Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Energipålning: En grön grundläggning
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Soil and Rock Mechanics.
2014 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Energy piling - a green foundation (English)
Abstract [sv]

Det finns en innovativ, grön grundläggningsteknik kallad energigrundläggning. Principen är att integrera redan erforderliga, strukturella element såsom pålar med en värmeväxlare i syfte att utvinna energi. Tekniken har funnits sedan tidigt 80-tal men har knappt används i Norden. Tekniken visar på stor potential då man kan uppnå synergi genom utvinning av värme under vinterhalvåret och kyla under sommarhalvåret.

I detta arbete redogörs för grundläggande principer och mekanismer bakom energigrundläggning samt en omfattande litteraturstudie av vad som tidigare har studerats inom området. Det finns få exempel i litteraturen på problematiken med förändrade geotekniska egenskaper hos jorden på grund av energiutvinningen och än färre exempel på knäckningsproblematiken hos slagna, slanka stålrörspålar. Tyngdpunkten i arbetet har varit just denna förändring av de geotekniska egenskaperna, främst skjuvhållfastheten och hur denna förändring påverkar pålens bärförmåga.

På grund av saknad av originell data har flera antaganden och erfarenheter tagits från Tidfors (1987) som undersökte förändringar hos olika lerors geotekniska egenskaper då de utsattes för olika temperaturdifferenser.

I arbetet har två konsekvenser av användning av energipålning studerats i en fallstudie, nämligen temperaturinducerad rörelse av pålen och försämrad bärförmåga med avseende på knäckning. Fallstudien är ett nyligen färdigställt projekt i Jyväskylä, Finland där en kommersiell byggnad grundlagts på energipålar.

De temperaturinducerade rörelserna hos pålen har undersökts analytiskt genom beräkning med gällande förutsättningar i Jyväskylä. De axiella lasterna som uppkommer i studien visar inte de storlekar som krävs för att innebära ett strukturellt problem. Dock visar fenomenet på ett reellt problem som måste tas i beaktning. Det är även svårt att modellera problemet då det är svårt att avgöra vilken slags inspänning pålen har.

Knäckningsproblematiken studerades även den analytiskt genom beräkning. En typ-påle dimensionerades enligt gällande normer med en gradvis försämrad och förbättrad skjuvhållfasthet. Förändringen av skjuvhållfastheten byggde på antaganden baserade på resultaten presenterade av Tidfors (1987). Den försämrade skjuvhållfastheten innebär självfallet försämrad bärförmåga. Brottmoden knäckning blev dimensionerande vid en 50 % försämring av skjuvhållfastheten.

Användandet av energigrundläggning medför förändringar av jordens geotekniska egenskaper och innebär att ett behov av att kvantifiera dessa förändringar uppstår. Vidare måste konsekvenserna av användande integreras i dimensioneringsprocessen så att framtida ekonomiskt gångbart användande är möjligt. På så sätt kan tekniken växa och infria sin stora potential. 

Abstract [en]

There is an innovative, green foundation technique called energy foundation. The principle is to integrate already required structural elements such as piles with a heat exchanger to extract energy. The technology has been around since the early 1980’s but has hardly been used in the Nordic countries. The technique shows great potential as one can achieve synergy by extracting heating in wintertime and cooling in the summertime.

This thesis presents the basic principles and mechanisms of energy foundation and an extensive literature review of what has been previously studied in the area. There are few examples in the literature on the problems associated with the changes of geotechnical properties due to energy extraction. Even fewer examples of the buckling problem of driven, slender steel pile. The focus of this thesis has been this change of the geotechnical properties, mainly the shear strength and how this change affects the pile bearing capacity.

Because of a lack of original data, several assumptions and experiences has been derived from Tidfors (1987). She subjected different clays to different temperatures and investigated the changes in the various clays’s geotechnical properties.

In the thesis has two consequences of the use of energy piles been studied in a case study. The two consequences are temperature-induced motion of the pile and buckling problems due to loss of shear strength of the soil. The case study is a recently completed project in Jyväskylä, Finland, where a commercial building’s foundation has been laid on energy piles.

The temperature-induced motion of the pile has been investigated analytically by calculation given the conditions in Jyväskylä. The axial loads arising in the pile did not show the sizes needed to represent a structural problem. However, the phenomenon presents a real problem that must be taken into consideration. It is also difficult to model the problem as it is difficult to determine what kind of restraint the pile got.

The buckling problem was also studied analytically by calculation. A typical pile was designed according to current standards with a gradual deterioration and improved of the soils shear strength. The change in the shear strength was based on assumptions corresponding to the results presented by Tidfors (1987). The deterioration of the shear strength did obviously reduce the pile’s carrying capacity. Failure by bucklingmode came into play at a reduction of the shear capacity of 50 %.

The use of energy foundation results in changes of the soil’s geotechnical properties and creates a need to quantify these changes. Furthermore must the consequences by using energy foundation be integrated into the design process so that in the future economically viable usage is possible. By doing so the technology can grow and fulfil its great potential.

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 73 p.
Series
Examensarbete Jord- och bergmekanik, ISSN 1652-599X
Keyword [en]
foundation, piles, energy piles, heat exchanger
Keyword [sv]
grundläggning, pålar, markvärmeväxlare, energiuttag mark, försämrad skjuvhållfasthet, energipåle
National Category
Geotechnical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-156539OAI: oai:DiVA.org:kth-156539DiVA: diva2:767102
Subject / course
Facilities for Infrastructure
Educational program
Master of Science in Engineering - Urban Management
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-12-11 Created: 2014-11-30 Last updated: 2015-01-15Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1424 kB)298 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1424 kBChecksum SHA-512
d044fa84e527bc6beba7884214dd465272627e8a2704fee017c1b8461832e7b86ca1c9a412dd89818f454163cad20a6a6806509f84320203f33e19e88d88d04d
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Soil and Rock Mechanics
Geotechnical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 298 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 297 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf