انواع پی ساختمان و روش ساخت آن ها (Types of Foundation)

پی ساختمان یکی از مهم‌ترین بخش‌های هر سازه است که وظیفه انتقال بارهای ساختمان به زمین را بر عهده دارد. انتخاب نوع پی، بستگی به عواملی مانند نوع خاک، شرایط زمین، وزن سازه و میزان فشار وارد شده دارد. در واقع، پی به عنوان نقطه‌ای از سازه عمل می‌کند که نیروها و وزن ساختمان را به زمین منتقل می‌سازد و از نشست یا حرکت ناپایدار آن جلوگیری می‌کند. شناخت انواع پی ساختمان و روش‌های ساخت آن‌ها، به مهندسین و سازندگان کمک می‌کند تا با انتخاب مناسب‌ترین نوع پی، دوام و پایداری سازه را تضمین کنند.

در این مقاله، به بررسی انواع مختلف پی ساختمان پرداخته شده و روش‌های ساخت آن‌ها مورد بررسی قرار خواهد گرفت. هدف این است که با شناخت بهتر پی‌ها، تصمیم‌گیری‌های مهندسی در زمینه انتخاب نوع پی بهینه و مناسب‌تر انجام گیرد.

بیشتر بخوانید: تخریب ساختمان

پی ساختمان (شالوده) یا فونداسیون چیست ؟

پی‌ ساختمان یا فونداسیون (Building foundation) یکی از مهم‌ترین بخش‌های بسیاری از سازه‌ها به شمار‌ می‌روند. پی ساختمان یا شالوده عبارت است از سازه زیرین و بخشی از خاک مجاور آن که بار اعمال شده روی سازه و همچنین وزن خود سازه را به یک منطقه گسترده‌تر از خاک و زمین منتقل‌ می‌کند و بدین طریق از افزایش بیش از اندازه بار و گذر از ظرفیت تحمل نهایی سازه و خاک جلوگیری‌ می‌کند و بنابراین کل سازه در یک بازه قابل تحمل از بار قرار‌ می‌گیرد. كلیه سازه هایی كه بر روی زمین بنا می شوند از جمله ساختمان ها، پل‌ها، خاكریزها از دو بخش تشكیل می شوند. پی ساختمان (فونداسیون) یا شالوده، قسمت زیرین سازه می باشد که دارای انواع گوناکونی می باشند.

1- سازه فوقانی (superstructure): بخش نمایان سازه
2- سازه زیرین (substructure): بخش مدفون سازه

وظیفه پی (فونداسیون) در سازه

• توزیع بار سازه در یک منطقه وسیع از خاک
• جلوگیری از نشست نامتعادل و نامتقارن سازه
• جلوگیری از حرکات جانبی سازه
• افزایش ثبات و پایداری سازه

البته فونداسیون ساختمان وقتی می تواند وظایف خودش را درست انجام دهد که خاک زیرین آن مقاومت مورد نیاز را داشته باشد. بنابراین در صورت عدم مقاومت کافی خاک، می بایست خاک زیرین با روش های مختلف بهسازی بستر مانند اختلاط عمیق خاک (DSM)، تزریق پر فشار (جت گروتینگ)، شمع، ستون شنی ارتعاشی، تراکم دینامیکی، ریزشمع (میکروپایل)، خاک مسلح (ژئوسنتتیک)، بهبود یابد.

ضمناً گاهی اوقات جهت قرارگیری پی در ترازهای پایین، جهت عدم ریزش گود نیاز به پایدارسازی گود می باشد که با روش های مختلفی نظیر مهارگذاری (انکراژ)، سپر کوبی،  میخ کوبی (نیلینگ)، سازه نگهبان خرپایی، دیوار برلنی و دیوار دیافراگمی، مهار متقابل (استرات) انجام می گردد.

انواع مختلفی از خاک با ویژگی‌های فیزیکی و ساختاری متفاوت وجود دارد که هر یک از آن‌ها دارای ظرفیت تحمل منحصر به فرد هستند. از این رو بسته به نوع خاک، اندازه سازه و بار ناشی از سازه، از فونداسیون های مختلف متناسب با شرایط استفاده می شود.

عوامل موثر در انتخاب نوع پی

علاوه بر توجه به مسائل فنی مانند نوع خاک و مقاومت آن و میزان بار وارده از ساختمان به زمین‌ که همگی تعیین کننده نوع پی و اندازه آن است از جمله عوامل قابل توجه‌ آگاهی یافتن از شرایط اقلیمی و آب و هوایی‌، موقعیت جغرافیایی و اطلاع از وضعیت اقتصادی و فرهنگی مردم آن منطقه است که به کمک آن می‌توان دریافت که کدام مکان با چه نوع کاربری و با چه میزان سرمایه گذاری‌ دارای قابلیت ساخت و ساز است.

بر این اساس شرایط ساخت بنا برای هر مکان با توجه به قرار گیری آن در شهر یا روستا، کویر یا کوهستان، جلگه یا سواحل دریا‌ و مناطق زلزله خیز نیز متفاوت بوده و توجه به این نکات مهم می باشد.

تفاوت پی (فونداسیون) با شالوده چیست؟

یکی از اشتباهات رایج بین مهندسین یکی دانستن پی با شالوده است. اما پی (فونداسیون‌) خود از ۲ عنصر سازه‌ای (بتن و میلگردها) و غیر سازه‌ای (خاک زیر پی) تشکیل‌شده است که تنها به این المان‌های سازه‌ای شالوده گفته می شود.

درواقع فنداسیون به ترکیب قسمت سازه‌ای و غیر سازه‌ای می‌گویند اما شالوده فقط فقط به قسمت سازه‌ای گفته می‌شود.

انواع پی ساختمان و فونداسیون ها

انواع پی ها را نسبت به نوع مصالح و عمق قرارگیری آن می توان به 2 گروه تقسیم کرد:

گروه اول: انواع پی براساس نوع مصالح

پی سنگی:

این نوع از پی ها از سنگ های طبیعی و در مناطقی که سنگ، ارزان و در دسترس باشد ساخته می شود سنگی که برای این گونه پی ها انتخاب می گردد باید سالم بوده و از انواع سنگ های لاشه شکسته باشد.

پی آجری:

از پی‌های آجری در مواقعی استفاده می کنند که ساختمان کوچک و بار وارده نیز کم باشد این فونداسیون نیز مانند پی‌های سنگی بایستی دارای ریشه ای به اندازه ۱۵ تا ۲۰ سانتی متر از طرفین دیوار روی آن باشد.

پی شفته ای:

ساده ترین و در عین حال ابتدایی ترین پی سازی برای ساختمان کوچک ۲ یا ۳ طبقه آجری است. شفته، خمیری است از مخلوط خاک، آب، شن و گرد آهک که در هر متر مکعب خاک آن بین ۲۰۰ تا ۲۵۰ کیلو گرم آهک به کار می رود. گاهی نیز بسته به شرایط مقداری پاره سنگ به آن می افزایند .

پی بتنی:

بتن را می توان یکی از مقاومترین و مستحکم ترین سنگ های مصنوعی دانست. لذا پی هایی که با بتن ساخته می شود، بهترین فونداسیون در کارهای ساختمان به شمار می آیند. امروزه توصیه می شود که پی کلیه ساختمانها به خصوص در مناطق زلزله خیز را با بتن مسلح بسازند. حتی برای ساختمان های سبک و یک طبقه نیز پی های بتنی از نوع نواری آن بسیار مناسب است.

انواع پی ساختمان یا فونداسیون بر اساس مصالح ساخت.

گروه دوم: انواع پی براساس عمق قرارگیری

به طور کلی پی‌ها (شالوده) را از نظر عمق قرارگیری در سه دسته پی عمیق و پی سطحی یا کم عمق قرار‌ می‌دهند. اصطلاح پی سطحی و پی عمیق اشاره به مقدار عمق خاک دارد که پی در آن قرار گرفته است. به طور کلی اگر پهنای پی از عمق آن بیشتر باشد به آن پی سطحی یا کم عمق می گویند و اگر پهنای پی کوچک‌تر از عمق آن باشد، آن را به‌عنوان یک پی عمیق در نظر‌ می‌گیرند. با این وجود، پی‌های سطحی و عمیق هر یک به انواع مختلفی دسته بندی می شوند که در زیر ارائه می گردد:

به طور کلی پی ها را به چهار گروه عمده می توان تقسیم نمود:

1-پی های سطحی(shallow foundation) ( D/B < 3)

1-پی های نیمه عمیق(Pier foundations) (3 < D/B < 10)

3-پی های عمیق(deep foundation)  (D/B > 3)

4-پی های ویژه(special foundation)

تقسیم بندی فوق بر اساس عمق شالوده به عرض شالوده (D/B) صورت گرفته است.

1-پی های سطحی  (Shallow foundation)

پی سطحی بار سازه را به خاک نزدیک سطح زمین (و نه به لایه های عمیق خاک) منتقل می کند. پی های سطحی عموما برای سازه های سبک و سازه هایی ک از خاک با مقاومت مناسب برخوردارند به کار می روند. در این پی نسبت عمق به عرض بین 3 تا کمتر از 3 متر می باشد. (D/B < 3)
پی های سطحی به دسته های زیر تقسیم می‌شوند:

1) پی‌ منفرد یا پی تکی (Isolated footing)

2) پی مرکب (Combined footing)

3) پی کلاف دار یا باسکولی (Strap footing)

4) پی نواری (Strip footing)

5) پی شبکه ای (Grid footing)

6) پی گسترده (Mat footing)

1) پی‌ منفرد (Isolated Footing)

معمول ترین و ساده‌ترین انواع پی ها هستند و معمولا زمانی مورد استفاده قرار می گیرند که تعداد طبقات ساختمان کم (حدود 2 طبقه) باشد و ستون ها دارای بار قائم و واقع در مرکز پی (بدون خروج از مرکزیت) باشند. پی های منفرد به وسیله یک المان محوری به نام شناژ در 2 امتداد طولی و عرضی به یکدیگر متصل می گردند. شناژ عنصری است که هیچ نقشی در تحمل بارهای وارده و انتقال آنها به زمین نداشته و نمی تواند نشست نسبی را کنترل کند. تنها وظیفه شناژ، به هم کلاف کردن پی و جلوگیری از حرکت افقی آنها نسبت به یکدیگر می باشد.

انواع پی منفرد (فونداسیون منفرد)

پی ساده:

در این حالت ستون‌ها به ساده‌ترین شکل ممکن بر روی پی‌های منفرد قرار می‌گیرند و از هرگونه تغییر در مساحت با توجه به بالا رفتن ارتفاع فونداسیون‌ها جلوگیری می گردد. معمولاً ساده‌ترین نوع طراحی و اجرای پی‌های تکی همین مورد می‌باشد زیرا با توجه به روند طراحی هیچ‌گونه مشکل در انتقال نیروهای برشی و خمشی و سایر نیروهای تأثیرگذار در طراحی وجود ندارد.

پی پله‌ای:

در این پی با توجه به بالا رفتن ارتفاع شالوده مساحت قسمتی که ستون بر روی آن قرارگرفته است کمتر و کمتر می گردد.

در بسیاری از مواقع در هنگام طراحی احساس می گردد که ستون به ‌عنوان یک تکیه‌گاه دارای نیروی برشی بسیار زیاد می‌باشد و ستون و فونداسیون در انتقال برش با مشکل روبه‌رو می‌شوند. در این حالت می‌توان از پی‌های پله‌ای استفاده گردد.

پی‌های شیب‌دار:

دقیقاً همانند پی‌های پله‌ای زمانی که در انتقال نیروهای مورد نظر طراحی مخصوصاً نیروی برشی مشکل وجود داشته باشد، می‌توان از پی‌های شیب‌دار استفاده گردد. تفاوت پی‌های شیب‌دار و پی‌های پله‌ای به صورت عمده این است که پی‌های شیب‌دار به صورت غیرمتمرکز مساحت آنها افزایش می‌یابد اما در پی‌های پله‌ای با بالا رفتن و پایین آمدن ارتفاع یک مساحت جدید مشاهده می گردد و در واقع مساحت پی‌های شیب‌دار با ارتفاع رابطه خطی دارد. طبیعی است که اجرای پی‌های شیب‌دار مقداری دشوارتر از پی‌های پله‌ای می‌باشد.

پی‌های وزنی:

پی‌های وزنی دسته چهارم انواع پی‌های منفرد می‌باشند. پی‌های وزنی مانند وزنه‌ای عمل می کنند که به پای ستون‌ها بسته شده اند. این وزنه سنگین موجب می‌شود که نیروهای جانبی زیاد بر روی ستون عملاً کاری را از پیش نبرد. هنگامی که نیروهای جانبی بسیار خطرناک هستند از پی‌های وزنی بیشتر استفاده می شود.

کاربرد پی‌های منفرد

پی‌های منفرد با اینکه از ساده‌ترین و کم‌توان‌ترین نوع پی ها‌ هستند، به طور عمده در چند حالت خاص استفاده می گردند:

1- معمولاً در بسیاری از سازه‌های صنعتی استفاده از پی‌های منفرد بسیار رایج می‌باشد. به عنوان ‌مثال در سوله ها که می‌توانند مصارف صنعتی و یا انبار داشته باشند. در این ساختمان‌های صنعتی با توجه به فاصله زیاد بین ستون‌ها و همین‌طور وزن کم سازه سوله می‌توان از پی‌های منفرد یا پی‌های تکی استفاده کرد. توجه داشته باشید که امر طراحی انتخاب بین خوب و خوب‌تر می‌باشد. شاید با انتخاب پی‌های نواری و پی‌های باسکولی جواب مناسب از سازه گرفته شود. اما زمانی که بحث اقتصادی بودن پروژه مطرح می‌شود بهترین انتخاب پی‌ منفرد یا سطحی می‌باشد.

2- در ساختمان‌های کوتاه مرتبه به دلیل اینکه بارهای مرده ساختمان بسیار کمتر از سایر ساختمان‌ها می‌باشد و سازه طراحی شده وزن کمی دارد یا بار کمی به فونداسیون منتقل می‌شود می‌توان از پی‌های منفرد استفاده کرد.

3- در مواقعی که سازه بسیار سبک می‌باشد می‌توان از پی‌های منفرد استفاده کرد. به‌طورکلی هرجایی که حجم بار وارد بر شالوده در قیاس با مقاومت مجاز خاک آن قدر زیاد نباشد که منجر به ابعاد بزرگ و غیرمتعارف شالوده باشد می‌توان از پی‌های منفرد یا تکی استفاده کرد.

4- در مواقعی که ستون روی شالوده خروج از مرکزیت ایجاد نکرده باشد و به عبارتی ستون در مرکز شالوده یا حدوداً در مرکز پی منفرد قرار گرفته باشد می توان از پی منفرد استفاده کرد.

معایب پی‌های منفرد

1) نشست نامتقارن:

بسیاری از مواقع در طراحی پی‌های منفرد ممکن است که ستونی بیشتر از سایر ستون‌های موجود در قاب خمشی نیرو را منتقل کند و در نتیجه نشست نامتقارن در قاب به وجود بیاید. یکی از ضعف‌های بزرگ پی‌های منفرد، نشست‌های نامتقارن می‌باشد که معمولاً برای حل این مشکل، پی به گونه ای طراحی می شود که ستون‌های موجود در یک قاب به طور مساوی نیرو را منتقل بکنند و یا از کلاف‌ها یا شناژ هایی برای اتصال این پی‌های منفرد به یکدیگر استفاده می شود.

2) کج شدن فونداسیون:

در بسیاری از فونداسیون های منفرد، کج شدن پی (شالوده) مشاهده می شود. در پی‌های منفرد در صورت وجود برون محوریت، فشار در یک‌طرف فونداسیون بزرگ‌تر از طرف دیگر می‌شود که این اختلاف فشار باعث نشست نامساوی در ۲ طرف و در نتیجه کج شدن فونداسیون می‌شود.

2) پی مرکب  (Combined Footing)

در مواردی ممکن است فاصله بین دو ستون مجاور آن قدر به هم نزدیک باشد و یا بارهای وارد بر دو ستون مجاور آن قدر زیاد باشد که پی های منفرد طراحی شده برای هر یک از دو ستون در یکدیگر تداخل کنند. در این شرایط باید برای انتقال بار از یک فونداسیون واحد برای دو ستون استفاده کرد. این فونداسیون ها، پی مرکب یا دو ستونی نامیده می شوند.

پی مرکب بار بیش از یک ستون را تحمل می کند و با افزایش تعداد ستون های متکی بر پی، به پی های مرکب دو ستونی، سه ستونی و در نهایت به پی های نواری منجر می شود که طول آنها چندین برابر می باشد.

دلیل دیگر استفاده از فونداسیون مرکب این است که اگر ستون کناری یک ساختمان در کنار حریم زمین واقع شده باشد و امکان قرار دادن قسمتی از پی منفرد در زمین مجاور فراهم نباشد، استفاده از پی منفرد که ستون در لبه آن واقع شده باشد سبب ایجاد خروج از مرکزیت زیاد در بارها شده و توزیع تنش در زیر فونداسیون را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد.

در این موارد باید از یک فونداسیون مرکب برای انتقال بارهای ستون کناری و ستون میانی مجاور استفاده نمود تا توزیع تنش زیر فونداسیون فراهم شود. فونداسیون های مرکب معمولا به دو صورت مستطیلی و ذوزنقه ای یا در مواردی Tشکل اجرا می شوند.

3) پی کلاف دار یا باسکولی (Strap footing)

پی کلاف دار یا باسکولی که به نام تسمه ای نیز خوانده می شود، در حقیقت یک نوع فونداسیون مرکب است که بار دو ستون مجاور را به زمین منتقل می کند؛ با این تفاوت که زیر هر ستون، یک فونداسیون جداگانه قرار گرفته است و عملکرد این دو فونداسیون به وسیله یک تیر رابط قوی که هم چون یک تسمه مستحکم به آن دو متصل است همساز شده و باعث توزیع تنش یکنواخت در زیر آنها می شود.

دلیل اصلی استفاده از فونداسیون باسکولی به جای انواع متداول فونداسیون های مرکب با پلان مستطیلی، ذوزنقه ای و یا T شکل، معمولا فاصله زیاد دو ستون مجاور از هم و صرفه جویی در مصرف بتن و میلگرد می باشد. معمولا در اجرای فونداسیون باسکولی سعی می شود که تنش قابل ملاحظه ای در تیر رابط ایجاد نشود؛ این امر با بالاتر اجرا کردن تیر رابط نسبت به تراز کف فونداسیون و با قرار دادن مصالح نرم و انعطاف پذیر در زیر تیر رابط امکان پذیر است. در صورتی که تیر رابط با عرض متغیر اجرا شود می تواند چرخش ستونی که بار بیشتری را منتقل می کند بهتر کنترل نماید.

4) پی نواری (Strip Footing)

با اتصال پی‌های یک ردیف ستون و یا پی زیر یک دیوار باربر، پی نواری ایجاد می‌شود که نسبت طول به عرض آن بسیار زیاد است. معمولاً پی‌هایی که در آن‌ها نسبت طول به عرض آن بزرگتر از ۴ تا ۵ باشد به عنوان پی نواری در نظر گرفته می‌شوند. در زمین‌هایی که خطر رانش به وسیله خاک وجود داشته باشد از این گونه پی‌ها استفاده می‌شود. این نوع پی، بار وارده را در جهت طول پخش کرده و به خاک منتقل می‌کند و سازه را در مقابل لرزش‌ها و رانش‌های زمین مقاوم می‌نماید. معمولا در موارد زیر از پی نواری استفاده می شود.

• زیر یک ردیف ستون در ساختمان‌های اسکلت فلزی یا بتن مسلح
• زیر دیوار باربر در ساختمان‌های آجری
• زیر ستون و دیوار تواماً

5) پی شبکه ای (Grid footing)

اگر چند پی نواری در دو امتداد عمود بر هم قرار بگیرند، پی بدست آمده را پی شبکه ای می گویند. از نظر اقتصادی گاهی مقرون به صرفه است که شالوده های یک ردیف در هم ادغام و شالوده به صورت نواری اجرا گردد چنانچه این نوارها در هر دو امتداد عمود بر هم قرار گیرند شالوده شبکه ای به وجود می آید. عملکرد این شالوده ها مرکب بوده و متفاوت از عملکرد شالوده های منفرد که توسط کلاف به یکدیگر متصل می شوند، می باشد.

6) پی گسترده  (Mat or Raft Foundations)

پی گسترده دال بزرگی است که بار تعداد زیادی ستون یا یک دیوار را در زیر کل سازه یا بخش بزرگی از آن را انتقال می دهد. پی گسترده زمانی مورد نیاز است که بار وارده از طرف سازه زیاد است و شرایط خاک بستر ضعیف است به طوری که فشار مجاز خاک کم است و در صورت استفاده از پی تکی، پی ها بیش از حد  به هم نزدیک شوند و یا سطح پوشیده شده از طرف پی های منفرد بیش از نصف سطح زیر بنا گردد، در این صورت اقتصادی است که از پی گسترده استفاده شود.

پی های گسترده از یک لایه بتن مسلح در زیر تمام ساختمان تشکیل می شود که کلیه بار های سازه ناشی از ستون ها و دیوارها را حمل می کند. این فونداسیون باعث توزیع نسبتا یکنواخت تنش و جلوگیری از تمرکز آن در زیر بارهای سنگین و موضعی می گردد و در نتیجه در کاهش نشست نامساوی بسیار موثر است.

2-پی های نیمه عمیق یا چاهی (Pier foundations)

چنان چه خاک زیر بنا مناسب نباشد مخزن‌هایی به شکل چاه تا عمق 10 متری درون زمین حفر می کنند، سپس قسمتی از آن با مصالح مناسب پر می شود و پی مورد نظر بر روی آن قرار می گیرد. در این پی ها نسبت عمق به عرض بین 3 تا 10 متر می باشد. (10 > D/B > 3)

3-پی های عمیق یا شمعی (Deep foundations)

مطابق مبحث هفتم مقرارت ملی ساختمان، هرگاه نسبت عمق پی (D) به عرض/بعد پی (B) بزرگ‌تر از ۱۰ باشد، پی در رده پی عمیق طبقه‌بندی می‌شود؛ در غیر این صورت پی کم‌عمق محسوب می‌گردد. یکی از متداول ترین انواع پی های عمیق، شمع­ها هستند.

شمع ها اجزاء ستون مانندی هستند که عمدتاً از جنس بتن، فولاد و چوب هستند که برای انتقال بار به لایه هـــای عمیق زمین مورد اســتفاده قــرار می گیرند و چون چوب و فلز به کار رفته پس از گذشت زمان دچار پوسیدگی می شوند، الزامیست که از قطعات پیش ساخته بتنی و یا بتن درجا به صورت استوانه ای با قطر25 تا40 سانتی متر و ارتفاع 10 تا 30 متر استفاده گردد.

شمع ها معمولا به وسیله یک عنصر سازه ای واسط، موسوم به سر شمع یا کلاهک (Cap) بار سازه فوقانی را به زمین منتقل می نمایند. در مقررات ملی ساختمان سر شمع به عنوان پی سطحی نامگذاری شده است. در این پی ها نسبت عمق به عرض از 10 بیشتر می باشد. (10 < D/B)

پی های عمیق به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

۱ – فونداسیون با پایه های لاغر

۲ – فونداسیون با پایه های قطور

۳ – فونداسیون با المان ستونی

1-فونداسیون یا پی عمیق با پایه های لاغر (شمع):

شمع یا پایل عضوی لاغر و در واقع ستونی است که بارها را به لایه های زیرین عمیق و محکمتر زمین انتقال می دهد. شمع ها از نظر جنس و عملکرد و نحوه اجرا به سه دسته تقسیم بندی می شوند.

دسته بندی شمع ها از نظر جنس

شمع ها از نظر جنس به چهار دسته فولادی، بتنی، چوبی و ترکیبی تقسیم می شوند.

 شمع های فولادی:

 این شمع ها از جنس فولاد بوده و به دو شکل مقطع دایره سر باز یا سر بسته و مقطع H یا I هستند که در صورت نیاز به طول بیشتر از شاخه 12 متری امکان جوش یا پرچ قطعات میسر است. ضعف این نوع شمع خوردگی آن در خاک به خصوص در زمین های خورنده می باشد که با افزایش ضخامت اجزای شمع و استفاده از ضد زنگ ها می توان این نقطه ضعف را جبران کرد.

 شمع های بتنی:

 این شمع ها به صورت درجا یا پیش ساخته امکان اجرا دارند و در وضعیت درجا می توانند سطح مقطع دایره، مربع یا چند ضلعی داشته باشند.

 شمع های چوبی:

 این شمع ها با سطح مقطع دایره و مربع به صورت پیش ساخته در سایزهای مختلف می باشند که از چوب درخت کاج و بلوط فرآوری شده اند تا در برابر خوردگی خاک یا حشرات مقاوم گردند. این روش در کشورهای اروپایی بسیار مرسوم و پر طرفدار است ولی در ایران شناخته شده نمی باشد. 

شمع های ترکیبی:

این شمع ها کاربرد اندکی داشته و در زمانی که طول شمع مورد نیاز از طول شمع هر یک از موارد فوق بلندتر باشد، استفاده می شود. به طور مثال زمانی که سر شمع فلزی در بستر آب زیر زمینی مستقر شود از شمع ترکیبی چوبی و فلزی استفاده می شود.

دسته بندی شمع از نظر عملکرد

شمع ها از نظر عملکرد به 4 دسته نوک باربر، اصطکاکی، مایل، نوک و جداره باربر تقسیم می شوند.

 شمع نوک باربر:

این شمع ها در زمین هایی که مقاومت خاک زیرین فونداسیون مناسب بوده، جهت عبور از لایه خاکهای کم مقاومت بالایی از شمع مذکور استفاده می شود. این شمع با واکنش خاک به نوک شمع عمل می کند.

 شمع اصطکاکی:

در زمین هایی که مقاومت خاک کم بوده و لایه خاک مناسب نیز بسیار عمیق باشد از این شمع استفاده می شود که علاوه بر واکنش خاک ناشی از فشار نوک شمع، با اصطکاک جانبی دیواره شمع و خاک نیز انتقال نیرو و ایجاد مقاومت لازم انجام می گردد.

شمع مایل:

این شمع کوبشی بوده و به صورت مایل وارد خاک می شود تا مقاومت لازم در برابر بارهای جانبی را ایجاد کند.

شمع نوک و جداره باربر:

این شمع  بار را از طریق نوک و دیواره منتقل می کند.

دسته بندی شمع از نظر اجرا

شمع ها از نظر اجرا به دو دسته درجا و کوبشی تقسیم می شوند:

شمع درجا:

این شمع ها در محل مورد نظر پس از حفاری اجرا می شوند و بیشترین کاربرد این شمع ها در خشکی است.

 شمع کوبشی:

 این شمع ها عمدتا به صورت پیش ساخته و با طول ۱۸ متر بوده که توسط ضربه یا ویبره (لرزش) وارد زمین می شوند و بیشترین کاربرد را در دریا دارند.

 ۲- فونداسیون یا پی عمیق با پایه قطور:

 این پایه ها به شکل های استوانه یا مکعب یا مکعب مستطیل هستند و به گونه ای طراحی می شوند که مانند شمع درجا بتنی یا فولادی عمل کنند و همچنین امکان بازدید یا استقرار دستگاه یا ابزار در آن میسر باشد.

فونداسیون سکوهای نفتی بزرگ عمدتا از این نوع است. به پایه هایی که به شکل مکعب یا مکعب مستطیل هستند کیسون نیز می گویند.

3- فونداسیون یا پی عمیق با المان ستونی:

در این روش با حداقل تغییر در خاک نرم و استفاده از المان های عمودی کوتاه و شبکه بندی نسبت به افزایش مقاومت اقدام می گردد.

4- پی های ویژه (special foundation)  

شامل هرگونه فونداسیون ساختمان که جزء دسته بندی های بالا نباشد و شامل انواع فونداسیون مانند پی های صندوقچه ای، مهارها، ستون های شنی و سنگی و… می شود.

مراحل طراحی و اجرای پی ساختمان

طراحی و اجرای پی ساختمان یکی از مهم‌ترین مراحل در ساخت هر سازه است. پی به عنوان بخشی از ساختمان که وظیفه انتقال بارها به زمین را دارد، باید به دقت طراحی و اجرا شود تا پایداری و ایمنی سازه تضمین شود. مراحل طراحی و اجرای پی به طور کلی به صورت زیر است:

1. بررسی و آزمایش خاک

قبل از طراحی پی، آزمایش‌های ژئوتکنیکی برای بررسی ویژگی‌های خاک محل انجام می‌شود. این آزمایش‌ها شامل بررسی نوع خاک، ظرفیت باربری، سطح آب زیرزمینی، و مقاومت خاک است. اطلاعات به دست آمده از این آزمایش‌ها در تعیین نوع پی و عمق آن نقش اساسی دارد.

2. انتخاب نوع پی

با توجه به شرایط زمین و نوع سازه، مهندسین نوع پی مناسب را انتخاب می‌کنند. پی‌های مختلف شامل پی سطحی (مانند پی نواری، پی منفرد و پی گسترده) و پی عمیق (مانند پی شمعی) هستند. انتخاب نوع پی بستگی به وزن سازه، نوع خاک و هزینه‌های اجرای پروژه دارد.

3. طراحی پی

پس از انتخاب نوع پی، مهندس سازه اقدام به طراحی پی می‌کند. این طراحی شامل محاسبات دقیق برای تعیین ابعاد پی، میزان میلگردها، و نوع بتن مورد استفاده است. در این مرحله باید تمامی عوامل تأثیرگذار بر سازه مانند بارهای وارده، نوع خاک، و شرایط اقلیمی در نظر گرفته شود.

4. حفاری و آماده‌سازی محل

پس از طراحی، محل اجرای پی باید حفاری شود. عمق حفاری بستگی به نوع پی و نتایج آزمایش‌های ژئوتکنیکی دارد. در صورتی که پی سطحی انتخاب شده باشد، حفاری کم‌عمق انجام می‌شود؛ اما در صورت انتخاب پی عمیق، حفاری‌های بیشتری نیاز است.

5. قالب‌بندی و بتن‌ریزی

پس از حفاری، مرحله قالب‌بندی انجام می‌شود تا بتن به درستی در محل پی‌ریزی قرار گیرد. سپس آرماتوربندی یا قرار دادن میلگردها در پی انجام می‌شود. در این مرحله باید از تجهیزات مناسب برای پیمانه‌کردن بتن و کنترل کیفیت بتن استفاده کرد. پس از آرماتوربندی، بتن‌ریزی انجام می‌شود و بتن باید به درستی فشرده و همگن شود تا از ترک‌خوردگی جلوگیری گردد.

6. عمل‌آوری و مراقبت از بتن

پس از بتن‌ریزی، مرحله عمل‌آوری بتن آغاز می‌شود. این مرحله شامل مراقبت از بتن و تامین رطوبت مناسب برای جلوگیری از ترک‌خوردگی و افزایش مقاومت بتن است. این مراقبت‌ها بسته به نوع بتن و شرایط اقلیمی ممکن است چند روز تا چند هفته به طول بینجامد.

7. بررسی نهایی و بارگذاری

پس از پایان مراحل عمل‌آوری، باید بررسی نهایی برای اطمینان از کیفیت پی و تطابق آن با طراحی انجام شود. سپس سازه بر روی پی ساخته می‌شود و پی باید قادر به تحمل بارهای سازه‌ای باشد.

اهمیت پی مناسب در پایداری سازه‌ها

پی مناسب نقشی حیاتی در پایداری و ایمنی سازه‌ها دارد. اگر پی به درستی طراحی و اجرا نشود، مشکلات مختلفی از جمله نشست ساختمان، ترک‌خوردگی دیوارها و  اگر پی به درستی طراحی و اجرا نشود،امکان دارد سازه مورد نظر با مشکلاتی اعم از نشست، ترک خوردگی دیواره و یا ریزش موجه شود

1. انتقال یکنواخت بارها

یکی از مهم‌ترین وظایف پی، انتقال یکنواخت بارهای سازه‌ای به زمین است. اگر پی نتواند به درستی این بارها را توزیع کند، نشست‌های نامتقارن یا نوسانات سازه‌ای ممکن است رخ دهد که منجر به کاهش پایداری سازه می‌شود.

2. مقاومت در برابر شرایط زمین

پی مناسب باید بتواند در برابر تغییرات زمین مانند خاک‌های ضعیف، تغییرات رطوبتی و زلزله مقاومت کند. در شرایطی که خاک قابلیت باربری کمی دارد، استفاده از پی عمیق مانند شمع‌ها می‌تواند این مشکلات را برطرف کند و سازه را در برابر این شرایط پایدار نگه دارد.

3. جلوگیری از نشست

نشست بیش از حد سازه می‌تواند باعث ایجاد ترک و آسیب به ساختمان شود.قابل ذکر است اگر پی به طور دقیق طراحی شود از نشست های بیش از حد جلوگیری می‌کند و پایداری طولانی مدت سازه را به همراه دارد

4. افزایش عمر مفید ساختمان

طراحی درست پی طبق آیین‌نامه، موجب افزایش طول عمر سازه و به طبع کاهش نیاز پی به تعمیرات خواهد بود بنابراین، انتخاب و اجرای پی مناسب از اهمیت بالایی برخوردار است و باید با دقت و محاسبات مهندسی انجام شود تا ایمنی و پایداری سازه در طول عمر مفید آن تضمین گردد.

سخن پایانی

پی ساختمان یکی از اساسی‌ترین اجزای هر سازه است که وظیفه انتقال بارهای ساختمان به زمین و حفظ پایداری آن را بر عهده دارد. در این مقاله به بررسی انواع پی ساختمان شامل پی‌های سطحی و پی‌های عمیق پرداخته شد. هر نوع پی با توجه به شرایط زمین، وزن سازه و نیازهای پروژه انتخاب می‌شود. پی‌های سطحی مانند پی نواری و منفرد برای ساختمان‌های سبک‌تر و در زمین‌های با ظرفیت باربری مناسب استفاده می‌شوند، در حالی که پی‌های عمیق مانند شمع‌ها برای سازه‌های بزرگ‌تر و زمین‌های با خاک ضعیف مناسب‌تر هستند.

درک و انتخاب نوع مناسب پی، به مهندسان کمک می‌کند تا سازه‌ای پایدار و ایمن با عمر مفید بالا طراحی کنند. انتخاب صحیح و اجرای دقیق پی باعث می‌شود تا از مشکلاتی مانند نشست‌های ناخواسته، ترک‌های ساختمانی و کاهش پایداری سازه جلوگیری شود. به همین دلیل، در پروژه‌های ساختمانی، توجه به طراحی و اجرای صحیح پی اهمیت بسیار زیادی دارد و تضمین‌کننده ایمنی و دوام سازه در طول زمان است.