کاربری سازه، نوع و اندازه بارهای وارده به بستر و شرایط ژئوتکنیکی ساختگاه، عوامل تعیین کننده در احراز نیاز یک پروژه به شمع می باشند. پس از مشخص شدن این موضوع می بایست اطلاعات اولیه شامل گزارش ژئوتکنیک در اختیار متخصص طراحی شمع قرار داده شود. در اولین گام طراح شمع، گزارش ژئوتکنیک اولیه را مورد بررسی قرار داده و در خصوص کفایت تعداد، جانمائی و عمق گمانه ها و نوع آزمایش های آزمایشگاهی و برجا مطالعات لازم را انجام می دهد. متناسب با شرایط پروژه ممکن است طراح شمع به مطالعات ژئوتکنیک تکمیلی نیاز داشته باشد.

پس از مهیا شدن اطلاعات اولیه، طراحی شمع بر اساس روابطی که در منابع ژئوتکنیکی موجود است انجام می پذیرد. لازم به ذکر است روابط متعددی که برای طراحی شمع ها استفاده می شوند متکی بر پارامترهای تجربی بوده و بعضاً جوابهائی بسیار متفاوت از یکدیگر ارائه می دهند که انتخاب روش صحیح می بایست بر مبنای قضاوت مهندسی اصولی انجام گیرد. بنابراین لازم است که طراحی شمع ها توسط کارشناس ارشد یا دکترای ژئوتکنیک که سابقه طراحی و آزمایش شمع را دارد صورت پذیرد.

باربری فشاری: شمع ها از طریق اصطکاک- چسبندگی جداره و یا باربری نوک در برابر بار های فشاری مقاومت می کنند. برخی شمع ها فقط عملکرد اصطکاکی داشته و برخی دیگر تنها بر نوک متکی هستند اما در بیشتر موارد ظرفیت باربری شمع ها حاصل فعال شدن بخشی از مقاومت در جداره و بخشی دیگر در نوک شمع است. روابط متعددی برای محاسبه باربری جداری و نوک شمع بر مبنای پارامترهای مقاومتی، نتایج آزمایش SPT و نتایج آزمایش CPT در متون مرجع ژئوتکنیکی ارائه شده اند که انتخاب رابطه مناسب طراحی به تجربه و رویکرد طراح بستگی دارد.

باربری کششی: مقاومت شمع ها در برابر بار های کششی عمدتاً ناشی از باربری جداره شمع و اندکی نیز ناشی از وزن شمع می باشد. در محاسبه باربری کششی شمع ها از همان روابط باربری
جداری – اصطکاکی که در قسمت باربری فشاری بدان اشاره شد استفاده می شود با این تفاوت که بعضاً بدلیل تفاوت شرایط فعال شدن باربری در کشش و فشار، یک ضریب کاهشی (بعنوان مثال 0/5) بدان اعمال می گردد.

باربری جانبی: سختی جانبی خاک در لایه های سطحی تر تأثیر قابل ملاحظه ای بر باربری جانبی شمع دارد. مدل سازی رفتار شمع تحت بار جانبی و پیش بینی وقوع حالت چرخش یا خمش برای آن پیچیده تر از طراحی فشاری یا کششی شمع ها بوده و مستلزم امکان سنجی حالات مختلف در یک روند سعی و خطا می باشد.

همانطور که قبلاً اشاره شد، نمی توان در طراحی شمع ها تنها به فرمول های تئوریک اتکا نموده و
می بایست اعداد بار نهائی حاصل از طراحی با نتایج یک سری آزمایش های بارگذاری دینامیکی یا استاتیکی کنترل شود.

پس از طی روند طراحی و محاسبه بار نهائی در هر کدام از سه حالت بارگذاری فوق الذکر، می بایست بار مجاز تعیین گردد. بار مجاز حاصل تقسیم بار نهائی بر ضریب اطمینان بوده و باید از بارهای وارده به سازه کمتر باشد. در روش های طراحی حالات حدی، که اخیراً رواج بیشتری یافته، ضریب اطمینان برابر با نسبت ضریب افزایش بار به ضریب کاهش مقاومت می باشد. ضریب اطمینان طراحی شمع ها می تواند مابین 1/7 تا 5 تعیین گردد. لذا انتخاب ضریب اطمینان بسیار اهمیت داشته و می تواند هزینه های پروژه را به شدت دستخوش تغییر نماید. طراح شمع می تواند با توجه به عوامل زیر ضریب اطمینان را انتخاب نماید:

• گستردگی و دقت مطالعات ژئوتکنیک
• میزان سازگاری فرمول های تئوریک طراحی شمع با ساختگاه پروژه
• وجود یا عدم وجود سوابقی از پروژه های شمعکوبی یا شمع ریزی در مجاورت ساختگاه
• گستردگی و دقت آزمایش های بارگذاری دینامیکی یا استاتیکی شمع در مرحله طراحی
• توان اجرائی و ماشین آلاتی پیمانکاران احتمالی پروژه
• توان فنی و دقت عمل سیستم نظارت کارگاهی
• گستردگی و نوع آزمایش های بارگذاری دینامیکی و استاتیکی پیش بینی شده برای مرحله اجرای شمع ها

بدیهی است با پیش بینی کنترل و نظارت بیشتر در مراحل طراحی و اجرا و کاهش عوامل نگران کننده می توان اطمینان را افزایش و ضریب اطمینان را کاهش داد و در هزینه های پروژه به میزان قابل توجهی صرفه جوئی نمود. جالب اینجاست که هزینه انجام مطالعات دقیق و آزمایش های بارگذاری حین طراحی و اجرا عمدتاً کمتر از 1 درصد هزینه اجرای شمع ها می باشد در حالیکه همین هزینه ناچیز می تواند تا 50 درصد مبلغ کل پروژه صرفه جوئی مالی بهمراه داشته باشد.