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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.

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