مقالات عمران ومعماری

آزمایش  تعیین درصد رطوبت    (Moisture Test)
الف ـ مقدمه
آزمایش تعیین درصد رطوبت احتمالاً رایج ترین و ساده‌ترین نوع آزمایش آزمایشگاهی مکانیک خاک است که می‌تواند بر روی خاکهای دست خورده یا دست نخورده انجام شود.
ب ـ مراحل آزمایش
1-     به کمک یک ترازو، جرم یک ظرف خشک و تمیز (MC)را اندازه بگیرید.  ظرف محتوی نمونه، غالباً فلزی است.  شماره ظرف و جرم آن باید روی فرم اطلاعات ثبت شوند.
2-     خاک مرطوب را داخل ظرف قرار دهید.  جدول 1 حداقل وزن لازم جهت انجام آزمایش تعیین درصد رطوبت را برحسب بعد بزرگترین دانه تشریح می‌نماید.

 جدول 1: حداقل جرم لازم نمونه خاک برای آزمایش تعیین درصد رطوبت.

ج ـ محاسبات

درصد رطوبت (w ) خاک به عنوان جرم آب موجود در خاک (Mw) تقسیم بر جرم خشک (Ms) تعریفشده و بر حسب "درصد" بیان می‌شود:

که در آن

Mw= جرم آب موجود در خاک                      Ms= جرم خاک خشک

Mc= جرم ظرف خالی                               Mwc= جرم ظرف بعلاوه خاک مرطوب

Mdc= جرم ظرف بعلاوه خاک خشک

مقدار درصد رطوبت خاک غالباً‌ بر حسب نزدیکترین 1/0 یا 1 درصد بیان می‏شود.  درصد رطوبت خاک می‌تواند بین 0 تا 1200 درصد متغیر باشد.  درصد رطوبت صفر بیانگر یک خاک خشک است.  نمونه‌ای از یک خاک خشک، شن یا ماسه تمیز در شرایط آب و هوایی بسیار گرم است.  خاکهای آلی بیشترین درصد رطوبت را دارند.

د ـ اشتباهات معمول

4-     اضافه شدن رطوبت به نمونه پس از خشک کردن و قبل از توزین ثانویه.

ه ـ جامدات محلول
بسیاری از خاکها حاوی جامدات محلول می‌باشند.  برای مثال در مورد خاکهای واقع در کف اقیانوس، آب بین ذرات جامد خاک احتمالاً‌ دارای همان غلظت نمک آب دریا خواهد بود.  مثال دیگر وجود کاتیونهای متمایل به سطوح ذرات رسی می‌باشد.  بهنگام خشک کردن خاک، این کانیها و یونهای محلول، جزیی از جرم جامدات (MS) می‌شوند.  درمورد اغلب خاکها این اثر، حداقل تغییرات را در درصد رطوبت ایجاد می‏کند.

و ـ اثرات دما

1-     ماسه اوتاوا : درصد رطوبت این خاک حدوداً 24 درصد است.

خاک دیاتومه‌ای: درصد رطوبت این خاک نسبت به دمای آزمایش بسیار حساس می‌باشد.  برای مثال، تحت دمای110 درجه سانتیگراد، درصد رطوبت 620 درصد است درحالیکه در دمای 200 درجه سانتیگراد، درصد رطوبت 800 درصد می‌باشد.  خاکهای دیاتومه‌ای معمولاً‌ از پودر سیلیسی ریز و سفید که عمدتاً از دیاتوم‌ها و بقایای آنها بوجود آمده تشکیل گردیده‌اند.  چنانکه قبلاً ذکر گردید در دماهای بالاتر، آب بیشتری از درون دیاتوم‌ها خارج می‌شود که منجر به درصد رطوبت بالاتر می‌شود.

فرسایش

فرسایش که به آلمانی Abtrage و به فرانسه و انگلیسی Erosion گفته می شود، از کلمهلاتینگرفته شده و عبارت است از فرسودگی و از بین رفتن مداوم خاک سطح زمین ( انتقال یا حرکت آن از نقطه ای به نقطه دیگر در سطح زمین ) توسط آب یا باد. از آغاز پیدایش کره زمین، باد و باران قشر سطحی آن را شسته یا از جا کنده و اجزای آن را از نقطه ای به نقطه دیگر حمل کرده است.  به این تریتب بستر نهرها، مخروط افکنه ها و دلتای رودخانه ها بعضی از چاله ها و خلاصه تپه های شنی به وجود آورده و در نتیجه سطح زمین تدریجا دچار تغییر شکل شده است.  فقط در سایه حمایت پوشش نباتی ( درختان یا سایر گیاهان انبوه ) بوده که فرسایش بسیار کند شده و تعادلی در تشکیل و فرسایش خاک ایجاد گردیده است.  این تعادل مساعد که تحت تأثیر شرایط طبیعی حکمروا شده بود، از زمانی که بشر زمین را به منظور تهیه محصول و بدست آوردنغذا و دیگر مایحتاج خود، مورد کشت و زرع قرار داد یا از آن به عنوان مرتع استفاده کرد، بر هم خورد و زمینها در معرض فرسایش شدید و سریع قرار گرفت.   Erodere

بنابراین، فرسایش قبل از آن که زمین مورد بهره برداری انسان قرار گیرد نیز اتفاق می افتاده ( فرسایش طبیعی ) ولی از وقتی که انسان در آن به کشت و زرع، دامداری و غیره مشغول شده، باعث فرسایش بیش از حد ( فرسایش سریع و شدید ) خاک شده است.  انسان، ابتدا به فرسایش خاک و مسایل ناشی از آن توجهی نداشته است ولی افزایش سریع جمعیت و همچنین عدم توجه به بهره برداری صحیح از زمین، سبب شد که انسان در روی دامنه های پرشیب و ارتفاعات زیاد نیز کشت و زرع کند و برای سیر کردن احشام خود، مراتع را هم بیش از حد و بی موقع مورد چرا قرار دهد.  این عملیات او سبب شد که خاک مقاومت خود را از دست بدهد و بر اثر باران های شدید و آبیاری بی رویه و بادهای تند، بشدت فرسایش یابد، به طوری که زمین بر اثر فرسایش، در بسیاری از موارد حاصلخیزی خود را از دست داده یا بکلی ویران شد.  این وضع سبب شد که انسان متوجه شود که چگونه با اعمال بی رویه خود موجب فرسایش و نابودی خاک شده است.  فرسایش خاک، با اینکه در آغاز کمتر احساس می شود، ولی با گذشت زمان اهمیت تخریبی آن بحدی زیاد می شود که ممکن است پس از چندین سال مثلاً در دوره یک نسل که سی سال فرض شود، خاکی به عمق حدود 30 سانتیمتر از سطح زمین معدوم گردد.  جبران خاک فرسایش یافته، برای طبیعت بویژه در مناطق خشک که شرایط برای تشکیل خاک بسیار نامساعد می باشد بسیار دشوار و طولانی است.  از این رو بخصوص ساکنان مناطقخشک باید در حفظ و جلوگیری از فرسایش آن سعی و همت بیشتری مبذول دارند زیرا به طورطبیعی در این مناطق، هم فرسایش شدید تر است و هم همان طور که ذکر شد، امکانتشکیل خاک کمتر می باشد.  

طبق محاسباتی که صورت گرفته است، به طور کلی برای تشکیل یک سانتیمتر خاک 500 تا800سال زمان لازم است، و اگر حساب کنیم که خاک زراعتی 25 سانتیمتر عمق داشته باشد پس این ضخامت خاک، طی 20 هزار سال کار مداوم طبیعت بوجود آمده است.  

با از دست رفتن این خاک به وسیله یک عامل مخرب نظیر سیل یا بی مبالاتی زارع و غیره بهصورت فرسایش، در حقیقت زحمت چندین هزار ساله طبیعت برای بشر هدر می رود و تازههزاران سال دیگر هم وقت لازم است، تا شاید خاک از دست رفته، جبران گردد.  علت عمده اختلافاتی که از نظر فرسایش بین نقاط خشک و مرطوب وجود دارد، پوشش گیاهی زیاد در نقاط مرطوب است که نقش عمده ای در حفظ خاک ایفا می نماید.  

در مناطق جنگلی و نقاطی که نباتات مرتعی سطح خاک را پوشانیده اند عوامل فرسایش کمتر تأثیر می کند.  در این مناطق، آبهای باران و برف توسط گیاهان در زمین نگهداری می شود.  نباتات با حفظ آب و نفوذ دادن آن در خاک، مانع جاری شدن آب در سطح زمین، و در نتیجه مانع از فرسایش خاک می گردند.  پوشش گیاهی، خاک را در مقابل فرسایش بادی نیز حفظ می کند.  

تغییرات مکانی

مطالعاتی که در زمینه رابطه تلفات خاک و آب و هوا در مقیاس جهانی انجام شده است، نشان می دهد که فرسایش در جاهایی به حداکثر خود می رسد که میانگین بارندگی موثر سالانه آن 300 میلی متر باشد.  منظور از بارندگی موثر مقدار بارانی است که در شرایط مشخص درجه حرارت بتواند مقدار معینی رواناب ایجاد نماید.  در وضعیتی که مقدار بارندگی کمتر از 300 میلی متر باشد با افزوده شدن بارندگی، فرسایش نیز افزایش می یابد. البته افزایش بارندگی باعث بهتر شدن پوشش گیاهی نیز می شود و این خود سطح خاک را بهتر محافظت می کند.  اما در وضعیتی که مقدار بارندگی سالانه بیشتر از 300 میلی متر باشد، نقش حفاظتی پوشش گیاهی بر عوامل فرسایش فزونی گرفته، در نتیجه با افزوده شدن بارندگی میزان تلفات خاک کاهش پیدا می کند.  شاهد هایی نیز در دست است، که اگر نزولات جوی افزایش یابد، بارندگی و رواناب ناشی از آن ممکن است به حدی زیاد باشد که خود باعث افزایش تلفات خاک گردد.  در 20 ساله اخیر اطلاعات زیادی در زمینه بار رسوب در رودخانه ها جمع آوری شده است.  هر چند این داده ها به دلیل اشکالات فنی در اندازه گیری بار بستر و کمبود اندازه گیریهای املاح محلول آب بیشتر مربوط به مواد معلق می باشد ولی از نظر شناخت معقول الگوی فرسایش آبی در دنیا به خوبی می توان از آنها استفاده کرد.  عمده ترین نتیجه ای که از این شناخت حاصل شده، آن است که مناطق نیمه خشک و نیمه مرطوب دنیا بخصوص در چین، هندوستان، غرب آمریکا، روسیه مرکزی و نواحی مدیترانه ای ، سخت در معرض فرسایش قرار دارند.  مشکل فرسایش خاک در این مناطق همراه با نیاز شدید به حفاظت آب و موضوع حساس بودن شرایط اکولوژیکی محیط است.  به طوری که حذف پوشش گیاهی، چه به صورت چرای دام و چه به صورت برداشت محصول، باعث کاهش سریع مواد آلی شده که خراب شدن خاک و خطر کویری شدن را در پی خواهد داشت.  

از دیگر مناطقی که با فرسایش شدید روبرو می شوند نواحی کوهستانی مانند آند، هیمالایا قره قوم، بخشی از کوههای راکی، بریدگیهای دره ای آفریقا و مناطق پوشیده از خاکهایآتشفشانی، مانند جاوه، جزیره جنوبی نیوزلند، گینه جدید پایو و قسمتهایی از آمریکای مرکزی را می توان نام برد.  

سومین مناطق دنیا که با خطر فرسایش روبرو بوده، مناطقی هستند که در آنها شکل زمین و خاک نتیجه اقلیمهای گذشته است.  هر چند این زمینها در حال حاضر ظاهرا پایدار به نظر می رسند ولی کوچکترین کار تخریبی این پایداری را از بین می برد.  باتلر از روی اصول چینه شناسی و کاربرد آن در لایه میانی خاک در دشتها و تپه ماهورهای جنوب شرقی استرالیا شاهدهایی را پیدا کرد که دلالت بر وجود دوره های ثبات، که در آن خاک روی زمین تشکیل شده است، و دوره های عدم ثبات، که در آن خاک فرسایش یافته و یا در آن محل رسوب گذاری شده است، دارد.  از جایی که فرسایش با شدت زیاد صورت گرفته است و آثار آن امروزه به صورت خندقهایی در حوالی کانبرا یا فرسایش بادی در گندمزارهای سوان هیل در ویکتوریا مشاهده می شود ولی احتمالا این فرسایش، که نتیجه تغییر شدید در آب و هوا بوده است، قبل از اسکان گرفتن انسان در این نواحی به وقوع پیوسته است.  در تحلیل داده های فرسایش باید دقت کافی به عمل آید.  زیرا سرعت فرسایش بستگی به وسعت منطقه مورد مطالعه نیز دارد.  قسمتی از رسوبات جداشده از تپه ها، خاکریزها، و یا خاکبرداریها، همراه با آب، راهی رودخانه ها می شوند.  اما بخشی از آنها در طول مسیر در دامنه تپه ها و یا دشت ها بجا مانده و موقتا در آن جا ذخیره می شوند.  چون حوضه های بزرگ، نسبتا، زمینهای بیشتری را که مناسب رسوب گذاری است دارند، لذا میزان فرسایش در واحد سطح در حوضه های کوچک زیاد تر بوده و با افزایش وسعت حوضه از مقدار آن کاسته می شود.  نسبتی از مقدار خاک فرسایش شده که بصورت رسوب وارد رودخانهمی شود به نام نسبت انتقال رسوب نامیده میشود.  متاسفانه در این مورد مطالعات زیادی انجام نشده است، زیرا غالبا فقط مقدار تولید رسوب مورد نظر بوده است حال آنکه نسبتحمل رسوب بسته به وسعت حوضه بین 3 تا 90 درصد متغیر است.  

تغییرات زمانی

اکثر ژئومورفولیستها معتقدند که قسمت عمده فرسایش در اثر وقایعی صورت می گیرد کهشدت و فراوانی وقوع آنها متوسط است، زیرا وقایع بسیار شدید بقدری دیر اتفاق می افتند که نقش آنها در فرسایش خاک در یک دوره زمانی معین عملا ناچیز است.  مفهوم فراوانی " وقوع _ مقدار " توسط ولمن و میلر در مطالعات حمل رسوب رودخانه به کار برده شده است.  این پژوهشگران دریافتند که عامل اصلی رسوب، بارانهایی است که شدت آنها از شدت وقایعی که بالاترین فراوانی را دارند بیشتر است.  

علاوه بر تغییرات فرسایش به دلیل مقدار و فراوانی وقوع بارشها، شدت فرسایش دارای نوسانات فصلی می باشد.   این موضوع را از نحوه اثر رژیم  بارندگی در فصلهای خشک و مرطوب می توان بخوبی درک کرد.  پوشش گیاهی با کمی تاخیر چرخه ای مشابه بارندگی را دنبال می کند.  حساس ترین زمان از نظر فرسایش اوایل فصل مرطوب است.  که در آن بارندگی زیاد ولی پوشش گیاهی که بتواند خاک را محافظت کند فقیر است.  بنابراین نقطه اوج فرسایش نسبت به نقطه اوج بارندگیها زودتر اتفاق می افتد.  در مورد زمین های زراعتی و در شرایطی که رژیم بارندگی نامشخص باشد الگوی تغییرات فصلی فرسایش نیز کم و بیش پیچیده خواهد بود.  معمولاً اگر فاصله بین شخم تا سبز کردن گیاه مواجه با بارندگی ها یا باد شدید باشد، خطر فرسایش افزایش می یابد.  لذا در اروپا و از جمله انگلستان بهار را می توان فصل حداکثر فرسایش به شمار آورد.  نوع بهره وری زمین و فرسایش با یکدیگر رابطه نزدیک دارند.  در صورتی که از زمین استفاده نامعقول به عمل آید میزان فرسایش به شدت افزایش می یابد.  در چنین شرایطی اثرات وقایع ژیومورفولوژیکی متوسط و شدید بسیار خطرناک خواهد بود.  در هر حال از تحلیل های تاریخی و ژئومورفولوژیکی چنین نتیجه گیری می شود که فرسایش یک فرایند طبیعی است و اگر انسان از زمین استفاده نامعقول به عمل آورد میزان آن افزایش می یابد.  لذا در فرسایش خاک هم جنبه های محیطی طبیعی دخالت دارد و هم جنبه های فرهنگی.

انواع فرسایش

الف - تقسیم بندی انواع فرسایش بر اساس انواع عوامل فرسایشی در طبیعت دونیرو، یا دو عامل وجود دارد که باعث جابجایی خاک یا به عبارت دیگر فرسایش خاک می شود ؛ آب و باد.  بنابراین عامل فرسایش یا آب است یا باد.  ولی امکان دارد که به علل مختلف از جمله فقر یا عدم پوشش گیاهی، شیب تند، ریزدانه یا یکنواخت بودن خاک دانه ها و غیره، خاک به وسیله باد یا آب بشدت فرسایش یابد و اشکال مختلف فرسایش مانند سطحی، شیاری، خندقی و غیره را بوجود بیاورد.  

ب - تقسیم بندی انواع فرسایش بر اساس تأثیر طبیعت و دخالت انسان قبلا بطور اختصار توضیح دادیم که فرسایش از آغاز پیدایش کره زمین و قبل از پیدایش بشر اتفاق می افتاده است، ولی از وقتی که انسان زمینها را مورد کشت و زرع و بهره برداری قرار داده است، با اعمال بی رویه خود، موجب برهم زدن تعادل طبیعت ( از آن جمله، تشکیل خاک به مقدار کم ولی فرسایش خاک به مقدار زیاد ) و در نتیجه باعث فرسایش شدید خاک شده، به حدی که در بسیاری از نقاط، آن را به ویرانی کشانیده است.  

بنابراین فرسایش را از این نظر که به طور طبیعی صورت گرفته یا انسان در آن دخالتی داشته است نیز می توان بر دو نوع تقسیم کرد ؛ فرسایش طبیعی یا بطنی و فرسایش سریع یا مخربفرسایش طبیعی یا بطنی که فرسایش عادی هم نامیده می شود پیوسته در طبیعت بهوسیله آب و باد صورت گرفته و می گیرد و نتیجه تأثیر قوه ثقل، سرازیری دامنه ها، جریان آب سطحی در روی زمین، وجود نهرها و رودها و یخچالها و غیره است.  عمل این نوع فرسایش کند و هماهنگ با تولید خاک است.  

فرسایش سریع یا مخرب همانطور که ذکر شد نتیجه تأثیر اعمال بشر است.  فرسایش ناشی از اعمال انسان باعث کاهش حاصلخیزی خاک و حتی نابودی آن شده است.  انسان آنچنان باعث فرسایش سریع و شدید و در نتیجه کاهش حاصلخیزی و نابودی خاک شده است که امروزه وقتی صحبت از فرسایش و راههای مبارزه با آن می شود بیشتر منظور همین فرسایش سریع یا فرسایش ناشی از دخالت انسان است.  

مراحل مختلف فرسایش

فرسایش خاک چه توسط باد صورت بگیرد و چه توسط آب، خواه عادی باشد یا سریع، دارای سه مرحله است ؛

الف - مرحله کنده شدن خاک از جای خود : در این مرحله، ابتدا خاکدانه ها بر اثر از بین رفتن هوموس و کلوییدهای خاک چسبندگی خود را از دست می دهد و از هم می پاشد، در نتیجه خاک آماده فرسایش می گردد.  در چنین وضعی، خاک سطح الارض که حاصلخیزترین قسمت خاک است، به طور ناگهانی با تدریج به وسیله آب یا باد از جای خود کنده می شود.  پس از فرسایش خاک رویی، خاک غیر حاصلخیز زیری یا سنگ مادر آن ظاهر می گردد.  

ب - مرحله حمل یا انتقال خاک به وسیله آب یا باد : چون ذرات چسبندگی خود را از دست داده است نمی تواند در مقابله جریان های شدید آب ها یا بادهای تند مقاومت کند، درنتیجه از جای خود کنده می شود و به نقطه دیگری منتقل می شود. در مورد فرسایش آبی معمولاً مواد از منطقه مرتفع تر به محل پست تر منتقل می شود.  

ج - مرحله تجمع و انباشته شدن مواد : بادرفتها ( موادی که توسط باد حمل می شود ) هر جا به مانعی ( گیاه، دیوار، سنگ و غیره ) برخورد کند  فورا بر روی زمین می افتد.  و در همانجا بر روی هم انباشته می شود. این مواد در شرایط فوق العاده تشکیل تپه های بزرگ و حتی توده های عظیم شنی یا ماسه ای شبیه کوه را می دهد، مانند توده های عظیم ماسه ای جنوب شرقی  ایران که با ارتفاع حدود 200 متر سطحی به طور متوسط 162 کیلومتر در 52 کیلومتر را اشغال کرده است.  آبرفتها ( رسوباتی که توسط آب حمل می شود ) بتدریج که از شدت جریان آب و شیب زمین کاسته می شود از حرکت باز می ماند و در سطح زمین رسوب می کند.  ( ابتدا ذرات درشت تر و بعد ذرات ریزتر ) در بعضی موارد تجمع مواد آبرفتی بقدری زیاد است که یک طبقه رسوبی قابل توجهی  را تشکیل می دهد.  همان طور که قبلا هم ذکر شد فرسایش موجب تخریب و نابودی خاک می شود ولی نباید فراموش کرد که بسیاری از خاکهای خوب کشاورزی هم رسوبات حاصل از فرسایش است.  و بدیهی است که برای تشکیل یک چنین رسوبات حاصلخیز، باید خاک هکتارها  زمین که چندین برابر سطح تشکیل شده می باشد نابود شود.  

اشکال مختلف فرسایش

شکل ظاهری فرسایش آبی با شکل ظاهری فرسایش بادی فرق دارد.  بعلاوه فرسایش آبی یا بادی خود بر اثر شدت و ضعف عوامل فرسایشی و مساعد بودن یا نامساعد بودن شرایطمحیطی برای فرسایش به اشکال مختلف در می آید.  روی همین اصول است که در نقاط مختلفودر شرایط متفاوت، زمین به درجات مختلف و به اشکال مختلف فرسایش یافته است. الف - فرسایش سطحی یا سفره ای : عمل عامل فرسایشی در این فرسایش، در تمام سطح زمین است.  این شکل فرسایش بیشتر منشأ بادی دارد ولی طبیعی است که فرسایش آبی نیز ابتدا به طور سطحی اتفاق می افتد که به علت فرسایش یکنواخت در تمام سطح، کمترمحسوس می گردد.  این نوع تخریب با ظهور لکه های سفید و روشن در سطح نمودار می شودکه نشان دهنده تخریب و از بین رفتن سطحی ترین قسمت زمین آن هم به صورت لکه لکه است.  اختلاف رنگ بین قسمت های فرسایش یافته و فرسایش نیافته علامت این تخریب استزیرا قسمت رویی به علت دارا بودن مواد آلی، غالبا تیره رنگ می باشد.  البته ظهور این لکه های روشن اغلب در نقاطی که عاری از پوشش گیاهی است یا در نواحی که تازه شخم زده شده است بیشتر دیده می شود.  در کشور ما این شکل فرسایش بادی در کلیه نواحی بیابانی بویژه دشت لوت و حواشی دشت کویر جلگه سیستان و بلوچستان مشاهده می شود.  علامت دیگر این شکل فرسایش وجود ریگ و سنگریزه های آزاد در سطح زمین است مانند سطح دشتهای سنگی ریگی.  در این نقاط باد ذرات ریز را برده و ذرات درشت تر باقی مانده است.  جمع شدن خاک نرم در پای بعضی از بوته ها و تجمع آن در محل های گود، علامت دیگری از این نوع فرسایش است.  

ب - فرسایش شیاری یا آبراهه ای : منشأ این شکل از فرسایش اغلب باران است و در پیدایش آن عامل شیب بسیار موثر است.  و در دامنه کوهها و حتی در سطح زمینهای کم شیب نیز بسهولت دیده می شود.  این شکل فرسایش، پیشرفته تر از فرسایش سفره ای بوده و ممکن است به صورت خطوط موازی نیز ظاهر شود که ابتدا کم عمق است ولی به سرعت عمیق تر می شود. این شکل فرسایش تا زمانی که سنگ مادر ظاهر نشده است به نام فرسایش شیاری خوانده می شود، فرسایش شیاری زمین های لخت، مراتع کم گیاه، اراضی و زمینهای مزروعی بویژه دیمزارها را بیشتر مورد حمله قرار می دهد.  این شکل از فرسایش در اغلب نقاط ایران به عنوان مثال در کوههای هزاردره و در راه لشکرک و کوهپایه های بختیاری در راه بین شوشتر و اهواز زیاد دیده می شود.  در نقاطی از نواحی بیابانی که تحت تأثیر بادهای شدید قرار می گیرد فرسایش شیاری دیده می شود.  این شکل از فرسایش در اثر بهم پیوستن چاله های ریزی که خاک آنها را باد برده است، بوجود می آید که البته به وضوحی شیارهای آبی ، مشخص نیست.  

ج - فرسایش چاله ای : این شکل تخریب بیشتر منشا بادی دارد.  چاله ها در اثر توسعهفرسایش سطحی و بزرگتر شدن چاله های کوچک نخستین، بوجود می آید.  در بسیاری از نقاط دشت لوت و حواشی دشت کویر سطح های وسیعی از زمین دیده می شود که بر اثر باد به صورت چاله - چاله در آمده است.  این چاله ها نشان دهنده فرسایش بادی شدید در این نواحیاست. بادهای شدید، موادی را که از کندن این چاله ها بدست می آورد، کیلومتر ها با خود میبرد.  این شکل فرسایش و انتقال ماسه از نقطه ای به نقطه دیگر نه تنها در ایران بلکه در سایر نواحی خشک و بیابانی جهان نیز دیده می شود.، به عنوان مثال ماسه های سرخ رنگ بیابانلیبی که به سوی شمال تا سواحل ایتالیا حمل شده است.  

د - فرسایش خندقی یا نهری : منشأ این فرسایش، آب است.  در این فرسایش عمق و عرض زمینهای فرسایش یافته بیشتر از فرسایش شیاری است.  و بر اثر پیشرفت فرسایش شیاری بوجود می آید، به این نحو که شیارها به هم می پیوندد و در نتیجه زمین بیشتر شسته می شود و نهرها یا خندق هایی در سطح زمین تشکیل می گردد.  در این تخریب سنگ مادر ظاهر می شود و آنقدر عمیق و عریض است که گاو آهن قادر به عبور از آنها نیست.  عمق خندقها به یک متر یا بیشتر می رسد و بتدریج شکل آنها تغییر می کند.  این عمل در صخره های سست، خاکهای رسی، رسی آهکی  بیشتر دیده می شود.  و بیشتر در محدوده آب و هوای خشک و نواحی که تغییرات درجه حرارت در فصول مختلف در آنجا شدید است ظاهر می گردد.  این شکل از فرسایش در اکثر نواحی ایران به عنوان مثال در اصفهان، شیراز، کوهپایه های استان خراسان دیده می شود.  بهترین نمونه های آن نواحی کویری و بیابانی ایران بخصوص در سطح کوههای لخت و گنبدهای نمکی مشاهده می گردد.  

ه - فرسایش سیلابی : فرسایش سیلابی یک تخریب ساده نیست.  در مناطق کوهستانی وحتی در زمینهای سست جلگه ای فرسایش شیاری و خندقی ممکن است به فرسایش سیلابی تبدیل گردد.  در این فرسایش جریان آب بویژه آبهای گل آلود، حامل ریگ و شن و غیره،موجب شسته شدن اطراف آن و حمل مواد بیشتر با خود می گردد.  با این عمل، زمین هایدیواره بستر، استحکام و قدرت خود را از دست می دهد و بتدریج در مواقع جاری شدنسیلابهای شدید حتی به طور ناگهانی ریزش می کند.  و امکان دارد که موجب تخریب و ویرانیمزارع و دهاتی که در جوار این مسیل ها واقع شده اند بشود.  با افزایش مواد خاکی در آب، وزنمخصوص آن بیشتر و قدرت و نیروی درهم کوبنده آن زیادتر می گردد.  در ایران این شکلفرسایش یبشتر در مواقعی که آب بر اثر بارندگی ها افزایش می یابد، دیده می شود.  هر ساله به اکثر رودخانه های ایران، براثر سیلابهای شدید خسارات زیادی وارد می آید.  این شکلفرسایش نه تنها در مناطق کوهستانی و تپه ماهورها زیاد دیده می شود بلکه در جلگه ها ودشتها هم امکان بوجود آمدن آن هست.  از آن جمله لاتها و کوچه ها را می توان نام برد.  لاتها وکوچه ها بیشتر بر اثر جاری شدن سیلابهای شدید در سطح زمینهای رسی و یا آهکی به طورکلی زمینهای ریزدانه بوجود می آید.  فرسایش سیلابی به عنوان مثال در جلگه ها و دشتهایورامین و گرمسار دیده می شود.  مانند لات سوداغلان، لات کردوان، لات شاهبداغ و...  درگرمسار.  و - فرسایش توده ای : این نوع فرسایش در روی زمین اغلب به شکل عوارض زمین که معرف حرکات خاک در گذشته است ظاهر می گردد. این حرکات عبارتست از تورم و بالا آمدن خاک،سرخوردگی، خزیدن زمین و ریزش خاک.  در فرسایش توده ای قسمتی از خاک دامنه کوهها بهحرکت در می آید که یا ممکن است بر اثر اشباع شدن خاک طبقه رویی از آب و نفوذناپذیری خاکطبقه زیری، خاک رویی به حرکت در می آید یا ممکن است بر اثر لغزش این عمل اتفاق بیفتد. بهاین معنی که توده ای از کوه از محل اولیه خود جدا می شود و در محل دیگری قرار می گیرد یاممکن است در نتیجه ریزش باشد که در این حالت قسمتی از کوه ریزش می کند و در سطحهای پایین تر روی هم انباشته می شود.  فرسایش بهمن نیز از این شکل فرسایش محسوبمی شود که در مناطق کوهستانی بوقوع می پیوندد و علاوه بر این که خسارات جانی و مالیزیادی ممکن است ببار بیاورد، باعث از بین رفتن خاک هم می شود.

کلیات
 قبل از اقدام به پی سازی ساختمان باید اطمینان حاصل گردد که در طرح و محاسبات نکات زیر رعایت شده باشد :
 الف – نشست زمین بر اثر تغییر سطح ایستایی
 ب – نشست زمین ناشی از حرکت ولغزش کلی در زمینهای ناپایدار
 پ – نشست ناشی از ناپایداری زمین بر اثر گود برداری خاکهای مجاور و حفر چاه. 
 ت – نشست ناشی از ارتعاشات احتمالی که از تاسیسات خود ساختمان با ابنیه مجاور آن ممکن است ایجاد شود. تعیین تاب فشاری زمین :

 برای روشن کردن  وضع زمین در عمق، باید چاه های آزمایشی ایجاد گردد این چاهها باید به عمق لازم و به تعداد کافی احداث گردد و تغییرات نوع خاک طبقات مختلف زمین بلافاصله مورد مطالعه قرار گیرد و نمونه های کافی جهت بررسی دقیق به آزمایشگاه فرستاده شود.  برای بررسی و تعیین تاب فشاری زمین در مورد خاکهای چسبنده نمونه های دست نخورده جهت آزمایشگاه لازم تهیه می گردد و برای خاکهای غیر چسبنده آزمایشهای تعیین دانه بندی و تعیین وزن مخصوص خاک و آزمایش بوسیله دستگاه ضربه دار در مح لانجام می گیرد در حین گمانه زنی باید تعیین کرد که آیا زمین محل ساختمان خاک دستی است یا طبیعی و تشخیص این امر حین عملیات خاکبرداری با مشاهده مواد متشکله جدا محل خاکبرداری و وجود سوراخها ومواد خارجی ( نظیر آجر، چوب، زباله و غیره ) مشخص می شود.   به منظور تعیین تاب مجاز زمین می توان از تجربیات محلی مشروط بر آن که کافی بوده باشد استفاده کرد.  ابعاد پی ساختمانهای ساخته شده قرینه ای برای تعیین تاب مجاز زمین خواهد بود.   هنگامی که نتایج  تجربی در دسترس نباشد و از طرف تعیین تاب مجاز زمین با توجه به اهمیت ساختمان مورد نیاز نباشد، می توان تاب مجاز را با تعیین نوع خاک توسط متخصص با استفاده از جدول شماره 2-19 ایران تعیین نمود.   قراردادن پی ساختمان روی خاکریزهایی که دارای  مقدار قابل توجهی مواد رسی بوده ویا به خوبی متراکم نشده باشد صحیح نبوده و باید از آن خود داری کرد در صورتی که پی سازی در این نوع زمین به عللی اجباری باشد، باید نوع و جنس زمین مورد مطالعه و آزمایش قرار گرفته و سپس نسبت به پی سازی متناسب با این نوع زمین اقدام گردد.  

 لغزش زمین :

از  احداث ساختمان روی شیبهای ناپایدار و همچنین زمینهای که دارای لغزش کلی می باشند باید خود داری نمود، زیرا جلوگیری از لغزش این نوع زمینها تقریبا غیر ممکن است و این گونه زمینها غالبا با مطالعات زمین شناسی قابل تشخیص می باشند.  

 چنانچه احداث ساختمان در اینگونه زمینه ضرورت داشته باشد باید تدابیری لازم پیش بینی شود تا حرکات لفزشی زمین موجب بروز خرابی در ساختمان نگردد.  

بتن و بتن آرمه

مصالح

 سیمان

 سیمان پرتلند مورد مصرف در بتن باید مطابق ویژگیهای استانداردهای زیر باشد :

 الف – سیمان پرتلند، قسمت دوم تعیین و یژگیها، شماره 389 ایران.  

  ب – سیمان پرتلند، قسمت دوم تعیین نرمی، شماره 390 ایران.  

پ – سیمان پرتلند قسمت سوم تعیین انبساط، شماره 391 ایران.  

ت – سیمان پرتلند، قسمت چهارم تعیین زمان گیرش، شماره 392 ایران.  

 ث – سیمان پرتلند، قسمت پنجم تعیین تاب فشاری و تاب خمشی شماره 393 ایران.  

ج سیمان پرتلند،قسمت سوم تعیین ییدارتاسیون، شماره 394 ایران

سیمان مصرفی باید فاسد نبوده ودرکیسه های سالم  و یا  قمرنهای مخصوص سیمان تحویل و در سیلو  و یا محلی محفوظ از بارندگی و رطوبت نگهداری شود.  سیمانی که بواسطه عدم دقت در نگهداری و یا هر علت دیگر فاسد شده باشد باید فورا از محوطه کارگاه خارج شود.   مدت سفت شدن سیمان پرتلند خالص در شرایط متعارف جوی باید از 45 دقیقه زودتر و سفت شدن نهایی آن از 12 ساعت دیرتر نباشد  در انبار کردن کیسه های سیمان  باید مراقبت شود که کیسه های سیمان طبقات  تحتانی تحت فشار زیاد کیسه هایی که روی آن قرار گرفته است واقع نشود در نقاط خشک قرار دادن کیسه ها روی یک دیگر نباید از رده ردیف و در نقاط مرطوب حداکثر از 4 ردیف بیشتر باشد.  محل نگهداری سیمان باید کاملاً خشک باشد تا رطوبت به آن نفوذ ننماید.  

شن و ماسه

شن و ماسه  باید از سنگهای سخت مانند گرانیت، سیلیس و غیره، باشد.  بکار بردن ماسه های شیستی یا آهکی سست ممنوع است.  ویژگیهای شن و ماسه مصرفی باید مطابق با استاندارد های زیر باشد :

 الف – استاندارد شن برای بتن وبتن مسلح شماره 302 ایران.  

ب – استاندارد مصالح سنگی ریز دانه برای بتن و بتن مسلح شماره 300 ایران.  

 مصالح سنگی بتن را می توان از شن وماسه طبیعی و رود خانه ای تهیه نمود.  به جز موارد زیر که در آن صورت باید مصالح شکسته مصرف گردد :

در مواردی که بکار بردن مصالح شکسته طبق نقشه و مشخصات و یا دستور دستگاه نظارت خواسته شده باشد.  

 هر گاه مصالح طبیعی و یا رودخانه ای طبق مشخصات نبود ه و یا مقاومت مورد نیاز را دارد.  

 در صورتی که بتن از نوع مارک 350 و یا بالاتر باشد.  

چنانچه مخلوط دانه بندی شده با ویژگیهای استاندارد مطابقت نکند ولی بتن ساخته شده با آن دارای مشخصات مورد لزوم از قبیل تاب، وزن مخصوص و غیره باشد، دستگاه نظارت می تواند با مصرف بتن مزبور موافقت نماید.  

 شن و ماسه  باید تمیز بوده ودانه های آن پهن و نازک و یا دراز نباشد.  مقامت سنگهایی که باری تهیه شن وماسه شکسته  مورد استفاده قرار می گیرند نباید دارای مقاومت فشار کمتر از 300  کیلوگرم بر سانیتمتر مربع باشد.  

 دانه بندی ماسه باید طبق اصول فنی باشد. ماسه ای که برای کارهای بتن مسلح بکار می روند نود وپنج درصد آن باید از الک 76/4 میلیمتر عبور کند و تمام دانه های ماسه باید از سرندی که قطر سوراخهای آن 5/9 میلیمتر است عبور نماید.  دانه بندی ماسه برای بتن و بتن مسلح باید طبق جدول (4 -1-2  الف ) باشد.  

جدول شماره ( 4-1-2 – الف )

 باقیمانده مصالح بین هر دو الک متوالی  جدول فوق نباید بیش از 45 درصد وزن کل نمونه باشد.  

حداکثر لای و ذرات ریز در ماسه نباید از مقادیر زیر تجاوز نماید :

 الف – در ماسه طبیعی و یا ماسه بدست آمده از شن طبیعی                    3% حجم

ب – در ماسه تهیه شده از سنگ شکسته                                  10% حجم

برای کنترل ارقام فوق باید آزمایش زیر در محل انجام گیرد :

 در یک استوانه شیشه ای مدرج به گنجایش 200 سانتیمتر مکعب مقدار 100 سانتیمتر مکعب ماسه ریخته و سپس آب تمیز به آن اضافه کنید تا مجموع حجم 150 سانتیمتر مکعب برسد، بعد آنرا بشدت تکان داده و برای سه ساعت  به حال خود باقی گذارید.  پس از سه ساعت ارتفاع ذرات ریز که بر روی ماسه ته نشین شده و بخوبی از آن  متمایز است از روی درجات خوانده می شود و برحسب درصد ارتفاع ماسه در استوانه محاسبه می گردد درصد رس و لای ذرات ریز که بدین ترتیب بدست می آید نباید از مقادیر مشخص شده در بالا تجاوز نماید.  

 مصرف شن و ماسه ای که از خرد کردن سنگهای مرغوب و سخت در کارخانه بدست می آید  مشروط بر آنکه ابعاد دانه های  آنها در جدول دانه بندی فوق قرار گرفته باشند، نسبت به شن و ماسه طبیعی ارجحیت دارد.  

 شن وماسه بصورت حجمی و یا وزنی با پیمانه ها ویا ترازوهایی که بدین منظور تهیه شده اند اندازه گیری می شوند.  مقدار شن و ماسه مصرفی در بتن جدولی که بعدا خواهد آمد مشخص شده است.  

 ابعاد شن مصرفی برای بتن باید طوری باشد که 90 درصد دانه های آن بر روی الک 76/4 میلیمتری باقی بماند.  دانه بندی شن نباید از حدود مشخص شده در جدول شماره ( 4-1-2- ب ) تجاوز نماید.  اندازه الک طبق استاندارد شماره 295 ایران خواهد بود.   انبار کردن شن و ماسه باید به نحوی باشد که موارد خارجی  و زیان آور به آنها نفوذ نکنند.  مصالح سنگی باید بر حسب اندازه دانه ها تهیه و در محلهای مختلف انباشته شوند. مصالح درشت دانه ( شن ) باید حداقل در دو اندازه جداگانه تهیه و انباشته گردد.  مصالحی که دانه بندی آنها حدودا  بین 76-4 تا 1/38 میلی متر است باید از مرز دانه های 05/19 میلیمتری و مصالحی که دانه بندی آنها بین 76/4 تا 8/50 یا 5/64 میلیمتر است باید از مرز دانه های 4/25 میلیمتری به دو گروه تقسیم گردند.  

 آب

 آب مصرفی بتن باید تمیز و عاری از روغن و اسید و قلیایی ها واملاح و مواد قندی و آلی و یا مواد دیگر یکه برای بتن و فولاد زیانبخش است، باشد.  منبع تأمین آب باید به تایید دستگاه نظارت برسد.  آب مورد مصرف باید در مخازنی نگهداری شوند که از آلودگی با مواد مضر محافظت گردد :

 حداکثر مقدار مواد خارجی موجود در آب بشرح زیر است :

 الف – حداکثر مواد اسیدی موجود در آب باید به اندازه ای باشد که 10 میلیمتر مکعب سود سوز آور سی نرمال بتواند یک سانتیمتر مکعب آب را خنثی کند.  

 ب -   حداکثر مواد قلیایی موجود در آبباید به اندازه ای باشد که 50 میلیمتر مکعب اسدی کلریدریک دسی نرمال  بتواند یک سانتیمتر مکعب آب را خنثی کند.  

 پ – درصد مواد موجود در آب نباید از مقادیر زیر تجاوز کند :

 مواد آلی – دو دهم در هزار

 مواد معدنی – سه در هزار

 مواد قلیایی – یک درهزار

 سولفاتها – نیم در هزار

در حالتی که کیفیت آب مصرفی مورد تردید باشد در صورتی  می توان از آن استفاده نمود که تاب فشاری بتن نمونه ساخته شده با این آب حداقل 90 درصد تاب فشاری بتن نمونه ساخته شده با آب مقطر باشد.  بطور کلی مصرف آبهای آشامیدنی تصفیه شده برای ساختن بتن بلامانع است.

2-2-  راهکارهای عملی طراحی شمع ها

1-        اطلاعات لازم و مکفی از شرایط ژئوتکنیکی محل

2-        شناخت دقیق نیروها و لنگرهای وارده از روسازه از نظر نوع، مقدار و جهت و اولویت بندی آنها

3-        شناخت عوامل محیطی از نظر آثار کوتاه مدت و دراز مدت بر مصالح شمع

4-        شناخت وضعیت پیرامون پروژه برای تصمیم گیری در مورد شیوه اجرای شمع

5-        انتخاب نوع شمع

6-        بررسی امکان پذیری ساخت وتولید شمع برای پروژه و محدودیت های ابعادی

7-        برگزیدن روش نصب شامل کوبشی، چکش زدن، در جا ریختن و ...

8-        تعیین عمق مدفون شمع با توجه به شرایط خاک، بارهای موجود و امکانات اجرایی

9-        آرایش شمع های گروهی و تعیین نحوه عملکرد گروه و توجه به نکات مؤثر در طراحی از جمله  تداخل شمع، ضریب کارایی، ...

10-      تعیین توان کاربری شمع (تکی یا گروهی) با استفاده از تحلیل های معتبر استاتیکی

11-      تعیین توان باربری شمع با استفاده از آزمایشات درجا یا آزمایشات دینامیکی و تدقیق توان باربری

12-      دخالت دادن عوامل مؤثر پیرامونی برتوان باربری بدست آمده

13-      کنترل و ارزیابی نشست سیستم شالوده

14-      طراحی سازه ای شمع و کلاهک سه شمع

15-     انجام آزمایشات عملی بار گذاری استاتیکی یا دینامیکی(در صورت لزوم و صلاحدید) به منظور اطمینان از صحت اجرا و عدم آسیب دیدگی شمع ها در حین اجرا

16-     تعیین ضریب اطمینان

3-2-  انواع پی های عمیق از نظر اجرایی

چنانکه گفته شد بر اساس استاندارد  BS 8004  بریتانیا شمع ها به سه دسته طبقه می شوند:

الف- «شمع های با تغییر مکان بزرگ» که هنگام نصب و رانش درون زمین، تغییر مکان زیادی در خاک ایجاد می کنند. این شمع ها معمولاً دارای مقاطع توپر و یا تو خالی ته بسته می باشند که با شیوه کوبشی یا جک زدن به درون خاک رانده می شوند. شمع های کوبیدنی با تغییر مکان های بزرگ شامل موارد زیر هستند:

-           چوبی با مقاطع دایره ای یا مربعی، یکسره یا با اتصالات وصل شده

-           بتنی پیش ساخته شده با مقاطع تو پر یا توخالی

-           پیش تنیده با مقاطع تو پر یا توخالی

-           لوله فولادی ته بسته

-           جعبه ای فولادی ته بسته

-           لوله ای باریک شونده

-           لوله ای فولادی ته بسته و رانده شده با جک

-           استوانه ای بتنی توپر، پیش ساخته و قطور رانده شده با جک

ب- شمع های «کوبیدنی- ریختنی با تغییر مکان های بزرگ» نیز موارد زیر را شامل می شوند:

-          لوله های فولادی کوبیده شده و بعد از بتن ریزی یا بتدریج بیرون کشیده می شوند.

-          پوسته های بتنی پیش ساخته که با بتن پر می شوند.

-          پوسته های فولادی جدار نازک که داخل خاک کوبیده شده سپس با بتن پر می شوند.

پ- «شمع های با جابجایی کم»

اینگونه شمع ها نیز بصورت کوبشی یا با جک درون زمین نصب می شوند و لیکن دارای سطح مقطع نسبتاً کوچکی هستند. مثالهایی از این نوع عبارتند از مقاطع فولادی H  یا  I  شکل، لوله ها یا جعبه های فولادی ته باز که در حین نصب، خاک وارد قسمت های حفره ای مقطع می شود. اگر در حین کوبش این شمع ها درون زمین، توده خاک در حوالی نوک شمع تشکیل و قفل شود بطوریکه مانع نفوذ ستون خاک به درون حفرات مقطع شود شمع از نوع با جابجایی زیاد محسوب می شود.

«شمع های با جابجایی کم» شامل انواع زیر هستند:

-          بتنی پیش ساخته با مقاطع لوله ای ته باز کوبشی با ضربه
-          بتنی پیش تنیده با مقاطع لوله ای ته باز کوبشی با ضربه
-          مقاطع فولادی H  شکل
-          مقاطع فلزی لوله ای ته باز کوبشی که در صورت ضرورت خاک وارد شده درون لوله تخلیه می  شوند.

ت- «شمع های بدون جابجایی» یا «شمع های جایگزینی»

برای نصب این نوع شمع ها نخست حفره محل شمع با روش های حفاری مناسب حفاری شده و درون آن بتن ریزی می شود. بتن ممکن است درون غلاف ریخته شود و یا بدون غلاف بتن ریزی انجام شود. غلاف ممکن ست با پیشرفت بتن ریزی بیرون کشیده شود. در بعضی موارد ممکن است شمع های آماده چوبی، بتنی یا فولادی درون حفره قرار داده شود.

«شمع های بدون جابجایی» یا «شمع های جایگزینی» شامل انواع زیر می شوند:

-        حفر چاهک توسط روشهای متد دورانی، چنگک، بالابر هوایی و پر کردن آن بتن(در جاریز)

-        حفر چاهک با روشهای فوق و قرار دادن لوله و پر کردن آن با بتن در صورت لزوم

-        حفر چاهک و قرار دادن قطعات پیش ساخته بتنی درون آن

-        تزریق ملات سیمان یا بتن درون چاهک

-        مقاطع فولادی قرار داده شده درون چاهک

-        حفر چاهک و قرار دادن لوله فولادی بطور همزمان

2-3-  سیستم های مورد استفاده در نصب شمع

2-3-1-در شیوه استفاده از سقوط چکش برای نصب، شمع در حین فرو رفتن درون زمین در اثر ضربات چکش، به کمک دستگاه در حالت قائم نگه داشته می شود. اپراتور می تواند به کمک سیستم هیدرولیکی یا کابلی ابزار هدایت کننده را در راستای مورد نظر حرکت دهد. در این شیوه نصب، انتخاب مناسب چکش شمع کوب در عملیات نقش تعیین کننده ایدارد. تعداد ضربات چکش های معمولی که از ارتفاع رها شده و به سر شمع ضربه می زنند، تقریباً  3  تا  12  ضربه در دقیقه است. امروز غالباًاین چکش ها برای نصب سپرها و نیز برای نصب شمع در خاک های رسی خیلی نرم استفاده می شوند.

چکش های هیدرولیکی نوعی دیگر هستند که همراه سایر ملحقات کوبش بصورت گروهی عمل می کنند.

این چکش ها از چکش های پرتابی کمی سنگین ترند ولی ارتفاع پرتاب بسیار کمتری دارند و انرژی کمتری به سر شمع وارد می کنند. چکش های پنوماتیک بعداً استفاده شده و امروزه چکش های هیدرولیکی به وفور مورد استفاده قرار می گیرند. چکش های عمل کننده با سیستم بخار، فشار هوا(پنوماتیک) و یا چکش های هیدرولیکی بصورت یک طرفه عملکنند(single acting) یا دو طرفه عمل کننده(double acting) وجود دارند. چکش های عمل کننده با سیستم بخار و پنوماتیک در شرایط ساختگاهی نرم آهسته تر کار می کنند و با افزایش مقاومت زمین سرعتشان بیشتر می شود. چکش های هیدرولیکی بر عکس عمل می کنند. چکش های دیزلی بیشترین راندمان را در شرایط ساختگاهی سخت دارند و در خاک های نرم به سختی کار می کنند. معمولاًدر اوایل شمع کوبی این شرایط پیش می آید. اگر ساختگاه مناسب باشد ضربات این چکش ها زیاد است. این چکش ها باعث آلودگی هوا می شوند.

چکش های ارتعاشی به کمک جرم های دوار با خروج از مرکزیت کار می کنند و ضربات قائم بر سر شمع وارد می کنند. فرکانس این چکش ها تا  150  هرتز هم می رسد و می توان فرکانس کارکرد آن را با فرکانس طبیعی شمع ها همسان کرد. این چکش ها برای نصب شمع در خاک های ماسه ای بسیار مناسب بوده و ارتعاشات و سر و صدای کمتری نسبت به چکش های معمولی ایجاد می کنند. در خاک های رسی و یا محتوی قطعات سنگ مؤثر نیست.

2-3-2-شمع های نصب شونده درون حفره خود(Drilled shaft=DS)

تفاوت اساسی بین شمع ها و شافت های نصب شونده درون حفره ایجاد شده آنست که شمع ها عناصر پیش ساخته ای هستند که درون زمین کوبیده می شوند در حالیکه این شافت ها با شیوه نصب در محل اجرا می شوند مراحل اجرای این شافت ها عبارتند از:

-     حفاری محل نصب و ایجاد حفره درون زمین تا عمق مورد نظر برای قرار گیری شافت

-     پر کردن انتهای حفره با بتن

-     قرار دادن قفسه میلگرد درون حفره

-     بتن ریزی حفره

مهندسین و پیمانکاران ممکن است برای این نوع شالوده های عمیق اصطلاحات دیگری استفاده کنند از جمله:

-            پایه (Pier)

-            پایه با حفره از قبل ایجاد شده (Bored Pile)

-            شمع در جا ریخته شده (Cast-in-Place Pile)

-            صندوقه (Caisson)

-            صندوقه با حفره از قبل حفاری شده (Drilled Caisson)

-            شالوده در جاریز درون حفره از قبل حفاری شده (Cast-in-drilled-hole foundation)

سایر نکات لازم در خصوص شالوده های DS  عبارتند از:

-     استفاده از غلاف گذاری یا گل حفاری برای جلوگیری از ریزش ماسه های تمیز زیرتر از آب زیر زمینی که باعث گسترش حفرات در جهات جانبی می شود.

-     استفاده از غلاف گذاری یا گل حفاری برای رس های نرم، سیلت ها یا خاک های آلی به منظور جلوگیری از حرکت اینگونه خاکها به درون چاهک در هنگام حفاری

-     استفاده از کف پهن تر از تند شالوده برای افزایش باربری فشاری نوک به ویژه در خاک های مقاوم یا سنگ و همچنین افزایش توان باربری شالوده در کشش، لیکن باید به خطرات احتمالی برای عوامل اجرایی توجه داشت.

-         اسلامپ بتن برای جلوگیری مناسب درون حفره  100  تا  200  میلیمتر بسته به قطر شافت و استفاده از گل حفاری

-         امکان استفاده از سیمان متورم شونده به منظور افزایش اصطکاک جداری شالوده در تماس با خاک

3-3-2-کیسون ها (Caissons)

این شالوده ها از جعبه تو خالی تشکیل شده که به تراز دلخواه در عمق رسانده و با بتن پر می کنند. این نوع پی ها در پایه های پل زیر تر از آب رودخانه ها و دریاها قرار می گیرند. این شالوده ها می توانند با شناور شدن به محل نصب انتقال داده شده و نصب شوند. کیسون های درب باز از سمت فوقانی خود باز هستند و در انتها نوک تیز هستند تا به سهولت به درون خاک نفوذ پیدا کنند. گاهی اوقات قبل از ورود شالوده به محل لایروبی صورت می گیرد که این شیوه اقتصادی تر از حفاری از درون کیسون است. با اتکای شالوده بر روی بستر، خاک درون آن حفاری و آب نیز پمپ می شود. این عملیات تا نفوذ کیسون به عمق مطلوب ادامه می یابد.

4-3-2-شالوده های پوسته ای کوبشی و پر شده با بتن

با ترکیب خصوصیات و عملکرد شمع های کوبشی و شافت های حفاری شده(DS) می توان شالوده های پوسته را معرفی کرد که نخست پوسته با چکش به عمق مورد نظر رانده می شود و قفسه میلگرد درون آن گذاشته شده و متعاقباً با بتن پر می شود. مزایای این روش:

-       ایجاد سطح صاف برای بتن شالوده توسط لوله

-       جابجایی ایجاد شده توسط سطح کنگره ای پوسته باعث افزایش اصطکاک جداری شالوده می شود.

-       ابزار نصب به سهولت باز و بسته می شوند و دارای قابلیت نقل و انتقال خوبی است.

لیکن باید توجه داشت که:

-            هزینه ها مانند شمع کوبی زیاد است

-            قطعات شالوده قابل اتصال نیستند لذا محدودیت طول با ارتفاع شمع کوب متناسب است.

2-4-آسیب پذیری شمع ها در حین نصب

همه شمع ها هنگام نصب در معرض خطر هستند به ویژه در زمینهای خیلی سخت یا زمینهایی که سنگلاخی باشند. یک روش برای کاهش خطرات و افزایش بازده پی سازی، استفاده از پیش حفاری، استفاده از جت آب و سوراخکاری یا ابزار سخت است.

در روش پیش حفاری، حفره ای قائم با قطر کوچکتر از قطر شمع درون خاک ایجاد می گردد. با این شیوه اتصال شمع-خاک تأمین می شود و بالا زدگی خاک در سطح زمین و جابجایی خاک در جهات افقی کاهش می یابد. در روش جت آبی فشار آب از طریق روزنه انتهای لوله که در حوالی ته شمع قرار گرفته است باعث سست شدن خاک می گردد و باعث نفوذ بیشتر شمع می گردد. این شیوه در خاکهای ماسه ای و شنی مناسب و در خاکهای رسی غیر مؤثر است. غالباً از این شیوه برای رد کردن شمع از درون لایه ماسه ای و رساندن به لایه مقاوم و باربر زیرین استفاده می شود. در شیوه ای دیگر با رانش ابزارهای آهنی و حفاری خاک، شمع به درون حفره ایجاد شده رانده می شود. این شیوه زیاد معمول نیست و فقط در لایه های نازک سنگ های مستحکم استفاده می شود.

2-5-مطالعات موردی مشکلات ایجاد شده در بعضی ساختگاه های مسئله ساز در حین اجرا

در بعضی ساختگاه ها اجرای شمع با مشکلاتی مواجه بوده است. در اینگونه موارد ممکن است اخذ نمونه های خاک و داده های ژئوتکنیکی نیز دچار همان مشکلات می شود. لذا مهندس طراح و پیمانکار در این شرایط باید نهایت دقت را در برخورد صحیح با مسئله داشته باشد. تجارت موجود نشان می دهد در بعضی ساختگاه ها اجرای شمع با مشکلاتیمواجه شده است. بعضی از این ساختگاه ها عبارتند از: خاک های کربنی، ماسه های میکادار، سنگ های ضعیف، تخته سنگ های مجزا و منفرد، سنگ های ریخته شده در کف دریا، سنگ های درشت، حضور خاک های ضعیف در عمق.

به عنوان یک استراتژی و راهکار کلی می توان موارد زیر را مد نظر داشت:

-         وجود تجهیزات متنوع برای استفاده در موارد پیش بینی نشده

-         استفاده از چکش  یک سایز بزرگتر از آنچه در طراحی بدست آمده است.

-         وجود جت آب و پمپ قوی

-         توجه بیشتر به طراحی رأس و انتهای شمع برای کاهش صدمات احتمالی

-     استفاده از چوب نرم و ضخیم که برای جلوگیری از آسیب شمع های پیش تنیده بتنی در حین کوبش به کار می رود(حداقل یک قطعه جدید برای کوبش هر شمع)

و آخرین سخن اینکه:

-            کوبش شمع همچنان هم مهندسی است و هم هنر.

-            دانش امروزی توان ما را در نصب شمع های بسیار مقاوم تقریباً در هر ساختگاهی بارور ساخته است.

-            فقط باید بخوبی شرایط زمین شناسی و ژئوتکنیکی را درک کنیم.

-            از مطالعات موردی و تجربیات ارزنده دیگران استفاده کنیم تادر زمینه فنی و اقتصادی کسب توفیق نمائیم.

و در یک جمله «افزایش  راندمان و بهینه سازی اقتصادی وقتی میسر است که اطلاعات ژئوتکنیکی دقیق و کامل باشد، در اینصورت در انتخاب نوع شمع، تجهیزات نصب و روند اجرا تصمیمات دقیق تری اتخاذ خواهد شد»

1- گود برداری و سازه های نگهبان
در بسیاری از پروژه های ساختمانی لازم است که زمین به صورتی خاکبرداری شود که جداره های آن قائم یا نزدیک به قائم باشد. این کار ممکن است به منظور احداث زیر زمین ، کانال ، منبع آب و .. صورت گیرد. فشار جانبی وارد بر این جداره ها ناشی از رانش خاک بر اثر وزن خود آن ، و نیز سر بار های (surcharge) احتمالی روی خاک کنار گود می باشد. این سربارها می توانند شامل خاک بالاتر از تراز افقی لبه ی گود ، ساختمان مجاور ، بارهای ناشی از بهره برداری از معابر مجاور و ... باشند. به منظور جلوگیری از ریزش ترانشه و تبعات منفی احتمالی ناشی از این خاکبرداری ، سازه های موقتی را برای مهار ترانشه اجرا می کنند که به آن سازه های نگهبان (retaining structures;support systems) می گویند.

اهداف اصلی ایمن سازی جداره های گود با استفاده از سازه های نگهبان عبارتند از : حفظ جان انسانهای خارج و داخل گود ، حفظ اموال خارج و داخل گود و نیز فراهم آوردن شرایط امن و مطمئن برای اجرای کار.
موضوع گودبرداری و طراحی و اجرای سازه های نگهبان در مهندسی عمران دارای گستره وسیعی است و نیاز به بررسی ها و مطالعات و ملاحظات ژئوتکنیکی، سازه ای ، مواد و مصالح، تکنولوژیکی و اجرایی و اقتصادی و اجتماعی دارد. در نتیجه می توان گفت که انتخاب روش مناسب بستگی به جمیع شرایط تأثیرگذار دارد و می توان در شرایط مختلف، به صورت های گوناگونی باشد. از سوی دیگر، تئوری ها و روش های اجرایی گود برداری و سازه های نگهبان، هم مبتنی بر اصول تئوریک و هم متأثر از ملاحظات اجرایی و تجربی، توأماً است.
پایدارسازی جداره های گودبرداری به صورتها و روشهای مختلفی صورت می گیرد که از جمله آنها به روشهای : مهار سازی (anchorge) ، دوخت به پشت (tie back) ، دیواره دیافراگمی (diaphragm wall) ، مهار متقابل (reciprocal support) ، اجرای شمع

2- انواع روشهای پایدارسازی گود
2-1- روش مهار سازی
در این روش، برای مهار حرکت و رانش خاک، با استفاده از تمهیداتی خاص، از خود خاک های دیواره کمک گرفته می شود. ابتدا در حاشیه زمینی که قرار است گودبرداری شود، در فواصل معین چاههایی حفر می کنیم. عمق این چاهها برابر با عمق گود به اضافه ی مقداری اضافه برای شمع بتنی انتهای تحتانی این چاهها است.
پس از حفر چاهها، در درون آنها پروفیل های شکل یا شکل قرار می دهیم. به منظور تأمین گیرداری و مهاری کافی برای این پروفیل ها، انتهای پروفیل ها را به میزان 0.25 تا 0.35 عمق گود، پایین تر از رقوم کف گود در درون بخش شمع ادامه می دهیم و در انتهای پروفیل ها نیز شاخکهایی را در نظر می گیریم.
سپس، شمع انتهای تحتانی را ، که قبلاً آرماتوربندی آن را اجرا کرده و کار گذاشته ایم، بتن ریزی می کنیم. بدین ترتیب پروفیل های فولادی مزبور در شمع مهار می شوند و پروفیل های فولادی همراه با شمع نیز در خاک مهار می گردند. پس از اجرای مراحل فوق، عملیات گودبرداری را به صورت مرحله به مرحله اجرا می کنیم. در هر مرحله، پس از برداشتن خاک در عمق آن مرحله، برای جلوگیری از ریزش خاک، با استفاده از دستگاههای حفاری ویژه، در بدنه ی گود چاهکهایی افقی یا مایل، به قطر حدود 10 تا 15 سانتیمتر، دزر جداره ی گود حفر می کنیم. آنگاه درون این چاهکها میلگردهایی را کار گذاشته و سپس درون آنها بتن تزریق می کنیم. طول این چاهکها، به نوع خاک و پارامترهای فیزیکی و مکانیکی آن، و نیز به عمق گود بستگی دارد و مقدار آن در حدود 5 تا 10 متر است.
پس از انجام این مرحله، پانلهای بتنی پیش ساخته ای را در بین پروفیلهای قائم قرار داده و آنها را از سویی به میلگردهای بیرون آمده از چاهکها به نحو مناسبی متصل می کنیم و از سویی دیگر پانلها را به پروفیلهای قائم وصل می کنیم. به جای استفاده از این پانلهای پیش ساخته می توانیم آنها را به صورت درجا اجرا کنیم. همچنین می توانیم ابتدا بر روی دیواره آرماتور بندی کرده و سپس بر روی آن بتن پاشی (shotcrete) کنیم.
برای اتصال پانلها به میلگردهای بیرون آمده از چاهکها می توانیم سر میلگردهای مزبور را رزوه کرده با استفاده از صفحات سوراخ دار تکیه گاهی و مهره، آنها را با پانل درگیر کنیم.
کلیه عملیات فوق را به صورت مرحله به مرحله، از بالا به پایین اجرا می کنیم. ملات یا خمیری که برای تزریق استفاده می کنیم، مخلوطی است از سیمان و آب یا سیمان و آب و ماسه که ممکن است در آن از مواد


افزودنی نیز استفاده کنیم. همچنین می توانیم از مواد پلیمری و دوغاب های با پایه غیر از سیمان پرتلند و با ترکیبات خاص نیز برای تزریق استفاده کنیم. در تزریق با استفاده از سیمان پرتلند، نسبت آب به سیمان در ابتدا در حدود 1.5 است که به تدریج آن را کاهش داده و به حدود 0.5 می رسانیم. طراحی و برنامه ریزی و اجرای عملیات تزریق باید توسط متخصصان آشنا به موضوع و با استفاده از دستگاههای خاص و طبق استانداردها و ضوابط خاص صورت گیرد. همچنین باید توجه داشته باشیم که در صورتی که فشار به کار برده شده برای تزریق بیش از حد لزوم باشد، ممکن است ناپایداری ها و شکستهایی در خاک ایجاد شود.

2-1-1- مزایای روش مهار سازی
1. مشخصات مکانیکی خاک بر اثر تزریق بتن در درون چاهکها بهبود می یابد،لذا بر اثر این امر، علاوه بر کمک گرفتن از خاک اطراف جداره برای مهار رانش خاک، میزان رانش خاک نیز بر اثر بهبود مشخصات مکانیکی خاک کاهش می یابد.
2. سازه نگهبان در داخل گود جاگیر نیست.
3. از خاک موجود برای مهار دیواره گود استفاده می شود.

2-1-2- معایب روش مهار سازی
1. استفاده از بدنه ی خاک مجاور دیواره گود ضروری است. لذا در مواردی که خاک مجاور گود در زیر یک ساختمان یا در حریم همسایه یا در حریم تاسیسات و معابر شهری باشد، از این روش نمی توان استفاده کرد یا استفاده از آن با محدودیت همراه است.
2. به دلیل ضرورت اجرا عملیات به صورت مرحله به مرحله، به زمالن زیادی نیاز دارد. البته این امر ممکن است در پروژه های بزرگ مطرح نباشد بلکه برعکس ممکن است زمان کلی اجرا کار نیز، به ویژه با مدیریت صحیح، کاهش یابد.
3. هزینه اجرای عملیات، به دلیل تکنولوژی پیشرفته تر، در مقایسه با روشهای ساده تر بیشتر است. ولی در پروژه های بزرگ و در احجام زیاد ممکن است این امر مطرح نباشد و برعکس هزینه کلی کار کاهش یابد.
4. به دستگاه های خاص نظیر دستگاه های لازم برای حفر چاهکها، تزریق، حمل پانلها و ... نیاز دارد.
5. به افراد با تخصص های بالاتر در رده های مختلف فنی برای اجرای عملیات مربوطه، در مقایسه با روشهای ساده تر نیاز دارد.
 
2-2- روش دوخت به پشت
این روش، مشابهت زیادی به روش مهارسازی دارد. در این روش نیز حفاری را به صورت مرحله به مرحله و از بالا به پایین گود اجرا می کنیم.
در هر مرحله به کمک دستگاههای حفاری ویژه، چاهکهای افقی یا مایل در بدنه ی دیواره ی گود حفر می کنیم. سپس، درون این چاهکها کابلهای پیش تنیده قرار می دهیم و با تزریق بتن در انتهای چاهک، این کابلها را کاملاً در خاک مهار می کنیم. سپس کابلهای مزبور را به کمک جکهای ویژه ای می کشیم و انتهای بیرون آمده ی کابل را بر روی سطح جداره ی گودمهار می کنیم. آنگاه به درون چاهکهای مزبور بتن تزریق می کنیم. پس از سخت شدن بتن و کسب مقاومت کافی آن، کابلها را از جک آزاد می کنیم. این کار موجب آن می شود که نیروی پیش تنیدگی موجود در کابل خاک را فشرده سازد، و در نتیجه خاک فشرده تر و متراکم تر شده و رانش ناشی از آن کاهش یابد، و در عین حال که نیروی رانش خاک در جداره گود به خاکهای داخل بدنه ی دیواره منتقل شده و خاک بدنه ی انتهایی، به عنوان سازه ی نگهبان عمل کرده و رانش خاک بدنه ی مجاور جداره را تحمل می کند.
عمق گودبرداری در هر مرحله، بستگی به نوع خاک و فاصله ی بین چاهکها دارد و معمولاً در حدود 2 تا 3 متر است.

2-2-1- مزایای روش دوخت به پشت
1. مشخصات مکانیکی خاک بر اثر تزریق بتن به درون چاهکها و نیز پیش تنیده شدن خاک بهبود می یابد. در نتیجه هم از خاک اطراف جداره برای مهار رانش خاک استفاده می شود و هم میزان رانش خاک بر اثر بهبود مشخصات مکانیکی خاک کاسته می شود.
2. سازه نگهبان در داخل گود جاگیر نیست.
3. از خاک موجود برای مهار دیواره ی گود استفاده می شود.

2-2-2- معایب روش دوخت به پشت
1. استفاده از بدنه خاک مجاور دیواره ی گود ضروری است. لذا در مواردی که خاک مجاور گود در زیر یک ساختمان یا در حریم همسایه یا در حریم تاسیسات و معابر شهری باشد، از اینت روش نمی توان استفاده کرد یا استفاده از آن با محدودیت همراه است.
2.به دلیل ضرورت اجرای عملیات به صورت مرحله به مرحله، به زمان زیادی نیاز دارد. البته ممکن است در پروژه های بزرگ این امر مطرح نباشد بلکه برعکس ممکن است زمان کلی اجرای کار نیز، به ویژه با مدیریت صحیح، کاهش یابد.
3.هزینه ی اجرای عملیات،به دلیل تکنولوژی پیشرفته تر، در مقایسه با روش های ساده تر بیشتر است. ولی در پروژه های بزرگ و در احجام زیاد ممکن است این امر مطرح نباشدو برعکس هزینه ی کلی کار کاهش یابد.
4. به دستگاه های خاص نظیر دستگاه های لازم برای حفر چاهکها، تزریق، پیش تنیدگی کابلها و ... نیاز دارد.
5. به افراد با تخصص های بالاتر در رده های مختلف فنی برای اجرای عملیات مربوطه، در مقایسه با روشهای ساده تر نیاز دارد.
 
2-3- روش دیواره ی دیافراگمی (diaphragm wall)
در این روش ابتدا به کمک دستگاه های حفاری ویژه محل دیوار نگهبان را حفر می کنیم. سپس به طور همزمان محل حفر شده را با گل بنتونیت (bentonite slurry) و سیمان پر می کنیم تا از ریزش خاک دیواره محل حفر شده جلوگیری شود. سپس قفسه ی آرماتور های دیوار نگهبان را، که از قبل ساخته و آماده کرده ایم، در داخل محل حفر شده ی دیوار جا می دهیم. آنگاه بتن ریزی دیوار را انجام می دهیم. بتن مصرفی معمولاً از نوع بتن روان و با کارآیی زیاد است.
دیوارهای دیافراگمی به صورت پیش ساخته (precast diaphragm walls) و پس کشیده (post –tensioned diaphragm walls) نیز اجرا می شود.
2-3-1- مزایای روش دیواره ی دیافراگمی
1. سرعت اجرای کار بسیار زیاد است.
2. درجه ی ایمنی کار بسیار زیاد است.
3. دیوار دیافراگمی هم به عنوان سازه نگهبان گود رفتار می کند و هم در حین بهره برداری از آن به عنوان دیوار حایل استفاده می شود.
4.دیوار دیافراگمی به ویژه برای حفاری ها و گودهای با طول زیاد مناسب است.


2-3-2- معایب روش دیواره ی دیافراگمی
1. در احجام کم، هزینه ی اجرای کار بسیار زیاد است، ولی در احجام زیاد هزینه ی کلی کار می تواند از روشهای ساده تر کمتر تیز باشد.
2. در این روش، دستگاه های حفاری مربوطه نیاز به فضای کار زیادتری دارند و در صورتی که از نظر فضای دو طرف دیواره محدودیت داشته باشیم، اجرای کار ناممکن خواهد بودو یا اینکه به سختی صورت می گیرد.
3. در این روش به دستگاه های حفاری ویژه ای نیاز است.
4. در این روش به نیروهای با تخصص بالا برای کار با دستگاه های مورد نظر و سایر موارد نیاز است.


2-4- روش مهار متقابل
این روش برای گودهای به عرض کم مناسب است. در این روش ابتدا در دو طرف گود، در فواصای معین از یکدیگر چاهکهایی را حفر می کنیم. طول این چاهکها برابر با عمق گود به اضافه ی مقداری اضافه تر حدود 0.25 تا 0.35 برابر عمق گود است. این عمق اضافه به منظور تأمین گیرداری انتهای تحتانی پروفیلهایی است که در چاهک قرار داده می شوند.
سپس در درون این چاهکها پروفیلهای فولادی یا ، مطابق با محاسبات و نقشه های اجرایی، قرار می دهیم. طول این پروفیل ها را معمولاً به گونه ای در نظر می گیریم که انتهای فوقانی آنها تا حدی بالاتر ازتراز بالایی گود قرار گیرند.
آنگاه قسمت فوقانی هر دو پروفیل قائم متقابل مزبور را به کمک تیر ها یا خرپاهایی به یکدیگر متصل می کنیم. این کار موجب میشود که هر دو پروفیل قائم متقابل، به پایداری یکدیگر کمک کنند.
پس از آن، عملیات گودبرداری را به تدریج انجام می دهیم . در صورت لزوم، در نقاط دیگری از ارتفاع پروفیلهای قائم نیز سیستم مهار متقابل را اجرا می کنیم.
در صورتی که خاک خیلی ریزشی باشد باید در بین اعضای قائم از الوارهای چوبی یا اعضای مناسب دیگر استفاده کنیم.
سیستم مهار متقابل فوق الذکر باید در جهت عمود بر سیستم قابی آن، یعنی در جهت طول گود، نیز به صورت مناسب مهاربندی شود.

2-4-1- مزایای روش مهار متقابل
1. در گودبرداری های با عرض کم دارای مزایای بسیار زیادی است که از آن جمله سرعت زیادتر، هزینه ی
کمتر ، و جاگیری کمتر را می توان نام برد.
2. این روش، به ویژه در بسیاری از عملیات اجرای کانالها می تواند بسیار سودمند واقع شود.

2-4-2- معایب روش مهار متقابل
1. در صورتی که عرض گود زیاد، مثلاً بیش از حدود 10 متر، شود و نیز در صورتی که عمق گود زیاد باشد ممکن است مهاربندی های عرضی و یا مهار بندی های ترازهای مختلف دست و پاگیر شده و موجب بروز مشکل در اجرای کار بشود.


2-5- روش اجرای شمع
در این روش، در پیرامون زمینی که قرار است گودبرداری شود در فواصل معینی از هم، شمعهایی را اجرا می کنیم. این شمعها می توانند از انواع مختلف مصالح سازه ای نظیر فولاد، بتن و چوب باشند. همچنین شمعهای بتنی را می توان به صورت پیش ساخته یا درجا اجرا کرد.
در این روش، شمعها فشار جانبی خاک را به صورت تیرهای یک سر گیردار تحمل می کنند. طول گیرداری لازم در انتهای شمعها چیزی در حدود 0.3 است.
پس از اجرای شمعها، می توان عملیات گودبرداری را اجرا کرد. در صورت لزوم باید شمعها را در امتداد دیواره ی گود مهاربندی کرد.

2-5-1- مزایای روش اجرای شمع
1. سرعت عملیات اجرایی بسیار بالا است.
2. سیستم به هیچ وجه دست و پاگیر نیست.
3. در احجام زیاد، هزینه ی عملیات کاهش می یابد.
4.گاهی از اوقات می توان از شمع ها به عنوان سازه نگهبان دائم( نظیر دیوار حائل) یا بخشی از آن نیز استفاده کرد.
5. شمع های پیش ساخته را پس از جمع آوری می توان در پروژه های دیگر نیز استفاده کرد.
6. در گودهای با عمق تا حدود 5 متر، معمولاً اقتصادی اند.

2-5-2- معایب روش اجرای شمع
1. در صورتی که ارتفاع گودبرداری زیادباشد، هم باید فواصل شمعها از هم کم شود و هم باید از مقاطع سازه ای قویتری برای اجرای کار استفاده کرد.
2. در بسیاری از پروژه های شهری، به دلیل مشکلات شمع کوبی، نمی توان از شمعهای پیش ساخته استفاده کرد و فقط باید شمعها را به صورت درجا اجرا کرد.


2-6- روش سپرکوبی
در این روش، ابتدا در طرفین گود سپرهایی را می کوبیم و سپس خاکبرداری را شروع می کنیم. پس از آنکه خاکبرداری به حد کافی رسید در کمرکش سپرها و بر روی آنها، تیرهای پشت بند افقی (wales) را نصب می کنیم. سپس قیدهای فشاری قائم (struts) را در جهت عمود بر صفحه ی سپرها به این پشت بندهای افقی وصل می کنیم. سپرها و پشت بندها و قیدهای فشاری در عرضهای کم و خاکهای غیر سست، معمولاً از نوع چوبی است ولی در عرضهای بیشتر و خاکهای سست تر استفاده از سپرها و پشت بندها و قیدهای فشاری فلزی اجتناب ناپذیر است.

2-6-1- مزایای روش سپرکوبی
1. سرعت اجرای کار بسیار زیاد است.
2. درجه ی ایمنی کار بسیار زیاد است.
3. برای اجرای کانالها، به ویژه با طول های زیاد، بسیار مناسب است.

2-6-2- معایب روش سپرکوبی
1. در این روش به دستگاه های سپرکوبی، که به هر حال یک دستگاه ویژه است، نیاز است.
2. این روش به نیروهای با تخصص بالاتر، نسبت به روشهای ساده تر، نیا ز دارد.
3. دستگاه های سپرکوب به جای کافی برای اجرای کار نیاز دارند.
4. این روش برای عرض های کم مناسب تر است.


2-7- روش خرپایی
این روش، یکی از مناسب ترین و متداول ترین روش های اجرای سازه نگهبان در مناطق شهری است. اجرای آن ساده بوده و نیاز به تجهیزات و تخصص بالایی ندارد، و در عین حال قابلیت انعطاف زیادی از نظر اجرا در شرایط مختلف دارد.
برای اجرای این نوع سازه نگهبان، ابتدا در محل عضوهای قائم خرپا، که در مجاورت دیواره ی گود قرار دارند، چاههایی را حفر می کنیم.عمق این چاه ها برابر با عمق گود به اضافه مقداری اضافه برای اجرای شمع انتهای تحتانی عضو خرپا است.طول شمع (length of pile) را، که با نشان داده می شود از طریق محاسبه بدست می آوریم. آنگاه درون شمع را آرماتوربندی کرده و عضو قائم را در داخل شمع قرار می دهیم و سپس شمع را بتن ریزی می کنیم. پس از سخت شدن بتن، انتهای تحتانی عضو قائم به صورت گیردار در داخل شمع قرار خواهد داشت.
سپس خاک را در امتداد دیواره ی گود با یک شیب مطمئن بر می داریم. آنگاه فونداسیون پای عضو مایل را اجرا می کنیم. این فونداسیون در پلان به صورت مربعی است. بعد یا عرض فونداسیون (Breadth of foundation) را با و ضخامت یا ارتفاع آن را با نشان می دهیم. پس از آن، عضو مایل را از یک طرف به عضو قائم و از طرف دیگر به ورق کف ستون بالای فونداسیون متصل می کنیم.
عملیات فوق را برای کلیه ی خرپاهای سازه نگهبان در امتداد دیواره به صورت همزمان اجرا می کنیم.
حال خاک محصور بین اعضای قائم و افقی خرپاها را در سرتاسر امتداد دیواره، به صورت مرحله به مرحله برمی داریم و در هر مرحله اعضای افقی و قطری خرپا را بتریج نصب می کنیم تا آنکه خرپا تکمیل شود.

2-7-1- مزایای روش خرپایی
1. برای عموم گودهای واقع در مناطق شهری مناسب است.
2. از نظر اجرا در شرایط مختلف،قابلیت انعطاف زیادی دارد.
3. امکان استفاده مجدد از خرپا وجود دارد.
4. ساده است و به تخصص و دستگاه های خاص نیاز ندارد.


2-7-2- معایب روش خرپایی
1. سرعت اجرا، در مقایسه با روش های پیشرفته تر نسبتاً کمتر است.
2. خرپاها جاگیراند.
3. احتمال الزامی لودن برداشت بخشی از خاک با روشهای دستی وجود دارد.

منبع: کتاب اصول و مبانی گود برداری و سازه های نگهبان تألیف دکتر حمید رضا اشرفی
       به نقل از وب سایت مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن -