Assessment of the stress-strain state of pile foundations of a multi-story building with possible water saturation of loess soil

Main Article Content

Veronika Zhuk
Iryna Pavlenko

Abstract

The increase in the density of buildings leads to the need to set aside for development areas that were previously considered unfavorable from the point of view of the quality of the geological conditions. Deposits of loess rocks cover almost 80% of the territory of Ukraine. Such soils are characterized by a negative feature - the ability to rapidly reduce their mechanical properties in contact with liquid and to cause additional subsidence deformations. Based on this, a significant part of buildings and structures is erected in conditions of the possible occurrence of uneven deformations due to water saturation of subsidence soils. Therefore, the foundation structures of these structures must be designed with taking into account the occurrence of subsidence of loess soils.


In their natural state, loess soils have sufficiently high mechanical characteristics due to structural connections. However, as the moisture content increases, the resistance to compression rapidly decreases, structural bonds are destroyed, and soil subsidence is observed.


The modern level of foundation structures design involves the search for a reliable and cost-effective foundation option. This is especially relevant in the conditions of construction on soils that have the property of settling with possible increase in moisture content.


The paper presents the results of a comparison of foundation options, taking into account the influence of possible water saturation of loess soils on the stress-strain state of foundation structures. Different schemes of possible water saturation of loess soils were considered depending on their size and location.


This publication is a continuation of the previously published work [4]. It was about the results of the research, which was devoted to the variant design of foundations using numerical simulation of the joint work of the elements of the "soil base - foundation - above-ground structures" system. According to the results of the study, the choice of a rational option of foundations was substantiated, based on its indicators of reliability and economic efficiency. The conducted research confirms that the size and location of the soaking zones of the subsiding soil affect the nature of the stress distribution in the foundation structures. It is shown that the variant design of foundations, taking into account the negative factors related to the soil conditions of the construction site, as well as man-made situations that may arise during the operation of the building, make it possible to design a reliable and at the same time cost-effective option of the foundations.

Article Details

Section
Статті
Author Biographies

Veronika Zhuk, Kyiv National University of Construction and Architecture

Associate Professor of the Department of Geotechnics

Ph.D.

Iryna Pavlenko, Kyiv National University of Construction and Architecture

Master of the Department of Geotechnics

Student

References

Бойко І.П. Особливості взаємодії пальо-вих фундаментів під висотними будинка-ми з їх основою / І.П. Бойко // Основи і фундаменти: Міжвідомчий науково-технічний збірник. – К.: КНУБА. – 2006. – Вип.30. – С.3-8.

Винников Ю.Л. Проблеми визначення мо-дуля деформації замоклих лесоподібних ґрунтів / Ю.Л. Винников // Зб. наук. праць (Галузеве машинобуд., буд-во). – П.: Пол-тНТУ. – 2010. – Вип.3(28). – С.62–68.

Гранько О.В. Зміна значень фізико-механічних показників лесових суглинків під фундаментами за умов підтоплення / О.В. Гранько // Зб. наук. праць (Галузеве машинобуд., буд-во). – П.: ПолтНТУ. – 2005. – Вип.15. – С.126-129.

Жук В.В. Вплив можливого водонасичен-ня лесового ґрунту на напружено-деформований стан фундаментів багато-поверхового будинку / Вероніка Жук, Іри-на Павленко // Основи і фундаменти: На-уково-технічний збірник. – К.: КНУБА. – 2022. – Вип.44. – С.27-43.

Жук В.В. До розрахунків спільної роботи будівлі з ґрунтовою основою в умовах не-рівномірних деформацій / В.В. Жук, В.Л. Підлуцький // Основи і фундаменти: Міжвідомчий науково-технічний збірник. – К.: КНУБА. – 2015. – Вип.36. – С.122-130.

Жук В.В. Про покращення розрахункових схем каркасних будівель на просідаючих ґрунтах / В.В. Жук, М.В. Корнієнко // Світ геотехніки: Науково-технічний журнал. – Запоріжжя.: ТОВ «НВК «Інтер-М» . – 2013. – Вип.2(38) . – С.2-7.

Моргун А.С. Вплив техногенного фактора замокання ґрунтової основи на напруже-но-деформований стан висотної будівлі / А.С. Моргун, В.М. Андрухов, І.М. Меть, І.Ю. Яркіна // Дороги і мости. – Київ. – 2009. – Вип.11. – С.233-238.

Моргун А.С. Прогнозування впливу води на напружено-деформований стан лесової основи пальових фундаментів / А.С. Моргун, І.А. Моргун // Вісник Вінни-цького політехн. інст-ту. – 2007. – #2. – С.20-23.

Моторный А.Н. Напряженно-деформированное состояние основания свайных фундаментов на лёссовых проса-дочных грунтах при замачивании проса-дочной толщи снизу вверх (подтопление территории) / А.Н. Моторный, Н.А. Моторный // Вісник ПДАБА. – 2014. – #2(191) . – С.20-30.

Соколов Н. Проблема лессов / Н. Соколов // Соросовский образователь-ный журнал. – 1996. – #9. – С.86–93.

Янко К.О. До зміни напружено-деформованого стану лесової основи па-льового фундаменту внаслідок її замокан-ня / К.О. Янко, С.П. Школяр, В.А. Муха // З Зб. наук. праць (Галузеве машинобуд., буд-во). – П.: ПолтНТУ. – 2003. – Вип.12. – С. 277-280.

Boiko I.P. (2006). Osoblyvosti vzaiemodii palovykh fundamentiv pid vysotnymy budynkamy z yikh osnovoiu [Peculiarities of the interaction of pile foundations under high-rise buildings with their base]. Osnovy i fundamenty: Mizhvidomchyi naukovo-tekhnichnyi zbirnyk, K.: KNUBA, 30, 3-8. (in Ukrainian).

Vynnykov Yu.L. (2010). Problemy vyznachennia modulia deformatsii zamoklykh lesopodibnykh gruntiv [Problems of determining the modulus of deformation of dense loess-like soils]. Zb. nauk. prats (Haluzeve mashynobud., bud-vo), P.: PoltNTU, 3(28), 62–68. (in Ukrainian).

Hranko O.V. (2005). Zmina znachen fizyko-mekhanichnykh pokaznykiv lesovykh suhlynkiv pid fundamentamy za umov pidtoplennia [Changes in the values of physical and mechanical parameters of loess loams under foundations under conditions of flooding]. Zb. nauk. prats (Haluzeve mashynobud., bud-vo), P.: PoltNTU, 15, 126-129. (in Ukrainian).

Zhuk V., Pavlenko I. (2022). Vplyv mozhlyvoho vodonasychennia lesovoho gruntu na napruzheno-deformovanyi stan fundamentiv bahatopo-verkhovoho budynku [The effect of possible water saturation of loess soil on the stress-strain state of the foundations of a multi-story building]. Osnovy i fundamenty: naukovo-tekhnichnyi zbirnyk, K.: KNUBA, 44, 27-43. (in Ukrainian).

Zhuk V.V., Pidlutskyi V.L. (2015). Do rozrakhunkiv spilnoi roboty budivli z gruntovoiu osnovoiu v umovakh nerivnomirnykh deformatsii [To the calculations of the joint work of the building with the soil base in conditions of uneven deformations]. Osnovy i fundamenty: Mizhvidomchyi naukovo-tekhnichnyi zbirnyk, K.: KNUBA, 36, 122-130. (in Ukrainian)

Zhuk V.V., Korniienko M.V. (2013). Pro pokrashchennia rozrakhunkovykh skhem karkasnykh budivel na prosidaiuchykh gruntakh [On the improvement of calculation schemes of frame buildings on colapsible soils]. Svit heotekhniky: Naukovo-tekhnichnyi zhurnal, Zaporizhzhia: TOV «NVK «Inter-M», 2(38), 2-7. (in Ukrainian)..

Morhun A.S., Andrukhov V.M., Met I.M., Yarkina I.Iu. (2009). Vplyv tekhnohennoho faktora zamokannia gruntovoi osnovy na napruzheno-deformovanyi stan vysotnoi budivli [The influence of the man-made factor of soil base locking on the stress-strain state of a high-rise building]. Dorohy i mosty, Kyiv, 11, 233-238. (in Ukrainian).

Morhun A.S., Morhun I.A. (2007). Prohnozuvannia vplyvu vody na napruzheno-deformovanyi stan lesovoi osnovy palovykh fundamentiv [Forecasting the effect of water on the stress-strain state of the loess base of pile foundations]. Visnyk Vinnytskoho politekhnichnoho inst., 2, 20-23. (in Ukrainian).

Motornyi A.N., Motornyi N.A. (2014). Napriazhenno-deformyrovannoe sostoianye osnovanyia svainykh fundamentov na lessovykh prosadochnykh hruntakh pry zamachyvanyy prosadochnoi tolshchy snyzu vverkh (podtoplenye terrytoryy) [Stress-strain state of the base of pile foundations on loess colapsible soils when the colapse stratum is soaked from the bottom up (flooding of the territory)]. Visnyk PDABA, 2(191), 20-30. (in Russian).

Sokolov N. (1996). Problema lessov [The loess problem]. Sorosovskyi obrazovatelnbi zhurnal, 9, 86–93. (in Rus-sian).

Yanko K.O., Shkoliar S.P., Mukha V.A. (2003). Do zminy napruzheno-deformovanoho stanu lesovoi osnovy palovoho fundamentu vnaslidok yii zamokannia [To change the stress-strain state of the loess base of the pile foundation due to its locking]. Zb. nauk. prats (Haluzeve mashynobud., bud-vo), P.: PoltNTU, 12, 277-280. (in Ukrainian).