Structural analysis of pile cap as onshore wind turbine foundation

• Published in: Revista IBRACON de estruturas e materiais 2021, Vol.14 (5)
• Main Authors: Araújo, Kaique Yuri Marcio, Barros, Rodrigo, Nascimento Neto, Joel Araújo
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: ENGINEERING, CIVIL; finite element method; pile cap; structural analysis; wind turbine foundation
• ISSN: 1983-4195; 1983-4195
• DOI: 10.1590/s1983-41952021000500004

This paper analyzes the structural behavior of reinforced concrete pile caps as onshore wind turbine foundations using eight models based on the finite element method (FEM). The variables adopted are: the type of finite element utilized; the soil representation; and, considering or not the soil under the pile cap base. All materials constituting the models were considered as linear elastic behavior. The results of interest are: reaction in piles; dividing the load between soil and piles; pile cap displacement; normal radial stress and bending moments in the pile cap. The models designed on solid elements and shell elements demonstrated good compatibility between the found values, such as dividing the load between soil and piles. In some models, the numerical analysis showed results against the structural safety of the foundation when the soil under the pile cap is not considered. RESUMO: Este artigo analisa o comportamento estrutural de blocos de concreto armado sobre estacas como fundações de aerogeradores onshore por meio de oito modelos baseados no Método dos Elementos Finitos. Foram adotadas como variáveis: o tipo de elemento finito utilizado; o tipo de representação do solo; e, a consideração ou não da resistência do solo sob a base do bloco. Os materiais foram tratados com modelos constitutivos de comportamento elástico linear. Os resultados de interesse foram: reações nas estacas; divisão do carregamento entre o solo e as estacas; deslocamento do bloco; tensões normais radiais e momentos fletores no bloco. Na comparação entre os modelos em elementos sólidos e elementos de casca foi observado que houve boa compatibilidade entre os valores encontrados, tais como divisão do carregamento entre solo e estacas. Em alguns modelos, as análises numéricas revelaram resultados que podem ser contra a segurança estrutural da fundação, quando não se considera a presença do solo sob a base do bloco.