Solar Foundation Design in Cold Climates

ABSTRACT: Foundations for solar power plants present unique design challenges, requiring large numbers of small, closely spaced piles. Since the piles are relatively short, near surface climatic effects, such as seasonal ground freezing and wind loading, can lead to heaving and deformation of the piles that can lead to damage to the above-grade racking system which support the photovoltaic (PV) modules. This paper describes a study based on field data from axial and lateral load tests, which were conducted for an existing solar project, to predict the overall movement and other design parameters using both a code-based approach and the semi-empirical analytical method, proposed by Ladanyi and Foriero (1998), that uses the well-established modified Berggren equation, (Aldrich and Paynter, 1953) to calculate the dept of freezing. This has allowed an assessment of current design methods and more insight into the routine calculation of the rate of frost penetration and heave, resulting in pile uplift forces. The study has revealed aspects that require further study to facilitate practical, economic design, and recommendations for future research to address these aspects are made.

RÉSUMÉ: Les fondations des centrales solaires présentent des défis de conception uniques, nécessitant un grand nombre de petits pieux rapprochés. Étant donné que les pieux sont relativement courts, les effets climatiques proches de la surface, tels que le gel saisonnier du sol et la charge du vent, peuvent entraîner un soulèvement et une déformation des pieux qui peuvent endommager le système de rayonnage au-dessus du sol qui supporte les modules photovoltaïques (PV) . Cet article décrit une étude basée sur des données de terrain provenant d'essais de charge axiale et latérale, qui ont été menées pour un projet solaire existant, pour prédire le mouvement global et d'autres paramètres de conception en utilisant à la fois une approche basée sur le code et la méthode analytique semi-empirique, proposée par Ladanyi et Foriero (1998), qui utilise l'équation de Berggren modifiée bien établie (Aldrich et Paynter, 1953) pour calculer la profondeur de congélation. Cela a permis d'évaluer les méthodes de conception actuelles et de mieux comprendre le calcul de routine du taux de pénétration du gel et du soulèvement, ce qui entraîne des forces de soulèvement des pieux. L'étude a révélé des aspects qui nécessitent une étude plus approfondie pour faciliter la conception pratique et économique, et des recommandations pour de futures recherches pour aborder ces aspects sont faites.