Analysis of building foundations on weak soils using FEM

• Autorzy: Gąska Bartłomiej , Nepelski Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.35784/bud-arch.5661

Warianty tytułu

PL

Analiza posadowienia budynku na gruntach słabonośnych z wykorzystaniem MES

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The reinforcement of soil with concrete columns, as well as pile foundations, is commonly used in building construction, particularly in cases where weak soils are present. This paper presents a comparative analysis of the foundation of an engineering structure using two methods: pile foundations and soil reinforcement with concrete columns. While both methods are similar in terms of execution, they differ in their working characteristics and calculation approaches. The structure analysed was a multi-family building consisting of two residential sections connected by an underground garage.Numerical analyses were conducted using the Finite Element Method (FEM). The load-bearing capacity of a single pile was calculated directly from the results of CPTU soundings using the LCPC method.The analysis led to the design of 1,096 concrete columns with a diameter of 300 mm and a total length of 7,485.5 metres, as well as 334 foundation piles with a diameter of 500 mm and a total length of 3,305.5 metres. The difference in concrete volume is approximately 120 m³ in favour of the columns, which constitutes nearly 20% of the total concrete volume. The columns were primarily designed in concrete, which results in additional steel savings, as all foundation pileswould require reinforcement.

PL

W pracy przedstawiono sposób posadowienia konstrukcji zaliczonej do II kategorii geotechnicznej w złożonych warunkach gruntowych. Rozważano dwa rodzaje posadowienia – wzmocnienie podłoża kolumnami betonowymi i fundament palowy, wykonane w technologii FDP. Obliczenia wykonano przy pomocy MES. Wzmacnianie gruntów za pomocą kolumn betonowych oraz fundamenty palowe są powszechnie stosowane w budownictwie, szczególnie w przypadkach, gdy występują słabe grunty. Niniejszy artykuł przedstawia analizę porównawczą fundamentu konstrukcji inżynierskiej przy użyciu dwóch metod: fundamentów palowych i wzmocnienia gruntu kolumnami betonowymi. Chociaż obie metody są podobne pod względem wykonania, różnią się charakterystyką pracy oraz podejściem do obliczeń. Analizowana konstrukcja to budynek wielorodzinny składający się z dwóch sekcji mieszkalnych połączonych podziemnym garażem. Analizy numeryczne przeprowadzono z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES). Nośność pojedynczego pala obliczono bezpośrednio na podstawie wyników sondowań CPTU przy użyciu metody LCPC. Analiza doprowadziła do zaprojektowania 1 096 kolumn betonowych o średnicy 300 mm i łącznej długości 7 485,5 metra oraz 334 pali fundamentowych o średnicy 500 mm i łącznej długości 3 305,5 metra. Różnica w objętości betonu wynosi około 120 m³ na korzyść kolumn, co stanowi prawie 20% całkowitej objętości betonu. Kolumny zaprojektowano głównie z betonu, co prowadzi do dodatkowych oszczędności stali, ponieważ wszystkie fundamenty palowe wymagałyby zbrojenia.

Słowa kluczowe

EN

foundation piles; concrete columns; Finite Element Method; flat deformation state; axisymmetric; LCPC

PL

pale fundamentowe; kolumny betonowe; Metoda Elementów Skończonych; płaski stan odkształcenia; symetria osiowa; LCPC

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Budownictwo i Architektura
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 23, no. 3
• Strony: 87--97
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Gąska Bartłomiej

• Wydział Budownictwa i Architektury; Politechnika Lubelska

• https://orcid.org/0009-0009-3672-2068

autor

Nepelski Krzysztof

• Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych i Geoinżynierii; Wydział Budownictwa i Architekrury; Politechnika Lubelska

• https://orcid.org/0000-0001-9495-6457

Bibliografia

• [1] ASIRI National Projekt, Recommendations for the design, construction and control of rigid inclusion ground improvements.
• [2] Nepelski K., Numeryczne modelowanie pracy konstrukcji posadowienia na lessowym podłożu gruntowym, PhD desideration, Politechnika Lubelska, Lublin 2020.
• [3] Kacprzak G. M., „Współpraca fundamentu płytowo-palowego z podłożem gruntowym”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2018.
• [4] Gajewska B., Kłosiński B. „Rozwój metod wzmacniania podłoża gruntowego”, Seminarium IBDiM i PZWFS, Wzmacnianie podłoża i fundamentów – Warszawa, 31 marca 2011r, Warszawa.
• [5] PN-EN 1997-1 Eurocode 7, Geotechnical Design, Part 1: General Rules.
• [6] Topolnicki M., Kłosiński B., „Wytyczne wzmacniania podłoża gruntowego kolumnami sztywnymi”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2022.
• [7] Puła O., Fundamenty palowe według Eurokodu 7, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Warszawa 2013.
• [8] Gwizdała K., Fundamenty palowe, technologie i obliczenia, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013.
• [9] Szruba M., „Fundamenty palowe. Cz. 1. Charakterystyka i zastosowanie”, Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne, lipiec– sierpień 2014
• [10] Derlacz M., Suchodolski D., MDR-projekt sp. z o. o. sp. k., „Projektowanie wzmocnienia podłoża słabonośnego kolumnami betonowymi”, Geoinżynieria, kwiecień-czerwiec 2/2015
• [11] GeoNep Geotechnika Nepelski Chymosz sp.j., Dokumentacja geologiczno-inżynierska, Zespół budynków mieszkalnych wielorodzinnych przy ul. Kunickiego w Lublinie, dz. nr ew. 3/4, 73 obr 10 – Dziesiąta Stara, ark. 3
• [12] Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 25 kwietnia 2012 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych. Dz. U z dn. 27.04.2012 poz. 463.
• [13] Dymek D., Marchwicki M., Sobczyk R., „Doświadczenia z realizacji fundamentów palowych nowobudowanej infrastruktury energetycznej w Polsce”, Seminarium IBDiM i PZWFS, Fundamenty palowe 2015 - Warszawa, 5 marca 2014r.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).