فونداسیون وظیفه انتقال و توزیع ایمن و منظم بارهای ساختمان به زمین را بر عهده دارد. انواع مختلف فونداسیون ساختمان وجود دارند که یکی از آنها به فونداسیون شمعی معروف است.
فونداسیون بتنی شمعی به ویژه هنگامی استفاده می شود که خاک فونداسیون دارای ظرفیت تحمل بار و مقاومت برشی ضعیفی باشد. در چنین مواردی از شمع های بتنی برای انتقال بار به لایه های قوی و عمیق زمین استفاده می شود.
همچنین شمع های بتنی یک جایگزین عالی برای پی ریزی عمیق در پروژه های واقع در مناطق پر جمعیت و با دسترسی محدود هستند.
شمع های بتنی اغلب برای پروژه های گران قیمت انتخاب می شوند که با سطح بالایی از جان انسان ها و ریسک مالی همراه هستند. یکی از این نمونه پروژه ها برج خلیفه در دبی است که شمع های بتنی به کار رفته در آن چندین کیلومتر زیر زمین را حفر کرده اند.
انواع شمع های بتنی کدامند؟
شمع ها را می توان بر اساس مکانیسم انتقال بار به دو نوع تقسیم کرد:
شمع های تحمل بار نهایی
شمع های باربر نهایی از طریق ظرفیت باربری سطح مقطع خود مقاومت می کنند و بار را به لایه های قوی منتقل می نمایند. واکنشی که شمع باربر از خود نشان می دهد معلول لایه های قوی زیرین آن است.
شمع های اصطکاک
شمع های اصطکاک یا سایشی با ایجاد اصطکاک پوستی در سطح خود در برابر بار مقاومت می کنند. (مقاومت مقطعی در این مورد مهم نیست). به این ترتیب واکنش بار بر روی شمع در اثر اصطکاک پوست ایجاد می شود.
در ادامه با ما همراه باشید تا در مورد شمع های بتنی اصطکاک، اصطکاک منفی پوست، محل استفاده و زمان استفاده این نوع شمع ها، اطلاعات بیشتری کسب کنید.
شمع اصطکاک بتنی (Friction Pile ) چیست؟
شمع های اصطکاک که گاهی اوقات شمع های شناور نیز نامیده می شوند، عمدتا با توسعه ظرفیت باربری از طریق فشارها و تنش های برشی پوست، در برابر بارهای ساختمان مقاومت می کنند. فشارهای برشی پوست در امتداد اضلاع شمع عمل می کنند.
اصطکاک پوست در نتیجه چسبندگی یا اصطکاک بین سطح شمع و خاک اطراف آن ایجاد می شود. این اصطکاک یا چسبندگی فشار را روی سطح شمع کاهش می دهد و همه سطوح شمع به طور موثری در برابر بار مقاومت می کنند.
در شمع های اصطکاک استوانه ای شکل منطقه فشار در اطراف سطح شمع ایجاد می شود.
چه زمانی از شمع های بتنی اصطکاک استفاده می شود؟
شمع های بتنی اصطکاک به ویژه در مواردی که لایه های سخت در قسمت های زیرین زمین بوده و بسیار عمیق هستند و استفاده از شمع های تحمل بار از نظر اقتصادی غیر ممکن است، مفید هستند.
علاوه بر این، استفاده از آنها در مواردی که خاک های شنی تا عمق بیشتری از زمین را تصرف کرده اند، نیز شایع تر است.
آنها همچنین زمانی مورد استفاده قرار می گیرند که استفاده از شمع های بلبرینگ بسیار گران تمام می شوند. این امر به ویژه در مورد شمع های بلبرینگ بسیار بلند صادق است.
شمع های اصطکاک بتنی در چه مکان هایی مورد استفاده قرار می گیرند؟
شمع های بتنی اصطکاک معمولا برای سازه های بزرگ که دارای بار بیش از حد بر روی پایه های شنی با لایه های قوی و بسیار عمیق هستند، به کار می روند. علاوه بر این، ماسه (شن) فشرده و یکپارچه شده مناسب نیز خود یک مزیت دیگر است.
یکی از نمونه های خوب کاربردهای شمع بتنی اصطکاک آسمان خراش های بلند و فوق سنگین واقع در دبی است. خاک دبی عمدتا ماسه است و در برخی موارد لایه های قوی کاملا در عمق قرار گرفته اند. در فونداسیون برج خلیفه که دارای شهرت جهانی است از شمع های اصطکاک استفاده شده است.
اصطکاک منفی پوست در شمع ها به چه معناست؟
در شمع های اصطکاک، بار به سمت پایین عمل می کند در حالی که نیروی اصطکاکی برای مقاومت در برابر آن به سمت بالا عمل می کند. به این نیرو، اصطکاک پوست گفته می شود.
به طور کلی شمع بتنی و بخشی از خاک که شمع در آن قرار دارد، ته نشین می شود. حال اگر نشست خاک بیشتر از ته نشینی شمع باشد، کشش اصطکاکی رو به پایین را روی سطح شمع اعمال می کند. این نیروی ناشی از اصطکاک منفی بر سطح شمع را اصطکاک منفی پوست می نامند.
در چنین حالتی هنگام بارگذاری، دو نیرو به سمت پایین عمل می کنند: نیروی بار وارد کننده و نیروی اصطکاک منفی پوست.
بنابراین بخشی از ظرفیت تحمل شمع اصطکاک برای غلبه بر اصطکاک منفی پوست و مابقی برای مقاومت در برابر بار وارد شده صرف خواهد شد. به این ترتیب ظرفیت کلی تحمل شمع کاهش می یابد.
دلایل ایجاد اصطکاک منفی پوست چیست؟
دلایل متعددی برای نشست بیشتر خاک نسبت به شمع بتنی وجود دارد. از جمله این موارد عبارتند از:
- اگر لایه خاک ته نشین شده بسیار فشرده شود و مقدار کمی بار روی این خاک اعمال گردد، باعث می شود که خاک بیشتر از شمع ته نشین شود. در نتیجه اصطکاک منفی پوست ایجاد خواهد شد.
- اگر خاک لایه ته نشین شده خاکی باشد که به تازگی در محل قرار گرفته شده باشد، برای تثبیت آن به زمان نیاز است و به همین دلیل با گذشت زمان اصطکاک منفی پوست ایجاد می شود.
- دلیل سوم در نشست خاک افزایش فشار موثر است. همان طور که می دانید تحکیم و تثبیت تابعی از فشار موثر است. بنابراین وقتی فشار موثر افزایش یابد، ته نشینی بیشتر خواهد شد. در نتیجه اصطکاک منفی پوست ایجاد می گردد.
در یک جمع بندی نهایی می توان چنین گفت:
شمع های اصطکاک به ویژه در مواردی استفاده می شوند که لایه های سخت در اعماق زمین هستند و استفاده از شمع های تحمل بار از نظر اقتصادی به صرفه نیستند.
از سویی شمع های اصطکاک معمولا برای سازه های بزرگ که دارای بار بیش از حد بر روی پایه های شنی با لایه های قوی و بسیار عمیق هستند، به کار می روند.
در نهایت باید گفت اصطکاک منفی پوست در مواردی ایجاد می شود که خاک بیشتر از شمع ته نشین می شود و بر ظرفیت شمع تأثیر منفی می گذارد.
