تنش های ایجاد شده در شمع در حین کوبش یکی از عوامل تعیین کننده در انتخاب سیستم کوبش می باشند. بررسی تنش های کششی ناشی از کوبش در شمع های بتنی پیش ساخته اهمیت فوق العاده ای دارد. نقطه ضعف بتن در کشش است و در صورتیکه تنش های کششی از حد تحمل بتن مسلح فراتر روند، ترک های عرضی در یک سوم بالائی یا یک سوم پائینی شمع ایجاد می شوند که به معنای کاهش عمر مفید شمع خصوصاً در شرایط اقلیمی نواحی حاشیه خلیج فارس می باشد. از طرفی تنش های فشاری بیشینه عمدتاً در سر شمع ایجاد می شوند که در صورت تجاوز از حد تحمل مصالح، منجر به فروپاشی یا لهیدگی سر شمع می گردد. در صورت خرابی سر شمع ، انتقال انرژی چکش به شمع با مشکل مواجه شده و ممکن است عملیات کوبش قبل از دستیابی به عمق فرورفت یا باربری  نهائی متوقف شود. حدود مجاز تنش های کوبش برای انواع شمع های بتنی یا فولادی بر اساس استاندارد AS2159-2009 استرالیا در جدول زیر ارائه شده است.

 الزامات کنترل تنش‌های کوبش در شمع‌های فولادی و بتنی

در ادامه به توضیح موارد فوق پرداخته می‌شود:

تنش‌های ایجاد شده در شمع متناسب با سرعت برخورد چکش به سر شمع هستند و سرعت برخورد نیز با ارتفاع سقوط (Stroke) متناسب است. هرچه ارتفاع سقوط بیشتر باشد تنش‌های ایجاد شده در شمع نیز بیشتر خواهند بود. لذا چکشی که بتواند با ارتفاع سقوط کمتر، انرژی لازم برای کوبش را تأمین نماید الویت دارد. یکی از نقاط ضعف چکش‌های دیزل که در ایران رواج بسیاری دارند عدم امکان کنترل ارتفاع سقوط و انرژی ضربه است. چکش‌های دیزلی برای اینکه شروع بکار کنند نیاز به ارتفاع سقوط حداقل 1/5 متری دارند و در مواردی که عکس‌العمل بستر برای تأمین این ارتفاع سقوط کفایت نکند چکش خاموش می‌شود. لذا ارتفاع سقوط چکش‌های دیزلی عموماً حدود 2 تا 5/2 متر است که تنش‌های فشاری و کششی قابل توجهی در شمع ایجاد می‌کنند. این موضوع زمانی بیشتر اهمیت می‌یابد که بدانیم ارتفاع سقوط ایمن برای کوبش شمع‌های بتنی مابین 50 تا 70 سانتیمتر است. به همین دلیل است که در بیشتر نقاط دنیا از چکش دیزلی برای کوبش شمع بتنی استفاده نمی‌شود. در واقع چکش ایده‌آل برای کوبش کلیه شمع‌ها، خصوصاً شمع‌های بتنی، چکش هیدرولیک می‌باشد چرا که:

با وجود تمام این مزایا، متأسفانه در ایران چکش های دیزلی رواج بسیار زیادی دارند که دلیل عمده آن ارزانی این چکش ها و عدم تأکید کارفرمایان می باشد. معمولاً غیر از سایز چکش معیارهای دیگر مانند نوع چکش، سن چکش، ارتفاع سقوط یا میزان انتقال انرژی، از طرف مجموعه کارفرما و مشاور مورد توجه قرار نگرفته و همین عامل موجب شده که قدیمی ترین چکش های دیزلی موجود در دنیا به بازار ایران سرازیر شده و شمعکوبی یکی از غیر تخصصی ترین عرصه های پیمانکاری در ایران باشد.

معمولاً شمعکوب های دیزلی بسیار قدیمی (چکش های Kobe، Mitsubishi و IHI) که در کشورهای شرق آسیا یا کشورهای توسعه نیافته از رده خارج می شوند با قیمت های بسیار نازل وارد ایران شده و توسط اکیپ های غیر تخصصی بومی خریداری می شوند.

به دلیل عدم حساسیت نسبت به این موضوع کیفیت عملیات شمعکوبی در اکثر پروژه های بتنی پیش ساخته بسیار پائین بوده و بروز ترک های عرضی یا شکست سر شمع های بتنی بسیار متداول است. از طرفی همین موضوع باعث شده که شرکت های تخصصی شمعکوبی در ایران شکل نگیرند چرا که در صورت تهیه ماشین آلات استاندارد و اکیپ های اجرائی ماهر امکان رقابت با گروه های غیر تخصصی بومی که از ماشین آلات ارزان و بی کیفیت استفاده می کنند را نخواهند داشت.

به نظر می رسد همزمان با پیشرفت ماشین آلات عمرانی در بیشتر عرصه های اجرائی، زمان آن فرا رسیده که عرصه شمعکوبی نیز با پیشرفت های تکنولوژیک در دنیا همراه شده و ماشین آلات قدیمی مانند چکش های دیزل از پروژه های شمعکوبی حذف شوند. این موضوع زمانی تحقق می یابد که اهمیت ابزار شمعکوبی توسط کارفرمایان و مشاوران در مراحل مختلف مناقصه، طراحی و اجرا مورد توجه قرار گیرد.

یکی از روش‌های محدودکردن تنش‌های کوبش، استفاده از ضربه‌گیر‌های فلزی، چوبی یا کامپوزیت مابین چکش و کلاهک (Hammer Cushion) و نیز مابین کلاهک و شمع (Pile Cushion) است. استفاده از ضربه‌گیر با جنس و ضخامت مناسب می‌تواند تنش‌های کوبش را کنترل نماید. البته ضربه‌گیر‌ها می بایست متناسب با جنس و میزان استفاده در زمان‌های مشخص و قبل از آنکه خاصیت خود را از دست دهند تعویض شوند.

در برخی موارد تنش های میانگین در مقطع شمع در محدوده مجاز قرار دارند اما تنش های فشاری موضعی از حدود مجاز فراتر رفته و موجب لهیدگی یا شکست سر شمع می شوند. این موضوع روند کوبش را با اختلال مواجه نموده و ممکن است مانع از کوبش شمع تا فرورفت نهائی شود. تنش های موضعی بیش از حد عمدتاً ناشی از راستای نامناسب چکش و شمع نسبت به یکدیگر می باشند. کنترل راستای چکش با کمک لیدر و کلاهک صورت می پذیرد. برای کوبش شمع ها در پروژه های دریائی می بایست از لیدر آویز کشوئی استاندارد یا لیدرهای سه پایه مستقر بر روی بارج استفاده شود. همچنین در مواردی که شمعکوبی از خشکی مقدور نبوده یا امکان استقرار بارج وجود نداشته باشد باید از جک آپ بارج (Jack-up Barge) استفاده نمود. 

در پروژه های خشکی، ریگ های شمعکوبی هیدرولیک بهترین عملکرد را دارند. لیدر ریگ های شمعکوبی هیدرولیک معمولاً از یک قطعه یا نهایتاً دو قطعه تلسکوپی تشکیل شده و استحکام آنها در مقایسه با لیدرهای سنتی چند قطعه ای بسیار بیشتر است.

همچنین راستای لیدرهای پیشرفته ریگ های شمعکوبی با استفاده از نیروی هیدرولیک و تجهیزات الکترونیکی براحتی قابل کنترل بوده و امکان شمعکوبی در راستای قائم یا مایل را با دقت بسیار زیاد فراهم می نماید در حالیکه، شمعکوبی مایل با روش های سنتی رایج در ایران بسیار مشکل بوده و در برخی موارد منجر به آسیب سر شمع می گردد.

کلاهک، نقطه اتصال شمع و چکش است و می بایست متناسب با راستای شمع (قائم یا مایل)، شرایط شمعکوبی (خشکی یا دریا) و جنس شمع (بتن، فولاد و ...) طراحی شود. ایده ال ترین وضعیت برای شمعکوبی زمانی محقق می شود که راستای شمع در دو نقطه توسط اجزاء سیستم شمعکوبی مهار شود. به همین دلیل ریگ های شمعکوبی هیدرولیک به نحوی طراحی شده اند که یک قطعه مهاری متصل به لیدر، شمع را در نزدیک سطح زمین در بر گرفته و اجازه حرکت و فاصله گرفتن آن از لیدر را سلب می نماید. ضمن اینکه در چنین شرایطی کنترل و جابجائی شمع بدون نیاز به نیروی انسانی و به راحتی صورت می پذیرد. در پروژه های دریائی این امر از طریق بکارگیری لیدر های آویز کشوئی محقق می گردد.

متأسفانه استفاده از لیدر و کلاهک های غیر استاندارد در ایران، هم در پروژه های خشکی و هم در پروژه های دریائی، بسیار رایج می باشد. شکست نقاط جوش کلاهک و توقف عملیات شمعکوبی برای ترمیم آن  اتفاق ناخوشایندی است که در بیشتر پروژه های شمعکوبی به وفور مشاهده می شود. اتصالات نامناسب کلاهک علاوه بر اتلاف انرژی کوبش و کاهش بازدهی سیستم کوبش منجر به توقف های متعدد در عملیات شمعکوبی و از دست رفتن زمان می شود. همچنین در برخی پروژه ها از کلاهک های مخروطی برای کوبش شمع های لوله ای فولادی استفاده می شود که بدلیل حرکت زیاد چکش عملکرد بسیار نامطلوبی خصوصاً در کوبش شمع های مایل دارند.

در برخی موارد بدلیل شرایط ویژه بارگذاری و ژئوتکنیکی، ایجاد تنش های کوبش قابل توجه اجتناب ناپذیراست. لذا در مواردی که تغییر ابعاد شمع ممکن نباشد می بایست از مصالح مقاومتری برای طراحی و ساخت شمع استفاده نمود. بعنوان مثال برای کاهش خطرات ناشی از افزایش تنش های کوبش در شمع های بتنی پیش ساخته، خصوصاً در شرایط کوبش آسان، می توان گزینه پیش تنیدگی را مورد نظر قرار داد. همچنین در شمع های لوله ای فولادی با تنش های فشاری زیاد در سر شمع، می بایست از فولاد با درجه سختی بالاتر استفاده کرده و یا ضخامت را افزایش داد.

همچنین در مواردی که شمع های لوله ای فولادی از درون یک لایه سست داخل یک لایه سخت کوبیده می شوند، در صورتیکه ضخامت یا سختی کافی نداشته باشند، ممکن است نوک شمع دچار لهیدگی شده و بصورت آکاردئونی جمع شود. در این حالت گروه شمعکوبی تصور می کنند که شمع در حال فرورفتن در بستر است در حالیکه سازه شمع گسیخته شده و در حال جمع شدن روی خود است. تصویر شماره 12 یک شمع لوله ای فولادی را نشان می دهد که پس از آکاردئونی شدن نوک آن در یک سایت شمعکوبی دریائی در جزیره کیش بیرون کشیده شده است.