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Alkali-silica reaction (ASR) and delayed ettringite formation (DEF) are the most common internal swelling reactions (ISR) in concrete dams. The swelling effects and concrete deterioration caused by ISR can be observed in several forms at the structural level, including relative movements between blocks, displacements and deformations, cracking, surface discoloration around the cracks, scaling or spalling as well as surface

The nowadays-available dynamic monitoring equipment integrating sensitive low-noise sensors creates an opportunity to implement continuously operating dynamic monitoring systems in dams and validate the suitability of these systems to monitor such massive structures with the goal of detecting damage. The continuous characterisation of the dam modal properties during important variations of the water level and temperature is a unique experimental result, which is particularly interesting for the calibration of numerical models that consider water

Dam surveillance activities are based on observing the structural behaviour and interpretingthe past behaviour supported by the knowledge of the main loads. For day-to-day activities, datadrivenmodels are usually adopted. Most applications consider regression models for the analysis ofhorizontal displacements recorded in pendulums. Traditional regression models are not commonlyapplied to the analysis of relative movements between blocks due to the non-linearities related to thesimultaneity of hydrostatic and thermal effects. A new application of a multilayer perceptron neuralnetwork model is proposed to interpret the relative movements between blocks measured hourly in aconcrete dam under exploitation. A new methodology is proposed for threshold definition related tonovelty identification, taking into account the evolution of the records over time and the simultaneityof the structural responses measured in the dam under study. The results obtained through thecase study showed the ability of the methodology presented in this work to characterize the relativemovement between blocks and for the identification of novelties in the dam behaviour.

Traditional dam safety methods, based on visual inspections and manual monitoring,have long been the standard for ensuring the stability and safety of dams. However, asthe scale and complexity of dam projects have increased, these methods have becomeincreasingly insufficient. Major limitations of traditional dam safety methods are theexistence of deficient observation plans and the potential for human error. Inspectorsmay miss crucial signs of deterioration or failure, and manual monitoring can be prone to inaccuracies. In addition, as the number of (aged and new) dams continues to increase,it becomes increasingly difficult and resource-intensive to manually inspect and monitoreach one. Another limitation of traditional dam safety methods is that they are typicallyreactive rather than proactive. They focus on identifying and addressing problems afterthey have already occurred, rather than predicting and preventing them.In contrast, modern techniques such as remote sensing, drones, and sensor networkscan provide more accurate, real-time data on dam conditions. They can also be used tocontinuously monitor dams, providing an early warning of potential problems. ArtificialIntelligence (AI) can be applied to the data collected from these modern techniques foridentifying patterns and anomalies that may indicate a potential problem. AI algorithmscan be used in the decision-making process for dam safety by providing accurate andupdated risk analysis.

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 not only able to simulate the coupled hydromechanical behavior but also able to adequately represent the foundation discontinuities and the specific features of dam foundations. The formulation of a three-dimensional (3D) small displacement finite element model based on interface elements to simulate the discontinuities is presented. In this model, the hydraulic behavior is simulated assuming that the water flow occurs only along channels located at the edges of the triangular interface elements that simulate the discontinuities. The model is used to perform coupled hydromechanical analysis of a large arch-gravity dam and to assess safety against dam base sliding, assuming different constitutive models at the dam/foundation interface and two different approaches: (i) strength reduction method and (ii) amplification of the hydrostatic pressure, assuming an increase in the reservoir level. The present study shows that consistent results are obtained with the proposed numerical model and that stability analysis should preferably be carried out using the method of increasing the hydrostatic pressure and the corresponding uplift pressures, as this methodology leads to significantly lower safety factors.

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.

Neste trabalho apresenta-se um modelo hidromecânico descontínuo da fundação de uma barragem gravidade, que foi desenvolvido com o objectivo de avaliar a segurança da obra para cenários de rotura envolvendo a fundação. Os cálculos são efectuados com o programa UDEC.Consideram-se os casos de modelo com interacção hidromecânica e de abertura constante das descontinuidades, e ainda a hipótese de o sistema de drenagem se encontrar obstruído. O método de redução das resistências é usado para estimar a estabilidade do sistema barragem/fundação para diferentes cenários de rotura, e os resultados são comparados com os obtidos com o método simplificado de equilíbrio limite. Salienta-se a importância da aplicação dos modelos descontínuos nos estudos de avaliação da segurança de barragens de betão.

Descreve-se a metodologia de caracterização do comportamento diferido do betão de barragens a partir dos ensaios realizados

O betão de barragens apresenta características reológicas distintas dos betões utilizados em edifícios e pontes. Dependendo da importância da barragem, a caracterização das propriedades do betão envolve a realização de ensaios específicos.Nesta comunicação apresenta-se uma metodologia para a determinação da função de fluência básica do betão da barragem de Alqueva recorrendo aos resultados experimentais obtidos nas células de fluência instaladas "in situ", sob condições higrométricas variáveis, nos prismas ensaiados à fluência em laboratório, sob condições higrométricas controladas, e nos ensaios de módulo de elasticidade e resistência à compressão de prismas do betão. Os parâmetros da lei de fluência básica representativa do comportamento diferido do betão da obra foram obtidos através do modelo de previsão BaP, desenvolvido por Ba

Portugal é um dos países europeus com maior potencial hidroeléctrico por explorar. Atendendo à dependência energética do exterior, o governo lançou, em 2007, um programa visando o aproveitamento racional dos recursos hídricos disponíveis. Está-se, em 2010, na fase de projecto eum conjunto de barragens abóbada integradas nesses aproveitamentos. Existindo uma vasta experiência da engenharia portuguesa neste tipo de estruturas, de que são exemplo o projecto e a construção de obras notáveis desde a década de 50 do século passado, nomeadamente as barragens do Cabril, Cahora Bassa, Funcho, Alto Lindoso e Alqueva, estas duas últimas galardoadas com o prémio internacional Puente de Alcântara, mas sendo escassos os documentos técnicos orientadores da escolha da forma destas estruturas, julgou-se oportuno dar um contributo neste domínio, realizando um trabalho, no âmbito de uma dissertação de mestrado, de pesquisa e escolha de formas em função das características geométricas do vale a obstruir.O trabalho iniciou-se com a pesquisa dos critérios utilizados na escolha da forma das barragens abóbada, utilizando arcos circulares, de um e três centros, e parabólicos, tendo permitido o estabelecimento de um algoritmo de definição de formas com arcos parabólicos, em função da geometria do vale e de um número reduzido de parâmetros de controlo. O algoritmo foi acoplado a programas de geração automática de malhas tridimensionais e de elementos finitos, possibilitando, através de um processo totalmente automatizado e rápido, a análise estrutural e a selecção das formas mais adequadas.O método desenvolvido foi aplicado a casos de estudo com resultados animadores.

Many infrastructures are approaching or exceeding their design life. As a result of economic issues, these civil engineering structures are still in use despite of ageing and the associated damage build up. Dams are not an exception. Nevertheless, safety is one of the priorities of dam engineering, namely due to the high potential risk associated with these engineering works. Many dams, even though showing deterioration signs, are ex-pected to continue in operation significantly beyond the lifetime estimated in the design. Therefore, the ability to monitor the health of these structures is becoming increasingly important.Dam safety management is a complex task and requires knowledge on a wide range of subjects and the enrolment of experts from many fields. The activity is supported by a comprehensive collection of data de-rived from a set of instruments strategically placed throught out the structure in order to monitor the structure health. It is not difficult to guess that data can grow tremendously through the structure lifetime. Moreover, safety standards have been consistently improving and information and communication technologies are themselves still facing great developments and challenges. All these issues call for the development of intelli-gent tools to efficiently support the management of the dam structural health.The present work refers to the development of a powerful and innovative IT-based framework to support dam engineers in the complex task of dam safety management - the gestBarragens system. The framework has an open and flexible architecture able to integrate current and future research in the field of structural health monitoring of a large portfolio of dams. Despite the development focus in concrete dams, the developed framework can be easily extended to other type of dam structures.

On the last two decades seismic behaviour assessment turned from force based analysis to displacement basedcriteria. The purpose of this work is to provide some practical support in order to incorporate the newperformance based methodologies in the bridge design. These methodologies are mainly nonlinear staticanalysis, where structure deformation levels were imposed through the application of an increasing lateralhorizontal load. There are different procedures supported by nonlinear static analysis. In this paper, only theCapacity Spectrum Method is mentioned. The presented examples include some current reinforced concretebridges of small to medium dimension and allowed the analysis of the influence of some characteristics like theskewness, structures irregularities and the type of connection between the deck and the piers.

The safety control of large dams requires the measurement ofsome important quantities that characterize their behavior(like absolute and relative displacements, strains and stressesin the concrete, discharges through the foundation, etc.) andon visual inspections of the structures. In the more importantdams, the analysis of the measured data and their comparisonwith results of mathematical or physical models isdeterminant in the safety control decision process.The quality of the measurements assumes an important role ina dam

The analysis of the observed behaviour and the structuralsafety control of concrete dams under swelling processes,namely due to alkali-silica reactions (ASR), require the use ofappropriate mathematical models, generally supported by thefinite element method. These models must take into accountthe factors that influence the development of swellingprocesses, namely the concrete properties, the environmentalconditions (temperature and humidity) and the stress field inthe structure, as well as the over-time changes in therheologic properties of materials and the damage induced byswelling.This purpose was achieved by a damage-chemo-viscoelasticmodel, based on a constitutive isotropic damage law, whichconsider that the evolution of the damage variables (bothtensile and compressive) depends exclusively on elasticstrains. The concrete time behaviour was taken into accountby an incremental constitutive relation corresponding to aKelvin chain. The hypothesis of isotropic material with atime variable elasticity modulus and a constant Poisson ratiowas admitted. The free-stress swelling process is assumed tobe isotropic and the influence of the stress field was alsoconsidered. This model makes it possible to computedisplacements, strains, stresses and damage over time.This paper is to present the main features of the mathematicalmodels developed and the results of its application to theanalysis of the observed behaviour of an approximately 60-years old Portuguese buttress dam, the Pracana dam, whichhas been subject to a concrete swelling process due to ASR.

Nas duas últimas décadas as metodologias de avaliação dos efeitos da acção sísmica têm evoluído com o aparecimento de propostas voltadas para a avaliação do comportamento tomando como base os deslocamentos em detrimento das forças que se desenvolvem na estrutura. Os níveis de desempenho, em concordância com os níveis de acção sísmica, definem o comportamento predefinido com grandes preocupações de controlo de dano, incorporando os custos de manutenção e reparação nas equações de dimensionamento.A metodologia focada neste trabalho corresponde à análise estática não linear onde a estrutura é levada a percorrer vários níveis de deformação pela imposição de uma carga horizontal crescente. Ao introduzir o comportamento fisicamente não linear no modelo de cálculo é possível observar o desenvolvimento da plasticidade na estrutura e avaliar a capacidade de deformação disponível.Os exemplos utilizados abrangem alguns casos correntes de obras de pequena a média dimensão em betão armado e permitiram o estudo do comportamento de algumas características particulares, como o viés, a irregularidade estrutural e o tipo de ligação do tabuleiro aos pilares. Por seu lado, a utilização das características médias das propriedades dos materiais possibilitou o desenvolvimento de algumas questões relacionadas com a avaliação do desempenho destes casos reais e a extrapolação para o panorama geral, no que diz respeito a Obras de Arte correntes, em Portugal.

This paper describes the study carried out in order to establish a correlation between stress and permeability in some areas of Alqueva arch dam foundation. The study was conducted taking into account the results of global three-dimensional mechanical and hydraulic models, both validated against field data, and carrying out independently uncoupled mechanical and hydraulic analyses. The established stress/permeability curves were introduced into the hydraulic model, allowing discharges to be calculated for different levels. The difficulty of assessing the dependence of permeability on stress is highlighted and some conclusions are drawn about suitable models to study the dam foundation behaviour.

As inspeções visuais constituem uma atividade importante do controlo de segurança de barragens. O registo continuado de anomalias e ocorrências permite ao dono de obra acompanhar e manter o estado da obra e do sistema de observação e planear eventuais reparações e processos de reabilitação.Atualmente, é prática corrente recorrer a fichas de inspeção visual para o registo das ocorrências em cada elemento estrutural da obra e elaborar relatórios técnicos em que se descreve a evolução do estado de conservação desde a última inspeção.Este trabalho apresenta uma proposta para a implementação BIM a inspeções visuais de barragens de betão com o objetivo de sistematizar e digitalizar a informação proveniente das fichas de inspeção para um modelo BIM tridimensional. Pretende-se que o modelo BIM seja utiliza-do para melhorar a visualização das ocorrências ao longo do tempo.Este trabalho constitui o primeiro passo com vista à criação do sistema integrado BIM de análise de dados gerados automaticamente e de inspeções visuais.Apresenta-se uma proposta de utilização de formulários digitais pré-definidos para o registo das ocorrências e para exportação sistematizada da informação para o modelo BIM tridimensional. Propõem-se as regras de modelação da barragem para a fase de exploração da obra e a definição e classificação de objetos BIM para a estrutura, para as ocorrências e para os instrumentos, incluindo a definição das propriedades para o registo da informação.

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