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Exploring the Applicability of Low-Cost Capacitive and Resistive Water Content Sensors on Compacted Soils
Soil water content measurement is crucial during compaction control of embankments. The current techniques used to measure the soil water content in the field are outlined, and their advantages and limitations are indicated. Most techniques require destructive sampling and yields late results, or involve expensive equipment and are hard to set up. Low-cost capacitive and resistive moisture sensors entered successfully in last decades in agronomy applications to automatize crops irrigation. The purpose of this study is to identify whether these sensors are reliable to be used in geotechnical engineering and, in particular, to what extent can they aid compaction control of embankments. Three resistive sensors and two capacitive sensors are tested on five types of soils prepared with a wide range of water contents. The experimental procedures are described, and the sensors output data are compared with water contents obtained from the oven-drying technique. A new device that allows calibration of the sensors on compacted soils is developed. Soils characteristics that can influence moisture measurement using capacitive and resistive sensors are also explored. Test results suggest that some of the sensors can estimate the soil water content on compacted fine grained soils, when proper calibration procedure is successfully achieved. Sensors accuracy tend to increase as the soil void ratio decreases. Such sensors may be useful for expedite measurements, especially, when later counter-prof is available, or when a wide interval for the water content is acceptable.
Ano: 2021
Número Páginas:
2929-2983pp.
Autor(es): Teixeira, J.; Santos, R. N. C.
Revista: Geotechnical and Geological Engineering
Editor: Springer
Volume:
39.
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Suffusion evaluation of coarse-graded soils from Rhine dikes
An experimental study on internal erosion of coarse-grained soils collected from the Rhine River is presented. The tests performed on laboratory column aim to assess the potential of such soils to suffusion and to characterize their stability and the variation of the soil physical parameters during the suffusion process. An experimental device (large vertical column with 60 cm of height and 26 cm of diameter) has been developed, which allows the application of upward flow to noncohesive soils under controlled hydraulic loading. The investigation of the parameters affecting the suitability of the soils to suffusion leads to the identification of the hydraulic gradient that initiates the migration of particles to the outlet. The results show an increase in permeability, which is related to the migration and the washing out of fine particles in the upper layer. The particle size distribution of the downward soil layer after test is performed, and the analysis corroborates the localization of particles suffusion. The grain size analysis of the outlet shows that eroded particles are smaller than 500 lm and their size rather increases with increasing hydraulic load. Usual methods based on geometrical criteria proved to overestimate the susceptibility to suffusion of soils from the Rhine, and, therefore, one consider that, for such soils, it is preferable to carry out laboratory tests to evaluate the suffusion process.
Ano: 2019
Número Páginas:
815-823pp.
Autor(es): Benamar, A.; Santos, R. N. C.; Bennabi, A.; Karoui, T.
Revista: Acta Geotechnica
Editor: Springer
Volume:
14(3).
Keywords: Suffusion; Sandy gravel; Rhine river; Laboratory tests; Internal erosion; Dykes
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A constitutive model for soil-rockfill mixtures
Soil-rockfill mixtures (SRMs) are economical and environmentally friendly materials. Due to the absence in theliterature of constitutive models specifically developed and tested for SRMs, a new constitutive model, theSubloading Surface Rockfill Model, is presented. This model allows the occurrence of plastic strains inside the yield surface, inducing a smooth elastic/plastic transition. The results of experimental tests for different coarse fractions (CF) of several SRMs performed on samples from Odelouca Dam are compared with those obtained with this model. The model was able to reproduce reasonably well the response of SRMs considering the intrinsic variability of the tested specimens.
Ano: 2018
Número Páginas:
11p.
Autor(es): Caldeira, L.; Maranha, J. R.; Brito, A.
Revista: Computers and Geotechnics
Editor: Elsevier
Volume:
n§ 95.
Keywords: genetic algorithms; constitutive modelling; subloading surface plasticity; soil rockfill mixture
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Hydromechanical characterization of soil-rockfill mixtures
In order to improve the rather insufficient knowledge about the hydromechanical behavior of soil
Ano: 2018
Número Páginas:
04018123p.
Autor(es): Maranha, J. R.; Caldeira, L.; Brito, A.
Revista: Journal of materials in civil engineering, ASCE, issue 7
Editor: Journal of materials in civil engineering, ASCE
Volume:
Vol. 30.
Keywords: permeability tests; hydromechanical behavior; mechanical tests; soil-rockfill mixtures
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Experimental study on limitation of internal erosion in dams by upstream zones of well-graded soils
The limitation of the progression of internal erosion in zoned dams, potentially caused by an upstream zone built of coarse, well-graded soils with non-plastic fines, is assessed using a new test cell. This device allows two types of tests to be conducted: the flow-limiting erosion test (FLET) and the crack-filling erosion test (CFET), which are designed to study the isolated influence of the flow-limiting action and the crack-filling action, respectively. The specimen is subjected to water flow along a hole drilled in the core and the upstream zone. In the CFET, the specimen additionally includes a downstream filter. Three upstream materials with non-plastic fines, a core and a filter are examined. The results of nine FLETs and nine CFETs are presented and analysed. The FLETs show the clear influence of the compaction water content, fines content and gravel content of the upstream soils in their capability to provide the flow-limiting action. The CFETs show that the specimen using the coarsest upstream soil (with 21% non-plastic fines) compacted on the dry side is capable of stopping the progression of erosion, enabling a partial crack-filling action. In all other test conditions, the filtering mechanism due to erosion of the upstream soil provides an important limitation of the erosion process. Based on the tests, practical recommendations to assess the influence of upstream zones on the limitation of internal erosion are proposed.
Ano: 2017
Autor(es): Santos, R. N. C.; Caldeira, L.; Maranha das Neves, E.
Revista: Géotechnique
Editor: ACE
Volume:
67(6).
Keywords: laboratory tests; filters; erosion; dam
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Experimental study on crack filling by upstream fills in dams
The paper presents the main results of a research study into the crack-filling ability of granular materials located upstream of an erosion path in the core of a zoned dam. Upstream crack fillers are usually considered in dams located in zones of high seismic activity, as a redundant element, should a crack develop in the core and the downstream filter fail to retain the eroded particles. Uniform soils of fine-sand size are highly effective at filling cracks and stopping the progression of erosion; however, they can be significantly expensive. In the interest of reducing the costs of their overuse, an experimental investigation is conducted of the extent to which gap-graded sandy gravels that are naturally present during the construction of dams can safely provide the crack-filling action. It was concluded that the sand content of the upstream material that is susceptible to suffusion, and its relation with D15F of the filter, is critical for rapid crack filling to occur. Other parameters influencing crack-filling ability are the gravel content, the fines content and the type of the fines in the upstream soil. Practical rules to estimate the likelihood of crack filling by an upstream granular material being effective at stopping the progression of internal erosion along a concentrated leak in zoned dams are also proposed.
Ano: 2015
Número Páginas:
218-230pp.
Autor(es): Santos, R. N. C.; Caldeira, L.; Maranha das Neves, E.
Revista: Géotechnique
Editor: ICE
Volume:
65(3).
Keywords: Laboratory tests; Filters; Erosion; Dams
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Laboratory test for evaluating crack filling during internal erosion in zoned dams
A new laboratory test, the crack-filling erosion test (CFET), was developed to study crack filling during the progression of internal erosion in the embankment of zoned dams. Crack filling involves the transport of eroded material from an upstream zone, through a flaw in the core, which is then retained by a downstream granular layer. In the CFET, the specimen comprises a core, an upstream shell material, and a downstream filter layer. These are compacted inside a test apparatus made up of several pieces. The specimen is subjected to water flow through a predrilled hole in the core to simulate a concentrated leak. Seven granular upstream materials, two core soils, and two granular filters are examined. Following an extensive testing program, experimental observations and physical descriptions are presented. Three main types of pattern behaviors are identified: rapid crack filling with almost no erosion of the core; filtering after some erosion or excessive erosion of the core and/or upstream material; and continuing erosion of the core and upstream material. When the core has moderate-to-high resistance to erosion, crack filling is mainly governed by grading properties of the upstream zone and of the filter. Crack filling is more likely to occur the finer the filter layer, the higher the fine-sand content of the upstream soil, and the lower the fines content of the upstream soil. Test results are checked against the subjective guidelines on crack-filling action available in the literature.
Ano: 2015
Número Páginas:
915-928pp.
Autor(es): Santos, R. N. C.; Caldeira, L.; Maranha das Neves, E.
Revista: Geotechnical Testing Journal
Editor: ASTM
Volume:
38(6).
Keywords: Upstream zone; Crack-filling; Cracking; Internal erosion; Zoned embankment dams; Test apparatus
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Laboratory test for evaluating limitation of flows during internal erosion in zoned dams
A new laboratory test, named the flow limitation erosion test (FLET), has been designed and developed to study upstream flow limitation during the phase of progression of internal erosion in the embankment of zoned dams. Upstream flow limitation may occur because of the presence of the shell or a transition zone upstream of a cracked core. In the FLET, the soil specimen is composed of core and upstream shell materials. These are compacted inside a test apparatus made up of several pieces assembled in steps. Then the soil specimen is subjected to water flow through a predrilled hole in the core material to simulate a concentrated leak, initiated, for example, by large differential settlement or hydraulic fracture. In most tests, the hole is also drilled in the upstream material to simulate the scenario in which the mechanism causing the flaw in the core is also likely to affect the upstream zone. Combinations of the same core material and several types of coarse-grained upstream materials (broadly graded and gap-graded soils) are tested for a range of compaction conditions and hydraulic loads. It is shown that FLET is capable of assessing whether there is upstream flow limitation and whether the internal erosion process stops, shows a trend of slowing down, or progresses. Upstream flow limitation is shown to be dependent on the fines and gravel content, fines plasticity, and compaction water content of the upstream material. In the particular case of the tested gap-graded soils, it is shown to be also dependent on the initial gradient along the upstream material.
Ano: 2014
Número Páginas:
463-476pp.
Autor(es): Santos, R. N. C.; Caldeira, L.; Maranha das Neves, E.
Revista: Geotechnical Testing Journal
Editor: ASTM
Volume:
37(3).
Keywords: Upstream zone; Flow limitation; Cracking; Internal erosion; Zoned dams; Test apparatus
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Use of soil-rock mixtures in dam construction
The employment of non-traditional materials such as soilrock mixtures, for economic and environmental reasons, in the construction of earthworks poses some new challenges for compaction techniques and their control as well as for the determination of the characteristics of the embankment that result from the compaction method. Those characteristics experience important changes according to the relative percentages of the existing fractions. Usually, this kind of material results from bulky rock extraction without explosives, and it can include some large size particles (greater than 0.5 m). In addition, the measured deformations associated with these materials have been larger than expected. For the execution control of the soilrock mixtures from the Odelouca dam borrow areas, a series of vibratory and standard compaction tests was performed to estimate reference values for the maximum dry density and optimum water content of these materials and a new methodology was proposed. Odelouca dam is a zoned embankment dam, 76 m high, with clayey soil in the core and weathered schist with a significant fraction of oversized particles in the shells. This paper presents the results of the compaction control as well as the dam performance during the construction and first filling phases as a validation of implemented construction procedures.
Ano: 2014
Número Páginas:
11pp.
Autor(es): Caldeira, L.; Brito, A.
Revista: Journal of Construction Engineering and Management
Editor: ASCE (American Society of Civil Engineers)
Volume:
Volume 140 / Nº 8.
Keywords: Dam performance; Weathered schist; Compaction; Construction control; Soilrock mixtures
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Use of Soil-Rock Mixtures in Dam Construction
The employment of nontraditional materials such as soil-rock mixtures, for economic and environmental reasons, in the construction of earthworks poses some new challenges for compaction techniques and their control, and for the determination of the embankment characteristics that result from the compaction method. Those characteristics experience important changes according to the relative percentages of the existing fractions. Usually, this kind of material results from bulky rock extraction without explosives, and it can include some large-size particles (greater than 0.5 m). In addition, the measured deformations associated with these materials have been larger than expected. For the execution control of the soil-rock mixtures from the Odelouca dam borrow areas, a series of vibratory and standard compactation tests was performed to estimate reference values for the maximum dry density and optimum water content of these materials, and a new methodology was proposed. The Odelouca dam is a zoned embankment dam, 76-m high, with clayey soil in the core and weathered shist with a significant fraction of oversized particles in the shells. This paper presents the results of the compaction control in addition to the dam performance during the construction and first filling phases as a validation of implemented construction procedures. DOI: 10.1061/(ASCE)C0.1943-7862.0000864. O 2014 American Society of Civil Engineers.
Ano: 2014
Número Páginas:
04014030-1-04014030-11pp.
Autor(es): Caldeira, L.; Brito, A.
Revista: Journal of Construction Engineering and Management, ASCE
Editor: Journal of Construction Engineering and Management, ASCE
Volume:
Vol. 140, N§ 8.
Keywords: weathered schist; construction materials and methods; dam performance; compactiom; construction control; soil-rock mixtures
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Realização de ensaios edométricos de enrocamento com controlo de sucção
A resposta deformacional de um provete de ensaio resulta na rotura dos elementos de rocha, quando as tensões de contacto ultrapassam a resistência ao esmagamento, ou de um rearranjo das suas partículas, até se atingir um estado de equilíbrio. É sabido que certos aspetos do comportamento de enrocamento, como a compressibilidade e resistência ao corte, dependem da tensão de confinamento e que essa dependência é em grande parte devida à quebra das partículas. Recentemente, tem surgido um crescente interesse no estudo da influência da sucção no comportamento do material enrocamento e, como tal, julga-se importante caracterizar esta influência. Este artigo apresenta o desenvolvimento de equipamento de aplicação de sucções no edómetro de grandes dimensões existente no laboratório. Apresentam-se ainda os resultados, quer em termos de análise da deformabilidade do material mediante as diferentes condições, quer em termos de evolução da granulometria do material. Após análise dos resultados, a eficiência do equipamento de aplicação de sucções.
Ano: 2016
Número Páginas:
2p.
Autor(es): Manso, J.; Marcelino, J.; Caldeira, L.
Editor: 10º Congresso Nacional de Mecânica Experimental
Keywords: sucção; ensaios edométricos de grandes dimensões; enrocamento
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3D Analysis of Montesinho CFRD using Code-Aster FEM program
This paper describes the setup of a finite element method (FEM) model for the three dimensional simulation of the construction of a concrete face rockfill dam and filling of the its reservoir using the Code-Aster code. The prototype of the study is the 36.5 m high Montesinho dam, located in the north of Portugal near the Spain border, witch is finishing its construction, at the time of the paper writing. The dam is located in the Sabor river in the Montesinho Natural Reserve and it is a concrete face rockfill dam. Its main purpose is to provide water supply to Bragança town reinforcing the current reserve of the Serra Serrada dam located 3 km west of Montesinho, which is not sufficient to supply Bragança during a normal summer. Due to the fact that the dam is located in Montesinho Natural Reserve, which is a very important and sensitive ecological reserve, very special measures has been taken by the dam owner ATMAD (Águas de Trás-os- Montes e Alto Douro) to minimize the ecological impacts on the environment. Code-Aster is a general purpose FEM software package, developed by Eléctricité de France (EDF) during many years, for the expertise and the maintenance of EDF's power plants and electrical networks. In 2001 it was decided by EDF to release Code-Aster to the public under the GNU General Public License. Since that it has been under constant development making it more capable do address a wide range of phenomena. Code-Aster is written in Fortran and Python and has more than 1.5 million lines of code. In this study, a finite element procedure was developed to simulate the construction process of the dam and its first filling. To model the behaviour of the rockfill material a elastic model with a simple Drucker-Prager model was used. This is a first approach to further developments. The model parameters were calibrated by large-scale triaxial tests performed on materials used in the dam. The step-by-step construction followed by subsequent impounding of the reservoir was simulated in the numerical procedure. The numerical results agree well with in situ monitoring records of dam settlements, indicating that the three-dimensional finite element procedure applied here can be used to evaluate the deformation of CFRDs.
Ano: 2015
Número Páginas:
13p.
Autor(es): Marcelino, J.; Manso, J.; Caldeira, L.
Keywords: Open Source; FEM; Rockfill; CFRD; Dams
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Crushing and oedometric deformation of rockfill using DEM
The behavior of rockfill may be simulated using the discrete element (particle) modelling. Although its main advantage consists of not requiring the formulation of complex constitutive models, it requires extensive calibration to determine the particlecontact parameters in order to predict the macro-scale response. In this paper, the authors performed computer simulations of crushable agglomerates using distinct element method (DEM). These agglomerates were made by bonding elementary spheres using a stamp logic, in order to provide a statistical variability to the strength and shape of the agglomerates, similar to that of a real rockfill. This method was able to match the Weibull statistics of the crushing strength of real rockfill grains, when tested individually between parallel platens. Then, oedometric tests were simulated and compared quantitatively with the testing data. Several aspects were discussed, particularly, the effect of the loading rate on the position of the compression curves regarding the practical question of performing DEM simulations as fast as possible without creating inertia errors. They are also discussed in relation to characterising crushable rockfill during oedometric compression. These simulations of crushable agglomerates using DEM provides valuable insights concerning the micromechanical origins of rockfill compressibility. Once the model was calibrated through the results of tests performed, it can be used as a virtual laboratory to explore several aspects, as size and shape of the particles sample. The model was capable of reproducing short-term compressibility (oedometer) tests, but the simulation of long-term compressibility and creep or secondary coefficient are still under development. The model also provided information on the evolution of the grain size distribution during loading of the specimen.
Ano: 2015
Número Páginas:
20p.
Autor(es): Manso, J.; Marcelino, J.; Caldeira, L.
Keywords: Crushing strength; Particle breakage; DEM; Rockfill
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Experiments on flow-limiting and crack-filling actions during internal erosion in zoned dams
The paper starts by presenting a new laboratory test cell developed to study the progression of internal erosion in zoned dams. The aim of the equipment is to study the influence of zones located upstream of a central core, in the limitation of the progression of internal erosion through cracks in the core. In particular, the test cell allows performing the Flow Limiting Erosion Test (FLET) and the Crack Filling Erosion Test (CFET), for the study of the upstream flow limiting action and of the crack-filling action, respectively. Several FLETs and CFETs were carried out using several soils as upstream material, core and downstream filter, which allowed to identify the main potential behaviours for limitation of the progression of internal erosion in zoned dams. Some discussion for estimation of the occurrence of the flow-limiting action and/or the crack-filling action, during a scenario of internal erosion through cracks in the core, is presented.
Ano: 2015
Número Páginas:
75-89pp.
Autor(es): Santos, R. N. C.; Caldeira, L.; Maranha das Neves, E.
Editor: Institute of Meteorology and Water Management
Keywords: Upstream zone; Flow limitation; Laboratory tests; Crack-filler; Zoned dams; Internal erosion
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Laboratory study on the suffusion behaviour of coarse gap-graded soils for use as potential upstream crack-fillers in zoned dams
This paper presents an experimental study aiming at the evaluation the suffusion behaviour of coarse gap-graded soils, considered as potential upstream crack-fillers in zoned dams. Six granular gap-graded soils missing the medium-to-coarse sand fraction have been examined. Four soils have no fines, one has 5% of non-plastic fines, and one has 5% of clayey fines (with plasticity index of about 14%). The use of available methods to assess internal stability of soils suggests that the majority of the selected soils are highly susceptible to suffusion. Testing has been carried out in the Upward Flow (UF) seepage test. A cylindrical seepage cell is used to impose vertical flow, from the bottom to the top, along a soil specimen with 200 mm-diameter and 150 mm-thick. During an UF test, the hydraulic gradient in the soil specimen is slowly increased in steps. The observation of the erosion behaviour at the top surface of specimen, together with the evolution of the discharge flow rate, allows determining the hydraulic gradients causing initiation of erosion on top of the specimen and development of suffusion in the soil. A sand boiling phenomenon has been observed in soils exhibiting suffusion, resulting in the deposition of the finer particles at the specimen surface. One may conclude that the lower the gradient associated to the onset of sand boiling phenomenon, and the higher the amount of material deposited in the top of the specimen, the higher the likelihood of gap-graded soils to be effective acting as upstream crack-filler. Laboratory testing on soils with no fines clearly shows that the higher the content of the fine sand fraction the higher the amount of material deposited on top of the specimen, however, the higher the gradients associated to initiation of suffusion and development of 'sand boiling'. Whenever high hydraulic gradients are not likely to occur, the gap-graded soil with 5% of non-plastic fines should be more reliable at filling in cracks than the gap-graded soil with 5% of clayey fines.
Ano: 2015
Número Páginas:
687-698pp.
Autor(es): Santos, R. N. C.; Caldeira, L.; Maranha das Neves, E.
Editor: LNEC
Keywords: Laboratory tests; Zoned dam; Crack-filler; Gap-graded soils; Sufusion
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Laboratory tests for evaluation of the actions limiting the progression of internal erosion in zoned dams
Two mechanisms limiting the progression of internal erosion in zoned dams, potentiated by the presence of materials located upstream of a damaged core are investigated. These are the flow limiting and crack-filling actions. The former is related with the ability of the upstream soil limiting the flows passing through a flaw in the core. The latter involves transport of particles from the upstream zone into a flaw in the core up to a downstream granular zone. A new apparatus is developed from scratch. It allows carrying out two innovative laboratory tests: the Flow Limitation Erosion Test (FLET) and the Crack Filling Erosion Test (CFET). Following an extensive testing programme on twelve upstream materials, two cores, and two downstream filters, experimental observations and physical descriptions are presented. The potential soil behaviour patterns are described. The flow limiting action is governed by grading, plasticity and compaction characteristics of the upstream soil. Crack filling by granular soils is a rapid mechanism, being governed mainly by the compatibility of the washed in material from the upstream soil with the downstream filter. In general, the higher the sand and the lower the fines content of the upstream soil, and the lower the effective grain diameter D15F of the filter, the higher the likelihood of the crack-filling action to occur.
Ano: 2015
Número Páginas:
20p.
Autor(es): Santos, R. N. C.; Caldeira, L.; Maranha das Neves, E.
Editor: ICOLD
Keywords: Zoned dam; Upstream fill; Filter material; Laboratory test; Piping; Internal erosion; Cracking
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Análise e interpretação do comportamento da barragem de Montesinho durante a sua construção
Este trabalho descreve a preparação um modelo tridimensional de elementos finitos (FEM), desenvolvido em Code-Aster, utilizado para modelar a construção da barragem de Montesinho. Trata-se de uma barragem de enrocamento com membrana de betão a montante (CFRD) com uma altura de aterro de 36,5 m. Localiza-se no norte de Portugal, perto da fronteira com Espanha, e a sua construção decorreu durante o desenvolvimento deste trabalho, estando neste momento a terminar. A barragem localiza-se no rio Sabor e encontra-se inserida na Reserva Natural de Montesinho tendo como principal função fornecer água à cidade de Bragança. Esta obra visa reforçar a capacidade existente na barragem de Serra Serrada, localizada a cerca de 3 km a Oeste da barragem de Montesinho, que se tem mostrado como insuficiente para fornecer água à população de Bragança durante o ano. Dada a importância e sensibilidade da Reserva Natural de Montesinho o dono de obra ATMAD (Águas de Trás-os-Montes e Alto Douro) tomou medidas especiais de mitigação de riscos ambientais. O Code-Aster é um programa de elementos finitos de utilização genérica desenvolvido pela Eléctricité de France (EDF) para o projeto e manutenção das centrais eléctricas e da rede elétrica da EDF. Em 2001 a EDF decidiu tornar a utilização do Code-Aster pública, sob a Licença Pública Geral GNU. A partir desse momento tem estado em desenvolvimento constante fazendo com que este software seja capaz de tratar uma vasta gama de fenómenos. O programa é escrito em linguagem Fortran e Python, tendo mais de 1,5 milhões de linhas de código. Neste estudo desenvolveu-se um modelo de elementos finitos para simular o processo construtivo da barragem, tendo-se adotado um modelo de Drucker-Prager para modelar o comportamento do material enrocamento. Os parâmetros do modelo foram calibrados com base em ensaios triaxiais de grandes dimensões realizados sobre os materiais usados na construção da barragem. O faseamento construtivo foi simulado no modelo, tendo os resultados numéricos concordado com os assentamentos do aterro registados in situ, indicando assim que este tipo de modelação pode ser aplicada na análise de deformações de uma barragem CFRD.
Ano: 2014
Número Páginas:
11p.
Autor(es): Marcelino, J.; Manso, J.; Caldeira, L.; Paixão, J. B.
Editor: 5as Jornadas Portuguesas de Engenharia de Estruturas
Keywords: Open Source; FEM; enrocamento; CFRD; Barragem
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Estudo das propriedades mecânicas de partículas de enrocamento através do ensaio de esmagamento
O comportamento dos materiais de enrocamento é fortemente condicionado pela resistência ao esmagamento das suas partículas. A resposta deformacional de um provete de ensaio resulta na rotura dos elementos de rocha, quando as tensões de contacto ultrapassam a resistência ao esmagamento, ou de um rearranjo das suas partículas, até se atingir um estado de equilíbrio. É sabido que certos aspetos do comportamento de enrocamento, como a compressibilidade e resistência ao corte, dependem da tensão de confinamento e que essa dependência é em grande parte devida à quebra das partículas. Como tal, torna-se importante caracterizar mecanicamente os fragmentos rochosos com o intuito de prever o comportamento estrutural de aterros de enrocamento. Este artigo apresenta vários ensaios de esmagamento realizados sobre partículas de granito isoladas, de várias dimensões, onde se diferenciam os mecanismos de quebra de irregularidades e quebra completa da partícula. Os resultados são depois analisados e comparados, recorrendo à função de distribuição de Weibull, com especial atenção à influência do tamanho das partículas.
Ano: 2014
Número Páginas:
13p.
Autor(es): Manso, J.; Marcelino, J.
Editor: Sociedade Portuguesa de Geotecnia
Keywords: Teoria de weibull; Ensaios de esmagamento; Enrocamento
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Estudo das propriedades mecânicas de partículas de enrocamento através do ensaio de esmagamento.
O comportamento dos materiais de enrocamento é fortemente condicionado pela resistência ao esmagamento das suas partículas. A resposta deformacional de um provete de ensaio resulta na rotura dos elementos de rocha, quando as tensões de contacto ultrapassam a resistência ao esmagamento, ou de um rearranjo das suas partículas, até se atingir um estado de equilíbrio. É sabido que certos aspetos do comportamento de enrocamento, como a compressibilidade e resistência ao corte, dependem da tensão de confinamento e que essa dependência é em grande parte devida à quebra das partículas. Como tal, torna-se importante caracterizar mecanicamente os fragmentos rochosos com o intuito de prever o comportamento estrutural de aterros de enrocamento. Este artigo apresenta vários ensaios de esmagamento realizados sobre partículas de granito isoladas, de várias dimensões, onde se diferenciam os mecanismos de quebra de irregularidades e quebra completa da partícula. Os resultados são depois analisados e comparados, recorrendo à função de distribuição de Weibull, com especial atenção à influência do tamanho das partículas.
Ano: 2014
Autor(es): Manso, J.; Marcelino, J.
Editor: Sociedade Portuguesa de Geotecnia
Keywords: Partículas; Enrocamento; Ensaio de esmagamento
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Numerical analysis of the construction of Odelouca Dam using a Subloading Surface Soil Model
Odelouca dam is an embankment dam, with 76 m height, recently constructed in the south of Portugal. It is zoned with a core consisting of colluvial and residual schist soil, and with soil-rockfill mixtures making up the shells (weathered schist with a significant fraction of coarse sized particles). This paper presents a numerical analysis of Odelouca dam construction. In this analysis the explicit finite difference program FLAC is used. An unconventional elastoplastic soil model, a Subloading Surface type model, implemented into the program, is used to model the embankment materials. The main results are compared with those obtained with the Modified Cam Clay Model. The models constants and internal variables initial values are determined from a comprehensive testing programme carried out in the Civil Engineering National Laboratory (LNEC) for the hydraulic and mechanical characterization of the materials used and a Subloading Surface type model with plastic anisotropy is used to model its behaviour. Computational results are then compared to the ones obtained from the dams monitoring system during the construction stage.
Ano: 2014
Número Páginas:
6pp.
Autor(es): Brito, A.; Maranha, J. R.; Caldeira, L.
Editor: CRC Press
Keywords: Anisotropy; Model tests; Soil rockfill mixtures; Embankment dams; Case history
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Livros
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Projeto, construÆo e observaÆo de pequenas barragens de aterro
Como bem sabido, a realizaÆo de barragens, a par dos reconhecidos benef¡cios de v riaordem resultantes da sua exploraÆo, pode envolver danos potenciais para as populaäes ebens materiais e ambientais na sua vizinhana, pelo que se torna indispens vel assegurarum controlo da segurana dessas obras. Esses danos estÆo sobretudo associados aos efeitosda onda de cheia gerada pela rotura da estrutura. A que h que adicionar naturalmenteos custos associados
destruiÆo da pr¢pria estrutura.
Ano: 2015
Número Páginas:
333-366pp.
Autor(es): Portugal, J. C.
Revista: Projeto, construÆo e observaÆo de pequenas barragens de aterro
Editor: IST Press
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Capítulos de Livros
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Fundações
N/A
Ano: 2005
Número Páginas:
92p.
Autor(es): Portugal, J. C.; Lopes, M. G.
Revista: Construção de empreendimentos na práctica. Manual dirigido à aplicação e desenvolvimento de processos e métodos de uma construção
Editor: Verlag Dashôfer
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Teses de Doutoramento
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Experimental investigation on limitation of the progression of internal erosion in zoned dams
Two mechanisms limiting the progression of internal erosion in zoned dams, potentiated by the presence of materials located upstream of a damaged core are investigated. These are the flow restriction and crack filling actions. The former is related with the ability of the upstream soil restricting the flows passing through a flaw in the core. The latter involves transport of particles from the upstream zone into a flaw in the core, up to a downstream granular zone. A new apparatus is developed from scratch. It allows carrying out two innovative laboratory tests: the Flow Limitation Erosion Test (FLET) and the Crack Filling Erosion Test (CFET). Following an extensive testing programme on thirteen upstream materials, two cores, and two downstream filters, experimental observations and physical descriptions are presented. The potential soil behaviour patterns are described. The apparatus can assess whether erosion in the core stops, slows down, or progresses. The flow restriction action is governed by grading, plasticity and compaction characteristics of the upstream soil. In gap-graded with 5% of fines, the hydraulic loading and type of fines are critical. Crack filling by granular soils occurs rapidly, being governed by the sand and fines content of the upstream soil, and an effective grain diameter (D15F) of the filter. Rules for preliminary estimation of the likelihood of occurrence of the studied actions are also proposed.
Ano: 2014
Autor(es): Santos, R. N. C.
Keywords: Crack filling; Flow restriction; Upstream zone; Test apparatus; Concentrated leak; Internal erosion; Zoned dams
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Propagação e mitigação de vibrações de baixa frequência geradas por comboios de alta velocidade
Em Portugal serão construídas, nos próximos anos, algumas centenas de quilómetros de vias férreas de alta velocidade. As exigências associadas a estas linhas, em particular no que concerne a tolerâncias de fabrico, são, naturalmente, mais restritivas que as das linhas férreas tradicionais, onde circulam comboios de carga e de passageiros a velocidades mais reduzidas. Em diversos países tem-se verificado que a conjugação de velocidades elevadas de circulação com determinadas características dos solos de fundação conduz a fenómenos de amplificação dinâmica das deformações resultantes da circulação dos comboios. As linhas de alta velocidade, em Portugal, terão inevitavelmente de atravessar zonas onde a velocidade de circulação se pode associar com as condições desfavoráveis das fundações criando os fenómenos dinâmicos referidos. O presente Programa de Investigação situa o problema da circulação dos comboios de alta velocidade sobre solos moles, faz uma revisão dos métodos existentes para a previsão e análise do fenómeno, e analisa as medidas de mitigação existentes. Em resultado da análise do problema são perspectivadas diversas linhas de investigação que têm como objectivo: a identificação dos factores que contribuem e condicionam a geração e propagação das vibrações; o desenvolvimento de ferramentas de análise e previsão; a identificação e estudo das zonas que, estando no traçado das linhas de alta velocidade em Portugal, possuem as características que potenciam o desenvolvimento do fenómeno e, finalmente, conjugando o conhecimento resultante dos tópicos anteriores, a análise das medidas de mitigação mais adequadas para os casos identificados. Por último, é apresentado um Programa de Pós-Graduação, onde são concretizadas as linhas de investigação propostas, sob a forma de planos de enquadramento de recém licenciados, de teses de mestrado e de doutoramento.
Ano: 2005
Autor(es): Marcelino, J.
Keywords: Mitigação; Vibrações; Alta velocidade ferroviária
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Modelação física com centrifugadora
A primeira centrifugadora geotécnica portuguesa foi recentemente instalada (1994) noLaboratório Nacional de Engenharia Civil. Para tanto estabeleceu-se um plano de acçãovisando três objectivos principais. Por um lado, e dada a natureza pioneira à escala nacional daaplicação em causa fundamentar a técnica de modelação física proposta. Por outro,materializar os meios necessários à exploração do novo recurso. Finalmente, aplicar a técnicade modelação física, no âmbito de um plano de investigação que permitisse ilustrar as suaspotencialidades. Esta dissertação constitui o corolário desse programa de acção, reflectindo ostrês objectivos programáticos estabelecidos.
Ano: 1999
Autor(es): Portugal, J. C.
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Modelação do colapso e da fluência em aterros
RESUMO O presente trabalho visa fundamentalmente apresentar novas propostas na modelação de determinados efeitos característicos de aterros, especialmente quando se trata de aterros de enrocamento. Os efeitos visados, o colapso e a fluência manifestam-se pelo aumento das deformações dos aterros nomeadamente de barragens. No primeiro caso, as deformações são provocadas pela molhagem do material e ocorrem de forma súbita, podendo implicar importantes perdas de folga das barragens. No segundo, as deformações ocorrem de forma diferida no tempo e, por vezes, representam uma parcela significativa da deformação total. Passa-se em revisão os modelos de comportamento mecânico habitualmente utilizados na descrição do comportamento dos materiais geotécnicos em modelos matemáticos, bem como as técnicas e métodos numéricos, indispensáveis para a abordagem dos problemas específicos das barragens. Propõe-se uma nova abordagem para modelar o colapso baseada na variação progressiva dos parâmetros das leis constitutivas. Apresenta-se ensaios de determinação das características de comportamento de materiais de enrocamento permitindo simultaneamente o estudo da deformação de colapso. Desenvolvem-se técnicas ensaio que possibilitam nomeadamente, o estudo do comportamento do material à repetição de ciclos de molhagem-secagem e as implicações que estes ciclos podem ter na deformação de colapso. Considera-se que a fluência pode ser tratada de forma análoga ao colapso excluindo a escala de tempo do fenómeno. Realizam-se ensaios que, à luz do modelo adoptado, permitem aferir os parâmetros que controlam a deformação de fluência no tempo. Os modelos desenvolvidos são aplicados ao estudo de dois casos reais de grandes aterros de enrocamento. No primeiro caso, apresenta-se uma retroanálise do comportamento da barragem de Beliche, concluindo-se haver uma boa concordância entre os valores resultantes da observação da barragem e os resultados dos modelos propostos. O segundo caso, refere-se a um aterro de estrada com altura máxima de 40 m que está compreendido na empreitada de construção da barragem de Odeleite. Neste caso não se dispõe ainda dos resultados da observação dos deslocamentos e, por esse motivo, os valores apresentados constituem uma previsão de comportamento.
Ano: 1996
Autor(es): Marcelino, J.
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Dissertações de Mestrado
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Enquadramento das análises de risco em Geotecnia (Edição LNEC)
A análise de riscos constitui uma área de capacidades e de méritos reconhecidos nas mais diversas disciplinas, dadas a diversidade e as potencialidades das metodologias disponíveis. No entanto, estas potencialidades não são directa e imediatamente transportáveis para o âmbito da Geotecnia devido às significativas incertezas envolvidas neste tipo de estruturas. A aplicação das análises de riscos em Geotecnia encontra-se num estado muito incipiente, no entanto, tem vindo cada vez mais a ganhar relevância em conferências e tem sido frequentemente assunto em revistas da especialidade. Nesta tese realiza-se um estudo de enquadramento geral das análises de riscos em Geotecnia, perspectivando-se os seus objectivos, os respectivos domínios de aplicação, os métodos de análise de riscos disponíveis e a sua aplicação a casos concretos. Apresentam-se em pormenor os seguintes métodos: análise dos modos de rotura e seus efeitos (FMEA) e sua criticalidade (FMECA) e análise de árvore de falhas (FTA). Aplicam-se os métodos FMEA e FMECA a uma estrutura geotécnica, mais concretamente, a uma barragem de aterro convencional para retenção de rejeitados (barragem de Cerro do Lobo). Apesar das análises de riscos em Geotecnia, presentemente, serem ainda complexas e a sua execução ser demorada podem ser extremamente úteis em obras cujos eventuais riscos sejam elevados e associados a consequências importantes. Permitem detectar ou controlar atempadamente os eventuais problemas e gerir os riscos reduzindo-os, tão cedo e tão eficiente em termos de custos quanto possível. As abordagens tradicionais baseadas em regulamentos de engenharia têm-se mostrado adequadas para a análise da segurança da maioria das estruturas geotécnicas. No entanto, reconhecidas as vantagens das análises de riscos admite-se que estas possam vir a desempenhar uma função central das actividades desenvolvidas em programas de segurança modernos de obras geotécnicas importantes.
Ano: 2007
Autor(es): Ricardo Santos
Keywords: Barragem de aterro; Fta; Fmeca; Fmea; Análise de riscos
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Compactação de aterros de barragens
Recentemente têm sido utilizadas na constituição dos maciços estabilizadores de barragens de aterro misturas solo-enrocamento, as quais colocam novos desafios relativamente às técnicas de compactação e do respectivo controlo, bem como à determinação das características do aterro resultante do processo de compactação, uma vez que estas são bastantes variáveis com a percentagem relativa das fracções presentes. Na presente dissertação foi efectuado um estudo aprofundado sobre compactação de aterros de barragens, nomeadamente relativos i) a técnicas e a equipamentos de compactação, (ii) a ensaios de laboratório de referência, (iii) ao estabelecimento de expressões de extrapolação das propriedades obtidas com granulometrias truncadas para as propriedades de granulometrias integrais e (iv) a metodologias de controlo da compactação. São ainda apresentados novos métodos de controlo da compactação baseados, não nas propriedades físicas (grau de compactação e desvio do teor em água) mas no desempenho. Foram objecto de estudo as misturas solo-enrocamento provenientes das manchas de empréstimo da barragem de Odelouca, em fase de construção no Algarve. Tratando-se de uma barragem de grandes dimensões, de perfil zonado, constitui, pela sua importância, o objecto ideal para a investigação detalhada dos aspectos aqui considerados.
Ano: 2006
Autor(es): Brito, A.
Keywords: Ensaios de apiloamento; Ensaios de vibração; Ensaios de campo; Controlo; Compactação; Misturas solo-enrocamento
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Enquadramento das Análises de Riscos em Geotecnia
A análise de riscos constitui uma área de capacidades e de méritos reconhecidos nas mais diversas disciplinas, dadas a diversidade e as potencialidades das metodologias disponíveis. No entanto, estas potencialidades não são directa e imediatamente transportáveis para o âmbito da Geotecnia devido às significativas incertezas envolvidas neste tipo de estruturas. A aplicação das análises de riscos em Geotecnia encontra-se num estado muito incipiente, no entanto, tem vindo cada vez mais a ganhar relevância em conferências e tem sido frequentemente assunto em revistas da especialidade. Nesta tese realiza-se um estudo de enquadramento geral das análises de riscos em Geotecnia, perspectivando-se os seus objectivos, os respectivos domínios de aplicação, os métodos de análise de riscos disponíveis e a sua aplicação a casos concretos. Apresentam-se em pormenor os seguintes métodos: análise dos modos de rotura e seus efeitos (FMEA) e sua criticalidade (FMECA) e análise de árvore de falhas (FTA). Aplicam-se os métodos FMEA e FMECA a uma estrutura geotécnica, mais concretamente, a uma barragem de aterro convencional para retenção de rejeitados (barragem de Cerro do Lobo). Apesar das análises de riscos em Geotecnia, presentemente, serem ainda complexas e a sua execução ser demorada podem ser extremamente úteis em obras cujos eventuais riscos sejam elevados e associados a consequências importantes. Permitem detectar ou controlar atempadamente os eventuais problemas e gerir os riscos reduzindo-os, tão cedo e tão eficiente em termos de custos quanto possível. As abordagens tradicionais baseadas em regulamentos de engenharia têm-se mostrado adequadas para a análise da segurança da maioria das estruturas geotécnicas. No entanto, reconhecidas as vantagens das análises de riscos admite-se que estas possam vir a desempenhar uma função central das actividades desenvolvidas em programas de segurança modernos de obras geotécnicas importantes.
Ano: 2006
Autor(es): Santos, R.
Keywords: Barragem de aterro; Fta; Fmeca; Fmea; Análise de riscos
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Enquadramento das Análises de Riscos em Geotecnia
A análise de riscos constitui uma área de capacidades e de méritos reconhecidos nas mais diversas disciplinas, dadas a diversidade e as potencialidades das metodologias disponíveis. No entanto, estas potencialidades não são directa e imediatamente transportáveis para o âmbito da Geotecnia devido às significativas incertezas envolvidas neste tipo de estruturas. A aplicação das análises de riscos em Geotecnia encontra-se num estado muito incipiente, no entanto, tem vindo cada vez mais a ganhar relevância em conferências e tem sido frequentemente assunto em revistas da especialidade. Nesta tese realiza-se um estudo de enquadramento geral das análises de riscos em Geotecnia, perspectivando-se os seus objectivos, os respectivos domínios de aplicação, os métodos de análise de riscos disponíveis e a sua aplicação a casos concretos. Apresentam-se em pormenor os seguintes métodos: análise dos modos de rotura e seus efeitos (FMEA) e sua criticalidade (FMECA) e análise de árvore de falhas (FTA). Aplicam-se os métodos FMEA e FMECA a uma estrutura geotécnica, mais concretamente, a uma barragem de aterro convencional para retenção de rejeitados (barragem de Cerro do Lobo). Apesar das análises de riscos em Geotecnia, presentemente, serem ainda complexas e a sua execução ser demorada podem ser extremamente úteis em obras cujos eventuais riscos sejam elevados e associados a consequências importantes. Permitem detectar ou controlar atempadamente os eventuais problemas e gerir os riscos reduzindo-os, tão cedo e tão eficiente em termos de custos quanto possível. As abordagens tradicionais baseadas em regulamentos de engenharia têm-se mostrado adequadas para a análise da segurança da maioria das estruturas geotécnicas. No entanto, reconhecidas as vantagens das análises de riscos admite-se que estas possam vir a desempenhar uma função central das actividades desenvolvidas em programas de segurança modernos de obras geotécnicas importantes.
Ano: 2006
Autor(es): Santos, Ricardo
Keywords: Fta; Fmeca; Barragens de aterro; Análise de riscos; Fmea
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Compactação de Aterros de Barragens. Novas Metodologias de Controlo
Recentemente têm sido utilizadas na constituição dos maciços estabilizadores de barragens de aterro misturas solo-enrocamento, as quais colocam novos desafios relativamente às técnicas de compactação e do respectivo controlo, bem como à determinação das características do aterro resultante do processo de compactação, uma vez que estas são bastantes variáveis com a percentagem relativa das fracções presentes. Na presente dissertação foi efectuado um estudo aprofundado sobre compactação de aterros de barragens, nomeadamente relativos i) a técnicas e a equipamentos de compactação, (ii) a ensaios de laboratório de referência, (iii) ao estabelecimento de expressões de extrapolação das propriedades obtidas com granulometrias truncadas para as propriedades de granulometrias integrais e (iv) a metodologias de controlo da compactação. São ainda apresentados novos métodos de controlo da compactação baseados, não nas propriedades físicas (grau de compactação e desvio do teor em água) mas no desempenho. Foram objecto estudo as misturas solo-enrocamento provenientes das manchas de empréstimo da barragem de Odelouca, em fase de construção no Algarve. Tratando-se de uma barragem de grandes dimensões, de perfil zonado, constitui, pela sua importância, o objecto ideal para a investigação detalhada dos aspectos aqui considerados.
Ano: 2006
Autor(es): Brito, A.
Keywords: Ensaios de campo; Controlo; Misturas solo-enrocamento compactação
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Relatórios
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Projecto POCI/ECM 61114/2004 Interacção Solo-Via Férrea para comboios de Alta Velocidade - Relatório Final
N/A
Ano: 2009
Número Páginas:
95pp.
Autor(es): SILVA, J.; Caldeira, L.
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Modelo bi-dimensional para o estudo das vibrações devidas a comboios de alta velocidade
N/A
Ano: 2007
Autor(es): Marcelino, J.
Keywords: Vibrações; Mef; Alta velocidade ferroviária
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Modelo Bi-Dimensional para o estudo das vibrações devidas a comboios de alta velocidade
N/A
Ano: 2007
Número Páginas:
48pp.
Autor(es): Marcelino, J.
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Avaliação preliminar das condições de segurança da barragem do Lapão
N/A
Ano: 2002
Número Páginas:
22pp.
Autor(es): Marcelino, J.
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Programa MBE Programa de cálculo automático de barragens de aterro pelo método dos elementos finitos
O presente relatório apresenta sumariamente a motivação para a realização dos programas MBE e MEFSG e descreve a metodologia seguida na sua elaboração. É apresentada a formulação matemática geral para os elementos finitos utilizados no programa, bem como a descrição dos modelos reológicos considerados. Descrevem-se sumariamente todas as subrotinas utilizadas nos programas e apresentam-se as instruções para a construção dos ficheiros de dados e ficheiros auxiliares necessários para o funcionamento do programa. São ainda apresentadas as listagens dos programas.
Ano: 1992
Autor(es): Marcelino, J.
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Observação de barragens de aterro - Automatização do Tratamento da Informação
N/A
Ano: 1986
Autor(es): Marcelino, J.
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Estudo da rede de escoamento da barragem do Mira
N/A
Ano: 1977
Autor(es): Correia, R.
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Colaboração no controle dos maciços terrosos da barragem do Mira 12º Relatório
N/A
Ano: 1969
Autor(es): Maranha das Neves, E.
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Colaboração no controle dos maciços terrosos da barragem do Mira 13º Relatório
N/A
Ano: 1969
Autor(es): Maranha das Neves, E.; Da Silva, F.
Info
Observação da barragem do Mira
N/A
Ano: 1966
Autor(es): Maranha das Neves, E.; Folque, J.
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Outros
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Relato da visita de 22 de janeiro de 2024 à Linha do Oeste
Relato da visita de 22 de janeiro de 2024 à Linha do Oeste por parte do Departamento de Geotecnia
Ano: 2024
Autor(es): Pereira, C.; Brito, A.
Keywords: Terraplenagens
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