Field monitoring of the ground vibrations adjacent to an onshore wind turbine foundation

Investigations of the soil-foundation interaction behaviour of wind turbine foundations and transfer of energy from the wind to the ground have not been reported in Canada. Indeed, very few vibration monitoring studies have been conducted globally around wind farms. It has been found that turbines predominantly produce vibrations related to structural resonances and blade-passing frequencies. Energy is found to be modified with distance and is dominated by surface waves. This paper describes a study of the effect of wind-structure interaction on the behaviour of a turbine foundation and the generation of ground-based vibrations around a working commercial wind turbine in Ontario. The field monitoring system and meteorological instrumentation are described in this paper and the responses of the structure and surrounding ground due to the fluctuating wind-field are discussed. The spectral analysis shows that the higher frequency vibrations attenuate more rapidly than the lower frequency vibrations. The tilted elliptical particle motions are found to be non-Gaussian because of the non-Gaussian wind conditions. The response attenuation with distance indicates that both geometric and material attenuation may dominate the vibration attenuation in the near field and only geometric attenuation occurs in the far field. Key words: wind turbine, foundation vibration, ground vibration, wind, soil- foundation interaction. Des enquetes sur le comportement des fondations d'eoliennes en matiere d'interaction sol-fondation et de transfert d'energie du vent au sol n'ont pas ete signalees au Canada. En effet, tres peu d'etudes de surveillance des vibrations ont ete menees a l'echelle mondiale autour des parcs eoliens. Il a ete constate que les turbines produisent principalement des vibrations liees aux resonances structurelles et aux frequences de passage des pales. On constate que l'energie se modifie avec la distance et qu'elle est dominee par les ondes de surface. Cet article decrit une etude de l'effet de l'interaction entre le vent et la structure sur le comportement des fondations d'une turbine et la production de vibrations au sol autour d'une turbine eolienne commerciale en fonctionnement en Ontario. Le systeme de surveillance sur le terrain et l'instrumentation meteorologique sont decrits dans ce document et les reactions de la structure et du sol environnant dues a la fluctuation du champ de vent sont examinees. L'analyse spectrale montre que les vibrations de haute frequence s'attenuent plus rapidement que les vibrations de basse frequence. Les mouvements elliptiques inclines des particules s'averent etre non gaussiens en raison des conditions de vent non gaussiennes. L'attenuation de la reponse avec la distance indique que l'attenuation geometrique et materielle peut dominer l'attenuation des vibrations dans le champ proche et que seule l'attenuation geometrique se produit dans le champ lointain. [Traduit par la Redaction] Mots-cles: turbine eolienne, vibration des fondations, vibration du sol, vent, interaction sol-fondation.
Introduction Wind is a major source of renewable energy and has been the largest source of new electricity in Canada for the last 11 years. Wind turbines are subjected to [...]