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The mechanical property characterization of dam concrete is a challenging task mainly due to the use of large aggregate sizes. The properties of dam concrete are often evaluated from wet-screened concrete tests using standard specimen sizes. A physically-based relationship between dam concrete and wet-screened concrete strength properties is currently unavailable.A prediction methodology is proposed which can be used to obtain the compressive and the splitting tensile strength of dam concrete by taking into account the wet-screened strength results, the effect of the specimen dimensions and the effect of the maximum size of aggregate. The predicted results are compared with test results available in the literature and with test results recently obtained during the construction of the Baixo Sabor dam. It is shown that the proposed prediction tool can be used to obtain accurate estimates of dam concrete strength.

The explicit formulation of a small displacementmodel for the coupled hydro-mechanical analysis of concretegravity dam foundations based on joint finite elementsis presented. The proposed coupled model requires athorough pre-processing stage in order to ensure that theinteraction between the various blocks which representboth the rock mass foundation and the dam is always edgeto edge. The mechanical part of the model, though limitedto small displacements, has the advantage of allowing anaccurate representation of the stress distribution along theinterfaces, such as rock mass joints. The hydraulic part andthe mechanical part of the model are fully compatible. Thecoupled model is validated using a real case of a dam inoperation, by comparison of the results with those obtainedwith a large displacement discrete model. It is shown that itis possible to assess the sliding stability of concrete gravitydams using small displacement models under both staticand dynamic conditions.

This paper proposes a methodology for the prediction of the compressive creep strains of dam concrete based on wet-screened experimental results at constant elevated temperature conditions measured in situ. Due to its large aggregate dimensions, the experimental characterization of dam concrete has particular constraints. The wet-screened concrete, obtained by sieving the aggregates larger than a given dimension, after mixing, is used to cast standard specimens and to embed monitoring devices. An experimental in situ installation using creep cells was used to obtain the compressive creep strain development over time for the maturing conditions of the dam core. The study of the effect of wet-screening procedure on creep in compression considers three types of concrete, dam concrete and two wet-screened concretes tested at three loading ages, 28, 90 and 365 days. The comparison between different types of concrete at different maturing conditions requires the definition of a reference state given by the maturity method, using the equivalent age, and relies on the fit of compressive creep strains to the RILEM recommended model B3. To take into account the effect of the aggregate content on the deformability properties of dam concrete, an equivalent two-phase composite model was applied. The equivalent composite model considered the equivalent matrix as the wet-screened concrete and the inclusions as the larger aggregates that are removed during the wet-screening procedure. Predictions obtained with the composite model are close to the dam concrete experimental results, for the tested loading ages.

This paper proposes the use of the maturity method and of a two-phase composite models for the prediction of dam concrete modulus of elasticity.The methodology was validated with test results obtained from experimental in situ setup using creep cells placed in the dam's body, subjected to variable environmental conditions. It is shown that composite models can be used to predict the modulus of elasticity of in situ dam concrete based on the modulus of elasticity of the wet-screened concrete.

The reduced lifetime of geothermal wells is one of the main issues facing the geothermal industry, with cement durability being one of the main causes for shortening of a well's life. While most wells are cemented with American Petroleum Institute (API) class cements, alternative cementing systems are currently being considered. In this paper, the interactions of two alternative cement formulations with a typical geothermal rock formation are compared with a class A cement. This allows understanding of the most critical zone in the geothermal cement, which is the outermost layer where the cement encounters and, consequently, interacts with the exterior harsh environment, including the volcanic formation and brine. The faster setting of white cement and high-alumina cement compared with the well Portland cement seems to reduce the reaction extent with the rock. For all the cements tested, both the increased curing temperature (from 150°C to 290°C) and the use of bentonite as drilling mud significantly decreased the bond between the cement and the rock.

The application of the limit state design (LSD) in the geotechnical area has increased over the last two decades, but this approach is not yet widely used in dam safety evaluation. This study aims to widen the use of the LSD application for large dams, in particular concrete gravity dam foundations. This paper starts with a brief reference to the LSD approach in recently published guidelines for dam design, followed by a detailed description of the LSD formulation when applied to the foundation of concrete dams. The relevance of the joint application of the concepts of ultimate limit states and of numerical methods is highlighted. Comments are made regarding the criteria adopted in order to determine the characteristic values of the material mechanical properties, with an emphasis on discontinuities, taking into account the spatial variability. The sliding safety assessment of the foundation of a concrete gravity dam using the LSD and a discrete element model, both in persistent and in an accidental design situation, is presented. Results led to the conclusion that the LSD methodology may be followed for dam foundation design with the partial factor values prescribed in Eurocode 7.

To improve the effectiveness of concrete dam safety control in real time, a method is presented for theconstruction of decision rules for the early detection of developing failure scenarios. The decision rulesare based on the use of linear discriminant models developed with data obtained through mathematicalmodels of the dam

In its lifetime, a dam can be exposed to significant water level variations and seasonal environmental temperature changes. The structural safety control of a concrete dam is supported by monitoring activities and is based on models.In practice, the interpretation of recorded concrete dam displacements is usually based on HST (hydrostatic, seasonal, time) statistical models. These models are widely used and consider that the thermal effect can be represented by a seasonal function. The main purpose of this paper is to present an HTT (hydrostatic, thermal, time) statistical model to interpret recorded concrete dam displacements. The idea is to replace the seasonal function with the use of recorded temperatures that better represent the thermal effect on dam behavior.Two new methodologies are presented for constructing HTT statistical models, both based on principal component analysis applied to recorded temperatures in the concrete dam body. In the first method, principal component analysis is used to choose the thermometers for the construction of the HTT model. In the second method, the thermal effect is represented by the principal components of temperature of selected thermometers.The advantage of these methods is that the thermal effect is represented by real temperature measured in the concrete dam body. The HTT statistical models proposed are applied to the 110m high Alto Lindoso arch dam, and the results are compared with the HST displacement model.

The purpose of this research work is to identify the effect of the daily variation of the air temperature on the structural response of a concrete dam. It is intended to obtain a better knowledge about structuralbehaviour of concrete dams. In current day to day activities, quantitative interpretation models are used for the assessment of structural dam behaviour of concrete dams. Most models ignore the temperature effect of a wave with a daily variation. However, in dams with automated data acquisition systems this daily effect can be used to anticipate the detection of abnormal behaviour.In this paper, the Short Time Fourier Transform analysis of the residuals is used, obtained by the quantitative interpretation models and measurement data, to identify the signature that the daily variation of the air temperature has on the structural behaviour of a concrete dam. A case study is presented based on the analysis of a horizontal displacement measured on a pendulum, in the Alto Lindoso concrete dam. As a result, the relation between magnitudes of daily variations of the horizontal displacement analysed and the air temperature was defined. The relation obtained can be used to assess if there is alterations or not in the dam response to short period loads corresponding to the daily variations analysed.

This paper presents the application of a methodology which can be used to assess arch dam foundation stability, using the discrete element method (DEM) and the code 3DEC. A global three-dimensional model of a dam foundation was developed, in which some discontinuities were simulated and both the grout and drainage curtains were represented. The model, calibrated taking into account recorded data, was used to carry out non-linear mechanical analysis. The same model was employed to perform a hydraulic analysis, based on equivalent continuum concepts, which allowed the water pressure pattern within the foundation to be obtained. These water pressures were applied on discontinuities involved in the possible sliding mechanism along the dam/foundation interface, and the safety of the dam/foundation system was evaluated using a process of reduction of strength characteristics, with the aim of calculating the minimum safety factors that ensure stability. Results were compared with those obtained with the usual bi-linear uplift pressure distribution at the base of the dam, commonly used in concrete dam design. The relevance of carrying out hydraulic analysis in arch dam foundation failure studies is highlighted.

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.

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.

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.

Durante o final dos anos 60 até meados dos anos 80 foram construídas várias urbanizações com edifícios de 5 e 11 pisos utilizando um sistema de pré-fabricação de painéis pesados de alvenaria designado por

Nesta comunicação apresentam-se os resultados da aplicação de dois modelos hidromecânicos descontínuos tridimensionais na análise do comportamento da fundação de uma barragem gravidade. Os modelos considerados simulam o comportamento mecânico de forma idêntica mas o comportamento hidráulico é simulado usando abordagens diferentes: i) num dos modelos o escoamento ao longo das descontinuidades do maciço é simulado através de elementos de interface triangulares; ii) no outro modelo admite-se que o escoamento se dá através de canais localizados nas arestas dos elementos de interface triangulares que simulam as diferentes descontinuidades. O estudo efetuado permite confirmar a viabilidade da aplicação de ambos os modelos para a análise do comportamento hidromecânico de fundações de barragens, tendo em consideração a existência da cortina de impermeabilização e do sistema de drenagem. Comparam-se os caudais e pressões obtidas com os dois modelos e os resultados respetivos são utilizados para efetuar análises de estabilidade, recorrendo ao método de redução das resistências.

As barragens são estruturas com grande risco associado, devido principalmente aos seus danos potenciais. Em geral, o projeto de uma barragem de betão assenta no pressuposto da definição de uma forma que garanta um estado de tensão sem trações ou com trações reduzidas. A definição a ação térmica está frequentemente associada às variações de temperatura entre os cenários de verão e de inverno. Apesar disso, diversas variáveis têm influência no desenvolvimento de tensões de tração devido a ações térmicas em uma barragem, por exemplo, as dosagens de cimento através da geração de calor em cada colocação, os processos construtivos que determinam a temperatura de colocação e a dissipação de calor ao longo do tempo e, por conseguinte, o desenvolvimento de tensões iniciais, o arrefecimento forçado usado para injetar juntas de construção e as condições ambientais locais.Este estudo apresenta uma metodologia para avaliar a probabilidade de fissuração do betão de uma barragem de betão, considerando o efeito das variações anuais de temperatura. Com base nas temperaturas observadas no interior do betão ao longo dos anos, foi possível reproduzir uma série de registos do estado térmico da barragem, considerando a aleatoriedade associada à variação térmica anual. Recorrendo a um modelo de elementos finitos do sistema barragem-fundação, obteve-se o campo de tensões considerando a variabilidade da ação térmica anual, desde uma época de referência (injeção das juntas de contração).Com os resultados dos ensaios laboratoriais do betão é possível definir a distribuição que representa a resistência à tração do betão que, quando comparada com a distribuição de tensões calculada, permite o cálculo da probabilidade de fendilhação devido a esta ação específica.Apresenta-se também uma aplicação desta metodologia à barragem de Alqueva, recorrendo às temperaturas observadas durante um período de 10 anos e aos resultados dos ensaios laboratoriais do betão obtidos durante a construção.

Durante as betonagens de um dos blocos da nova barragem do Alto Ceira, no verão de 2011, ocorreram cedências de cofragens em duas zonas diferentes. Para averiguar qual o estado do betão nessas zonas o dono de obra (EDP) requereu que fossem efetuados ensaios de propagação de ondas ultra-sonoras e que fossem prolongados alguns furos carotados nos locais a auscultar. Neste trabalho apresentam-se e analisam-se os resultados dos ensaios de propagação de ondas ultra-sonoras realizados, bem como os resultados de ensaios idênticos efetuados em provetes de betão da mesma amassadura ou com idades próximas das do betão das zonas afetadas, realizados para obter valores de referência de velocidades de propagação das ondas em betão considerado sem deficiências.

A análise de cenários de rotura por deslizamento em barragens de betão requer a representação dassuperfícies de descontinuidade onde possa ocorrer deslizamento: juntas de contração da barragem(betão/betão), superfície de contacto da barragem com a fundação (betão/rocha) edescontinuidades do maciço rochoso de fundação (rocha/rocha).A avaliação da segurança ao deslizamento pela superfície de contacto da barragem com a fundação étradicionalmente realizada adotando nessa interface de ligação um modelo simplificado de Mohr-Coulomb, considerando-se apenas o termo de atrito e usando o método simplificado de redução dasresistências. Nesta abordagem, é igualmente usual assumir comportamento elástico linear do betãoda barragem, das juntas de contração e do maciço rochoso de fundação. No entanto, a superfície deligação betão/rocha apresenta coesão e resistência à tração, que vão diminuindo à medida que se dáo deslizamento ao longo destas superfícies, podendo ocorrer igualmente dano no betão dabarragem.São apresentados os resultados numéricos obtidos em estudos de estabilidade de duas barragens debetão, uma arco-gravidade e uma abóbada, incluindo a modelação da interação hidromecânica. Anão linearidade do betão da barragem e da interface betão/rocha é simulada com base em modelosde fenda discreta com enfraquecimento. Os resultados apresentados mostram que, mesmo naabordagem tradicional de redução do termo de atrito, é importante a adoção de relações nãolineares na modelação do comportamento do betão. Mostram também que os fatores de segurançaobtidos com o método simplificado podem ser muito conservativos.

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