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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.

A barragem do Baixo Sabor é uma abóbada de betão de dupla curvatura, com uma altura de 123,00 m e um desenvolvimento do coroamento de 505 m, construída entre 2009 e 2014. Localiza-se no trecho inferior do rio Sabor e cria uma albufeira com 1095 hm3, destinando-se à produção de energia hidroelétrica. O projeto e a construção da barragem estiveram a cargo da EDP, que também tem a responsabilidade da sua exploração. O LNEC tem dado apoio continuado à EDP nos aspetos relacionados com a segurança estrutural.Na comunicação apresentam-se os aspetos relevantes da análise e interpretação do comportamento observado da barragem durante o primeiro enchimento da albufeira, ocorrido entre 2014 e 2016. Sendo o primeiro enchimento uma fase crítica da vida da obra, já que corresponde a um verdadeiro ensaio de carga, o controlo da segurança da obra foi realizado através do acompanhamento contínuo do seu comportamento, com base nos planos de observação e de primeiro enchimento da albufeira, para permitir a deteção e mitigação atempada de qualquer tipo de sintoma de desempenho anómalo. O apoio de modelação estrutural foi determinante para a realização de uma coerente interpretação das relações entre as causas e os efeitos.Adotou-se um modelo tridimensional do conjunto barragem-fundação, analisado pelo método dos elementos finitos, considerando o comportamento viscoelástico dos materiais, a variação das ações da água e as variações térmicas que ocorreram no corpo da barragem. Obteve-se um bom acordo entre os resultados numéricos e os resultados da observação contínua da obra, o que confirmou o bom desempenho da barragem e a adequação da modelação estrutural nesta fase tão importante da vida da obra.

Durante a fase de exploração de uma barragem os efeitos da ação térmica podem ter ordem degrandeza equiparável à das restantes solicitações. Assim, e face às suas características de permanênciae repetição, a ação térmica condiciona fortemente o comportamento das barragens, particularmente noque se refere à durabilidade do betão. No presente trabalho descreve-se a análise térmica realizadapara a barragem do Alto Rabagão, evidenciando os principais aspetos a ter em conta para a simulaçãodesta solicitação. São abordadas algumas questões relativas à simulação das condições térmicasambientais, nomeadamente a variação das ações climáticas de acordo com a hora do dia e o dia do anoe a simulação da radiação solar. São analisados os resultados obtidos com diferentes discretizações,com o objetivo de avaliar a adequabilidade do refinamento da malha de elementos finitos para oestudo do efeito em causa.

The paper presents some relevant results of the structural safety activities performed during the first filling of the reservoir of Baixo Sabor dam. After a brief description of the dam and its construction, the monitoring system, the monitoring plan during the first filling of the reservoir and some important results of tests carried out for the characterization of the material rheological properties are presented. The interpretation of the monitoring results is based on their comparison with results of a numerical model that simulates the structural behaviour of the dam and its foundation.

The current document compiles some of the most relevant information concerning thesymptoms and respective causes of common anomalies observed in concrete dam bodies.These include physical degradation phenomena, like abrasion, cavitation and freeze-thawcycles, and chemical reactions, such as expansive reactions and leaching. Themethodologies available to detect, assess and monitor these are addressed as well, with aspecial focus on cracking.

A fully coupled hydromechanical analysis of the water flow through the rock mass discontinuities of three hypothetical gravity dams of different height was carried out. It was assumed that the dams had similar rock mass foundations, and 2D discontinuous models were developed and analysed with the coupled model for dam foundation analysis Parmac2D-Fflow. This paper presents the results of studies done to analyse the influence that the model geometry and the aperture of foundation discontinuities have on the numerical discharges and hydraulic heads. Analysis was done assuming different behaviour scenarios: i) linear elastic and ii) non-linear behavior at the concrete/rock and rock/rock interfaces. Additionally, results obtained during cycles of filling and emptying the reservoir were used to establish the influence lines of the hydrostatic pressure on recorded discharges. The relevance of using fracture flow models of dam foundation rock masses that take into account the coupled hydromechanical behavior is highlighted.

Os ensaios de betão integral de barragens, produzido com agregados de grandes dimensões, são de difícil execução, requerem equipamentos específicos e têm um custo elevado comparativamente com os ensaios correntes. É recorrente a crivagem do betão integral, i. e., a remoção, após a mistura dos componentes e ainda em fresco, dos agregados de grandes dimensões do betão integral, obtendo-se o betão crivado. Este tipo de betão é moldado em provetes de menores dimensões e é amplamente ensaiado durante a construção.Esta comunicação apresenta uma metodologia para a previsão da resistência à compressão do betão integral a partir de resultados experimentais e de modelos analíticos. A previsão consiste na combinação de duas leis semi-empíricas, a lei de escala e uma adaptação da lei de Abrams. A primeira permite a uniformização da resistência obtida a partir de provetes de diferentes dimensões e a segunda prevê a resistência com base na relação água-materiais cimentícios e na máxima dimensão do agregado.A metodologia foi validada através de um estudo de sensibilidade para determinar o número mínimo de resultados necessário para obter uma boa estimativa da resistência dos diferentes tipos de betões com agregados de grandes dimensões, incluindo o betão integral. O estudo utilizou os resultados de caracterização das propriedades do betão da barragem do Baixo Sabor.

A maioria das roturas de barragens gravidade ocorreu por deslizamento ao longo da superfície de contacto barragem/fundação, de descontinuidades do maciço rochoso, ou de camadas do maciço rochoso de menor resistência. A possibilidade de deslizamento de uma barragem é em regra avaliada com base em técnicas simplificadas de equilíbrio limite, efetuando uma sequência de cálculos em que as características resistentes das superfícies de descontinuidade são progressivamente minoradas. Neste trabalho, a partir de modelos descontínuos bidimensionais da fundação de barragens gravidade, que simulam a interação hidromecânica, analisa-se a estabilidade das obras aplicando modelos constitutivos com enfraquecimento para o contacto betão/rocha, que se entende serem mais próximos do comportamento real desta descontinuidade. Para duas barragens gravidade com alturas diferentes é apresentada inicialmente a análise numérica com base no método da redução de resistências admitindo uma interface betão/rocha com coesão nula. Os resultados são comparados com os obtidos analiticamente com base em equilíbrio de corpo rígido. Demonstra-se a equivalência entre o método de aumento da carga hidrostática e o método de redução de resistência. Posteriormente realiza-se uma análise de estabilidade com base no aumento da carga hidrostática para dois modelos de enfraquecimento para as superfícies de ligação betão/betão e betão/rocha, considerando que a fundação tem um comportamento elástico linear ou um comportamento frágil. Com base neste tipo de modelos é possível identificar modos de rotura do conjunto barragem/fundação mais realistas e obtêm-se, como esperado, fatores de segurança mais elevados.

Os modelos de partículas têm vindo a ser utilizados no estudo do comportamento de materiais quase-frágeis, em particular do betão. Este tipo de modelos permite a consideração da distribuição, quantidade e forma dos agregados no interior de um determinado provete de betão e a obtenção da resposta estrutural para diferentes condições de ensaio (compressão, tração, corte, curta duração, longa duração, entre outros).Esta comunicação apresenta os principais desenvolvimentos dos modelos de partículas, baseados no método dos elementos discretos, para a previsão do comportamento de provetes de betão em ensaios de determinação do módulo de elasticidade e da função de fluência à compressão. Dado que o modelo permite a consideração explícita dos agregados, é possível analisar a interação entre os diferentes componentes e estudar a influência das suas propriedades no desenvolvimento da deformabilidade e da resistência do betão.Os resultados do estudo mostram que, uma vez calibradas as diferentes propriedades dos contactos entre as partículas de argamassa, de agregado e da interface pasta de cimento-agregado, o modelo de partículas permite a simulação da resposta macroscópica do provete de betão para solicitações impostas em ensaios correntes.

To understand the performance of the dam during the first filling, it iscrucial to predict in real time the displacement and the stresses due to the waterreservoir level and environmental conditions. Particular attention must be givento environmental actions which have a significant effect on arch dams. Hence, acorrect simulation of the first filling should entail, amongst other, a proper tran-sient heat transfer analysis to determine the temperature distribution in the dam.The purpose of this paper is to describe the main issues concerning the struc-tural and geotechnical modelling as well as the heat transfer and boundary con-ditions simulation necessary to obtain a representative behavior of the dam duringthe first filling.An example of numerical simulation of the behavior of an arch concrete damduring the first filling of the reservoir is also given. The temperature distributioninside the dam was estimated using a finite element model which considered theeffects associated with air temperature, water temperature and solar radiation.The structural response of the dam was assessed using the same finite elementmodel. In this case, the contraction joints and the contact surface rock/concretewere included in the model and represented by zero thickness interface elements.The validation of the computed temperatures and the induced displacements wasperformed by comparison with the values measured with the monitoring systeminstalled in the dam.

The Foz Tua Project is the latest accomplished hydroelectric investment of EDP - Energias de Portugal, located in a tributary of Douro River, close to its mouth, in the northeast of Portugal, which includes a concrete double curvature arch dam 108 m high with a total crest length of 275 m, closing a narrow granitic valley.After a brief presentation of the project, the monitoring system is introduced, reporting namely the automatically controlled remote observations.The overall characterization of the behaviour evolution is presented, noticing the perceived agreement between observations in redundant systems, as well as the sought correlation between related physical quantities.Furthermore, some minor inelastic behaviours related to local adjustments of the dam/foundation structure, as well as the improvements in the designed foundation drainage and piezometric networks which were implemented accordingly to the foundation hydraulic behaviour observed in the last impoundment stages, are also commented.Bearing in mind the adequate behaviour during the first filling of the reservoir and the good fitness of a nonlinear finite element model it was concluded that the dam is apt to the following serviceability state.

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