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Alkali-silica reaction (ASR) and delayed ettringite formation (DEF) are the most common internal swelling reactions (ISR) in concrete dams. The swelling effects and concrete deterioration caused by ISR can be observed in several forms at the structural level, including relative movements between blocks, displacements and deformations, cracking, surface discoloration around the cracks, scaling or spalling as well as surface

The nowadays-available dynamic monitoring equipment integrating sensitive low-noise sensors creates an opportunity to implement continuously operating dynamic monitoring systems in dams and validate the suitability of these systems to monitor such massive structures with the goal of detecting damage. The continuous characterisation of the dam modal properties during important variations of the water level and temperature is a unique experimental result, which is particularly interesting for the calibration of numerical models that consider water

Dam surveillance activities are based on observing the structural behaviour and interpretingthe past behaviour supported by the knowledge of the main loads. For day-to-day activities, datadrivenmodels are usually adopted. Most applications consider regression models for the analysis ofhorizontal displacements recorded in pendulums. Traditional regression models are not commonlyapplied to the analysis of relative movements between blocks due to the non-linearities related to thesimultaneity of hydrostatic and thermal effects. A new application of a multilayer perceptron neuralnetwork model is proposed to interpret the relative movements between blocks measured hourly in aconcrete dam under exploitation. A new methodology is proposed for threshold definition related tonovelty identification, taking into account the evolution of the records over time and the simultaneityof the structural responses measured in the dam under study. The results obtained through thecase study showed the ability of the methodology presented in this work to characterize the relativemovement between blocks and for the identification of novelties in the dam behaviour.

Traditional dam safety methods, based on visual inspections and manual monitoring,have long been the standard for ensuring the stability and safety of dams. However, asthe scale and complexity of dam projects have increased, these methods have becomeincreasingly insufficient. Major limitations of traditional dam safety methods are theexistence of deficient observation plans and the potential for human error. Inspectorsmay miss crucial signs of deterioration or failure, and manual monitoring can be prone to inaccuracies. In addition, as the number of (aged and new) dams continues to increase,it becomes increasingly difficult and resource-intensive to manually inspect and monitoreach one. Another limitation of traditional dam safety methods is that they are typicallyreactive rather than proactive. They focus on identifying and addressing problems afterthey have already occurred, rather than predicting and preventing them.In contrast, modern techniques such as remote sensing, drones, and sensor networkscan provide more accurate, real-time data on dam conditions. They can also be used tocontinuously monitor dams, providing an early warning of potential problems. ArtificialIntelligence (AI) can be applied to the data collected from these modern techniques foridentifying patterns and anomalies that may indicate a potential problem. AI algorithmscan be used in the decision-making process for dam safety by providing accurate andupdated risk analysis.

This paper aims at compiling the most relevant information concerning the use of cement-based mortars and concretes in the rehabilitation, retrofitting, and strengthening of hydraulic structures, namely concrete dams. The most important properties of cementbased mortars and concretes as repair materials are addressed, with a special focus on its compatibility with the concrete substrate. After a brief allusion to generic preparatory works, some of the most common practices are described. The main topics are mortar and concrete toppings, i.e., patches and overlays and thickening of the dam section. Among overlays, shotcrete and underwater works are addressed in detail. Littlerock, Oberems, and Storfinnforsen dam interventions are briefly described as successful rehabilitations involving the shotcrete method, whereas the Albbruck-Dogern dam intervention is given as an example of effective underwater repair works. As for dam section modifications, Kölnbrein, Olef, and Sasanagare dams are presented as conventional mass concrete placements within rehabilitation operations, while Les Toules, Gibraltar, Santa Cruz, and Littlerock dams are references for roller compacted concrete strengthening.

Injecting discontinuities is a recurrent procedure for the rehabilitation of concrete hydraulicstructures, namely repairing cracked dam bodies and deteriorated lift and contraction joints.Within this scope, a relatively detailed description of the most important cement injectiongrouts features is presented, including the main advantages and drawbacks compared toalternatives. The cement-based grouts are among the most utilised materials in these contexts.Economic and environmental related aspects are among the main advantages ofcement-based grouts, although some technical features of these grouting materials are alsofavourable. The equipment utilised for the preparation and for the application of cementitiousgrouts is also mentioned. This document also addresses aspects related to the assessment ofconcrete dams

Evaluation of the sliding stability of concrete dams requires the use of numerical tools not only able to simulate the coupled hydromechanical behavior but also able to adequately represent the foundation discontinuities and the specific features of dam foundations. The formulation of a three-dimensional (3D) small displacement finite element model based on interface elements to simulate the discontinuities is presented. In this model, the hydraulic behavior is simulated assuming that the water flow occurs only along channels located at the edges of the triangular interface elements that simulate the discontinuities. The model is used to perform coupled hydromechanical analysis of a large arch-gravity dam and to assess safety against dam base sliding, assuming different constitutive models at the dam/foundation interface and two different approaches: (i) strength reduction method and (ii) amplification of the hydrostatic pressure, assuming an increase in the reservoir level. The present study shows that consistent results are obtained with the proposed numerical model and that stability analysis should preferably be carried out using the method of increasing the hydrostatic pressure and the corresponding uplift pressures, as this methodology leads to significantly lower safety factors.

Evaluation of the sliding stability of concrete dams requires the use of numerical tools notonly able to simulate the coupled hydromechanical behavior but also able to adequately represent thefoundation discontinuities and the specific features of dam foundations. The formulation of a threedimensional (3D) small displacement finite element model based on interface elements to simulatethe discontinuities is presented. In this model, the hydraulic behavior is simulated assuming that thewater flow occurs only along channels located at the edges of the triangular interface elements thatsimulate the discontinuities. The model is used to perform coupled hydromechanical analysis of alarge arch-gravity dam and to assess safety against dam base sliding, assuming different constitutivemodels at the dam/foundation interface and two different approaches: (i) strength reduction methodand (ii) amplification of the hydrostatic pressure, assuming an increase in the reservoir level. Thepresent study shows that consistent results are obtained with the proposed numerical model andthat stability analysis should preferably be carried out using the method of increasing the hydrostaticpressure and the corresponding uplift pressures, as this methodology leads to significantly lowersafety factors.

The main aim of structural safety control is the multiple assessments of the expected dam behaviour based on models and the measurements and parameters that characterise the dam’s response and condition. In recent years, there is an increase in the use of data-based models for the analysis and interpretation of the structural behaviour of dams. Multiple Linear Regression is the conventional, widely used approach in dam engineering, although interesting results have been published based on machine learning algorithms such as artificial neural networks, support vector machines, random forest, and boosted regression trees. However, these models need to be carefully developed and properly assessed before their application in practice. This is even more relevant when an increase in users of machine learning models is expected. For this reason, this paper presents extensive work regarding the verification and validation of data-based models for the analysis and interpretation of observed dam’s behaviour. This is presented by means of the development of several machine learning models to interpret horizontal displacements in an arch dam in operation. Several validation techniques are applied, including historical data validation, sensitivity analysis, and predictive validation. The results are discussed and conclusions are drawn regarding the practical application of data-based models.

Some successful rehabilitation schemes involving the use of cement-based grouts for the repair of cracks in concrete dams are described. The author reviews the advantages and drawbacks of using cement-based materials in the context of the four main types of concrete dams (gravity, buttress, arch and multiple arch-buttress structures). These and other successful case studies can serve as guidance for future rehabilitation schemes.

Most gravity dam failures occur due to sliding along the dam/foundation interface, rock mass discontinuities, or rock mass layers of lower strength. The possibility of sliding of a dam is usually evaluated based on simplified limit equilibrium techniques. In this study an explicit time-stepping small displacement algorithm, Parmac2D-Fflow, is used to assess the safety of gravity dams. This algorithm is based on a discrete representation of discontinuities, simulates the hydro-mechanical interaction, and considers softening constitutive laws that are closer to the actual behaviour of the dam/foundation interface. Seepage flow along the dam/foundation interface is only allowed to occur after contact failure, making it possible to model a coupled propagation failure along the dam/foundation interface due to a hypothetical dam overtopping scenario. For two gravity dams with different heights, the numerical results predicted with a coupled/fracture propagation model are compared with those obtained with a coupled/fully fractured model and with an uncoupled analysis. The results presented highlight the relevance of taking into account a coupled hydro-mechanical for dam safety and show that with coupled-fracture propagation model slightly higher safety factors are predicted.

This paper describes the main features of the experimental in situ setups used to estimate the concrete deformability from six large Portuguese dams, all of which were built in the last 25 years. These experimental setups are commonly referred to as creep cells and aim at determining the modulus of elasticity for different ages and estimating the creep curve, under the same thermo-hygrometric conditions as the dam.Creep cells are composed of specimens of concrete with embedded strainmeters, placed in the body of a concrete dam during its construction, with a hydraulic flat-jack underneath. During the elastic modulus and the creep tests, while the jack introduces a given compressive stress in the specimen, the embedded strainmeters measure the sub-sequent strains, instantly or over time, for the modulus of elasticity or creep assessment, respectively.In recent years, there have been several developments in the design and in the instal-lation methodology of this type of experimental setup, namely in Alqueva, Baixo Sabor, Ribeiradio, Foz Tua, Daivões and Alto Tâmega dams.The article also presents a brief compilation of the most important creep cells results for these dams, which are being used as an input to numerically evaluate the structure

Nesta comunicação apresentam-se os resultados numéricos obtidos em estudos de estabilidade de uma barragem abóbada praticamente simétrica com 220 m de altura máxima. Nos estudos efetuados simula-se a não linearidade do betão da barragem e inclui-se a modelação da interação hidromecânica. Comparam-se os resultados obtidos com o método simplificado de redução das resistências e com diferentes modos de amplificação da parcela hidrostática. Analisam-se os fatores de segurança obtidos em cada abordagem. Dos resultados apresentados conclui-se que, para a geometria da barragem abóbada analisada, a abordagem de fenda discreta é viável e, neste caso, não é necessário utilizar um modelo não linear à compressão. Recomenda-se que a avaliação da segurança seja feita usando o método de amplificação da parcela hidrostática.

Um aproveitamento hidroelétrico consiste num sistema constituído pela estrutura resistente, as estruturas hidráulicas, o maciço de fundação e a albufeira. Este tipo de empreendimento envolve desafios hidrológicos, estruturais e geotécnicos, apoiados por ensaios de prospeção e de caracterização dos materiais e planos de observação e instrumentação.As barragens de betão são estruturas que apresentam um elevado risco potencial e um elevado custo operacional, associado à perda de funcionalidade, no caso de rotura. O controlo de segurança estrutural visa reduzir esse risco e divide-se, em geral, em três atividades: i) monitorização, i.e., na exploração do sistema de observação e na realização de inspeções visuais regulares e de ensaios de caracterização; ii) análise e interpretação dos resultados da observação através de modelos estatísticos e modelação numérica, iii) avaliação da segurança e tomada de decisão.A metodologia Building Information Modelling (BIM) permite definir uma abordagem sistemática para o desenvolvimento das atividades de controlo de segurança de barragens, desde a fase de projeto, construção, exploração e abandono e demolição.Este trabalho descreve as várias vertentes do controlo de segurança estrutural de barragens de betão, com particular foco na fase de exploração. Discutem-se as principais potencialidades e desafios da implementação BIM adaptada estas atividades, em particular a aplicação de um sistema de classificação, a definição de regras de modelação de objetos específicos e definição de parâmetros, a interligação entre o modelo, os sistemas de gestão de informação existentes e os resultados das inspeções visuais, o apoio à análise estrutural e à tomada de decisão.

The main purpose of assessment of dam condition, through the use of the infor-mation provided by the monitoring system, is achieved by having up-to-date knowledge of the dam. Early anomalous behaviour detection is expected in order to allow appropriate intervention to correct the situation or to avoid serious consequences. Once a dam is in its operation phase, the assessment of the dam's condition and the interpretation of the dam's behaviour are supported by data-based models, among others, in which the main goal is to predict the actual structural dam behaviour in order to detect a possible deviation from a considered normal pattern.Within the scope of the 16th International Benchmark Workshop on Numerical Analysis of Dams, this paper presents a methodology for the prediction of different measurements based on the com-bination of the results from multiple linear regression and neural network models. The work dis-cusses the advantages and applicability of the methodology to each type of dataset and the im-portance of engineering expertise and on site knowledge when using data-based models.The obtained results show a good model performance for the training period being a valid option for dam engineering activities.

No contexto da construção do Sistema Electroprodutor do Tâmega, concessionado à empresa Iberdrola, apresenta-se o plano de ensaios preconizado para o controlo de qualidade do betão e para a avaliação do comportamento do betão ao longo do tempo, assim como um resumo dos respetivos resultados. De entre os ensaios realizados, destacam-se os de fluência em compressão com idades de carregamento entre 3 e 92 dias. Com base nos resultados dos ensaios de fluência foram ajustados os parâmetros de uma lei de fluência básica representativa do comportamento diferido.

Neste trabalho apresenta-se uma proposta para o desenvolvimento de uma variante dos modelos de interpretação quantitativa do tipo HTT (Hydrostatic, Temperature, Time) onde o efeito térmico observado na resposta da estrutura é caracterizado a partir das medições da temperatura do ar. O caso de estudo apresentado consiste na interpretação dos deslocamentos horizontais, na direção radial, observados numa base de fio de prumo da barragem do Baixo Sabor. Os resultados obtidos no modelo HTT proposto foram comparados com os resultados do modelo de interpretação quantitativa usualmente utilizado, um modelo do tipo HST (Hydrostatic, Season, Time).

Tirando partido das medições do sistema de observação de uma barragem de betão, registadas automaticamente com frequência horária, é possível realizar-se um estudo para avaliar o efeito da frequência de medição na qualidade dos modelos de Machine Learning utilizados para a previsão expedita do comportamento observado em barragens de betão. Para tal, foram criados subconjuntos desses valores com diferentes frequências, como diárias, semanais ou quinzenais, com o intuito de simular cenários de frequência dos registos de dados de monitorização. Neste trabalho apresenta-se uma avaliação do efeito da frequência das medições do deslocamento horizontal medido numa base de fio de prumo no desempenho de modelos de Machine Learning, nomeadamente de regressão linear múltipla e de redes neuronais artificiais do tipo Perceptrão Multicamada.

Concrete swelling due to internal expansion reactions (IER) concerns both physical and chemical phenomena which can have strong interactions as the swelling process evolves. Modelling the effects of swelling on the mechanical behaviour of concrete is of the most importance in order to predict the development of the deterioration, to assess structural safety and to determine the efficiency of rehabilitation techniques to reduce the negative impact of swelling.Mesoscale models are being used for the study of the behaviour of concrete focusing on the interactions between aggregates and the maturing cement paste in order to evaluate development of the main mechanical properties. These types of models are particularly relevant for the study of swelling since the aggregate structure of concrete and the interfacial transition zone (ITZ) are explicitly taken into account.This paper refers to the numerical simulation of concrete swelling using detailed 2D particle models in which the particles representing the coarse aggregates and the binding mortar define the concrete mesostructure. In the particle model, swelling is represented by a change in the normal contact force due to a change in the inter-particle relative displacement caused by the progressive particle area growth. Since the swelling reactions occur relatively slow over a large period of time, creep and relaxation properties of concrete are taken into account. The paper evaluates the effect of aging viscoelasticity on the development of stress inside the concrete and for predicting the progress ofdamage over time.

One concern of the dam surveillance activities is the assessment of the real structural behaviour, to detect possible malfunctions early. For real-time decision be effective, there must be confidence in the measured data, and it must be possible to interpret the data (through adequate data-based methods) in order to properly assess the structure's behaviour and condition (based on reliable numerical models). In the actual context, the main threats are the inability to detect in a timely manner some scenarios of abnormal structural behaviour that may originate an accident. Therefore, the achievement of the objective of real time structural safety control through the use of automated monitoring systems requires the improvement of the management, validation, archiving and exploitation of information, and the implementation of a quality control process for the measured data.In Portugal, the Concrete Dam Department of the National Laboratory for Civil Engineering (LNEC) has been involved on the safety control of the Portuguese large dams presenting more significant risks since their design and construction stage. One of the more important objectives of LNEC

As inspeções visuais constituem uma atividade importante do controlo de segurança de barragens. O registo continuado de anomalias e ocorrências permite ao dono de obra acompanhar e manter o estado da obra e do sistema de observação e planear eventuais reparações e processos de reabilitação.Atualmente, é prática corrente recorrer a fichas de inspeção visual para o registo das ocorrências em cada elemento estrutural da obra e elaborar relatórios técnicos em que se descreve a evolução do estado de conservação desde a última inspeção.Este trabalho apresenta uma proposta para a implementação BIM a inspeções visuais de barragens de betão com o objetivo de sistematizar e digitalizar a informação proveniente das fichas de inspeção para um modelo BIM tridimensional. Pretende-se que o modelo BIM seja utiliza-do para melhorar a visualização das ocorrências ao longo do tempo.Este trabalho constitui o primeiro passo com vista à criação do sistema integrado BIM de análise de dados gerados automaticamente e de inspeções visuais.Apresenta-se uma proposta de utilização de formulários digitais pré-definidos para o registo das ocorrências e para exportação sistematizada da informação para o modelo BIM tridimensional. Propõem-se as regras de modelação da barragem para a fase de exploração da obra e a definição e classificação de objetos BIM para a estrutura, para as ocorrências e para os instrumentos, incluindo a definição das propriedades para o registo da informação.

Nowadays, organizations are embracing digital transformation, investingin the integration of information and communication technology (ICT) toolsand solutions. Advanced ICT technologies converge with operations technologies(OT), allowing machines, processes, employees, and products to be part ofa single data framework, from data collection to analysis, interpretation, and assessment,which are the foundation for informed decision-making. Industry 4.0takes advantage of emergent ICT to make the right decisions, at the right time,optimizing processes, minimizing risks and improving value chains. The mainaim of the structural safety assessment and control of critical infrastructures, suchas dams and bridges, is to protect people, property and the environment fromharmful effects of failure or misoperation of infrastructures. This goal is achievedthrough Structural Health Monitoring and Control (SHMC) activities to monitorand track the life-cycle of critical infrastructures in such a way that it can providesufficient information for long- and short-term decisions regarding structuralsafety assessment. The objective of this work is to present a reflection of the impactof the industry 4.0 trends on the structural safety assessment of critical infrastructuresand, more specifically, to understand the level of maturity and toshow how the leveraging of enabling technologies such as augmented reality,Internet of Things (IoT), additive manufacturing, cloud computing, big data andanalytics are impacting the SHMC activities on critical infrastructures, which aretraditional cyber-physical systems with complex sensor networks used to assessand control structural safety and health.

As atividades de controlo de segurança de barragens de betão têm um caráter preventivo, com o intuito de facilitar a tomada de decisões de forma atempada para evitar ou minimizar as consequências resultantes de um acidente ou incidente de uma barragem. No controlo de segurança de barragens com sistemas de monitorização automática, a análise de uma grande quantidade de dados ainda pode tornar-se uma tarefa difícil. Por um lado, pretende-se garantir o controlo de segurança, em tempo real, mas, por outro lado, a capacidade humana de processar a informação de dados é limitado. No entanto, os desenvolvimentos tecnológicos em termos de capacidade de processamento de informação têm permitido o desenvolvimento de ferramentas para a análise de grandes quantidades de dados. A necessidade de rever os procedimentos de análise de dados adequados para a extração de informação tornou-se um aspeto importante para a tomada de decisão em tempo útil. Por estas razões, é fundamental proporcionar às entidades responsáveis pela segurança das barragens um sistema de apoio à gestão da informação que facilite o acesso aos dados, a interpretação da informação e a tomada de decisão, de forma atempada. Neste contexto, o principal objetivo desta dissertação é a definição de metodologias para: i) melhorar a qualidade das grandezas medidas pelo sistema recolha automática de dados, através da implementação de procedimentos para o controlo da sua qualidade e para a validação dos resultados, tendo em conta a incerteza de medição dos sistemas de medição; ii) melhorar os procedimentos relacionadas com a análise de dados e a sua interpretação, através de uma abordagem baseada nos dados da observação, a fim de apoiar a decisão de quais as grandezas que devem ser incluídas na sistemas de recolha automática de dados, quantificar o efeito da onda térmica diária na resposta da estrutura e reconhecer padrões de comportamento da barragem; iii) a definição de avisos relacionados com a identificação de comportamento anómalo, e de potenciais cenários de rotura. A aplicação das metodologias propostas num sistema de apoio à gestão da informação será um passo sólido para a melhoria dos processos de controlo de segurança em tempo real.

Apresenta-se um estudo sobre o comportamento de fundações de barragens de betão na fase de exploração normal das obras desenvolvido com o objectivo de validar e fundamentar a aplicação de modelos numéricos de análise do comportamento hidromecânico de maciços rochosos, tendo em vista generalizar a sua utilização e tornar mais eficaz a observação e controlo de segurança destas obras. Foi estudada a representação em modelos numéricos da cortina de impermeabilização e do sistema de drenagem e das condições geológico-geotécnicas concretas das zonas de fundação analisadas, tendo em conta, nomeadamente, os problemas computacionais associados a modelos tridimensionais. Foram realizados ensaios de afluência de água em duas grandes barragens portuguesas, uma gravidade e uma abóbada, que se verificou serem fundamentais para caracterizar o escoamento no maciço, complementando a informação obtida com o sistema de observação. Desenvolveram-se modelos hidráulicos e hidromecânicos do comportamento das fundações destas barragens, que no caso da barragem gravidade foram utilizados no estudo de cenários de rotura. Apresentam-se conclusões sobre a adequação e limitação dos modelos numéricos utilizados, sobre os parâmetros essenciais para calibrar e aplicar esses modelos, e propõem-se métodos de planeamento e utilização dos sistemas de observação de fundações de barragens, de modo a melhorar o controlo de segurança.

O presente trabalho pretende contribuir para o aperfeiçoamento dos modelospara análise do comportamento de barragens de betão ao longo do tempo, submetidasa processos expansivos devidos a reacções químicas de origem interna. Odesenvolvimento destas reacções expansivas, determinado pela composição do betãoe influenciado pelos campos térmico, higrométrico e de tensões, pode provocarfissuração e contribuir para a deterioração precoce das obras.O trabalho aborda, na parte inicial, a fenomenologia dos processos expansivos,salientando-se os factores de natureza física e química que mais os influenciam. Deseguida apresentam-se os aspectos relacionados com a identificação e acaracterização das reacções expansivas, no que respeita às evidências físicas e aosseus efeitos estruturais. Analisam-se, entre outras obras, as barragens portuguesasafectadas por esta patologia.A influência dos factores que regulam o desenvolvimento do processoexpansivo (composição do betão, temperatura, humidade e estado de tensão) équantificada com base num modelo de interacção químico-mecânico, permitindo umaestimativa das expansões à escala das obras de engenharia. Este modelo foiintegrado num código computacional de elementos finitos que considera ocomportamento diferido do betão, através de um modelo viscoelástico com maturação,e o surgimento e propagação da fendilhação, por meio de uma formulação de dano.Utiliza-se uma técnica incremental na discretização das acções que permite simular aevolução do comportamento ao longo do tempo, tendo em conta os fenómenosdiferidos e o progressivo desenvolvimento da fissuração.Apresentam-se dois estudos de aplicação a barragens portuguesas afectadaspor processos expansivos. O primeiro estudo refere-se à barragem de Santa Luzia,uma abóbada construída entre 1939 e 1943, em que a magnitude das expansões émoderada. O segundo estudo reporta-se à barragem de Pracana, uma obra decontrafortes cuja albufeira foi mantida vazia durante mais de uma década após trintaanos de exploração, devido à fendilhação generalizada da sua estrutura provocada porgrandes expansões diferenciais, que depois foi reabilitada, encontrando-se desdeentão em exploração normal há cerca de quinze anos. Os resultados destes estudosdemonstram o interesse e as potencialidades das metodologias desenvolvidas naquantificação do processo expansivo, na interpretação do comportamento observado ena avaliação das condições de segurança das obras.

This work deals with the estimation of the parameters of mixtures of beta variables. The work is organized in four main sections preceded by an introduction and succeeded by conclusions. The second section summarizes the properties of the beta distribution and describes two methods to estimate its parameters from observed samples, the method of moments and the maximum likelihood method. The third section presents the general concept of a mixture of random variables, presents the likelihood function of a sample of a beta mixture, finally, describes the EMA