KİL ZEMİNLERDEKİ DÜZ VE KONİK RÜZGAR TÜRBİNİ TEMELLERİNİN OTURMA DAVRANIŞININ 3B SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE KARŞILAŞTIRMALI İNCELENMESİ

Hakan Yalçın

doi:10.17780/ksujes.1696220

EN TR

COMPARATIVE INVESTIGATION OF THE SETTLEMENT BEHAVIOR OF CIRCULAR FLAT AND CONICAL WIND TURBINE FOUNDATIONS IN CLAYEY SOILS USING THE 3D FINITE ELEMENT METHOD

Abstract

As the importance of renewable energy grows, the number of wind turbines is increasing, leading to construction on various soil types, including clayey soils. An important factor in ensuring the stability and long-term operation of wind energy systems is the deformation behavior of wind turbine foundations on clayey soils. The aim of this study is to compare the settlement performance of a conventional circular flat-type wind turbine foundation (CFT) and a conical-type foundation (CTF) using the three-dimensional finite element method. In the analyses, the effects of different soil parameters such as overconsolidation ratio (OCR), cohesion, and internal friction angle, as well as the torsional moment acting on the turbine, on the settlement and overall deformation of the turbine foundations were investigated. The results of the study show that the use of CTF results in less stress in the soil and better settlement performance compared to CFT. Additionally, it was found that the OCR significantly alters the way the foundation responds to deformation. Optimized stress distribution, improved resistance to shear and lateral forces and improved moment stability thanks to its geometry make CTF a more reliable and effective choice for supporting onshore wind turbines in complex ground environments.

Keywords

KİL ZEMİNLERDEKİ DÜZ VE KONİK RÜZGAR TÜRBİNİ TEMELLERİNİN OTURMA DAVRANIŞININ 3B SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE KARŞILAŞTIRMALI İNCELENMESİ

Abstract

Yenilenebilir enerjinin önemi arttıkça, rüzgar türbinleri çoğalmakta ve killi zemin de dahil çeşitli zemin tiplerine inşaat yapılmaktadır. Rüzgâr enerjisi sistemlerinin stabilitesini ve uzun süreli çalışmasını garanti etmede önemli bir unsur, rüzgâr türbini temellerinin killi zeminlerdeki deformasyon davranışıdır. Bu çalışmanın amacı, geleneksel dairesel düz tip rüzgar türbin temeli (DTT) ve konik tip temelin (KTT) zemindeki oturma performanslarının 3 boyutlu sonlu eleman yöntemi kullanılarak kıyaslanmasıdır. Analizlerde, aşırı konsolidasyon oranı (AKO), kohezyon, içsel sürtünme açısı gibi farklı zemin parametreleri ve türbine etkiyen burulma momentinin türbin temellerinin oturmasını ve genel deformasyonunu nasıl etkilediği incelenmiştir. Çalışma sonucunda, KTT kullanıldığı durum DTT ile kıyaslandığında zeminde daha az gerilme olması ve daha iyi bir oturma performansı elde edilmesine olanak sağlamıştır. Ayrıca, AKO' nun temelin deformasyona tepki verme biçimini önemli ölçüde değiştirdiği tespit edilmiştir. Sahip olduğu geometri sayesinde optimize edilmiş gerilim dağılımı, kesme ve yanal kuvvetlere karşı geliştirilmiş direnci ve iyileştirilmiş moment kararlılığı, KTT’ nin karmaşık zemin ortamlarında kara rüzgar türbinlerini desteklemek için daha güvenilir ve etkili bir seçim haline getirmektedir.

Keywords

References

ASTM. (2011). ASTM D7181-11: Standard test method for consolidated drained triaxial compression test for soils. ASTM International. https://www.astm.org/d7181-11.html
ASTM. (2017). ASTM D2435: Standard test methods for one-dimensional consolidation properties of soils. ASTM International. https://www.astm.org/d2435.html
Colmenares, J. E., Kang, S. R., Shin, Y. J., & Shin, J. H. (2013). Ultimate bearing capacity of conical shell foundation. In The 2013 World Congress on Advances in Structural Engineering and Mechanics (ASEM13) (pp. 3020–3040). Jeje, Korea.
Craig, W., & Chua, K. (1990). Deep penetration of spud-can foundations on sand and clay. Géotechnique, 40(4), 541–556. https://doi.org/10.1680/geot.1990.40.4.541
Dam, M. M. (2014). Sera gazı emisyonlarının makroekonomik değişkenlerle ilişkisi: OECD ülkeleri için panel veri analizi, Doktora Tezi, Adnan Menderes Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü, Aydın.
Demirci, H. E. (2023). Geotechnical preliminary design of onshore wind turbine foundations. Erzincan University Journal of Science and Technology, 16(3), 756–781. https://doi.org/10.18185/erzifbed.1306867
Huat, B. B. K., & Mohammed, T. A. (2006). Finite element study using FE code (PLAXIS) on the geotechnical behavior of shell footings. Journal of Computational Science, 2(1), 104–108.
Huat, B. B. K., Mohammed, T. A., Ali, A., & Abdullah, A. A. (2007). Numerical and field study on triangular shell footing for low rise building. International Journal of Engineering and Technology, 4(2), 194–204.

Indraratna, B., Jayanathan, M., & Brown, E. (2008). Shear strength model for overconsolidated clay-infilled idealised rock joints. Géotechnique, 58(1), 55–65. https://doi.org/10.1680/geot.2008.58.1.55
Kılıç, F., & Oral, M. (2023). Alternatif bir kaynak olarak Türkiye'de hidrojen enerjisi (pp. 1–117). Iksad Publishing House. https://dx.doi.org/10.5281/zenodo.10429043
Mohamed, W., Austrell, P. E., & Dahlblom, O. (2018). A new and reusable foundation solution for onshore windmills. Computers and Geotechnics, 99, 14–30. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2017.08.022
Motallebiyan, A., Bayat, M., & Nadi, B. (2020). Analyzing the effects of soil-structure interactions on the static response of onshore wind turbine foundations using finite element method. Civil Engineering Infrastructures Journal, 53(1), 189–205. https://doi.org/10.22059/ceij.2020.281914.1586
Saleh, S., Yunus, N. Z. M., Ahmad, K., & Said, K. N. M. (2021). Numerical simulation with hardening soil model parameters of marine clay obtained from conventional tests. SN Applied Sciences, 3, 156. https://doi.org/10.1007/s42452-021-04106-7
Shaligram, P. S. (2011). Behavior of triangular shell strip footing on georeinforced layered sand. International Journal of Advanced Engineering Technology, 2(2), 192–196.
Surarak, C., Likitlersuang, S., Wanatowski, D., Balasubramaniam, A., Oh, E., & Guan, H. (2012). Stiffness and strength parameters for hardening soil model of soft and stiff Bangkok clays. Soils and Foundations, 52(4), 682–697. https://doi.org/10.1016/j.sandf.2012.07.009
Wael, M., & Austrell, P. E. (2018). A comparative study of three onshore wind turbine foundation solutions. Computers and Geotechnics, 94, 46–57. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2017.08.022
Wang, J., Zhuang, H., Guo, L., Cai, Y., Li, M., & Shi, L. (2022). Secondary compression behavior of over-consolidated soft clay after surcharge preloading. Acta Geotechnica, 17(3), 1009–1016. https://doi.org/10.1007/s11440-021-01276-9
Wu, S., Lok, T., Xu, Y., Wang, W., & Wu, B. (2021). Rate-dependent behavior of a saturated reconstituted clay under different over-consolidation ratios and sample variance. Acta Geotechnica, 16(11), 3425–3438. https://doi.org/10.1007/s11440-021-01293-8
Yousefi, H., Abbaspour, A., & Seraj, H. (2019). Worldwide development of wind energy and CO2 emission reduction. Environmental Energy and Economic Research, 3(1), 1–9. https://doi.org/10.22097/eeer.2019.164295.1064
Yaşar. (2019). Analysis of a wind turbine foundation on stiff clay with analytical and 3D finite element methods, Master's Thesis, Middle East Technical University, Ankara.

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Civil Geotechnical Engineering

Journal Section

Research Article

Authors

Hakan Yalçın ^*
0000-0003-3346-1893
Türkiye

Publication Date

December 3, 2025

Submission Date

May 9, 2025

Acceptance Date

September 5, 2025

Published in Issue

Year 2025 Volume: 28 Number: 4

DOI

https://doi.org/10.17780/ksujes.1696220

IZ

https://izlik.org/JA32NU84AL

Cite

RIS / Bibtex

APA

Yalçın, H. (2025). KİL ZEMİNLERDEKİ DÜZ VE KONİK RÜZGAR TÜRBİNİ TEMELLERİNİN OTURMA DAVRANIŞININ 3B SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE KARŞILAŞTIRMALI İNCELENMESİ. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 28(4), 1769-1777. https://doi.org/10.17780/ksujes.1696220

AMA

1.Yalçın H. KİL ZEMİNLERDEKİ DÜZ VE KONİK RÜZGAR TÜRBİNİ TEMELLERİNİN OTURMA DAVRANIŞININ 3B SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE KARŞILAŞTIRMALI İNCELENMESİ. KSU J. Eng. Sci. 2025;28(4):1769-1777. doi:10.17780/ksujes.1696220

Chicago

Yalçın, Hakan. 2025. “KİL ZEMİNLERDEKİ DÜZ VE KONİK RÜZGAR TÜRBİNİ TEMELLERİNİN OTURMA DAVRANIŞININ 3B SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE KARŞILAŞTIRMALI İNCELENMESİ”. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 28 (4): 1769-77. https://doi.org/10.17780/ksujes.1696220.

EndNote

Yalçın H (December 1, 2025) KİL ZEMİNLERDEKİ DÜZ VE KONİK RÜZGAR TÜRBİNİ TEMELLERİNİN OTURMA DAVRANIŞININ 3B SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE KARŞILAŞTIRMALI İNCELENMESİ. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 28 4 1769–1777.

IEEE

[1]H. Yalçın, “KİL ZEMİNLERDEKİ DÜZ VE KONİK RÜZGAR TÜRBİNİ TEMELLERİNİN OTURMA DAVRANIŞININ 3B SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE KARŞILAŞTIRMALI İNCELENMESİ”, KSU J. Eng. Sci., vol. 28, no. 4, pp. 1769–1777, Dec. 2025, doi: 10.17780/ksujes.1696220.

ISNAD

Yalçın, Hakan. “KİL ZEMİNLERDEKİ DÜZ VE KONİK RÜZGAR TÜRBİNİ TEMELLERİNİN OTURMA DAVRANIŞININ 3B SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE KARŞILAŞTIRMALI İNCELENMESİ”. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 28/4 (December 1, 2025): 1769-1777. https://doi.org/10.17780/ksujes.1696220.

JAMA

1.Yalçın H. KİL ZEMİNLERDEKİ DÜZ VE KONİK RÜZGAR TÜRBİNİ TEMELLERİNİN OTURMA DAVRANIŞININ 3B SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE KARŞILAŞTIRMALI İNCELENMESİ. KSU J. Eng. Sci. 2025;28:1769–1777.

MLA

Yalçın, Hakan. “KİL ZEMİNLERDEKİ DÜZ VE KONİK RÜZGAR TÜRBİNİ TEMELLERİNİN OTURMA DAVRANIŞININ 3B SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE KARŞILAŞTIRMALI İNCELENMESİ”. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol. 28, no. 4, Dec. 2025, pp. 1769-77, doi:10.17780/ksujes.1696220.

Vancouver

1.Hakan Yalçın. KİL ZEMİNLERDEKİ DÜZ VE KONİK RÜZGAR TÜRBİNİ TEMELLERİNİN OTURMA DAVRANIŞININ 3B SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE KARŞILAŞTIRMALI İNCELENMESİ. KSU J. Eng. Sci. 2025 Dec. 1;28(4):1769-77. doi:10.17780/ksujes.1696220