داخل آن بتن ریزی می شود.پایه های میانی و کناریپلها،دیوارهای ساحلی،و سازه های حفاظت ساحلی،را می توان بر روی پایه های صندوقه ای قرارداد.


زمین مناسب
زمین مناسب زمینی است که قدرت مجاز آن تاب تحمل وزن ساختمان را داشته باشد.
بتن مگر
مقدار سیمان در این بتن معمولآ 150kg/mاست.در پی های نقطه ای بتن مگر به دو دلیل مورد استفاده قرار می گیرد:
الف)برای جلوگیری از تماس مستقیم بتن اصلی پی با خاک.
ب)برای رگلاژ .
ضخامت بتن مگر در حدود 10cmمی باشد و کفراژ از روی بتن مگر آغاز می شود.

میلگردهای کف پی
اصولآ بتن در مقابل نیروهای کششی ضعیف بوده و در محل تارهای کششی ترکهایی در آن ایجاد می شود لذا برای جلوگیری از ترکیدن بتن در محل تارهای کششی میلگرد های فولادی قرار می دهند.
تارهای کششی در پی های نقطه ای در کف پی بوده و میلگرد ها را در دو جهت به صورت مشبک (در حدود 5سانتیمتر بالاتر از کف)روی بتن مگر قرار می دهند.فاصله این ملیگرد ها از روی بتن مگر بستگی به محل اطراف پی. شرایط آب و هوایی و نوع ساختمان دارد و اصطلاحا به آن کاور می گویند.
در اکثر ساختمان هایی که اجرا می شوند به دلیل شرایط آب و هوایی و میزان رطوبت معمولآ کاورراحدود 5 سانتیمتر در نظر می گیرند تا از نفوذ رطوبت به داخل میلگرد ها و پی و در نتیجه زنگ زدن و ایجاد تنش های غیر مجازدر داخل بتن و در انتها از ترک خوردن فونداسیون جلوگیری شود.لازم به ذکر است با توجه به شرایط جوی در فونداسیون بلافاصله بعد از بافتن باید عملیات بتن ریزی و قالب بندی بدون وقفه انجام گیرد تا رطوبت و (یون کلریت) با میلگرد ها واکنش ندهد و باعث زنگ زدگی نشود..آرماتور های شبکه ای را که از قبل به اندازه های متناسب در حدود 5سانتیمتر از هر طرف بافته شده است در کف پی قرار داده و زیر آن را برای ایجاد این فاصله تکه بتونی که اصطلاحآ به آن لقمه می گویند قرار می دهند. باید توجه کرد هیچ وقت میلگرد ها یی که در داخل بتن قرار می گیرند نباید رنگ آمیزی شده یا به روغن آغشته شوند زیرا در این صورت رنگ روی میلگرد مانع چسبیدن بتن و فولاد به یکدیگر می گردد.از آنجا که پی ها باید به صورت یک جسم همگن در برابر نیرو ها رفتار کنند .میلگرد های آجدار باعث چسبندگی بهتر بتن و فولاد می شود