در حدود 20 سال گذشته، نویسنده شاهد مشکلات متعدد دانشجویان مقطع کارشناسی در درک دروس ژئوتکنیک بوده است. دروس ژئوتکنیک دارای بسیاری از مفاهیم جدید و عبارات غیرقابل هضم است که در ابتدا باید به خاطر سپرده شود. عباراتی که عموماً از الاستیسیته، پلاستیسیته و روش های عددی سرچشمه می گیرند، برخی از این مفاهیم به مقدار قابل توجهی فنی هستند و به راحتی برای دانش آموزان قابل دسترس نیستند. این دوره ها ممکن است دانش آموزان را تا حد زیادی با بخش هایی از این مشخصات مواجه کند. این امر به طور طبیعی باعث می شود که دانشجویان نسبت به توانایی خود در یادگیری مهندسی ژئوتکنیک اعتماد کمتری داشته باشند. برای حل این مشکل، راه حل تحقیق ما این بوده است که تعداد روش ها و پارامترهای ورودی برای هر روش را به حداقل برسانیم و تا حد امکان مشکلات را حل کنیم. نویسنده معتقد است که کتاب تئوری و اجرای شمع ها امکان دسترسی آسان تر به یادگیری، تمرین و ادغام در تحقیقات بیشتر را فراهم می کند.
شمع ها، به عنوان یک نوع پی رایج، اغلب برای انتقال بار روسازه به لایه های زیرین و سفت خاک و سنگ و برای انتقال ضربه اضافه بار ناشی از حرکت خاک و یا نیروی جانبی به لایه های زیرین استفاده می شوند. آنها برای تامین باربری عمودی، جانبی و یا پیچشی با ظرفیت مشخص و معیارهای تغییر شکل بدون به خطر انداختن یکپارچگی سازه نصب می شوند. آنها به طور معمول از فولاد، بتن، چوب و مواد مصنوعی ساخته شده اند و از عصر نوسنگی (6000 تا 7000 سال پیش) استفاده شده اند. کاربرد و موارد استفاده از آنها نسبتاً گسترده و متنوع است. به عنوان مثال، در سال 2006، حدود 50 میلیون شمع در چین نصب شد، از شمع های لوله ای شکل فولادی، شمع های درجا، شمع های کوبشی، شمع های بتن آرمه پیش ساخته، شمع های پیش ساخته از جمله انواع شمع های رایج در دنیای امروز هستند. این شمع ها اگرچه با درجات مختلفی از جابجایی خاک در حین نصب همراه هستند، اما عموماً با استفاده از روش های مشابه اما با متغیرهای متفاوت طراحی می شوند. توجه به این نکته بسیار حائز اهمیت است که هر روش طراحی باید اجازه دهد تا طرحی قابل اعتماد به شیوه ای مقرون به صرفه به دست آید.
نویسنده سعی می کند روش های به روز طراحی که به متغیرهای کمتری نیاز دارند به مخاطب منتقل کنند تا آنها مشکلات بیشتری را حل نمایند. کتاب تئوری و اجرای شمع ها یک رویکرد سیستماتیک برای مدل‌سازی پاسخ شمع در زمینه مدل های انتقال بار ایجاد کرده است. این مطالب در این کتاب 13 فصلی خلاصه شده است.
در طراحی پی شمع، دو متغیر حیاتی مدول برشی خاک و اصطکاک در طول فصل مشترک شمع و خاک به طور کلی مورد نیاز است. با توجه به اینکه مقادیر این متغیرها از محلی به محل دیگر متفاوت هستند، باید برای هر پروژه به صورت جداگانه تعیین شوند. این امر می تواند بسیار پر هزینه باشد اگر از طریق آزمایشات آزمایشگاهی و یا درجا انجام شود. در عمل، این متغیرها ممکن است از طریق برخی همبستگی ها با آزمون های درجا به دست آیند. همبستگی های رایج در مهندسی ژئوتکنیک در کتاب تئوری و اجرای شمع ها در مورد دو نوع رایج آزمون های نفوذ استاندارد (SPT) و نفوذ مخروط (CPT) بررسی می شوند. فصل 1 مروری بر برآورد مدول برشی و مقاومت خاک با استفاده از آزمون های نفوذ استاندارد معمولی و آزمایش های نفوذ مخروط ارائه می کند. شمع ها معمولاً برای انتقال بار روسازه به زیر خاک و یک لایه باربر سفت استفاده می شوند. شمع ها برای اطمینان از ایمنی سازه، تامین ظرفیت ژئوتکنیکی کافی و محدود کردن نشست طراحی می شوند. در عمل، ظرفیت شمع به طور معمول با فرض یک شمع صلب و تحرک کامل اصطکاک بدنه شمع و خاک به دست می آید. فصل 2 خلاصه ای مختصر از روش های معمولی برای تخمین ظرفیت باربری (از جمله پدیده اصطکاک منفی) تک شمع ها و گروه های شمع ارائه می دهد. رفتار شمع را می توان با استفاده از روش های عددی و تحلیلی مختلف پیش بینی کرد که یکی از محبوب ترین آنها مدل انتقال بار است. آنها در فصل 3 همراه با مفاهیم و ساز و کار‌های مرتبط مورد بحث قرار می گیرند. علاوه براین در فصل 3 مدل های برهم کنش شمع و خاک تحت بارگذاری عمودی، جانبی یا پیچشی بازیابی می شود.
“تحلیل ترکیبی” برای تجزیه و تحلیل گروه بزرگی از شمع ها توسعه یافته است. این روش راه حل های عددی و تحلیلی را برای انجام یک تحلیل کامل ترکیب می کند. این روش یکی از کارآمدترین روش ها تا به امروز است. برای تقویت این روش، تأثیر عدم همگنی خاک بر تعامل شمع و خاک و رفتار توده های گروهی باید به شیوه ای کارآمد در تجزیه و تحلیل گنجانده شود. این امر باعث ایجاد راه حل های بسته برای شمع ها در خاک غیر همگن شده است. راه حل های بسته موجود برای شمع های بارگذاری شده عمودی، به طور دقیق، تا حد زیادی به خاک همگن محدود می شود. گوو و راندولف (1997) راه حل های جدیدی برای خاک غیرهمگن ایجاد کردند که با مدول برشی به عنوان توان عمق مشخص می شود. (گوو 2000) راه حل ها را برای انطباق با تاثیر مدول غیر صفر در سطح زمین و بیشتر برای پاسخگویی به تاثیر نرم شدن کرنش گسترش داد (Guo 2001). همان طور که اشاره شد راه حل های بسته به طور کلی بر اساس رویکرد انتقال بار هستند (کویل و ریس 1966؛ کرافت و همکاران 1981؛ گوو و راندولف 1997a؛ گوو و راندولف 1998)، خاک را به عنوان چشمه های مستقل در نظر می گیرند. این رویکرد توسط عوامل انتقال بار که در فصل 3 کتاب تئوری و اجرای شمع ها مورد بررسی قرار گرفته است، پشتیبانی می شود و می تواند تاثیر ورودی غیر صفر مدول برشی را برآورده کند (گوو و راندولف 1998). راه حل ها به اندازه کافی در برابر راه حل های عددی مختلف، دقیق هستند. در فصل 4، راه حل ها و کاربرد آنها در پیش بینی پاسخ جابجایی بار، ظرفیت بارگذاری شمع در خاک نرم کننده کرنش و دامنه بار چرخه ای ایمن برای یک شمع عمودی ارائه می شود.
به طور کلی فصل 4 و 5 پاسخ شمع های بارگذاری شده عمودی را به ترتیب تحت بارگذاری استاتیکی و چرخه ای و رفتار وابسته به زمان مدل می کنند. این مدل برای تخمین نشست گروه های شمع های بزرگ در فصل 6 توسعه داده شده است. یک رویکرد متغیر برای استنباط یک مدل الاستیک از شمع های جانبی در فصل 7، شامل محدودیت های پی استفاده می شود. عملکرد پلاستیک بین شمع و خاک متعاقباً به مدل الاستیک معرفی می شود تا پاسخ غیرخطی شمع های صلب (فصل 8) و انعطاف‌پذیر (فصل 9) تحت بارگذاری استاتیکی یا چرخه ای را به تصویر بکشد. عملکرد پلاستیک خود شمع بیشتر در مدل در فصل 10 کتاب تئوری و اجرای شمع ها مورد بررسی قرار گرفته است. مدل مبتنی بر ظرفیت نهایی بیشتر برای تقلید از پاسخ غیرخطی گروه های شمع بارگذاری شده جانبی و برای طراحی شمع های مقاوم در فصل 12 توسعه داده شده است. ساز و کار مربوط به شمع های مقاوم در فصل 13 با استفاده از آزمون های مدل 1-g نشان داده شده است. به طور کلی، فصل 3 یک مدل انتقال بار وابسته به زمان ارائه می کند که بر هم کنش شمع و خاک را تحت بارگذاری عمودی در فصل‌های 4 تا 6 نشان می دهد. مدل سازی برای شمع های جانبی که زیربنای شبیه سازی غیرخطی در فصل های 8 تا 12 و راه حل های ساده در فصل 13 مربوط به بارگذاری جانبی است. مدل مبتنی بر ظرفیت نهایی اساساً از مشخصات نیروی محدود کننده و عمق لغزش برای ثبت تکامل پاسخ غیر خطی استفاده می کند. مدلی برای بارگذاری پیچشی در فصل 3 ارائه شده است، اما پیش بینی شمع ها در کتاب، مورد بحث قرار نگرفته است. مطالب فصل 3 تا 9 به مدت پنج سال با موفقیت به فارغ التحصیلان آموزش داده شده و در این کتاب به روز شده است. در مجموع هدف کتاب تئوری و اجرای شمع ها تسهیل پیش بینی پاسخ غیرخطی شمع ها به شیوه ای مؤثر است، حوزه ای از مطالعه که تا حد زیادی نادیده گرفته شده است.
