Construction of new buildings in vicinity of old structures and their impact on the surrounding

Budowa budynków "plombowych" w zwartej zabudowie miejskiej wymaga szczególnie rzetelnego rozpoznania poziomu posadowienia budynków istniejących (po obu stronach nowej zabudowy). Informacja ta pozwala na dobór właściwej technologii wzmocnienia istniejących fundamentów. Projektant nowego fundamentu, w tych warunkach, musi mieć świadomość, że tradycyjna technika "podbijania" jest techniką złą i nie gwarantującą właściwej pracy tak wzmocnionych starych fundamentów. Jedynie pale jet - greting, mikropale czy wciskane odcinkowe pale prefabrykowane dają taką gwarancję. W artykule zaprezentowano trzy przypadki złego wzmacniania i skutki dla sąsiednich budynków.The construction of new "infill" buildings within high-density city housing requires that the level of foundation of the existing structures should be thoroughly investigated (on both sides of the new structure). Information thus obtained makes it possible to select an appropriate technology of reinforcement of the existing foundations. A designer of a new foundation in such circumstances has to be aware that the traditional technique of underpinning is a wrong practice, which does not guarantee proper work of the foundations reinforced in that way. Only such technologies as jegrouting, micropiles or pre-cast concrete sectional pile driving ensure safety to adjacent structures. This article presents three examples of faulty foundation reinforcement and its impact on neighbouring buildings

Reliability assessment of bearing capacity of layered soils using High Dimensional Model Representation (HDMR)

HDMR (High Dimensional Model Representation) is a relatively new method that is used to form response surface based on results obtained through laboratory experiments or through numerical calculations. So far the method has been used mainly in chemistry, although a few studies conducted in recent years show that it can be considered a useful tool in soil mechanics and foundation engineering. The subject matter of this paper is the application of HDMR method to reliability assessment of bearing capacity of layered soils. Madej’s method, widely recognized and used by Polish engineers, is applied to conduct the calculations. In the analysed case bearing capacity is not expressed by means of an explicit formula. To fit the approximate functions of bearing capacity, its values are calculated on a grid of points equally spread on ranges of variables. Finding the relation between input and output data is conducted by means of assessing each variable’s influence on response’s mean value within a given scope. Approximate functions have been used to calculate reliability indices by means of FORM, SORM and Monte Carlo methods

Stability of anchored walls embedded in cohesive soils by variational method

W artykule przedstawiono sposób określania siły działającej w kotwie ściany zagłębionej w gruncie za pomocą metody wynikającej z klasycznego rachunku wariacyjnego. Zadanie sformułowano jako izoperymetryczny problem rachunku wariacyjnego, a następnie znaleziono rozwiązanie równania Eulera w zamkniętej postaci. W ogólnym przypadku nie da się otrzymać zamkniętego wyrażenia określającego ekstremalną wartość rozpatrywanego funkcjonału. Aby ułatwić numeryczne poszukiwanie ekstremum, wskazano na ograniczenia dla występujących w zadaniu współczynników nieoznaczonych Lagrange'a. Dla przypadku gruntu niespoistego zadanie to zostało rozwiązane w jednej z wcześniejszych prac drugiego z autorów. W obecnej pracy skoncentrowano się na sytuacji gruntu spoistego. Wymagało to rozbudowania opracowanej poprzednio procedury numerycznej i zbudowania nowego programu obliczeniowego. W wyniku obliczeń numerycznych można określić siłę w kotwie jako ekstremalna wartość wyprowadzonego funkcjonału. Wskazano, że otrzymane tą metodą siły są większe niż te otrzymane klasyczną metodą Coulomba.This paper presents a solution of an anchored retaining wall problem using an approach of classical variational calculus, that allows the three equilibrium equations to be taken into account. The problem is formulated as an isoperimetric problem of variational calculus and a closed-form solution of Euler's equations is found. Unfortunately, in general case, extremes of the functionals involved in the problem under consideration can not be found in an analytical way. In this circumstances a crucial point was establishing of bounds for the domain of the investigations of the functional maxima. Next, based on bounds derived, a numerical procedure for finding maxima has been worked out. The problem in the case of cohesionless soil has been solved by an earlier paper of the second author. Now the solution has been extended for the case of cohesive soils. In order to obtain a reasonable solution a new numerical algorithm has been elaborated. Finally a numerical analysis for the case of wall embedded in a cohesive soil has been carried out. An important finding is that the classical Coulomb's wedge method, which ignores the moment equilibrium equation, is an unconservative approach and hence provides an unsafe solution for the anchor force

Application the random finite element method to analysis of strip footingbearing capacity random variability factor

Autorzy podjęli próbę analizy nośności granicznej, uwzględniającej zmienność parametrów podłoża przy zastosowaniu Losowej Metody Elementów Skończonych. Do obliczeń wykorzystano niezagłębiony fundament pasmowy, posadowiony bezpośrednio na nieważkim gruncie spoistym. Dzięki temu dokonano redukcji wzoru na nośność według Terzaghi'ego i stosując serię symulacji Monte Carlo wyznaczono pierwsze dwa momenty nośności granicznej. Ponadto powyższe analizy prowadzono przy założeniu zróżnicowanej skali fluktuacji parametrów podłoża w kierunku pionowym oraz poziomym (uwzględnienie anizotropii) oraz podjęto próbę odniesienia się do możliwości zaistnienia najgorszego przypadku skali, dla którego nośność graniczna byłaby najmniejsza.Accepting specified soil properties to a designing process plays a vital role in safety of foundations. Taking this problem into consideration the authors tried to analyse bearing capacity predictions, involving random soil properties, by the random finite element method (RFEM). The analysis has been confined itself to a strip surface footing on the weightless cohesive subsoil. The soil properties have been modeled by lognormal cohesion random field and specially selected friction angle random field of bounded distributions. The numerical computations have been carried out by the finite element method in conjunction with Monte Carlo simulations. They have resulted by the first two statistical moments of bearing capacity. Moreover this analysis have shown the importance of the correlation length values as well as its changes in horizontal and vertical direction on bearing capacity predictions. At the end the authors try to relate to the worst case of correlation length to which bearing capacity is the lowest

Wpływ rzędu wielkości parametrów bezwymiarowych na wyniki procesu homogenizacji

Basign on two examples a significant impact of the order of magnitude of demensionless parameters on the homogenisation process results when using either the direct averaging or classical homogenisation approach has been presented. First, the effect ot two dimensionless parameters on the results of amplitude direct homogenisation procedure has been studied. Three examples of different values of dimensionless parameters Q and Rel have been shown for filtration of an incompressible Newtonian liquid. The present methodology proves that certain classes of physical processes can be treated in a similar way. Dissimilar descriptions of the processes appearing in, for instance optics or dynamicsresult from neglecting certain effects when changing the observation method or scale.Wpływ rzędu wielkości parametrów bezwymiarowych na wyniki procedury homogenizacji został pokazany na dwóch przykładach, z których pierwszy dotyczy homogenizacji bezpośredniej, a drugi używa metodologii klasycznej teorii homogenizacji. W pierwszym przykłądzie zilustrowano wpływ rzędu wielkości dwóch parametrów bezwymiarowych na rozwiązanie opisujące amplitudę drgań ustalonych. W drugim przykładzie, dotyczącym przepływu nieściśliwej cieczy lepkiej przez ośrodek porowaty, pokazano wpływ rzędu wielkości dwóch parametrów Q i Rel na wynikowe równanie konstytutywne. Przeprowadzona analiza dowodzi, że wiele różnych procesów fizycznych może być potraktowanych w sposób podobny, jeżeli poddajemy je homogenizacji

Random analysis of bearing capacity of square footing using the LAS procedure

In the present paper, a three-dimensional problem of bearing capacity of square footing on random soil medium is analyzed. The random fields of strength parameters c and φ are generated using LAS procedure (Local Average Subdivision, Fenton and Vanmarcke 1990). The procedure used is re-implemented by the authors in Mathematica environment in order to combine it with commercial program. Since the procedure is still tested the random filed has been assumed as one-dimensional: the strength properties of soil are random in vertical direction only. Individual realizations of bearing capacity boundary-problem with strength parameters of medium defined the above procedure are solved using FLAC3D Software. The analysis is performed for two qualitatively different cases, namely for the purely cohesive and cohesive-frictional soils. For the latter case the friction angle and cohesion have been assumed as independent random variables. For these two cases the random square footing bearing capacity results have been obtained for the range of fluctuation scales from 0.5 m to 10 m. Each time 1000 Monte Carlo realizations have been performed. The obtained results allow not only the mean and variance but also the probability density function to be estimated. An example of application of this function for reliability calculation has been presented in the final part of the paper

Displacement analysis of laterally loaded piles embedded in a three-dimensional linearly-elastic random medium

W artykule przedstawiono modelowanie probabilistyczne odkształceń pala pod wpływem sił poprzecznych działających w jego głowicy. Pal pogrążony jest w uwarstwionym ośrodku liniowo sprężystym o cechach losowych. Obciążenie pala jest traktowane jako losowe. Elementem nowym, w stosunku do znanych z literatury prac, jest podejście probabilistyczne dla modelu trójwymiarowego. Podstawę stanowi modelowanie trójwymiarowe za pomocą metody elementów skończonych. Uzyskuje się serie wyników odkształceń przy różnych wartościach parametrów podłoża. Wyniki te służą do skonstruowania powierzchni odpowiedzi, którą estymuje się za pomocą regresji nieliniowej poprzez specjalnie skonstruowany algorytm iteracyjny. Powierzchnia odpowiedzi umożliwia analizę niezawodności, polegającą na znajdowaniu prawdopodobieństw przekroczenia przemieszczeń dopuszczalnych przez głowicę pala oraz odpowiadających im wskaźników niezawodności. Stwierdzono decydujący wpływ losowych wahań obciążającej siły poziomej oraz modułu sprężystości wierzchniej warstwy podłoża na wartości wskaźników niezawodności.The paper presents a probabilistic modelling of displacements of a foundation pile. The pile is subjected to lateral loading implemented in the pile's head. The pile is embedded in a layered linearly-elastic random medium. The loading is considered as a random variable. The probabilistic approach to this problem as a three-dimensional one constitutes a new result in comparison with other earlier published. The base of the solution is the three-dimensional modelling by the finite element method. A series of results can be obtained under various values of elastic characteristics of the medium under consideration. Next by a non-linear regression procedure a response surface is obtained. To get the final response surface an iterative algorithm has been applied. The final response surface allows a reliability analysis. The failure criterion is an exceeding of an allowable displacements threshold by deformed pile's head. By numerical examples a vital effect of the random variability of the lateral force as well as random variability of the elastic modulus of the upper layer has been demonstrated

The influence of random variability of soil properties on the reliability of piles subjected to lateral loading

W pracy przedstawiono modelowanie probabilistyczne odkształceń pala pod wpływem losowych sił poprzecznych działających w jego głowicy. Opracowano nowy model numeryczny, w którym możliwe są zmiany modułu sprężystości wraz z głębokością. Przeprowadzono obliczenia probabilistyczne uwzględniające różne współczynniki zmienności parametrów przyjętych jako losowe oraz korelację pomiędzy nimi. Oszacowano prawdopodobieństwa przekroczenia przemieszczeń dopuszczalnych przez głowicę pala oraz odpowiadające im wskaźniki niezawodności. Przykłady pokazują, że o prawdopodobieństwie przekroczenia dopuszczalnego przemieszczenia decyduje przede wszystkim zmienność losowa działającego obciążenia, a spośród pozostałych przyjętych parametrów zmienność modułu Younga.This paper presents probabilistic modeling of pile displacement under random lateral forces acting on the pile head. An original numerical model is presented incorporating a randomly varying elastic modulus with depth. The probabilistic computations take into account different values of the coefficients of variation as well as correlation coefficients of random variables. The probability of excessive displacements and corresponding reliability indices were evaluated. The computed examples show that the displacement exceeding the allowable value is determined by the force acting at the head of the pile and by the variation of the elastic modulus of the soil

Analysis of displacements of horizontally loaded pile grouppe placed in elastic subsoil with random properties

W pracy przedstawiono probabilistyczną analizę pracy grupy pali w stanie granicznym użytkowania. Głowice pali są połączone oczepem obciążonym poziomą siłą. Współpraca pali i podłoża jest modelowana przez zestaw sprężyn o różnych sztywnościach, których wartości są określane klasyczną metodą o nazwie Kx generator. Wykorzystując metodę powierzchni odpowiedzi dla zestawu przemieszczeń poziomych uzyskanych ze statycznego modelu zadania, współczynniki niezawodności i współczynniki czułości są określane dla losowego modułu Younga sprężystości gruntu i losowej miąższości wierzchniej warstwy gruntu.A probabilistic analysis of limit serviceability state of a pile groups is presented in the paper. Pile heads are interconnected and loaded by a horizontal force. Interaction of piles and subsoil is modelled by a set of springs using classical method called Kx generator. Applying the response surface method for the displacement data calculated from the resulting static model, the reliability indices and sensitivity coefficients are computed for assumed variability of random Young's modulus and random thickness of upper soil layer