شمع ها عضای باریک و بلندی هستند که باهرای فوقانی را بهاعماق بیشتری در خاک زیرین منتقل می کنند. شمعم ها عموما زمانی استفاده می شوند که شرایط خاک برای استفاده از پی های کم عمق مناسب نباشد.
اطمینان از عملکرد یک سازه بستگی به وضعیت عملکرد شالوده آن دارد. بدیهی است اولین گام موفقیت آمیز در طراحی هر سازهای داشتن اطلاعات لازم و کافی از وضعیت خاک محلی، نشست پذیری، مقاوت و عوامل اثرگذار بر آنها است. علم مکانیک خاک قطعا در این خصوص اساس و پایه است و قبل از اعمال قوانین آن، لازم است اطلاعات کافی نظیر جنس و خواص مهندسی از زمین محل بدست آید. بنابراین بررسی نسبتا دقیق، در شناسایی خاک محل پروژه میتواند هزینههای ناشی از طراحی‌های دست بالا را کاهش داده و یا خطرات ناشی از طراحی‌های دست پایین را برطرف نماید. میتوان گفت شناسایی‌های زمین در واقع فراهم آوردن اطلاعات لازم برای رسیدن به یک طرح ایمن و اقتصادی برای مقاصد پی‌سازی است. بطور کلی هدف از شناسایی‌های ژئوتکنیکی برای طراحی و از جمله طراحی ریزشمع، تشریح و تبیین مصالح خاکی و تعیین رفتار خاک بدست آوردن پارامترهای مورد نیاز در طراحی است. به ویژه اطلاعات ژئوتکنیکی میتواند در تعیین نوع و عمق قرارگیری شالوده، طراحی شالوده، تخمین فشار جانبی خاکریز، تعیین تراز و تغییرات سطح آب زیرزمینی، ارزیابی میزان نشست، تعیین ظرفیت باربری شالوده و مشکلات احتمالی ناشی از گودبرداری کمک شایانی کند. انتقال بار خاک به المانهای نسبتا سخت ریزشمع ناشی از عمل قوسی خاک یک مساله پیچیده اندرکنش خاک و سازه میباشد. کارآمدی و موثر بودن استفاده از شمعها به مقدار زیادی به مشخصات ریزشمع (اندازه، فواصل و موقعیت) و شرایط خاک بستگی دارد. ملاحظه‌ی مهم دیگر در مورد طراحی ریزشمعها این است که چه درصدی از نیروی منتقل شده به خاک بین ریزشمعها در حالات مختلف به ریزشمع‌های نگه دارنده منتقل میشود. در پایان‌نامه حاضر با مدل‌سازی نمونه‌هایی از سیستم پی – ریزشمع در فضای خاک با استفاده از نرم‌افزار ABAQUS که دارای المانهای متنوع و قابلیتهای محاسباتی بالایی بر پایه روش اجزاء محدود میباشد، به بررسی اثر اندرکنش خاک و سازه در ریزشمع با در نظر گرفتن فواصل،طول و قطرهای مختلف بین ریزشمعها و موقعیت ریزشمعها پرداخته شده است. کارآمدی و مؤثر بودن استفاده از ریزشمعها به مشخصات ریزشمع (اندازه، فواصل و موقعیت) و شرایط خاک بستگی دارد. یکی از ملاحظات طراحی ریزشمع‌های پایدارکننده شیب این است که حداکثر فاصله مجاور بین ریزشمعها باید طوری باشد که عمل قوسی خاک هنوز وجود داشته باشد. ملاحظه مهم دیگر در مورد طراحی ریزشمعها این است که چه درصدی از نیروی وارده ریزشمعها در حالات مختلف به خاک اطراف منتقل میشود. در پایان‌نامه حاضر، با مدل‌سازی نمونه‌هایی از سیستم پی–ریزشمع در فضای خاک، با استفاده از نرم‌افزارABAQUS ، به بررسی رفتار گروه ریزشمعها تحت اثر نیروی کششی در زوایای مختلف با در نظر گرفتن فواصل، طول و قطرهای مختلف بین ریزشمعها و موقعیت ریزشمعها پرداخته می شود.
ریزشمعها
بهطور کلی ریزشمعها لوله فلزی مشبک با قطر کمتر از 300 میلیمتر میباشد که تا عمق مورد نظر در زمین کوبیده یا حفاری شده سپس عملیات تزریق دوغاب (شامل سیمان، آب و افزودنیهای مختلف) انجام میگیرد. روشهای خاص حفاری و تزریق که در اجرای ریزشمعها مورد استفاده قرار میگیرند، باعث ایجاد اتصال مقاومتی بین دوغاب و خاک میگردد و این مسئله موجب افزایش ظرفیت باربری در سطح تماس دوغاب و زمین میشود. دوغاب تزریق شده بار اعمال شده به ریزشمع را بوسیله اصطکاک از آرماتور و دوغاب به زمین در ناحیه اتصال انتقال میدهد. با توجه به عمق و جنس زمین دوغاب تحت فشار 5 تا 25 بار تزریق میشود. با توجه به مزایای ریزشمعها از آنها به طور موثر در بهبود خواص مکانیکی خاک، افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست به ویژه در پی سازههای موجود و مقاومسازی آنها استفاده میشود. مقاومت اصطکاکی ما بین ریزشمع و خاک به عنوان مکانیزم قابل توجه جهت بهبود خواص مکانیکی خاک مطرح میگردد.
مطابق شکل (2-1) اجزای اصلی یک ریزشمع آرماتور تقویتی، دوغاب سیمان، غلاف، مهار انتهایی ریزشمع (فلنج( ، سنترالایزر می باشد.
شکل (2-1) اجزای مختلف ریزشمعها
2-1-2- کاربرد ریزشمعها
به طورکلی از موارد کاربرد ریزشمع میتوان به مواردی همچون مقابله با نیروی بالابرنده و نیروی ناشی از زلزله و باد، جلوگیری از لرزش در سازههایی نظیر پلها و سازههای در معرض نیروی دینامیکی و نیز مهاربندی و تقویت پی سازهای حایل و نگهدارنده شیبها اشاره نمود. اجرای ریزشمعها کمترین دست خوردگی را در محیط خاک ایجاد میکند و نیز حجم خاکبرداری در اجرای آن کم است، همچنین میتوان آنها را به راحتی به صورت مایل اجرا نمود، ریز شمعهای مایل قابلیت تحمل بارهای افقی و قائم را دارند و جهت بهسازی سازههای موجود براحتی قابل استفاده بوده و در مکانهای مسقف با فضای بالاسری کم هم قابل اجرمیباشند (شکل (2-2)). بهطور کلی ریز شمعها انعطافپذیری خوبی در برابر نیروهای لرزهای دارند.
شکل (2-2) اجرای ریزشمع در مکانهای مسقف
ریزشمعها را میتوان با دستگاههای حفاری نسبتا کوچک به صورت منفرد یا گروهی و تحت شرایط دسترسی محدود و ارتفاع سازهای کم نصب و جاگذاری نمود. همچنین آنها میتوانند تنها با استفاده از حفاری دورانی نصب شوند. این سیستم بهدلیل روش خاصی که در نصب دارد خطر خرابی سازه ناشی از لرزش حاصل از نصب شمعهای کوبشی با ضربات سنگین مخصوصاً در محل یا در همسایگی نزدیک آن را کم کند یا از بین ببرد. روشهای انتقال نیرو توسط ریزشمع در ژئوتکنیک به زمین به دو طریق انجام میپذیرد:
الف) از طریق فشار وارد از انتهای شمع به زمین
ب) از طریق اصطکاک و چسبندگی بین سطح بدنه شمع و زمین مجاور
ریزشمعها میتوانند به کلاهک شمعهای موجود اضافه شوند بنابراین نیاز به افزایش ابعاد پی از بین میرود.
این عمل باعث تأمین مقاومت فشاری، کششــی و خمشی مورد نیاز اضافی هنگام افزایش بار سازه میشود. گاهی محدودیتهای سازههای مجاور امکان افزایش ابعاد کلاهک شمع موجود را به ما نمیدهد. بنابراین نیاز به سیستمهای معمول نصب شمع از بین میرود. یکی از جدیدترین پیشرفتها سیستم و روشی است که تمامی روشها را در یک طریق نصب مجزا ترکیب میکند. در این روش از میلگردهای میان تهی به تنهایی و گاهی اوقات در ترکیب با میلگردهای توپر یا مارپیچ استفاده میشود که میتواند به صورت پس تنیده هم باشد. این نوع شمع به دلیل تزریق تحت فشار گروت با خاک یکپارچه میگردد و یک سیستم فونداسیون متشکل از تودهای خاک مسلح مخصوصاً اگر به صورت گروهی بکار رفته شود را تشکیـــل میدهد (شکل (2-3).
