به دلیل سهولت و قابل دسترس بودن مصالح اولیه، شمع بتنی جزو شمع‌های پرکاربرد و از بیشترین ترجیح‌های پیمانکاران می‌باشد.
از جمله علت‌هایی که از المان شمع در پروژه‌های ساخت و ساز استفاده میشود، می‌توان به بهسازی و افزایش مقاومت خاک سست اشاره کرد. در مواقعی که ناحیه زیر شالوده از استحکام کافی برخوردار نباشد و یا برای جلوگیری از واژگونی دیوارهای حائل، از انواع شمع‌های سازه‌ای کمک می‌گیرند.
انواع شمع‌های سازه‌ای بر اساس مصالحی که ساخته می‌شوند در چهار گروه شمع فولادی،شمع چوبی، شمع مرکب و شمع بتنی دسته بندی می‌شوند. که در این مقاله به توصیف شمع بتنی و مباحث مربوط به آن می‌پردازیم.
در ویدئو زیر می‌توانید مراحل اجرای شمع بتنی از مرحله حفاری تا آخرین مرحله مشاهده کنید.
شمع های فولادی
شمع‌های فولادی (یا همان پایه‌های فولادی) اجزایی هستند که در سازه‌ها و ساختمان‌ها استفاده می‌شوند تا وزن و فشار ساختمان را به زیرسازی انتقال دهند. این شمع‌ها به شکل استوانه‌ای و از جنس فولاد ساخته می‌شوند. استفاده از شمع‌های فولادی به دلایل مختلفی انجام میشود. این شما‌ها معمولا در زیر پایه‌ها یا ستون‌های ساختمان قرار می‌گیرند و به عنوان نقطه‌های تماس بین سازه و ساختمان به کار می‌روند.
از مزایای استفاده از شمع‌های فولادی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- تحمل بارهای سنگین: شمع‌های فولادی قادرند تا بارهای فشاری و وزن بسیار زیادی را تحمل کنند. این امر مهم است برای ساختمان‌ها و سازه‌هایی که نیاز به تحمل وزن بالا دارند.
- استحکام و پایداری: به دلیل از جنس فولاد بودن، این شمع‌ها بسیار استحکام بالا و پایداری دارند. این امر از اهمیت زیادی در ایجاد ساختمان‌های بلند و پر رفت و آمد می‌باشد.
- استفاده آسان: شمع‌های فولادی به راحتی نصب و استفاده می‌شوند و معمولا نیاز به نگهداری کمی دارند.
- قابل تنظیم: این شمع‌ها قابلیت تنظیم ارتفاع دارند که به سازندگان اجازه می‌دهد ارتفاع ساختمان را تغییر دهند.
- استفاده در شرایط مختلف: می‌توانند در شرایط مختلف مانند محیط‌های مرطوب، خشک یا با شرایط زلزله‌ای استفاده شوند.
از طرفی دیگر، این نوع شمع‌ها ممکن است هزینه بالایی داشته باشند و ممکن است در مواردی نیاز به مهندسی دقیق برای طراحی و استفاده داشته باشند.
شمع های چوبی
شمع‌های چوبی در صنعت ساختمان سازی از زمان‌های قدیم به عنوان عنصری مهم مورد استفاده قرار می‌گرفته‌اند. این شمع‌ها به دلیل ویژگی‌های خاص خود در فرایند ساختمان سازی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در زیر، کاربردها و ویژگی‌های شمع‌های چوبی در صنعت ساختمان سازی را توضیح داده‌ایم:
- ساخت سازه‌های موقت: شمع‌های چوبی اغلب برای ساخت و اجرای سازه‌های موقت مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سازه‌ها می‌توانند در زمان اجرای پروژه‌های ساختمانی به عنوان پشتیبان و حمایت از بخش‌های مختلف ساختمان مورد استفاده قرار بگیرند.
- استفاده در فرایند نصب قالب‌ها: در ساختمان سازی، قالب‌ها به عنوان یک ساختار موقت استفاده می‌شوند تا بتوان بتن را در فرم دلخواه ریخت. شمع‌های چوبی به عنوان پشتیبان و سازه‌های حمل و نقل در فرایند نصب و حمل قالب‌ها به کار می‌روند.
- حمل و نقل و نگهداری تجهیزات ساختمانی: این شمع‌ها به عنوان سازه‌های حمل و نقل استفاده می‌شوند تا تجهیزات سنگین مانند تیرها، ستون‌ها و سایر مواد ساختمانی به موقعیت مورد نظر منتقل شوند.
- استفاده در تعمیرات و نگهداری: شمع‌های چوبی ممکن است در فرآیند تعمیرات و نگهداری ساختمان‌ها به عنوان ابزار پشتیبان مورد استفاده قرار گیرند.
- حفاظت از ساختمان در مواجهه با زلزله: شمع‌های چوبی به عنوان عناصر توکار (توکارها) به کار می‌روند تا در صورت وقوع زلزله، ساختمان را از تخریب نجات دهند.
- ساخت اجزا دیگر ساختمانی: این شمع‌ها برای ساخت اجزا مختلف ساختمانی مانند نرده‌ها، درب‌ها و پنجره‌ها به کار می‌روند.
استفاده از شمع‌های چوبی در صنعت ساختمان سازی باعث افزایش سرعت و کارایی در فرآیند ساخت و همچنین کاهش هزینه‌ها میشود. این شمع‌ها با توجه به ویژگی‌های خود برای ساختمان سازان بسیار حیاتی هستند.
شمع های مرکب
شمع‌های مرکب در صنعت ساختمان سازی، به نوعی شمع خاص اطلاق میشود که از ترکیب دو یا چند جز مختلف تشکیل شده‌اند. این اجزا معمولا شامل بخش‌های فلزی و غیرفلزی هستند و با هم ترکیب می‌شوند تا ویژگی‌های خاصی برای شمع ایجاد کنند. در زیر، استفاده‌ها و ویژگی‌های شمع‌های مرکب در صنعت ساختمان سازی توضیح داده‌ایم:
- افزایش استحکام و مقاومت: با ترکیب بخش‌های فلزی با بخش‌های غیرفلزی مانند بتن یا پلیمرها، شمع‌های مرکب می‌توانند استحکام و مقاومت بیشتری در مقابل بارهای فشاری و کششی داشته باشند.
- کاهش وزن: به دلیل استفاده از مواد خفیف غیرفلزی مانند بتن یا پلیمرها، شمع‌های مرکب می‌توانند با وزن کمتری نسبت به شمع‌های فلزی معمولی، استحکام بیشتری داشته باشند.
- استفاده در شرایط خاص: بسته به نوع مواد مورد استفاده، شمع‌های مرکب می‌توانند برای شرایط خاصی مانند مواجهه با مواد شیمیایی، حرارت بالا و موارد مشابه مناسب باشند.
- مقاومت در مقابل زلزله: ترکیب مواد مختلف در شمع‌های مرکب میتواند منجر به افزایش مقاومت در مقابل زلزله شود و سازه‌ها را از تخریب نجات دهد.
- ساخت اجزا خاص سازه‌ها: از این نوع شمع‌ها می‌توان برای ساخت اجزا خاص سازه‌ها مانند تیرها، ستون‌ها و سایر عناصر استفاده کرد.
- توسعه فناوری ساختمانی: استفاده از شمع‌های مرکب میتواند به توسعه و بهبود فناوری‌های مرتبط با ساختمان سازی کمک کند.
استفاده از شمع‌های مرکب در صنعت ساختمان سازی به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد و کاربردهای گسترده آن ها، میتواند به بهبود کیفیت و کارایی ساختمان‌ها و سازه‌ها منجر شود.
انواع شمع بتنی
از شالوده عمیق یا همان شالوده شمعی، زمانی استفاده میشود که لایه‌های بالایی خاک ضعیف باشد و نتواند بارهای وارده را توزیع کند. بنابراین از سازه شمع برای انتقال بار به لایه‌های پایین‌تر هم استفاده میشود.
شمع بتنی در دو دسته طبقه بندی میشود: شمع بتنی پیش ساخته و شمع‌های درجا (ساخته شده در محل).
شمع بتنی پیش ساخته
شمع‌های بتنی پیش ساخته در سایز و شکل‌های مختلفی قابل ارائه هستند. نوع شکل مقطع این نوع شمع‌ها بسته به نیاز میتواند مربع، دایره یا چند ضلعی دیگری باشد. طول شمع‌های بتنی پیش ساخته عموما 18 متر می‌باشد.
بتن مصرفی در شمع‌ها باید طبق استاندارد آیین نامه تعیین شود و باید از بتن شمع نمونه برداری شده و مطابق آزمایش‌های دستگاه نظارت باشد.
این نوع از شمع‌های بتنی در کارخانه ساخته شده و در محل پروژه اجرا و کوبش میشود و سپس بتن ریزی انجام می‌گیرد.
شمع بتنی درجا
شمع‌های بتنی درجا در محل پروژه و کارگاه ساختمانی ساخته و اجرا میشود. شمع درجا به دو صورت مسلح و غیر مسلح قابل اجرا است. شمع‌های درجا مسلح آرماتوربندی شده ولی نوع غیر مسلح آن بدون آرماتور و میلگرد فولادی می‌باشد.
شمع‌های درجا در مقایسه با شمع‌های پیش ساخته آلودگی صوتی کمتری دارند. همچنین اقتصادی بودن اجرای این نوع شمع، از مزایای مهم آن به شمار می‌رود که در پروژه‌های بزرگ و حجیم باعث کاهش هزینه‌ها میشود.
از دیگر مزایای شمع‌های بتنی درجا به عدم محدودیت در اجرای اندازه قطر و افزایش توان باربری به خاطر امکان افزایش مقطع شمع در ناحیه انتهایی می‌توان اشاره کرد.
در گروه اول، یعنی شمع بتنی پیش ساخته، شمع‌ها به كمك كوبیدن در خاک فرو برده می‌شوند. دسته دوم، شمع بتنی درجا است، این شمع‌ها به صورت درجا و با حفاری خاک، اجرا می‌شوند. چون شمع‌های درجاریز مزایای زیادی دارند، استفاده از این شمع‌ها اجتناب ناپذیر است و به طور وسیعی در پروژه‌های ساختمانی گسترش یافته است.
شمع‌های درجا در دسته بندی‌های اصلی زیر تقسیم می‌شوند:
- شمع‌های با غلاف
- شمع‌های بدون غلاف
در شمع‌های با غلاف، ابتدا یک لوله فولادی به عمق مورد نظر در زمین فرو می‌رود. سپس، داخل این لوله خالی شده و پس از آن، با بتن پر میشود. برای ساخت پدستال (نوک پهن شده) در شمع، از روشی که با رها کردن وزنه از ارتفاع انجام میشود، استفاده میشود تا نوک شمع از طریق کوبیدن به پهنای مورد نظر برسد.
در مورد شمع‌های بدون غلاف، ابتدا غلاف در زمین فرو می‌رود و سپس همزمان با ریختن بتن در داخل غلاف، غلاف به تدریج به بیرون کشیده میشود.
مراحل اجرای شمع بتنی
اولین مرحله در اجرای شمع‌های بتنی در کارگاه‌های ساختمانی، حفاری زمین است. در این مرحله عمق خاک و روش حفاری مشخص میشود. سپس آرماتوربندی اسکلت شمع و خاموت اسپیرال شمع انجام می‌گردد. در مرحله آخر بتن ریزی و تخریب قسمت اضافی بتن در زمان معین، انجام میشود. سپس حفاظت از سر شمع صورت می‌گیرد.
عملیات حفاری قبل از اجرای شمع بتنی
با هدف اجرای مراحل پی شمعی بتنی درجا در ابتدا سطح خاک، با استفاده از ماشین آلات مخصوص این کار، مسطح میشود. سپس بعد از نشانه گذاری محل اجرا شمع، مراحل حفاری شروع میشود.
شمع المان سازه‌ای است که به صورت ستونی بلند جهت انتقال بارهای سازه از لایه‌های بالایی خاک که دارای ظرفیت باربری کمی هستند به لایه‌های سخت و محکم با ظرفیت باربری زیاد اجرا میشود.
ظرفیت باربری شمع با استفاده از روش‌های تحلیل دینامیکی، تحلیل استاتیکی، آزمایش مکانیکی، آزمایش بارگذاری و آزمایش درجا تعیین میشود.
چاهک شمع با استفاده از چنگک، روش حفر دورانی و بالابر هوایی حفاری میشود و با قرار دادن شبکه آرماتوربندی شده ستون شمع و یا قطعات پیش ساخه درون چاه، پروژه را برای اجرای مرحله بعد آماده می‌کنند.
نحوه آرماتور بندی شمع بتنی
آرماتورگذاری مرحله بعدی در اجرای شمع سازه‌ای می‌باشد که مناسب شمع بتنی درجا مسلح است. که در این نوع شمع، شبکه آرماتور فولادی در کارخانه و یا در محیط پروژه بافته شده و با استفاده از ماشین آلات مثل حفاری جرثقیل و تاورکرین در داخل چاه حفر شده قرار داده میشود. در برخی پروژه‌ها برای بافتن آرماتوربندی فولادی شمع در محل سازه، نیاز هست تا آرماتوربند داخل چاه برود و قسمت تحتانی شمع که در اصطلاح به صورت سبد می‌باشد را اجرا کند، سپس با استفاده از میلگردهای طولی و اسپیرال (خاموت مناسب شمع که به شکل دایره تو خالی می‌باشد) بدنه شمع بافته شود و با استفاده از ماشین آلات مخصوص داخل چاه قرار گیرد و به وسیله شناژ میلگردها به هم متصل می‌شوند.
لازم به ذکر است آرماتور عرضی یا همان خاموت شمع، دایروی و به صورت مارپیج اجرا میشود که اسپیرال گفته میشود. محل آرماتورهای عرضی با گپ مشخص میشود.
هر شاخه میلگرد به طول 12 متر است که طبیعتا طول شمع نیز باید به این مقدار باشد، در مواردی که نیاز است طول شمع بیشتر باشد، با در نظر گرفتن طول اورلپ از دو شاخه میلگرد استفاده میشود.
بخوانید: آرماتوربندی ساختمان | 10 نکته مهم آرماتوربندی که یک مهندس عمران باید بداند
بتن ریزی
بعد از قرار دادن شبکه آرماتوربندی در چاه شمع، عملیات بتن ریزی با لوله ترمی انجام میشود. باید توجه داشت که آرماتورهای ریشه شمع (آرماتور انتظار) مقداری بالاتر ازسطح بتن ریزی باشد. اگر بین حفاری و بتن ریزی فاصله زمانی به وجود آمده باشد، حتما قبل از بتن ریزی انتهای چاه لایروبی شود، چون ممکن است دیواره چاه ریزش کرده و در ته چاه مواد و رسوب جمع شده باشد.
در زمان بتن ریزی، ویبره بتن باید به صورت پیوسته صورت بگیرد. نباید قالب برداری شمع، پس از اتمام عملیات بتن ریزی زودتر از یک شبانه روز انجام بگیرد.
رفتار شمع بتنی در خاک‌های روانگرا
روانگرایی در خاک به حالتی گویند که در آن با وارد شدن نیرو به خاک، استحکام و مقاومت خود را از دست داده و دچار تغییر حالت و جابجایی شود. این نیرو بیشتر بر اثر زلزله و یا تنش‌های شدید به خاک وارد میشود.
در اثر تحقیقاتی که بر روی تخریب و آسیب شمع‌ها انجام شده است، زلزله بیشترین آسیب را به پی‌های شمعی وارد کرده است. اصلی‌ترین دلیل تخریب شمع بتنی در هنگام زلزله به روانگرایی خاک مربوط میشود که بیشتر در خاک های شل و ماسه‌ای رخ می‌دهد.
قبل از انجام پروژه بررسی‌های لازم جهت شناسایی خاک، گسیختگی و روانگرایی آن انجام میشود تا جهت جلوگیری از آسیب‌های جدی در هنگام تنش خاک پیشگیری لازم انجام شود. در صورت روانگرا بودن خاک ناحیه حفاری شمع، بهترین حالت تعبیه شمع تا قسمت غیر روانگرا خاک می‌باشد.
روانگرایی خاک پدیده بسیار مهمی است که باید قبل از انجام پروژه در خاک منطقه تحقیقاتی انجام شود. این پدیده باعث خرابی جبران ناپذیری در ساخت و سازها و همچنین المان شمع‌ها میشود.
آزمایش‌های مربوط به شمع‌ها
برای کنترل و تعیین ظرفیت بارگزاری شمع همچنین برای کنترل کیفیت شمع، آزمایش های قبل و حین انجام عملیات پی‌های شمعی صورت می‌گیرد. از جمله این آزمایش‌ها می‌توان به آزمایش سلامت شمع و آزمایش استاتیکی در طول اجرا و حین انجام پروژه اشاره کرد. تعیین نوع آزمایش، زمان و نحوه انجام آزمایش، تعداد شمع‌ها و روش اجرا و بارگذاری بر عهده مهندس ژئوتکنیک سازه می‌باشد.
نتایج به دست آمده از این آزمایشات به بهبود سازه‌ها کمک شایانی کرده و از آسیب های احتمالی در هنگام بحران، پیشگیری به عمل می‌آورد.
در پایان اشاره کنیم به این موضوع که اولین شمع‌های سازه‌ای به منظور ایجاد اصطکاک و مقاومت بین شمع و خاک اطراف آن و همچنین افزایش باربری برای نخستین بار در ایرلند ساخته شد. با توسعه ساخت و سازها در سطح جهان نیاز به این المان سازه‌ای بیشتر شد و محبوبیت چشمگیری پیدا کرد.
نکات قابل توجه در عملیات اجرایی شمع بتنی
- عمل آوری بتن قبل از استفاده و تایید نمونه‌های بتنی توسط آزمایشگاه بتن و خاک، ضروری است.
- بتن ریزی حتما باید همراه با ویبره مناسب انجام گردد تا بتن به صورت یکپارچه در شمع ریخته شود.
- نتایج ژئوتکنیک ملاحظه شود؛ پیش‌تر اشاره کردیم که قبل از شروع پروژه حتما راجب خاک محل احداث شمع تحقیقات لازم انجام شود تا در صورت روانگرا بودن خاک، روش‌های حفاری و انتخاب شمع، مناسب با آن در نظر گرفته شود.
- محل‌های اجرای شمع توسط نقشه بردار، مشخص شده و نشانه گذاری گردد.
- بر روی دیواره آرماتوربندی شده شمع، غلتک‌هایی جهت ایجاد فاصله بین دیواره چاه حفاری شده و شبکه آرماتوری تعبیه شود.
- بعد از تمام شدن مرحله بتن ریزی، پس از یک هفته، قسمت اضافی بتن بر روی سر شمع، تخریب گردد.
- در آخر، سر شمع با استفاده از دو روش، حفاظت سر شمع به وسیله قیر و حفاظت به وسیله مواد چوبی، اصلاح گردد.
جمع بندی
آنچه در این مقاله از دانشنامه عصرآهن گفته شد، در خصوص معرفی شمع بتنی و مراحل اجرای آن می‌باشد. طبق این نوشته شمع‌های بتنی جزو رایج ترین و پرکاربردترین شالوده‌های شمعی می‌باشد و تاثیر و نقش مهمی در مقاوم سازی خاک سازه‌ها و انتقال بار آن‌ها دارد.
در صورت تمایل می‌توانید با مشاورین ما در عصر آهن در خصوص خرید میلگرد با شماره ۰۴۱۳۳۲۵۰۲۸۰ در تماس باشید. مشاورین ما در زمینه خرید آهن و فولاد راهنمای شما خواهند بود.
