International Journal of Applied Exercise Physiology


International Journal of Applied Exercise Physiology


Download 24.32 Mb.
Pdf просмотр
bet6/176
Sana05.12.2019
Hajmi24.32 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   176

International Journal of Applied Exercise Physiology    

www.ijaep.com

                                          VOL. 8 (2.1)

 

 



                 

 

 



35 

 

 

 



Perfection of the form and Technology and Development of Reinforced 

Concrete Piles for Low-Rise Construction 

Borodotskiy kirill aleksandrovich

1

,

 

Mamedova Sevinj Rafael Kyzy

2

,

 

Erkulaev Rinat 

Shamilevich

3

,

 

Lazarev Artyom Vladislavovich

4

,

 

Samson Vagramovich Oganyan

5

,

 

Styopkin 

Artyom Nikolaevich

6

,

 

Krainov Kirill Nikolaevich

7



Slanov Batraz

8



Turov Aleksandr

9



Rybi

Evgeny

10

 and

 

Kulikov Fedor Dmitrievich

11

 

1-10

 Moscow State University of Civil Engineering (MGSU) National Research University 

Abstract 

This  article  presents  the  results  of  a  computational  and  analytical  study  of  the  carrying  capacity  of 

various types of short piles used in low-rise construction. The relevance of the topic of work is determined 

by  the  current  situation  in  the  industry  of  individual  housing.  The  most  common  pile  foundations in  this 

direction  of  construction  are  considered.  Two  alternative  designs  for  the  construction  and  technology  of 

piling are proposed. A comparative analysis  of the carrying capacity of the piles proposed by the authors 

with the most common variants was made.    

The  materials  of  the  publication  reflect  the  effectiveness  of  the  proposed  designs  and  the  continuation  of 

research work in this direction. 

Keywords: low-rise construction, short pile, effective foundation, pyramidal-prismatic pile, bored pile with 

broadening, comparative analysis. 



Introduction 

The  development  of  low-rise  construction  in  our  country  in  recent  years  has  sharply  gained 

momentum.  The  district  building  of  three-five-storied  apartment  buildings  is  being  carried  out,  cottage 

villages are being built up, private house-building causes great interest among urban residents [1]. 

In this connection, the task of increasing the productivity of work in this direction becomes urgent. One of 

the  ways  to  increase  productivity  in  low-rise  construction,  according  to  the  authors,  would  be  the 

introduction of new efficient foundation structures. So, if the cost of building a zero cycle for a multi-storey 

building,  depending  on  the  complexity  of  geological  conditions,  may  be  5–20%,  then  for  low-rise 

construction this figure reaches 15–30% [2]. 

In their desire to save at this stage, developers are increasingly turning to pile foundations. Different types of 

piles are used both in their design and in the method of the device. Nowadays, in the practice of housing 

construction, short, 3-4 m long, screw piles, bored piles, driven piles - prismatic and less often pyramidal - 

have found wide application. 

In  this  article,  the  authors  proposed  options  for  improving  the  construction  of  piles,  as  well  as  a 

comparative  assessment  of  the  bearing  capacity  of  short  piles  of  various  types  in  three  types  of  soils.  It 

should  be  noted  that  each  type  of  piles  has  certain  advantages  and  disadvantages.  For  example,  the 

foundation  of  screw  piles  due  to  its  low  cost  and  ease  of  manufacture  is  widely  used  in  the  private 

construction of light wood houses (logs, timber, sip panels, frame houses, etc.). 

Due to the fact that houses of this type often have low spatial rigidity, the transfer of horizontal loads to the 

foundation takes place. Due to the undeveloped lateral surface of the screw piles, which are also in the soil 

loosened  by  blades,  horizontal  slips  appear  at  the  foundation.  Even  if  there  is  a  good  binding  of  piles  in 

houses built on the ground works of this type, it is uncomfortable to live, due to the appearance of mobility 

of the building structure. Also worth noting is their low carrying capacity and susceptibility to corrosion [3].  

In ramming piles, it is possible to note a low bearing capacity and the presence of loose soil residues in the 

well bottom, wet process, difficulty in monitoring the quality of the pile shaft, seasonal rise in price when the 

concrete is heated.   

When  applying  prismatic  driven  piles,  the  disadvantages  include  loosening  of  the  soil  at  the 

beginning of the dipping to a depth of one to two diameters around the perimeter of the pile, the formation 

of a gap clearance between the pile and the soil in the upper third when dipping.   


International Journal of Applied Exercise Physiology    

www.ijaep.com

                                          VOL. 8 (2.1)

 

 



                 

 

 



36 

 

 

 



The lack of pyramidal piles is that due to the inclination of the edges of the pile prone to pushing forces of 

frost heaving, swelling of soils [4]. In addition, there are difficulties mounting of the pyramidal pile to the 

driving unit. 

The authors propose a number of ways to improve the shape and technology of the short piles. One of the 

most effective types of pile foundation construction for a private dwelling house is a bored pedestal  pile.  

     In picture1 the sequence of the bored pile is shown.  

     

 

 



Fig. 1. Technological scheme 

of bored piles with broadening: 

1 - well drilling; 2 - installation of the casing; 

3 - well punching to the depth of three-fold piles; 

4, 5 - broadening by tamping coarse-grained soil or hard concrete mix; 6 – piles 

The advantage of the proposed technology is as follows:  

-  as  a  result  of  holing,  zones  of  compacted  soil  are  formed  with  elevated  values  of  strength  and 

deformation characteristics;  

-in  the  process  of  ramming  of  crushed  stone  or  hard  concrete  mix,  a  broadening  diameter  of  1.5–2 

times the diameter of the pile is formed; 

- transfer of the load from the piles to the foundation, both on their base and on the lateral surface, 

occurs  first  to  a  more  durable  and  then  less  durable  soil  material  while  simultaneously  increasing  the 

interaction area of the more durable material with the less durable [5]; 

- the use of casing eliminates the need for a device with a rail for a tamping beam. 

The ratio of the diameters of the well, casing and tamping can be taken as 450: 425: 375 mm. The height of 

the tamper is selected for a given weight. The use of punching a well to a depth of more than three diameters 

brings the bearing capacity of a ramming pile to a driveline.  

In the opinion of the authors, the next effective type of pile foundation construction in low-rise construction 

is the use of a driven pyramid-prismatic pile. The pile structure is a combination of a prismatic pile in the 

lower part and a pyramidal pile in the upper part.  

The proposed design allows: 


International Journal of Applied Exercise Physiology    

www.ijaep.com

                                          VOL. 8 (2.1)

 

 



                 

 

 



37 

 

 

 



-  to  increase  the  bearing  capacity  of  the  pile  due  to  the  inclined  edges  and  more  developed  lateral 

surface. The increase in bearing capacity of the pile with broadening in the upper part occurs as a result of 

soil compaction during its driving, and because of the specificity of the interaction between the pile and the 

soil  under load, such piles constructions compact the soil  within the compaction zone, which is especially 

effective in macro porous soils. 

Thus, the bearing capacity of piles with broadening at the top largely depends on the characteristics of the 

compaction zone. The bearing capacity of such structures increases not only by increasing the area at the tip, 

but  also  by  changing  the  working  conditions  of  the  soil  along  the  side  surface  of  the  pile  and  the  friction 

force, which is implemented to a greater extent [6].  

According to the data obtained by experimental and computational methods [7, 8], this kind of broadening 

gives an increase in the carrying capacity in 1.5–2 times, depending on the size of the head;  

-  to  eliminate  the  possibility  of  piling  the  pile  by  the  forces  of  frost  heaving  due  to  pinching  of  the 

prismatic part in the thawed soil, which makes it possible to apply this design above the depth of seasonal 

freezing of soils; 

-  to facilitate the process of dipping piles due to the fact that the pile is installed in a pre-drilled well 

and already from this position is clogged.   

    The offered technology will solve the problem of fixing the pyramidal part of the pile in a vertical position 

[9]. 


In pic. 2 the sequence of the construction of a pyramidal prismatic pile is shown.  

  

   



 

 

 



Pic. 2. Technological scheme of the pyramidal-prismatic pile: 

1 – drilling of a well to a depth corresponding to the length of the prismatic part of the pile

2 - installation of the pile in the well; 

3 - pile driving. 



International Journal of Applied Exercise Physiology    

www.ijaep.com

                                          VOL. 8 (2.1)

 

 



                 

 

 



38 

 

 

 



Below  there  is a  comparative  assessment  of  the  various structures  of  piles  in  three  soil  conditions  - 

semi-solid loam, refractory and soft-plastic consistencies.  

The calculation of the bearing capacity of the piles on the ground, the amount of spent material is found. To 

determine the effectiveness of the type of foundation used, a comparison was made of such a parameter as 

the specific bearing capacity of the pile, calculated using the formula 

Fspec. = Fd / V, 

 

where Fspec- specific bearing capacity, kN / m3; 



Fd - pile bearing capacity, kN; 

V - pile volume, m3  

 

The calculation of the bearing capacity of the piles is made using known formulas in accordance with 



the recommendations of design and construction specifications 24.13330.2011. 

The “determination” of the carrying capacity of the ramming part was carried out according to the formula: 

 

 

 



where FdR is the bearing capacity of the base under the lower end of the pile, kN; 

Fdf1 - soil bearing capacity along the side surface of the pile in the drilled area, kN; 

Fdf2 is the bearing capacity of the soil along the lateral surface of the pile in the broken section, kN. 

To calculate the carrying capacity of a pyramidal prismatic pile, the following formula is offered: 

 

 

  



where FdR is the bearing capacity of the base under the lower end of the pile, kN; 

Fdf1 - soil bearing capacity along the side surface of the pile in the prismatic area, kN; 

Fdf2 is the bearing capacity of the soil along the side surface of the pile in the pyramidal section with a slope 

of the side faces ip> 0.025 g units, kN. 

In  table  1  the  results  of  determining  the  bearing  capacity  of  various  types  of  short  piles  are  presented, 

including those proposed by the authors. The table is compiled for three types of ground conditions. 

     


International Journal of Applied Exercise Physiology    

www.ijaep.com

                                          VOL. 8 (2.1)

 

 



                 

 

 



39 

 

 

 



 

Table 1 - Comparative characteristics of piles of various designs 

 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 


International Journal of Applied Exercise Physiology    

www.ijaep.com

                                          VOL. 8 (2.1)

 

 



                 

 

 



40 

 

 

 



 

To  visualize  a  comparative  assessment  of  the  considered  structures  of  the  foundations,  the 

dependencies of the bearing capacity of piles on the consumption of concrete were constructed. As can be 

seen  from  the  graphs  (Fig.  3),  the  most  effective  in  terms  of  the  ratio  “concrete  consumption  -  bearing 

capacity”  is  a  pyramidal  pile,  followed  by  pyramidal-prismatic  and  ramming  pile  with  broadening  for  all 

types of soil. 

 

 

 



International Journal of Applied Exercise Physiology    

www.ijaep.com

                                          VOL. 8 (2.1)

 

 



                 

 

 



41 

 

 

 



 

 

 



Pic. 3. Graphs of the bearing capacity of piles from the consumption of concrete 

On  the  basis  of  the  results  of  the  comparison,  and  also  taking  into  account  the  fact  that  the  use  of 

pyramidal piles is limited by the depth of seasonal freezing, it can be concluded that the proposed designs of 

the pile foundations are highly competitive.  

The  proposed  types  of  foundations  will  significantly  reduce  both  labor  and  material  costs  in  individual 

housing construction due to the relative simplicity of the construction, less consumption of materials and, at 

the same time, increased bearing capacity compared to other types of pile foundations. 

References  

1.  Zainullina  T.G.  Problems  and  prospects  of  low-rise  housing  construction  //  Terra  Economicus  / 

Southern Federal University. Rostov on Don, 2017. Vol.11, №4–2. Pp.61–63. 

2.  Isaev  V.I.,  Maltsev  A.V.,  Karpov  A.A.  Study  of  the  possibility  of  increasing  the  carrying  capacity  of  a 

short driving pile due to the broadening in the upper part // Urban planning and architecture. 2016. №4 

(25) p. 30–35. DOI: 10.17673 / Vestnik.2016.04.5. 

3.  Isaev  V.I.,  Maltsev  A.V.,  Karpov  A.A.  Comparative  evaluation  of  a  short  driven  pyramidal  pile  using 

mathematical models // Procedures Engineering. 2016. V. 153. P. 223–227. 

4.  Isaev  V.I.,  Yurchenko  G.Yu.  Improvement  of  manufacturing  technology  and  immersion  of  pyramidal-

prismatic  piles  //  Traditions and  innovations in  construction  and  architecture:  materials  of  the  71  All-

Russian Scientific and Technical Conference / SGASU. Samara, 2014. p. 902. 

5.  Kravtsov  V.N.,  Lapatin  P.V.  Piles  of  small  cross-section  for  the  foundations  of  low-rise  buildings,  soil 

hardening and their calculation // Bulletin of Polotsk State University. Series F: Construction. Applied 

Science. Novopolotsk (Belarus), 2016. №16. Pp. 102–107. 

6.  Krutov V.I. Design and installation of pile foundations and reinforced foundations from ramming piles in 

the wells. Penza: PGUAS, 2016. 100 p. 



International Journal of Applied Exercise Physiology    

www.ijaep.com

                                          VOL. 8 (2.1)

 

 



                 

 

 



42 

 

 

 



7.  Kupchikova N.V. Study of the interaction of various types of piles with broadening of surface and soil // 

Integration, partnership and innovation in construction science and education: a collection of materials of 

an international scientific conference / National Research Moscow State University of Civil Engineering. 

M., 2015. P.647–651. 

8.  Mangushev R.A. Modern piling technology. M.: DIA, 2017. 240 p. 

9.  Guidelines on the designing of pile foundations. M.: Stroyizdat, 2014. 533 p. 

 

 

 



 

 

 



 

 


International Journal of Applied Exercise Physiology    

www.ijaep.com

                                          VOL. 8 (2.1)

 

 



                 

 

 



43 

 

 

 



The Use of 3d - Printing in Construction 

Menshov Ilya Aleksandrovich

1



Ruslan Sergeevich Vasilyev

2



Styopkin Artyom Nikolaevich

3



Grubov Igor Pavlovich

4



Gorodnichev Anton Vyacheslavovich

5



Tokarev Dmitriy Vadimovich

6



Radchenko Vadim Leonidovich

7



Ambarian Saak

8



Demyanov  Dmitry

9



Denis Derevyankin

10

 and 

Shisterov Kirill Pavlovich

11

 

1-7

 Moscow State University of Civil Engineering (MGSU) National Research University 

    Abstract 

 In this article the effectiveness of a new technology - a concrete 3D printer is considered. The creators 

of this equipment claim that it can save a significant amount of money when used for building construction. 

This study examines how a 3D printer can save the time that is necessary for building a framework, and how 

this may affect the overall design cost. 

In addition, in the article, you can see the results of the calculation of labor and material costs for two types 

of  houses:  printed  on  a  3D  printer  and  made  of  blocks  of  cellular  concrete.  Moreover,  the  percentage  of 

profit, based on the potential time, the savings and the total cost of a one-story building were calculated.  

The study concluded that 3D printers would be beneficial for construction companies engaged in large-scale 

low-rise construction.  

Keywords:  building  structures,  3D  printing  in  construction,  section,  low-rise  construction,  fiberglass, 

composition, and reinforcement.  



Introduction 

Currently, construction is the only fully non-automated industry. Human involvement is quite large 

at various stages of the construction process, resulting in reduced yields, increased error probability, work 

costs,  construction  project  costs  and  risks.  3D  printing  is  one  of  the  most  advanced  and  promising 

technologies  to  date,  which  recently  began  to  be  used  for  printing  building  structures,  apartments  and 

houses.  

The relevance of this study lies in the fact that the use of this technology will allow optimizing high work 

processes, reducing construction costs and risks associated with industrial injuries. 

The use of 3D printers in the construction process is relatively new, and is considered in the article written 

by N.S. Mustafin, E. A. Sorokina, A. V. Ivasyuta, K. W. Jumambetskov [1-4]. 

The main advantages are the reducing the duration of construction and increasing the level of work 

optimization.  On  the  other  hand,  the  impossibility  of  using  vertical  and  full  reinforcing  bars  can  be 

considered  as  a  disadvantage,  since  it  leads  to  decreasing  in  the  strength  of  such  structures.  3D  printers 

require special concrete mix [6], either for layering; development of regulatory documentation and solving 

problems with reinforcement structures [7, 8]. 

Russian engineer Andrei Rudenko claims that in terms of strength and quality, printed apartments are not 

inferior to  monolithic structures. In cold climates, hollow walls can be used as a fixed formwork for foam 

concrete with enhanced thermal insulation properties [9]. 



International Journal of Applied Exercise Physiology    

www.ijaep.com

                                          VOL. 8 (2.1)

 

 



                 

 

 



44 

 

 

 



 

Pic. 1. 3D Printed Villa made by the company Sanghai WinSun [11] 

A few years ago, 3D printing began to  be used by large companies, such as Shanghai  WinSun [12], 

mainly  for  low-rise  residential  buildings.  They  were  the  first  to  build  a  5-storey  residential  block  and  a 

country villa using this technology (Pic. 1).  

According to company representatives, during the experiment the savings achieved amount of about 60% of 

building  materials  and  about  30%  of  the  time  required  for  the  construction  of  such  an  object,  using 

traditional methods.  

In  addition,  the  construction  crew  was  reduced  five  times,  which  means  saving  and  reducing  the  risk  of 

industrial  injuries.  The  material  used  was  a  mixture  consisting  of  cement,  fiberglass  reinforced  fiberglass, 

reinforced plastic, sand and a special hardener. The walls of such houses are almost hollow, and the strength 

and stability of the structure is ensured by the zigzag supply of the mixture inside such walls [13]. 

 

 

Pic. 2. Apis-Cor 3D building printer (2016) [15] 



The  modern  market  of  construction  machinery  and  equipment  has  a  large  variety  of  construction 

printing equipment that allows you to create low-rise buildings of various configurations [14]. 

In a short period  of time, 3D printer designs have evolved from large massive designs [14], to the newest 

compact model that allows the construction process inside the building. In 2016, the Russian company Apis-

Cor introduced such a printer (Pic. 2).   

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   176


Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2019
ma'muriyatiga murojaat qiling