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The employment of non-traditional materials such as soil

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.

The concepts, principles, assumptions and fundamental rules of Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) are introduced. An application to Cerro do Lobo tailings dam is presented, with the description of the systemconsidered, the functionalities, the potential failure modes of each component, their corresponding root causes and the sequence of effects. Finally, the available measures in place for the detection and control of the sequence of effects are also identified. Although FMEA application in complex dam systems may constitute a time consuming process, its outcome can be extremely useful as illustrated in this article. It makes it possible to assess and manage the major risks of dams so that mitigation actions, taken at an early stage, can be optimised from an efficiency standpoint.

A caracterização mecânica e hidráulica dos materiais da Barragem de Odelouca, efectuada no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), é utilizada para a calibração dos modelos constitutivos a utilizar na modelação numérica da barragem.Assim, tendo como ponto de partida os resultados obtidos nos ensaios realizados durante a construção da barragem, procede-se à verificação da adequação e à calibração de modelos constitutivos existentes para descrever o comportamento mecânico e hidráulico dos materiais empregues no núcleo e das misturas de solo-enrocamento utilizadas nos maciços estabilizadores.A Barragem de Odelouca localiza-se no conselho de Silves e implanta-se na Ribeira de Odelouca, principal afluente do Rio Arade. Trata-se de uma barragem de perfil zonado, com um núcleo central constituído por coluviões e por solo residual do xisto, e maciços estabilizadores constituídos por xistos e grauvaques ripáveis. O programa explícito de diferenças finitas FLAC foi utilizado nas modelações numéricas. É feita uma comparação entre os resultados obtidos com o modelo Cam-clay (já implementado no software utilizado) e os obtidos com um modelo elasto-plástico não convencional implementado para o efeito, designado por

The employment of non traditional materials, such as soil-rock mixtures, in the construction of earthworks, for economical and environmental reasons, poses some new challenges to compaction techniques and their control. Usually, this kind of material results from the bulky rock extraction without explosives, and it can include some large size particles (greater than 0.5 m). Construction control of embankments built with soil-rock mixtures is still a subject that needs investigation, considering that it is necessary to extrapolate current test results, which have been reached by means of the truncation of the grain-size distribution curve, to the actual construction conditions. The behaviour of these materials depends of the relative fractions of theirs constituents, becoming closer to a soil, if the fine fraction is large with the coarser material scattered in it, or closer to a rockfill if the coarser particles are in contact with each other with the fines occupying the spaces between them. One of the control methods widely used in Portugal for embankments is the Hilf

Neste artigo apresenta-se um enquadramento geral das análises de riscos em Geotecnia, perspectivando-se os seus objectivos e os respectivos domínios de aplicação. Referem-se, em pormenor, os seguintes métodos de análise de risco: análise dos modos de rotura e seus efeitos (FMEA) e análise dos modos de rotura, seus efeitos e sua criticalidade (FMECA). Aplicam-se a FMEA e a FMECA a uma barragem de aterro convencional para retenção de rejeitados. A utilização de análises de riscos em Geotecnia permite detectar, ou controlar atempadamente, os eventuais problemas e gerir os riscos, reduzindo-os, tão cedo e tão eficientemente, em termos de custos, quanto possível. 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.

A erosão interna é uma das principais causas de acidentes e de roturas em barragens de aterro. Os modos de rotura deste tipo estão associados ao arrastamento de partículas de solo através da percolação no aterro da barragem ou na sua fundação. A erosão interna é uma expressão abrangente que engloba diferentes tipologias, conforme a sua iniciação fenomenológica, nomeadamente: erosão através de fuga concentrada, erosão regressiva, sofusão e erosão no contacto entre solos. Um processo de erosão interna que conduza à rotura de uma barragem de aterro desenvolve-se em quatro fases sequenciais fundamentais, designadas por: (i) iniciação da erosão, (ii) continuação da erosão ou filtração, (iii) progressão da erosão e (iv) formação de brecha. Neste documento identificam-se os principais factores que influenciam a probabilidade de ocorrência de cada fase de um processo de erosão interna.

A barragem de aterro de Odelouca, em construção no Algarve e com uma altura de 76 m, é constituída por um núcleo central argiloso e por maciços estabilizadores compostos por misturas de solo enrocamento,provenientes da alteração de xistos e de grauvaques. Para o controlo da execução dos maciços estabilizadores, sobre amostras de granulometria grosseira foi realizado um conjunto de ensaios laboratoriais de compactação por vibração, de modo a permitir estimar os valores de referência do teor em água óptimo e do peso volúmico seco máximo dos materiais aplicados. No presente artigo apresentam-se os resultados obtidos nestes ensaios e efectua-se a aplicação prática de uma metodologia desenvolvida, em 1994, por Torrey e Donaghe, para a extrapolação das propriedades de controlo de granulometrias integrais, com fracção grosseira presente, com base em resultados de ensaios de Proctor comuns, realizados sobre a fracção passada no peneiro 34

Monitoring earth dams plays an essential role in evaluating the structural safety conditionof this type of dams. Monitoring activities are related mainly with safety but also with thecollection of valuable data to enhance the unders tanding of the behaviour of thesestructures. These purposes are not mutually independent but rather complementary (ICOLD,1982). Monitoring a dam involves several activities, namely: design of the monitoring plan,installation of monitoring devices, reading those devices at some pre- establishedfrequencies, conversion of measurement s to meaningful engineering quantities,interpretation of these quantities, comparison with models, dam (visual) inspection andissuing a safety repor t. A monitoring plan should define which observable quantities areneeded and which devices should be installed to measure those quantities. Furthermore, theplan should establish the location of the devices, their measuring procedures andmonitoring frequencies depending on the age of the dam, extreme events, height, externalactions, conservation conditions, available know- how and technology, human and economiclosses in the case of failure, etc.. The quantities involved in dam monitoring are thoserelated both with the actions in the dam and with the dam response. Surface displacement sare impor tant quantities to be determined, especially in what concerns safety and long termbehaviour (Tedd et. al, 1997). Surface displacement can be related to internal deteriorationprocesses, such as internal erosion or slope failure or to less impor tant phenomena assecondary consolidation or creep. In order to evaluate these displacement s, surface marksshould be located at regular space intervals, usually in the dam crest, at the upstream anddownst ream sides, in the berm or berms, and less commonly in other places in thedownst ream slope. Several combined terrest rial imaging systems (CTIS) have been madecommercially available during the last decade and are now a reliable and proven technology.The laser component of these CTIS provide a dense set of instrument al spherical polarcoordinates of any unknown point that reflects the laser radiation; the CCD photo sensorscomponent provide the RGB intensities for those points. The polar coordinates can be easilytransformed into a meaningful object Cartesian reference system. Given their high samplingfrequency CTIS offer an unprecedented density of spatial information concerning an objectunder study. This technology has been widely used by the architectural and archaeologicalcommunities but there is enormous potential in monitoring applications where such densedata sets could provide great insight into the nature of structural deformations (Lichti et al,2000). This paper tries to evaluate this new technology and points to a methodology formeasuring surface deformations on earth dams.

This paper addresses the relevant aspects of risk analysis of embankment dams, through the qualitative method of Failure Mode and Effects Analysis (FMEA). In particular the concepts, principles, assumptions and fundamental rules of FMEA are introduced. It proceeds to its application to a particular tailings dam (the Cerro do Lobo dam). The dam

A barragem da Corumana é uma barragem de aterro zonado que dispõe de um sistema de observação em exploração há cerca de 20 anos. Os dispositivos desse sistema permitem medir as seguintes grandezas: nível de água na albufeira, deslocamentos superficiais, deslocamentos internos; caudais de infiltração, níveis piezométricos no interior do aterro e fundação e precipitação atmosférica. Após a apresentação e validação dos resultados do sistema de observação, que serviram de base à modelação matemática (estatística) do comportamento da obra, descreve-se a aplicação de modelos estatísticos a esses resultados. Os modelos obtidos são depois explorados para prever o comportamento da obra em diversos cenários e para estabelecer critérios de atenção e alerta a adotar na exploração futura.

A barragem de Massingir, com quase 5 km de comprimento e uma altura máxima de 47 m é constituída por um aterro zonado e encontra-se em exploração há cerca de 30 anos. Esta barragem, uma das maiores de Moçambique, exibiu, logo após o início da exploração problemas de comportamento da fundação. A sua exploração ficou, então, condicionada e só após obras de reabilitação concluídas em2006, se iniciou a exploração normal da albufeira, mas sem a central de produção de energia instalada. Na sequência do re-enchimento, um importante acidente ao nível do funcionamento das descargas de fundo, voltou a condicionar a exploração da obra. Os dispositivos do sistema de observação permitem medir diversas grandezas, com base nas quais é possível estabelecer modelos de estatísticos que permitem aferir o seu comportamento sendo explorados para prever o comportamento da obra em diversos cenários e para estabelecer critérios de atenção e alerta a adotar na exploração futura.

A barragem dos Pequenos Libombos é uma barragem de aterro zonado que dispõe de um sistema de observação em exploração há cerca de 20 anos. Os dispositivos desse sistema permitem medir as seguintes grandezas: nível de água na albufeira, deslocamentos superficiais, deslocamentos internos,caudais de infiltração, níveis piezométricos no interior do aterro e fundação e precipitação atmosférica.Após a apresentação e validação dos resultados do sistema de observação, que serviram de base à modelação matemática (estatística) do comportamento da obra, descreve-se a aplicação de modelosestatísticos a esses resultados. Os modelos obtidos são depois explorados para prever o comportamento da obra em diversos cenários e para estabelecer critérios de atenção e alerta a adotar na exploração futura.

Massingir, an earth fill dam with nearly 5 km long and a maximum height of 47 m is the 2nd largest dam in Mozambique. The reservoir has a maximum storage capacity of about 2,800 hm³ and the flooded area, at the Normal Water Level (NWL), is 138 km². Dam construction took place between 1971 and 1977, but because of armed conflict and funding issues, the construction was incomplete, missing the installation of the spillway gates (six gates) and the hydro-power station.During the first filling in 1977 it exhibited serious behaviour problems on the foundation, namely because piping have occurred in large extensions of the right bank dike. Its exploitation was thus, limited, and only after the rehabilitation works completed in 2006, the normal exploitation of the reservoir begun, although still without the power house. The rehabilitation included the following tasks: i) partial treatment of the foundation, by grouting, ii) construction of a stabilizing berm downstream of the dam's right dike, iii) construction of relief wells along the right bank of the dike and the main valley; iv) the lift of 1 m of the crest elevation; v) construction of a concrete parapet on the crest; vi) rehabilitation of the rip-rap; vii) the installation of the spillway gates, viii) repair of hydro-mechanical equipments of the bottom discharges, ix) rehabilitation of the monitoring system and some other minor works.As a result of the re-filling, a major accident occurred at the exit of the bottom outlet discharges, reconditioning again the exploitation of the reservoir. Currently the dam is undergoing a new intervention to increase the capacity of the spillway flood discharges and to repair the bottom outlets exit. The dam has a monitoring system installed, from which several physical quantities are obtained, on the basis of which it is possible to establish statistical models used for assessing its behaviour and to predict its response for different scenarios. Furthermore, the models allow to establish criteria for attention and alert to adopt in future exploration.

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`s construction. The material con-stants of the soil model used are determined from a comprehensive testing programme carried out in the Civil Engineering National Laboratory (LNEC) during the dam construction for the hydraulic and mechanical characterization of the materials used. Computational results are then compared between to the ones obtained from the dam monitoring system during the construction stage.

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`s construction. The material constants of the soil model used are determined from a comprehensive testing programme carried out in the Civil Engineering National Laboratory (LNEC) during the dam construction for the hydraulic and mechanical characterization of the materials used. Computational results are then compared between to the ones obtained from the dam monitoring system duringthe construction stage.

Safety control of dams is made during the normal exploitation phase, with the support of monitoring data from the observation system and also from the visual inspections information and data, by comparing thereal and actual measurements with the values predicted by models of the expected dam behavior. The analysis of abnormal situations obliges to an intervention performed by a dam safety specialist who, facing the data from the observation system and the dam behavior model, will define the correspondent emergency level.This traditional approach, used on a daily basis for assessing dam safety, is adequate, but sometimes, it may delay significantly the actions to restore dam safety standards. In fact, a important time period canoccur, between the identification of an abnormal situation in the dam and the definition of the level of seriousness associated, as well as all the subsequent actions. The use of new technologies to help decision support and emergency planning can contribute to mitigate the effects of this disadvantage.The current paper presents a case study concerned with the use of an artificial neural network (ANN) in order to evaluate the behavior of an earthfill dam, Valtorno-Mourão Dam in Portugal. The developed modelallowed the identification of both normal and abnormal situations, establishing the correspondent dam alert levels.

The Valtorno-Mourão dam in the municipality of Vila Flor is intended to create a reservoir with the total volume of 1.12 x106 m3 for water supply. The embankment has a crest length of 150 m and 32 m of maximum height. It as a homogeneous profile including a sub-vertical filter. The construction of the dam took place between July 2004 and January 2006. During the first filling, the comparison of the results of monitoring with the predictions from the Monitoring Plan lead to the conclusion that the dam was not having the expected behaviour, both for the amount of flow, which was roughly ten times higher than it was expected, and for the pore pressures measured in some piezometers. The Tras-os-Montes region in Portugal has normally severe conditions of water supply and the amount of loss in the dam was not compatible with normal supply to the populations. Given this scenario, it was decided to stop the first filling of the reservoir to allow the diagnosis of deficiencies. As a result, a new grouting treatment of the foundation was made, so that currently, the dam exhibits the desired behaviour. This paper seeks to describe the fundamental characteristics of the dam and foundation, some aspects of the construction, the diagnosis of disabilities, the treatment performed and, finally, the behaviour observed up to the date.

The employment of non traditional materials, such as soil-rock mixtures, in the construction of earthworks, for economical and environmental reasons, poses some new challenges to compaction techniques and their control. Usually, this kind of material results from the bulky rock extraction without explosives, and it can include some large size particles (greater than 0.5 m). Construction control of embankments built with soil-rock mixtures is still a subject that needs investigation, considering that it is necessary to extrapolate current test results, which have been reached by means of the truncation of the grain-size distribution curve, to the actual construction conditions. The behaviour of these materials depends of the relative fractions of theirs constituents, becoming closer to a soil, if the fine fraction is large with the coarser material scattered in it, or closer to a rockfill if the coarser particles are in contact with each other with the fines occupying the spaces between them. One of the control methods widely used in Portugal for embankments is the Hilf

The Pinhão dam is located in the municipality of Vila Pouca de Aguiar in the district of Vila Real, intersecting the Pinhão River. Its primary purpose is to create an urban water supply reservoir of 4.24 x106 m3.The dam has a profile of granite riprap with a concrete face as the impervious curtain. The maximum height of the dam is 22 m. Construction took place between September 2006 and March 2008 when, after authorisation was given by INAG, first filling started.This paper is intended to provide basic data on the dam and its construction phase and on the monitoring activities undertaken by the ATMAD in close collaboration with LNEC and INAG to ensure the safe control of this dam.

Como é bem sabido, a realização de barragens, a par dos reconhecidos benefícios de váriaordem resultantes da sua exploração, pode envolver danos potenciais para as populações ebens materiais e ambientais na sua vizinhança, pelo que se torna indispensável assegurarum controlo da segurança dessas obras. Esses danos estão sobretudo associados aos efeitosda onda de cheia gerada pela rotura da estrutura. A que há que adicionar naturalmenteos custos associados à destruição da própria estrutura.

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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.

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.

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.

RESUMOO presente trabalho visa fundamentalmente apresentar novas propostas na modelação dedeterminados efeitos característicos de aterros, especialmente quando se trata de aterros deenrocamento. Os efeitos visados, o colapso e a fluência manifestam-se pelo aumento dasdeformações dos aterros nomeadamente de barragens. No primeiro caso, as deformações sãoprovocadas pela molhagem do material e ocorrem de forma súbita, podendo implicarimportantes perdas de folga das barragens. No segundo, as deformações ocorrem de formadiferida no tempo e, por vezes, representam uma parcela significativa da deformação total.Passa-se em revisão os modelos de comportamento mecânico habitualmente utilizados nadescrição do comportamento dos materiais geotécnicos em modelos matemáticos, bem comoas técnicas e métodos numéricos, indispensáveis para a abordagem dos problemas específicosdas barragens.Propõe-se uma nova abordagem para modelar o colapso baseada na variação progressiva dosparâmetros das leis constitutivas. Apresenta-se ensaios de determinação das características decomportamento de materiais de enrocamento permitindo simultaneamente o estudo dadeformação de colapso. Desenvolvem-se técnicas ensaio que possibilitam nomeadamente, oestudo do comportamento do material à repetição de ciclos de molhagem-secagem e asimplicações que estes ciclos podem ter na deformação de colapso.Considera-se que a fluência pode ser tratada de forma análoga ao colapso excluindo a escalade tempo do fenómeno. Realizam-se ensaios que, à luz do modelo adoptado, permitem aferiros parâmetros que controlam a deformação de fluência no tempo.Os modelos desenvolvidos são aplicados ao estudo de dois casos reais de grandes aterros deenrocamento. No primeiro caso, apresenta-se uma retroanálise do comportamento dabarragem de Beliche, concluindo-se haver uma boa concordância entre os valores resultantesda observação da barragem e os resultados dos modelos propostos. O segundo caso, refere-sea um aterro de estrada com altura máxima de 40 m que está compreendido na empreitada deconstrução da barragem de Odeleite. Neste caso não se dispõe ainda dos resultados daobservação dos deslocamentos e, por esse motivo, os valores apresentados constituem umaprevisão de comportamento.

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Relato da visita de 22 de janeiro de 2024 à Linha do Oeste por parte do Departamento de Geotecnia