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

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

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

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

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

The mechanical property characterization of dam concrete is a challenging task mainly due to the use of large aggregate sizes. The properties of dam concrete are often evaluated from wet-screened concrete tests using standard specimen sizes. A physically-based relationship between dam concrete and wet-screened concrete strength properties is currently unavailable.A prediction methodology is proposed which can be used to obtain the compressive and the splitting tensile strength of dam concrete by taking into account the wet-screened strength results, the effect of the specimen dimensions and the effect of the maximum size of aggregate. The predicted results are compared with test results available in the literature and with test results recently obtained during the construction of the Baixo Sabor dam. It is shown that the proposed prediction tool can be used to obtain accurate estimates of dam concrete strength.

The explicit formulation of a small displacementmodel for the coupled hydro-mechanical analysis of concretegravity dam foundations based on joint finite elementsis presented. The proposed coupled model requires athorough pre-processing stage in order to ensure that theinteraction between the various blocks which representboth the rock mass foundation and the dam is always edgeto edge. The mechanical part of the model, though limitedto small displacements, has the advantage of allowing anaccurate representation of the stress distribution along theinterfaces, such as rock mass joints. The hydraulic part andthe mechanical part of the model are fully compatible. Thecoupled model is validated using a real case of a dam inoperation, by comparison of the results with those obtainedwith a large displacement discrete model. It is shown that itis possible to assess the sliding stability of concrete gravitydams using small displacement models under both staticand dynamic conditions.

This paper proposes a methodology for the prediction of the compressive creep strains of dam concrete based on wet-screened experimental results at constant elevated temperature conditions measured in situ. Due to its large aggregate dimensions, the experimental characterization of dam concrete has particular constraints. The wet-screened concrete, obtained by sieving the aggregates larger than a given dimension, after mixing, is used to cast standard specimens and to embed monitoring devices. An experimental in situ installation using creep cells was used to obtain the compressive creep strain development over time for the maturing conditions of the dam core. The study of the effect of wet-screening procedure on creep in compression considers three types of concrete, dam concrete and two wet-screened concretes tested at three loading ages, 28, 90 and 365 days. The comparison between different types of concrete at different maturing conditions requires the definition of a reference state given by the maturity method, using the equivalent age, and relies on the fit of compressive creep strains to the RILEM recommended model B3. To take into account the effect of the aggregate content on the deformability properties of dam concrete, an equivalent two-phase composite model was applied. The equivalent composite model considered the equivalent matrix as the wet-screened concrete and the inclusions as the larger aggregates that are removed during the wet-screening procedure. Predictions obtained with the composite model are close to the dam concrete experimental results, for the tested loading ages.

This paper proposes the use of the maturity method and of a two-phase composite models for the prediction of dam concrete modulus of elasticity.The methodology was validated with test results obtained from experimental in situ setup using creep cells placed in the dam's body, subjected to variable environmental conditions. It is shown that composite models can be used to predict the modulus of elasticity of in situ dam concrete based on the modulus of elasticity of the wet-screened concrete.

The reduced lifetime of geothermal wells is one of the main issues facing the geothermal industry, with cement durability being one of the main causes for shortening of a well's life. While most wells are cemented with American Petroleum Institute (API) class cements, alternative cementing systems are currently being considered. In this paper, the interactions of two alternative cement formulations with a typical geothermal rock formation are compared with a class A cement. This allows understanding of the most critical zone in the geothermal cement, which is the outermost layer where the cement encounters and, consequently, interacts with the exterior harsh environment, including the volcanic formation and brine. The faster setting of white cement and high-alumina cement compared with the well Portland cement seems to reduce the reaction extent with the rock. For all the cements tested, both the increased curing temperature (from 150°C to 290°C) and the use of bentonite as drilling mud significantly decreased the bond between the cement and the rock.

Most gravity dam failures occur due to sliding along the dam/foundation interface, rock mass discontinuities, or rock mass layers of lower strength. The possibility of sliding of a dam is usually evaluated based on simplified limit equilibrium techniques. In this study an explicit time-stepping small displacement algorithm, Parmac2D-Fflow, is used to assess the safety of gravity dams. This algorithm is based on a discrete representation of discontinuities, simulates the hydro-mechanical interaction, and considers softening constitutive laws that are closer to the actual behaviour of the dam/foundation interface. Seepage flow along the dam/foundation interface is only allowed to occur after contact failure, making it possible to model a coupled propagation failure along the dam/foundation interface due to a hypothetical dam overtopping scenario. For two gravity dams with different heights, the numerical results predicted with a coupled/fracture propagation model are compared with those obtained with a coupled/fully fractured model and with an uncoupled analysis. The results presented highlight the relevance of taking into account a coupled hydro-mechanical for dam safety and show that with coupled-fracture propagation model slightly higher safety factors are predicted.

This paper describes the main features of the experimental in situ setups used to estimate the concrete deformability from six large Portuguese dams, all of which were built in the last 25 years. These experimental setups are commonly referred to as creep cells and aim at determining the modulus of elasticity for different ages and estimating the creep curve, under the same thermo-hygrometric conditions as the dam.Creep cells are composed of specimens of concrete with embedded strainmeters, placed in the body of a concrete dam during its construction, with a hydraulic flat-jack underneath. During the elastic modulus and the creep tests, while the jack introduces a given compressive stress in the specimen, the embedded strainmeters measure the sub-sequent strains, instantly or over time, for the modulus of elasticity or creep assessment, respectively.In recent years, there have been several developments in the design and in the instal-lation methodology of this type of experimental setup, namely in Alqueva, Baixo Sabor, Ribeiradio, Foz Tua, Daivões and Alto Tâmega dams.The article also presents a brief compilation of the most important creep cells results for these dams, which are being used as an input to numerically evaluate the structure

Nesta comunicação apresentam-se os resultados numéricos obtidos em estudos de estabilidade de uma barragem abóbada praticamente simétrica com 220 m de altura máxima. Nos estudos efetuados simula-se a não linearidade do betão da barragem e inclui-se a modelação da interação hidromecânica. Comparam-se os resultados obtidos com o método simplificado de redução das resistências e com diferentes modos de amplificação da parcela hidrostática. Analisam-se os fatores de segurança obtidos em cada abordagem. Dos resultados apresentados conclui-se que, para a geometria da barragem abóbada analisada, a abordagem de fenda discreta é viável e, neste caso, não é necessário utilizar um modelo não linear à compressão. Recomenda-se que a avaliação da segurança seja feita usando o método de amplificação da parcela hidrostática.

Um aproveitamento hidroelétrico consiste num sistema constituído pela estrutura resistente, as estruturas hidráulicas, o maciço de fundação e a albufeira. Este tipo de empreendimento envolve desafios hidrológicos, estruturais e geotécnicos, apoiados por ensaios de prospeção e de caracterização dos materiais e planos de observação e instrumentação.As barragens de betão são estruturas que apresentam um elevado risco potencial e um elevado custo operacional, associado à perda de funcionalidade, no caso de rotura. O controlo de segurança estrutural visa reduzir esse risco e divide-se, em geral, em três atividades: i) monitorização, i.e., na exploração do sistema de observação e na realização de inspeções visuais regulares e de ensaios de caracterização; ii) análise e interpretação dos resultados da observação através de modelos estatísticos e modelação numérica, iii) avaliação da segurança e tomada de decisão.A metodologia Building Information Modelling (BIM) permite definir uma abordagem sistemática para o desenvolvimento das atividades de controlo de segurança de barragens, desde a fase de projeto, construção, exploração e abandono e demolição.Este trabalho descreve as várias vertentes do controlo de segurança estrutural de barragens de betão, com particular foco na fase de exploração. Discutem-se as principais potencialidades e desafios da implementação BIM adaptada estas atividades, em particular a aplicação de um sistema de classificação, a definição de regras de modelação de objetos específicos e definição de parâmetros, a interligação entre o modelo, os sistemas de gestão de informação existentes e os resultados das inspeções visuais, o apoio à análise estrutural e à tomada de decisão.

The main purpose of assessment of dam condition, through the use of the infor-mation provided by the monitoring system, is achieved by having up-to-date knowledge of the dam. Early anomalous behaviour detection is expected in order to allow appropriate intervention to correct the situation or to avoid serious consequences. Once a dam is in its operation phase, the assessment of the dam's condition and the interpretation of the dam's behaviour are supported by data-based models, among others, in which the main goal is to predict the actual structural dam behaviour in order to detect a possible deviation from a considered normal pattern.Within the scope of the 16th International Benchmark Workshop on Numerical Analysis of Dams, this paper presents a methodology for the prediction of different measurements based on the com-bination of the results from multiple linear regression and neural network models. The work dis-cusses the advantages and applicability of the methodology to each type of dataset and the im-portance of engineering expertise and on site knowledge when using data-based models.The obtained results show a good model performance for the training period being a valid option for dam engineering activities.

No contexto da construção do Sistema Electroprodutor do Tâmega, concessionado à empresa Iberdrola, apresenta-se o plano de ensaios preconizado para o controlo de qualidade do betão e para a avaliação do comportamento do betão ao longo do tempo, assim como um resumo dos respetivos resultados. De entre os ensaios realizados, destacam-se os de fluência em compressão com idades de carregamento entre 3 e 92 dias. Com base nos resultados dos ensaios de fluência foram ajustados os parâmetros de uma lei de fluência básica representativa do comportamento diferido.

Neste trabalho apresenta-se uma proposta para o desenvolvimento de uma variante dos modelos de interpretação quantitativa do tipo HTT (Hydrostatic, Temperature, Time) onde o efeito térmico observado na resposta da estrutura é caracterizado a partir das medições da temperatura do ar. O caso de estudo apresentado consiste na interpretação dos deslocamentos horizontais, na direção radial, observados numa base de fio de prumo da barragem do Baixo Sabor. Os resultados obtidos no modelo HTT proposto foram comparados com os resultados do modelo de interpretação quantitativa usualmente utilizado, um modelo do tipo HST (Hydrostatic, Season, Time).

Tirando partido das medições do sistema de observação de uma barragem de betão, registadas automaticamente com frequência horária, é possível realizar-se um estudo para avaliar o efeito da frequência de medição na qualidade dos modelos de Machine Learning utilizados para a previsão expedita do comportamento observado em barragens de betão. Para tal, foram criados subconjuntos desses valores com diferentes frequências, como diárias, semanais ou quinzenais, com o intuito de simular cenários de frequência dos registos de dados de monitorização. Neste trabalho apresenta-se uma avaliação do efeito da frequência das medições do deslocamento horizontal medido numa base de fio de prumo no desempenho de modelos de Machine Learning, nomeadamente de regressão linear múltipla e de redes neuronais artificiais do tipo Perceptrão Multicamada.

Concrete swelling due to internal expansion reactions (IER) concerns both physical and chemical phenomena which can have strong interactions as the swelling process evolves. Modelling the effects of swelling on the mechanical behaviour of concrete is of the most importance in order to predict the development of the deterioration, to assess structural safety and to determine the efficiency of rehabilitation techniques to reduce the negative impact of swelling.Mesoscale models are being used for the study of the behaviour of concrete focusing on the interactions between aggregates and the maturing cement paste in order to evaluate development of the main mechanical properties. These types of models are particularly relevant for the study of swelling since the aggregate structure of concrete and the interfacial transition zone (ITZ) are explicitly taken into account.This paper refers to the numerical simulation of concrete swelling using detailed 2D particle models in which the particles representing the coarse aggregates and the binding mortar define the concrete mesostructure. In the particle model, swelling is represented by a change in the normal contact force due to a change in the inter-particle relative displacement caused by the progressive particle area growth. Since the swelling reactions occur relatively slow over a large period of time, creep and relaxation properties of concrete are taken into account. The paper evaluates the effect of aging viscoelasticity on the development of stress inside the concrete and for predicting the progress ofdamage over time.

One concern of the dam surveillance activities is the assessment of the real structural behaviour, to detect possible malfunctions early. For real-time decision be effective, there must be confidence in the measured data, and it must be possible to interpret the data (through adequate data-based methods) in order to properly assess the structure's behaviour and condition (based on reliable numerical models). In the actual context, the main threats are the inability to detect in a timely manner some scenarios of abnormal structural behaviour that may originate an accident. Therefore, the achievement of the objective of real time structural safety control through the use of automated monitoring systems requires the improvement of the management, validation, archiving and exploitation of information, and the implementation of a quality control process for the measured data.In Portugal, the Concrete Dam Department of the National Laboratory for Civil Engineering (LNEC) has been involved on the safety control of the Portuguese large dams presenting more significant risks since their design and construction stage. One of the more important objectives of LNEC

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