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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.

A caracterização das propriedades dos materiais estruturais através de ensaios é prática corrente em obras onde as deformações e tensões são elevadas, como pontes de grande vão, centrais nucleares, edifícios altos e grandes barragens.Neste trabalho apresentam-se alguns estudos de avaliação da correlação entre a composição e as propriedades de deformabilidade dos betões integral e crivado utilizados na construção de barragens. Para isso compilaram-se os elementos relativos à composição e aos principais resultados dos ensaios de deformabilidade do betão de diversas barragens portuguesas, efetuados pelo Laboratório Nacional de Engenharia Civil desde 1951. Foi possível estabelecer correlações entre alguns dados de composição e os resultados experimentais e entre os coeficientes de fluência do betão crivado e do betão integral, considerando os resultados dos ensaios realizados em laboratório e in situ.

No âmbito da automatização das atividades relacionadas com o controlo de segurança degrandes barragens de betão, o LNEC promoveu, em 2004, o desenvolvimento do sistemaGestBarragens1. Tendo em conta a confiança adquirida ao longo de várias décadas nosinstrumentos de recolha manual, cujo funcionamento se baseia em princípios físicosrelativamente simples, a validação das medições efetuadas com os sistemas de recolhaautomática de dados (RAD) tem-se baseado na comparação das suas medições com asefetuadas com instrumentos de recolha manual instalados em paralelo. Atualmente essacomparação pode ser efetuada, considerando longos períodos de tempo, a partir dosregistos existentes na base de dados do sistema GestBarragens e tirando partido defuncionalidades específicas implementadas neste sistema.

Os estudos de caracterização da deformabilidade dos materiais estruturais através de ensaios são prática corrente em grandes barragens. A caracterização do comportamento do betão em condições in situ, através de ensaios em células de fluência, pode ajudar na interpretação dos resultados obtidos em laboratório, para melhorar o conhecimento das propriedades do betão em condições de obra e a interpretação do comportamento observado das estruturas.Neste trabalho apresentam-se as técnicas de ensaio utilizadas na avaliação da deformabilidade do betão da barragem de montante do Baixo Sabor, dando especial relevo aos ensaios de fluência in situ, realizados em células de fluência instaladas no corpo da obra. O plano de ensaios incluiu a determinação do módulo de elasticidade em várias idades e das extensões de fluência do betão crivado, em laboratório, e do betão integral e do betão crivado, in situ. Procedeu-se ainda à análise dos resultados obtidos e a um ajuste preliminar da função de fluência de Ba

O sistema de observação de uma barragem de betão inclui o conjunto de dispositivosinstalados para medição das grandezas selecionadas para o controlo de segurança da obra.Ao resultado da medição de uma grandeza, produto final de todo um processo experimentale analítico para a obtenção de um valor atribuível a essa grandeza, está sempre associadoum grau de incerteza dependente de diversos fatores (instrumentos, operadores, meioambiente, etc.). Neste trabalho apresenta-se uma metodologia que visa obter uma indicaçãoacerca da qualidade dos resultados fornecidos por um sistema de observação, tendo-seadotado como exemplo a medição de deslocamentos radiais em bases de fios de prumo dabarragem do Alto Lindoso.

Os ensaios não destrutivos são cada vez mais utilizados na caraterização de estruturas. A precisão dos resultados destes ensaios é importante na verificação do estado de conservação e na tomada de decisão na reabilitação de estruturas. Neste trabalho aborda--se os ensaios de ultrassons que são correntemente utilizados na caraterização de estruturas em betão, nomeadamente para obter informações sobre a homogeneidade, o estado de conservação e caracterizar os defeitos. São apresentados com particular detalhe os métodos empíricos que permitem estimar a profundidade de fendas superficiais em estruturas de betão pela medição do tempo de propagação de ondas ultrassónicas.Com o objetivo de compreender melhor as trajetórias de propagação daquelas ondas e avaliar a aplicabilidade destes métodos experimentais, os autores desenvolveram modelos numéricos de diferenças finitas no domínio do tempo para simulação da propagação de ondas ultrassónicas recorrendo ao programa SimSonic (2D). Este modelo permitiu simular ensaios em provetes prismáticos de betão e aferir a qualidade das interpretações de base experimental.

A regulamentação portuguesa de segurança de barragens define um conjunto de atividades a desenvolver com o objetivo de prevenir ou detetar atempadamente comportamentos anómalos ou processos de deterioração que possam colocar em causa a operacionalidade e segurança das estruturas. No que diz respeito à fase de serviço das obras, é de importância relevante a elaboração periódica de relatórios de análise do comportamento observado e de avaliação da segurança estrutural. Nestes estudos são estabelecidos os parâmetros definidores do comportamento da obra, que poderão ser utilizados na previsão do comportamento no período subsequente e em caso de ocorrências excecionais. Neste trabalho é apresentado o exemplo da barragem da Lagoa Comprida, uma obra de alvenaria de pedra granítica com cerca de 100 anos de idade, que sofreu várias intervenções ao longo da sua vida, e para a qual foi elaborado recentemente um relatório de análise do comportamento observado e da avaliação da segurança estrutural.

A global three-dimensional model of a large concrete arch dam and foundation was developed, with which it is possible to perform both mechanical and hydraulic analyses. Joint water pressures are a relevant factor in the safety of this type of structure. This paper presents a study of the influence of different fields of water pressures within the foundation rock mass on both dam behaviour and foundation displacements. The model simulates various discontinuities, such as the dam/foundation interface, the dam contraction joints, and three of the five main foundation sets of discontinuities. In this model, both the grout and drainage curtains are represented. Analysis is done using the discrete element method (DEM) and the code 3DEC, and applying a methodology which has been used to assess the safety of arch dams regarding ultimate limit states involving the dam foundation. Results analysis showed that the orientation of rock mass discontinuities ensures that failure is very unlikely. The main objective of the study was to analyse the influence of different ways of modelling the water pressure field within the foundation rock mass on calculated displacements. Strength characteristics of the foundation discontinuities were gradually reduced to very low values, and it was this situation which showed that for very high water pressures the largest displacements are observed in a rock mass wedge located at around mid-height of the right bank, immediately downstream from the dam. The influence of the water pressure within the foundation on the stability of this rock wedge is assessed by comparing the results obtained without uplift pressures with those obtained using the hydraulic model or assuming simplified water pressure fields, defined in terms of a water table compatible with the water levels upstream and downstream from the dam and the valley slopes.

The current study is focused on the interactions between wellcements and one of the most common types of rocks found ingeothermal environments, under hydrothermal conditions.Holes were drilled in blocks of ignimbrite rock and slurries ofAPI class G cement with 0, 20 and 40% added silica flour (SF),were poured into the cavities. The whole assemblage was autoclaved under typical geothermal conditions at 150°C for 84 days.The results show that chemical reactions occur in the intertransition zone (ITZ) which are dependent on both carbon dioxide(CO2) exposure and the curing time. By comparing results withthose of only 28 days curing it is clear that ongoing reactionscontinue to occur but at a slower rate than in the first 28 days.When exposed to CO2, the cement-rock interaction is verydependent on the amount of added quartz. When 20% of SF isadded to the cement mix, the CO2 presence seems to exacerbatethe reaction between the cement and the rock, when comparedwith neat cement. On the other hand, 40% addition of SF seemsto slow the migration of Ca2+ and OH- ions and formation ofcementing compounds in the rock, compared to 0% and 20%SF addition.Work is ongoing in order to investigate the effect of these andother variables such as drilling fluid, temperature, rock type andcement mixture.

Several large concrete dams built during the first half of the 20th century, when the knowledge about the deterioration processes on the concrete was limited, are yet in service, although presenting, in some cases, signs of severe deterioration due to chemical internal reactions. When these structures have significant economic importance and its replacement is not easy or is very expensive, studies carried out in order to understand and characterize the deterioration processes are of utmost importance to extend the life of these structures with adequate safety conditions.In this paper an overall view of the studies performed to a Brazilian arch dam, Peti dam, are presented. This dam, whose construction was finished in 1945, is submitted to a swelling process due to alkali-aggregate reactions (AAR). Since the detection of its abnormal behaviour, in the 60s of the last century, mainly through the observation of the development of significant cracks, several studies had been carried out involving the experimental evaluation of the concrete properties. A monitoring system was implemented in 1997 allowing the analysis and interpretation of the observed structural behaviour of dam.In the last year, CEMIG and LNEC have been cooperating in order to analyse the safety conditions of Peti dam through experimental and numerical studies. This paper presents a methodology to determine the free swelling history in the concrete covering the 66 years life of the dam with base on the environmental conditions. These results will be used as prescribed deformations in a chemo-viscoelastic-damage model in order to predict the long term behaviour of the dam. The characterization of the swelling action was based on the data collected from the monitoring system and on laboratorial tests results.

The Portland cements used for completion of geothermal wells undergo a series of chemical reactions as they cure in the increased temperatures of the wells. In hydrothermal conditions, the calcium silicate cements undergo transformations changing from the initial amorphous binder formed at room temperature into a crystalline one. On its own, Portland cement will slowly crystallise into a series of high Ca/Si ratio phases which have high porosity and low strength. The crystallisation of these phases causes a reaction known as

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