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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.

This paper illustrates importance of the cooperation, between the Concrete Dams Department and the Applied Metrology Division, in the scope of the activity of the Portuguese National Laboratory for Civil Engineering (LNEC) for industry

Many countries have enacted dam safety laws at the national level and have beenapplying them to dam safety management activities. In Brazil, the first Dam SafetyRegulation was published in 2010. The National Dam Safety Information System(SNISB, by its Portuguese acronym) is an instrument of the Brazilian National DamSafety Policy (PNSB), which was established by the Federal Law nº 12.334/2010. TheSNISB consists of a system for collecting, processing, storing and recovering informationrelated to dams under construction, in operation and decommissioned. The main purposeof SNISB is to inform about the safety conditions of regulated dams across the countryand to allow the follow-up of the advances in the implementation of the PNSB. Its basicprinciples are the decentralization of data and information production and input; unifiedcoordination of the system and access to information guaranteed to whole society.The main features of SNISB include the support for implementing the PNSB; theinteraction with existing systems at ANA; the exchange of information with dam owners;the follow up activities from regulators and the support for the production of the annualDam Safety Report.The responsibility for keeping the information available in SNISB system belongs to theregulating entities, either federal or state, which are responsible for ensuring that damowners comply with the dam safety regulations. Dam owners will be the main source ofinformation to the system. Besides being a federal regulating agency, the National WaterAgency (ANA) is also the system manager.

This paper reports a case study of the thermal analysis of a concrete damduring its construction phase. The thermo-chemical problem is solved using a heattransfer model. In the absence of specific adiabatic calorimetric tests of the concrete, anexponential function was calibrated by the best fitting of estimated heat of hydration atthe ages of 3, 7 and 28 days. The predicted temperatures obtained from the code arecompared with the actual temperatures measured in situ by the monitoring systeminstalled in the dam.

Dams have contributed to the human development and have brought manybenefits, such as delivering hydropower, irrigating agricultural fields, supplyingdrinking water, or just for navigational and recreational purposes. Nevertheless, damsare critical structures that raise multiple concerns and risks associated with theecological, social and economic impact. Angola has a rich and complex network of waterbasins and dams that serves different strategic purposes as defined in its water resourcemanagement policy and respective strategic plan that, namely, considers relevant tobuild new dams and to better operate the existent ones. In fact, some of the mostimportant dams in Angola are equipped with safety management information devices thatperform data collection and storage for infrastructural analysis and reporting. However,many of these systems are currently in a critical condition. The civil war of 1975-2002took a toll on dam safety measures and systems and most of them are outdated ormalfunctioning. The dams that are presently under construction, like Matala, willalready be equipped with safety management devices that are able to performmeasurement of variables such as displacement and discharges, among others. Yet, newand adequate legislation must be created for all these efforts to effectively take place: theNational Dam Safety Plan may provide the answer and framework to this state of affairs.Additionally, in this paper we assert that a more complex and integrated system can helpto achieve this plan. Hence, the main contribution of this paper is the proposal of thegestBarragens-2, a next-generation Dam Safety Management System (DSMS),particularly fitting for the geographic and political context of Angola. This DSMS highlevelarchitecture reflects our experience with the design, development and operation ofa former DSMS in Portugal over this last decade, but also the state of art analysis andour own learning process, introspection and criticism. The gestBarragens-2architectural view defines the complex integration of several subsystems in twocomplementary dimensions: the applicational and the technological. The applicationalsubsystems are mainly functional, while the technological subsystems provide crosscuttingfeatures that are widely used in the DSMS as a whole.

Apresentam-se os aspetos relevantes da análise e interpretação do comportamento observado da barragem de Rebordelo, no rio Rabaçal, em Trás-os-Montes, durante o primeiro enchimento controlado da albufeira, ocorrido no início de 2005, e nos primeiros anos de exploração, com base na observação das ações e das respostas, bem como na utilização de modelos matemáticos para resolução dos problemas térmico e estrutural.Nas análises térmica e estrutural consideraram-se: i) um modelo tridimensional da barragem e do maciço rochoso de fundação, resolvido pelo método dos elementos finitos; ii) o comportamento viscoelástico do betão; e iii) a variação das ações da água sobre o paramento de montante e das ações térmicas no corpo da barragem.As grandezas observadas e os resultados numéricos apresentaram uma boa concordância, atestando a adequabilidade dos modelos de comportamento utilizados e o bom desempenho da obra.

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

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

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

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

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

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