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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 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.

The lifetime of a geothermal well is strongly dependent on the long-term performance of the cement used for its construction. The critical zones in well cements are the outermost layers, where the cement encounters either the steel casing or the rock formation. The current paper presents a study of the changes in the interfacial transition zone that forms between geothermal cements and volcanic rocks, after hydrothermal treatment at 290°C. Cement slurries were poured into cavities drilled into ignimbrite blocks and allowed to set at 90°C. The assemblages were autoclaved under typical geothermal conditions, both with and without a carbon dioxide overpressure at 290°C. The addition of silica to the cement dictates the phases that form in cement. When exposed to carbon dioxide, these calcium silicate hydrate phases carbonate, at distinct carbonation rates. The rate at which these phases form and/or carbonate affects the reaction extent of the cement with the rock and, eventually, the cement durability.

The limited durability of the cement in acidic fluids is one of the main issues controlling the lifetime of a geothermal well. The most critical region is the outermost layer of the cement adjacent to the formation.This paper provides insight into the way in which well cementing formulations interact with a common rock formation in geothermal environments, at 150

Detailed models of concrete mesostructure can be used to understand the interactions between its components and predict complex deterioration scenarios. The discrete or distinct element method (DEM) is currently being used for modeling the fracture process of quasibrittle materials, such as rock and concrete. An explicit formulation of a DEM contact model that includes aging viscoelastic behavior based on the solidification theory is proposed, allowing the DEM particle model to be applied to delayed concrete analysis. Because of thetimestep constraints of the DEM, a fast numerical procedure for the analysis of long-term aging viscoelastic behavior of concrete is also proposed. A calibration procedure for the aging viscoelastic contact model parameters is presented, including new expressions for the delayed deformability macro properties. The presented validation tests using a one-contact particle assembly show good agreement between the fast numerical procedure, the fully explicit DEM procedure with small timestep, and the creep compliance analytical solution. The contact aging model validation tests using larger regular and random particle assemblies show that the fast numerical procedure significantly reduces the computational costs by introducing large timesteps in which the solution is computed while giving the same accuracy as the fully explicit procedure. The DEM aging concrete model is validated using a B3 model fit to Ward et al.

Temperature plays a significant part in the cracking phenomenon of mass concrete structures, and thereforethermal analysis is of major importance, especially during construction, due to the heat of hydration of thecement. A transient coupled 3D finite element analysis of the thermal behaviour of Alqueva dam during con-struction is presented in this paper. The method used for the thermal analysis is described in detail, along with the simulation of the different actions. The thermal state of the dam is affected not only by climatic actions but also by concrete

The rock type plays a key role in the way in which the outermost layer of the cement interacts with the formation, in wells under geothermal environments. The penetration of cement into the rock is controlled by the porosity of the rock which also regulates the amount of CO2 enriched brine that can contact the cement.Samples were prepared by drilling holes into rock blocks, pouring in a cement slurry and hydrothermally treating the whole assembly at 150 °C under typical geothermal environments. The changes in the interfacialtransition zone (ITZ) that forms between geothermal cements and volcanic rocks were examined.Both porosity and the volcanic glass content of the rock have a considerable impact on the way in which thecement and the formation interact and, ultimately, affect the bond between these materials. The porosity has a major influence on the durability of the cement in carbonated brine.

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