Numerical Modeling of Concrete Energy Piles using a Coupled Thermo-Hydro-Mechanical Model

Alitking Anongphouth, Pooneh Maghoul, Marolo Alfaro

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoEdmonton 2018: 71st Canadian Geotechnical Conference; 13th joint with IAH-CNC

Session: Shallow Geothermal Energy Exchange

ABSTRACT: Harnessing shallow geothermal energy through the use of energy piles for heating and cooling of buildings has increased in recent years. Therefore, comprehensive understanding of their energy and structural performances is vital for successful applications. This paper aims to investigate the responses of concrete energy piles under thermal and thermo-mechanical loads using a coupled thermo-hydro-mechanical (THM) model. Axisymmetric finite element models were carried out for two case studies of full-scale tests of energy piles. In general, it was found that the numerical models could capture considerably well the behavior of energy piles during cooling and heating cycles in comparison with the field data published in the literature, especially during heating. It was also found that using appropriate pile head restrained conditions is crucial in order to predict the correct behavior of the energy piles.

RÉSUMÉ: L'exploitation de l'énergie géothermique peu profonde par l'utilisation de pieux énergétiques pour la climatisation des bâtiments a augmenté ces dernières années. Par conséquent, une compréhension de leurs performances énergétiques et structurelles est essentielle pour des applications réussies. Cet article vise à étudier les réponses des pieux énergétiques en béton sous charges thermiques et thermomécaniques à l'aide d'un modèle couplé thermo-hydro-mécanique (THM). Des modèles d'éléments finis axisymétriques ont été réalisés pour deux études de cas de tests grandeur nature de pieux énergétiques. En général, il a été constaté que les modèles numériques pouvaient capturer considérablement le comportement des pieux énergétiques pendant les cycles de refroidissement et de chauffage en comparaison avec les données de terrain publiées dans la littérature, en particulier pendant le chauffage. Il a également été constaté que l'utilisation de conditions appropriées restreintes de la tête de pieu est cruciale pour prédire le bon comportement des pieux énergétiques.

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