شمع فولادی در واقع نوعی پی بوده که در مواقعی که سطح زمین مقاومت مورد نیاز را نداشته باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاربرد این شمعها انتقال بار از قسمت‌های بالایی به بخش‌های عمیق‌تر زمین است.
در این مقاله می‌خواهیم با معرفی شمع‌های فولادی به بخش‌های زیر بپردازیم:
- انواع شمع‌های فولادی
- کاربرد شمع در ساختمان سازی
- طبقه بندی شمعها بر اساس روش نصب
- معیارهای انتخاب نوع شمع در پروژه‌های ساختمان سازی
- خوردگی شمع‌های فولادی
انواع شمع‌های فولادی
1-شمع‌های لوله‌ای
شمع لوله‌ای برای تحمل بار سازه کاربرد دارند. این شمعها در واقع کاربردی اصطکاکی دارند. جنس آن‌ها ضد زنگ است و دچار خوردگی و پوسیدگی نمی‌شوند. برای اتصال شمع‌های لوله‌ای از جوشکاری استفاده می‌کنند. به طور کلی به دو دسته شمع با انتهای باز و شمع با انتهای بسته دسته بندی می‌شوند.
شمع با انتهای باز
همانطور که از اسمش پیداست انتهای این شمعها باز است. این امر موجب می‌شود تا بیشتر در خاک نفوظ کنند. از مزیت آن‌ها امکان نفوذ در خاک‌هایی از جنس سنگ سخت است. عملکرد آن‌ها به این گونه است که پس از قرار گرفتن لوله در خاک یا سنگ، محتوای داخل لوله با استفاده از هوای فشرده از لوله خارج شده و لوله با آب پاکسازی می‌شود. در آخر پس از رسیدن لوله به عمق مورد نظر، داخل آن با بتن پر می‌شود.
شمع با انتهای بسته
این شمعها به شکل مخروط‌هایی از جنس فولاد یا چدن هستند. برای اتصال آن‌ها به قسمت انتهای لوله فولادی از جوشکاری استفاده می‌شود. پس از قرار گرفتن لوله در عمق مورد نظر، داخل آن با بتن پر می‌گردد.
قطر لوله مورد استفاده در شمع‌های با انتهای بسته می‌تواند از 0.25 تا 1.2 متر متغیر باشد. ضخامت آن‌ها نیز از 8 تا 12 میلی‌متر متغیر است.
2-شمع‌های پیچی
از دیگر شمع‌های فولادی، شمع‌های پیچی هستند. علت این نامگذاری شکل پیچ مانند انتهایی آن‌ها است. به طور کلی از یک میله بلند و انتهای مارپیچ ساخته شده‌اند. میله استفاده شده در ساختار آن‌ها توخالی یا توپر است.
قطر پایه این شمعها بین 0.45 الی 1.5 متر است. برای نفوذ انتهای پیچی شکل به داخل خاک، یک موتور الکتریکی تعبیه شده است که کمک می‌کند شمع راحت‌تر به لایه‌های زیرین خاک نفوذ کند. شمع‌های پیچی برای نفوذ در خاک رس مناسب هستند. از لحاظ اقتصادی نیز مقرون بصرفه هستند. نصب آن‌ها از طریق ستون و پیچ فلزی در خاک رس آسانتر است و موجب افزایش بهره‌وری می‌شوند.
3-شمع‌های دیسکی
این شمعها مشابه شمع‌های پیچی هستند. اما تفاوت آن‌ها با شمع‌های پیچی در دیسک چدنی است که به پایین میله آهنی متصل گردیده است. علاوه بر این به منظور تسهیل فرآیند آبگیری، سوراخی در قسمت انتهایی آن قرار داده شده است. بیشترین کاربرد آن‌ها در خاک‌های شنی و نرم است. کاربرد اصلی این شمعها در ساخت و سازهای دریایی است. زیرا در این مناطق نیاز به نفوذ بیشتر در خاک بیشتر است.
4-شمع‌های H شکل
یکی دیگر از انواع شمع‌های فولادی، شمع H شکل است. این شمعها برای نفوظ به مناطق سنگی و سخت کاربرد دارند. استفاده از آن‌ها موجب تسهیل در فرآیند جا به جایی خاک می‌شود. شمع H شکل یک فناوری جدید است که می‌تواند فشار بالا را تحمل کند. نوع سطح مقطع شمع H بر اساس جنس زمین تعیین می‌شود.
حمل و نقل شمع‌های H شکل راحت است. قطعات آن به آسانی مونتاژ شده و با توجه به شرایط محیطی نسبت به سایر شمعها نفوذپذیرتر هستند. بیشتری عمقی که می‌توانند در آن نفوذ کنند، 100 متر است. از طرفی این روش در مقایسه با روش‌های مشابه خطای محاسباتی کمتری دارد.
کاربرد شمع در ساختمان سازی
1- زمانی که لایه سطحی خاک ضعیف است و یا قابل فشرده سازی است، برای توزیع بهتر بار ساختمان از شمع استفاده می‌کنند. این شمعها بارهای فوقانی را به اعماق زمین که محکم‌تر هستند منتقل می‌کنند.
2- در مواردی که پی ریزی کاری سخت و پر هزینه است، می‌توان از شمع استفاده نمود.
3- برای سازه‌های سنگین کاربرد دارد. به طور مثال ساختمان‌های بلند، پل‌ها و ... از جمله این موارد هستند.
4- در مواردی که پی ریزی بسیار سخت و ناممکن است.
5- زمانی که آب زیرزمین در خاک زیرین، افت و خیز زیادی داشته باشد.
6- ساحل یا بستر رودخانه که خاک سطح ضعیف است.
7- کنترل رانش و تراوش زمین و افزایش پایداری شیب‌ها
8- تحمل نیروهای جانبی و فشارهای سطح بالا
9- مقابله با نیروهای کششی در پی‌هایی که زیر سطح آب قرار دارند.
10- در مواردی که سازه بلند است و باید احتمال واژگونی ساختمان وجود دارد.
طبقه بندی شمعها بر اساس روش نصب
- شمعها با جابه جایی کوچک
- شمعها با جا به جایی بزرگ
- شمع‌های کوبیدنی و ریختنی
- شمع بدون جا به جایی
معیارهای انتخاب نوع شمع در پروژه‌های ساختمان سازی
حال باید بدانیم چه شمعی برای پروژه ساختمانی ما مناسب است. برای این منظور در این بخش معیارهایی آورده شده تا به کمک آن بتوانید بهترین انتخاب را داشته باشید.
معیار اول: تجهیزات و امکاناتی که برای استقرار شمع در ساختمان فراهم است را در نظر بگیرید.
معیار دوم: بر اساس مشخصات سازه از جمله کاربری، نوع بارگذاری و وضعیت نوع شمع خود را انتخاب کنید.
معیار سوم: زمان بندی و توجیه اقتصادی پروژه را در نظر بگیرید.
معیار چهارم: شرایط بستر، نوع خاک، وضعیت آب‌های زیر زمینی و نوسانات آن، میزان دوام مصالح، میزان خورندگی محیط و عملکرد شمعها از دیگر معیارهایی هستند که باید در زمان انتخاب شمع به آن‌ها توجه کنید.
خوردگی شمع‌های فولادی
شمع‌های فولادی به دلیل اینکه از جنس فولاد و آهن ساخته شده‌اند، زمانی که در بستر زمین و مجاورت با رطوبت و آب قرار می‌گیرند، احتمال خوردگی آن‌ها وجود دارد. برای این منظور از روکش زغال سنگ، محافظ، قیر یا چوب استفاده می‌کنند. در برخی موارد نیز از مواد خاص یا شیمیایی استفاده می‌کنند تا احتمال خوردگی شمع به حداقل برسد.
سخن آخر
اگر خاک منطقه نامناسب باشد، خاک تحمل نیروهای وارده از سمت سازه را نخواهد داشت و یا نشست فونداسیون به قدری زیاد می‌شود که بهره برداری از سازه را دچار مشکل می‌کند. در این مواقع برای انتقال بار از فونداسیون به خاک، از شمع فولادی استفاده می‌کنیم.