پی های عمیق به عنوان عناصر انتقال دهنده وزن حاصل از سازه ها به لایه های مقاوم زیر سطحی، قرنهاست که مورد استفاده قرار می گیرند. شواهدی در دست است که بابلی از اولین کسانی بودند که از شمع های چوبی برای ساخت عمارت های خود استفاده کرده اند. بعدها رومی ها از شمع های چوبی جهت ساخت پل ها استفاده نمودند. در قرون وسطی نیز شمع هایی به فراوانی در ونیز و هلند مورد استفاده قرار می گرفته اند. تا انقلاب صنعتی کلیه شمع هایی که در پروژه های عمرانی مورد استفاده قرار می گرفتند از چوب درختان ساخته
می شدند ولی بعد از انقلاب صنعتی در سال 1845 اولین دستگاه شمع کوب که با نیروی بخار کار می کرد، توسط ناسمیت اختراع شد. در واقع از این تاریخ به بعد به تدریج محدودیت های استفاده از پی های شمعی از بین رفته به طوریکه امروزه می توان از این نوع پی ها تقریباً در اکثر مناطق و تحت شرایط مختلف استفاده نمود.
به طور خیلی خلاصه می توان گفت شمع ها عناصر ستونی نسبتاً لاغری هستند که به صورت قائم و یا کمی شیب دار جهت انتقال بارهای فشاری، کششی یا جانبی از سطح زمین، به لایه های سخت تر زیرین به کار برده می شوند. هرچند این مورد یکی از مهم ترین دلایل استفاده از پی های شمعی می باشد ولی تنها دلیل آن نیست. در بسیاری موارد از نظر اقتصادی استفاده از شمع ها مقرون به صرفه تر از سایر انواع پی ها می باشد. اقتصادی بودن استفاده از پی های شمعی را می توان به دو دلیل توجیه نمود: اول اینکه با توسعه تکنولوژی، امروزه استفاده از پی ها شمعی نسبت به گذشته امکان پذیرتر و کم هزینه تر شده است و دلیل دوم اینکه زمان لازم برای ساخت و اجرای پی های شمعی معمولاً کوتاهتر از انواع دیگر پی ها می باشد لذا موجب تسریع در ساخت پروژه و در نتیجه منجر به اقتصادی تر شدن طرح و کاهش هزینه ها می گردد. علاوه بر این سازه های دریایی نظر سکوها یا اسکله ها معمولاً چاره ای جز استفاده از این نوع پی ها وجود ندارد.
طول یا عمق قرارگیری شمع در خاک، سطح مقطع، جنس، روش استقرا و چگونگی عملکرد شمع ها از متغیرهای اصلی بوده که با توجه به شرایط و نیازهای پروژه تعیین می گردند.سیستم پی عمیق (شمع) زمانی توصیه می شود که حداقل یکی از شرایط زیر برقرار باشد:
- لایه سطحی خاک فاقد مقاومت کافی بوده و لایه های مقاوم تر خاک در اعماق پایین تر یافت شوند. به عبارت دیگر حتی، اگر از پی های گسترده استفاده شود، ظرفیت باربری لازم توسط لایه های سطحی تامین نگردد.
- لایه یا لایه های سطحی نشست پذیر، تورم زا و فروریزشی باشند یا سازه به نشست غیر متقاون بسیار حساس باشد.
- علیرغم مقاوم بودن لایه های سطحی خاک، مشکل آب شکستگی وجود داشته باشد، مانند آب شکستگی کناره پایه های میانی و یا کوله پل ها و سازه های مجاور ساحل.
- بارهای متمرکز بزرگی باید از سازه به خاک منتقل شوند به طوری که تحمل این نیروها توسط پی های سطحی، حتی به صورت گسترده امکان پذیر نباشد.
- سطح آب زیر زمینی در منطقه بالا است و یا فشار آرتزین در لایه های خاک وجود داشته، به طوری که امکان احداث پی کم عمق وجود نداشته باشد.
- جلوگیری از روانگرایی خاک و حفاظت سازه در مقابل اثرات ناشی از آن.
- افزایش سختی خاک زیر پی ماشین آلات برای کنترل دامنه ارتعاشات پی و همچنین کنترل فرکانس طبیعی سیستم.
- مقاومت در برابر نیروهای کششی و یا واژگونی برای پی های زیر سطح آب و یا جلوگیری از واژگونی سازه های بلند.
- ایجاد مهار در برابر نیروهای افقی و زلزله یا ضربه گیری در اسکله ها.
- کنترل لغزش و رانش زمین و افزایش پایداری شیب ها.
- مقابله با عواقب آتی حاصل از ساخت و سازها در مجاورت پروژه یا بناهای موجود.
تعیین ظرفیت باربری دینامیکی شمع با استفاده از روش استاتیکی معادل
