Laboratory Method for Determining Thermal Resistivity of a Coarse Aggregate Mixture

Caren Ackley, Bruce Polan, Ali Nasseri-Moghaddam, Charbel Abi-Nahed, Michael Braverman

In the proceedings of: GeoSt. John's 2019: 72nd Canadian Geotechnical Conference

Session: Laboratory Testing

ABSTRACT: As energy demands continue to rise, the development of renewable energy infrastructure is becoming more important. Sources, such as wind or solar farms, have large areal footprints and require extensive networks of buried cable to transport the energy produced to the consumer. Heat generated by energy flow through cables can cause cable overheating and failure if the heat is not quickly dissipated. Therefore, accurate measurement of the thermal properties of the material surrounding the cable is critical for project design. The low thermal resistivity of sand makes it an ideal backfill material. However, depending on the local geology, this material may need to be imported which can increase project costs. While the use of local materials can be cost efficient, the soil thermal properties must be evaluated for project suitability. Because of the high variability of thermal resistivities between soil materials, including air and water, problems arise when a heterogeneous soil contains significant portions of coarse aggregates and large pores, making a representative measurement difficult to obtain using a thermal needle probe. An alternative to the needle method was developed at our GHD Geotechnical Laboratory to accurately measure the bulk thermal resistivity of coarse-grained soils. The initial results are presented.

RÉSUMÉ: Vu , le développement des sources d'énergie renouvelables devient de plus en plus important. Ces sources, telles que les parcs éoliens ou solaires, peuvent avoir une grande empreinte aérienne, nécessitant l'utilisation généralisée de câbles enterrés pour transporter l'énergie produite. La chaleur générée par le flux d'énergie traversant les câbles peut devenir problématique en entraînant éventuellement une surchauffe et une défaillance des câbles . Par conséquent, une mesure précise des propriétés thermiques du matériau entourant le câble est essentielle pour la conception du projet. La faible résistivité thermique du sable en fait un matériau de remblai idéal. Toutefois, en fonction de la géologie locale, il peut être nécessaire d'importer ce matériau ce qui peut augmenter les coûts du projet. Bien que l'utilisation de matériaux locaux puisse être rentable, les propriétés thermiques du sol doivent être évaluées pour déterminer si le projet convient. En raison de la grande variabilité des résistivités thermiques entre les matériaux du sol, des problèmes se posent lorsqu'un sol hétérogène contient des portions importantes d'agrégats grossiers rendant difficile une mesure représentative à l'aide d'une sonde à aiguille thermique. Notre laboratoire géotechnique à GHD a développé une alternative à la méthode de la sonde à aiguille thermique pour mesurer avec précision la résistivité thermique globale des sols à grains grossiers. Cet article présente les premiers résultats.

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Cite this article:
Caren Ackley; Bruce Polan; Ali Nasseri-Moghaddam; Charbel Abi-Nahed; Michael Braverman (2019) Laboratory Method for Determining Thermal Resistivity of a Coarse Aggregate Mixture in GEO2019. Ottawa, Ontario: Canadian Geotechnical Society.

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