مقدمه
شاید به جرات بتوان گفت یک سازه نمی‌تواند قولی باشد مگر آنکه اتصالاتش قوی باشد. اگر چه این بیان شاید اطلاق به اجزای تشکیل دهنده یک سازه بشود لیکن می‌تواند به اتصال سازه و خاکی که آن را تحمل می‌کند نیز تصمیم داده شود. اگر به بناهای قدیمی و تاریخی بنگریم، می‌بینیم که سازندگان بخوبی دریافته بودهند که شالوده‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند و عدم کفایت مقاومت آنها می‌تواند منجر به خرابی ساختمان‌ها شود.
امروزه این اهمیت بیش از پیش عظمت یافته و با توجه به :
الف- توسعه کشورها در زمینه صنایع، حمل و نقل، .... و در نتیجه نیاز به سازه‌های سنگین‌تر و ظریف‌تر .
ب- کمبود زمین مساعد و مرغوب از نظر فنی و مقاومت
پ- افزایش نیازهای طبیعی بشر
ت- وجود دانش فنی در زمینه شناخت حوادث نیز مترقبه از جمله زلزله
و...
لازم است در انتقال بارها به زمین توجه خاص‌تری مبذول شود.
نخستین گام در طرح یک پی عمیق، انتخاب نوع آن بر حسب اهداف معین می‌باشد در این انتخاب مسائل اقتصادی، فنی، اجرایی، محیطی و بطور کلی توجیه پذیری موثر هستند.
هدف این پایان نامه آشنایی هر چه بیشتر با انواع شمع‌ها و مباحث و مسائل مهم در رابطه با آنها می‌باشد که ممکن است در کمتر کتابی مطرح شده باشند. ضمناً سعی شده از تلاش سایر دانشجویان عمران در این زمینه، استفاده شود و نیز برای پرهیز از تحقیق موازی (تکراری) و هدر رفتن زحمات ایشان، از مقالات منتشر شده در نشریات و فصلنامه‌های معتبر داخلی و نیزاز مقاله‌های خارجی علاوه بر کتاب مهندسی پی: در جمع‌آوری اطلاعات این مقاله استفاده شده است.
1-1- تعریف پی و اهمیت آن
پی عبارت است از سازه زیرین و بخشی از خاک مجاور آن که تحت تاثیر این سازه و بارهای وارد بر آن می‌باشد. وظیفه پی انتقال بارهای بخشهای فوقانی به خاک زیر پی می‌باشد، به خوبی که تنشهای بیش از حد و نیز نشست‌های اضافی ایجاد نگردد.
1-2- انواع پی
پی‌ها براساس عمق و نوع عملکرد طبقه بندی می‌شوند. به طور کلی می‌توان پی را به چهار دسته تقسیم کرد:
الف- پی‌های سطحی
ب- پی‌های نیمه عمیق
پ- پی‌های عمیق
ت- پی‌های ویژه
1-3- تعریف شمع
شمع‌ها عناصر لاغر و ستونی هستند که به صورت قائم و یا کمی مایل هستند که برای انتقال بارها لایه‌های عمیق‌تر و محکم‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرند. در شمع‌ها معمولاً 610 (D/B) عمق کف شمع و B عرض مقطع شمع می‌باشد. در مبحث مقررات طی ساختمان،هر گاه نسبت عرض به ارتفاع پی کمتر از 6/1 و عمق آن نیز از 3 متر تجاوز کند پی عمیق نامگذاری شده است. مهمترین اجزای پی‌های شمعلی کلاهک شمع و شمع می‌باشند.
مصالح اصلی مورد استفاده در شمع‌ها چوب، فولاد و بتن می‌باشد.
شمع‌های درست شده از این مواد کوبیده شده، حفاری یا با جک به داخل زمین رانده می‌شوند.
1-4- تاریخچه شمع
پی‌های شمعی به عنوان سیستم‌های حامل بار و انتقال دهنده بار در طی سالهای زیادی استفاده شده‌اند. از روزهای ابتدایی تمدن، از زمان تشکیل جوامع، از نقطه نظر؟؟ یا استراتژیک روستاها و شمع‌های کوچک در نزدیکی رودخانه‌ها و دریاچه‌ها مستقر شده‌اند. بنابراین مقاوم‌سازی باربری زمین به وسیله اشکالی از شمع زنی حائز اهمیت بوده است.
در سال 1740 کریستوفر بولهمم1 تجهیزات شمع‌های کوبشی را اختراع کرد که به مکانیزم شمع‌های کوبشی امروزی شباهت داشت. شمع‌های فولادی از 1800 و شمع‌های بتنی از 1900 مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
انقلاب صنعتی تغییرات مهمی را برای سیستم شمع‌های کوبشی در طی اختراع ماشین بخار و دیزل، به وجود آورده است.
اخیراً رشد نیاز به مسکن و ساخت و ساز، مالکان و بنگاههای سازنده را مجبور به بهره‌برداری از زمینهای با خاک‌های دارای شخصه‌های ضعیف کرده است. این امر منجر به توسعه و پیشرفت سیستم‌های شمع کوبشی شده است. امروزه تکنیک‌های پیشرفته بسیاری برای نصب شمع‌ها وجود دارد.
کلمات کلیدی:
شمع
پایل
پی
سازه
کیسون‌ها (Caissons)
فهرست مطالب
مقدمه 4
1-1- تعریف پی و اهمیت آن 5
1-2- انواع پی 6
1-3- تعریف شمع 6
1-4- تاریخچه شمع 7
1-5- دوران عمر شمع 8
1-6- موارد استفاده از شمع 8
1-7- تقسیم‌بندی شمع‌ها 10
1-7-1- تقسیم‌بندی شمع‌ها از نظر نصب 11
1-7-2- تقسیم بندی شمع‌ها از نظر تعداد 12
1-7-3- تقسیم‌بندی شمع‌ها از نظر بارگذاری 13
1-7-4- تقسیم بندی شمع‌هااز نظر شکل و مقاطع 14
1-7-5- تقسیم بندی شمع‌ها با توجه به انتقال بار و رفتار عملکردی 18
1- شمع‌های انتهاباربر 18
2- شمع‌های اصطکاکی یا چسبنده 19
2-الف- شمع‌های چسبنده 19
2- ب- شمع‌های اصطکاکی 20
3- ترکیب شمع‌های اصطکاکی و شمع‌های چسبنده 20
1-7-6- تقسیم بندی شمع‌ها با توجه به نوع مصالح 21
الف- شمع‌های چوبی Wood piles 21
ب- شمع‌های بتنی 23
ب-1- شمع‌های بتنی پیش ریخته یا شمع‌های بتنی پیش ساخته: 23
ب-2 – شمع‌های بتنی ریخته شده در محل 24
ب- شمع‌های فولادی 28
ت- شمع‌های مرکب 29
1-7-7- تقسیم بندی شمع‌ها با توجه به تاثیر آنها برخاک 30
شمع‌های کوبشی 30
شمع‌های حفاری شده 30
شمع‌های کوچک 32
1-8- مزایا و معایب مصالح مختلف شمع 32
شمع‌های فولادی (مقطع فولادی نورد شده): 38
فصل2- روشهای اجرای شالوده‌های عمیق 40
2-1- مقدمه 40
2-2- راهکارهای علمی طراحی شمع‌ها 40
2-3- انواع پی‌های عمیق از نظر اجرایی 42
(شمع‌های با جابه جایی کم) شامل انواع زیر هستند: 44
2-3- سیستم‌های مورد استفاده در نصب شمع 45
2-3-2- شمع‌های نصب شوند درون حفره خود (Drilled shaft=DS) 47
2-3-3- کیسون‌ها (Caissons) 50
2-3-4- شالوده‌های پوسته‌ای کوبشی و پر شده با بتن 51
2-4- آسیب پذیری شمع‌ها در حین نصب 51
2-5- مطالعات موردی مشکلات ایجاد شده در بعضی ساختگاه‌های مسئله ساز در حین اجرا 53
فصل سوم 55
مفاهیم پایه: طراحی پی‌های شمعی Design of pile foundations 55
2- کلاهک شمع 59
3- پی‌های ستونی Pier foundations 59
شمع‌های میله باز open shafts 62
شمع‌های ستونی صندوقی: Caissons 63
شمع صندوقی: 63
فصل 4 69
بار روی شمع 69
فصل 5 74
طراحی سازه‌ای شمع و سر شمع 74
5-1- کلیات 74
جدول 1- استراتژی طراحی و اجرای پی‌های عمیق 75
5-2- طراحی سازه‌ای عنصر شمع 77
5-3- طراحی سازه‌ای سر شمع 83
فصل 6 87
بسیج مقاومت در اطراف شمع، ابزار گذاری در شمع 87
فصل7 90
ضریب اطمینان 90
روشهای تحلیل شمع تحت بار جانبی 92
چکیده 92
1- مقدمه 92
2- طبقه بندی روش‌ها 94
2-1- شمع و خاک هر دو محیط پیوسته الاستیک 94
2-2- شمع با رفتار الاستیک و خاک به صورت اجزا محدود 94
2-3- شمع به صورت صلب و خاک بصورت پلاستیک 96
2-3-1- برینچ هانسن 96
2-3-2- روش برومز 97
2-3-3- روش داویسون و رابینسون (1965) 98
2-4- روش بار مشخصه (CLM) 99
2-5- روش منحنی‌های p-y 100
2-6- روش شبه سه بعدی (کوجیمن) 102
3- مدل وینکلر و اصلاح آن 106
3-1- اصلاح مدل وینکلر 107
مدل Filnoeko – borodich : 108
مدل هیتنی: 108
4- مقایسه روش p-y و روش سه بعدی اجزا محدود 109
5- نتیجه‌گیری 116
فصل9 118
شمع تحت بار کششی 118
فصل10 121
استفاده از نتایج آزمایش درجا در تعیین توان باربری شمع‌ها 121
فصل11 127
1-بررسی دینامیکی ظرفیت شمع- فرمول‌های شمع 127
آزمایش بارگذاری 131
نشست شمع منفرد 133
شمع‌های کششی 133
مقاومت افقی 134
2- گروه‌های شمع 134
ظرفیت باربری گروهی 134
فاصله شمع 135
نشست گروه 136
فصل12 139
نحوه عملکرد سیستم‌های مورداستفاده در نصب شمع 139
12-1 مقدمه 139
12-2 روشهای کوبیدن شمع‌ها (شمع‌های با جابجایی) 140
12-2-1- چکش‌های افتان 140
12-2-2- چکش‌های دیزلی 142
12-2-3- کوبیدن شمع توسط ارتعاش 143
12-3-1- مته‌های سلسله ممتد (CFA) 143
12-3-2- عریض کردن حفره در اعماق 145
12-3-3- C.H.D.P 146
فصل13 148
فضابندی و چینش شمع‌ها 148
فصل14 150
طراحی پی‌های شمعی 150
14-1-1- CRP (سرعت نفوذ ثابت) 152
14-1-2- MLT و آزمایش بار ممتد افزایشی 154
فصل15 157
طراحی حالت حدسی 157
15-1 رسته ژئوتکنیکی 1 (GC1) 158
15-2- رسته ژئوتکنیکی 2. (GC2) 158
15-3 رسته ژئوتکنیکی 3(GC3) 159
15-4 – شرایط طبقه‌بندی شده در آیین نامه یوروکد 7 160
