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The application of the limit state design (LSD) in the geotechnical area has increased over the last two decades, but this approach is not yet widely used in dam safety evaluation. This study aims to widen the use of the LSD application for large dams, in particular concrete gravity dam foundations. This paper starts with a brief reference to the LSD approach in recently published guidelines for dam design, followed by a detailed description of the LSD formulation when applied to the foundation of concrete dams. The relevance of the joint application of the concepts of ultimate limit states and of numerical methods is highlighted. Comments are made regarding the criteria adopted in order to determine the characteristic values of the material mechanical properties, with an emphasis on discontinuities, taking into account the spatial variability. The sliding safety assessment of the foundation of a concrete gravity dam using the LSD and a discrete element model, both in persistent and in an accidental design situation, is presented. Results led to the conclusion that the LSD methodology may be followed for dam foundation design with the partial factor values prescribed in Eurocode 7.

To improve the effectiveness of concrete dam safety control in real time, a method is presented for theconstruction of decision rules for the early detection of developing failure scenarios. The decision rulesare based on the use of linear discriminant models developed with data obtained through mathematicalmodels of the dam

In its lifetime, a dam can be exposed to significant water level variations and seasonal environmental temperature changes. The structural safety control of a concrete dam is supported by monitoring activities and is based on models.In practice, the interpretation of recorded concrete dam displacements is usually based on HST (hydrostatic, seasonal, time) statistical models. These models are widely used and consider that the thermal effect can be represented by a seasonal function. The main purpose of this paper is to present an HTT (hydrostatic, thermal, time) statistical model to interpret recorded concrete dam displacements. The idea is to replace the seasonal function with the use of recorded temperatures that better represent the thermal effect on dam behavior.Two new methodologies are presented for constructing HTT statistical models, both based on principal component analysis applied to recorded temperatures in the concrete dam body. In the first method, principal component analysis is used to choose the thermometers for the construction of the HTT model. In the second method, the thermal effect is represented by the principal components of temperature of selected thermometers.The advantage of these methods is that the thermal effect is represented by real temperature measured in the concrete dam body. The HTT statistical models proposed are applied to the 110m high Alto Lindoso arch dam, and the results are compared with the HST displacement model.

The purpose of this research work is to identify the effect of the daily variation of the air temperature on the structural response of a concrete dam. It is intended to obtain a better knowledge about structuralbehaviour of concrete dams. In current day to day activities, quantitative interpretation models are used for the assessment of structural dam behaviour of concrete dams. Most models ignore the temperature effect of a wave with a daily variation. However, in dams with automated data acquisition systems this daily effect can be used to anticipate the detection of abnormal behaviour.In this paper, the Short Time Fourier Transform analysis of the residuals is used, obtained by the quantitative interpretation models and measurement data, to identify the signature that the daily variation of the air temperature has on the structural behaviour of a concrete dam. A case study is presented based on the analysis of a horizontal displacement measured on a pendulum, in the Alto Lindoso concrete dam. As a result, the relation between magnitudes of daily variations of the horizontal displacement analysed and the air temperature was defined. The relation obtained can be used to assess if there is alterations or not in the dam response to short period loads corresponding to the daily variations analysed.

This paper presents the application of a methodology which can be used to assess arch dam foundation stability, using the discrete element method (DEM) and the code 3DEC. A global three-dimensional model of a dam foundation was developed, in which some discontinuities were simulated and both the grout and drainage curtains were represented. The model, calibrated taking into account recorded data, was used to carry out non-linear mechanical analysis. The same model was employed to perform a hydraulic analysis, based on equivalent continuum concepts, which allowed the water pressure pattern within the foundation to be obtained. These water pressures were applied on discontinuities involved in the possible sliding mechanism along the dam/foundation interface, and the safety of the dam/foundation system was evaluated using a process of reduction of strength characteristics, with the aim of calculating the minimum safety factors that ensure stability. Results were compared with those obtained with the usual bi-linear uplift pressure distribution at the base of the dam, commonly used in concrete dam design. The relevance of carrying out hydraulic analysis in arch dam foundation failure studies is highlighted.

Neste trabalho apresenta-se a aplicação de uma metodologia que pode ser usada para avaliar a segurança de barragens abóbada relativamente a estados limites últimos envolvendo a fundação. É usado o método dos elementos discretos e o programa 3DEC. Apresenta-se um modelo global da barragem e fundação, com o qual é possível efetuar análises mecânicas e análises hidráulicas. No modelo são representadas três das cinco principais famílias de descontinuidades do maciço e outras superfícies de descontinuidade, tais como a superfície de fundação e as juntas de contração da barragem. A influência da pressão da água na fundação na estabilidade de uma cunha do maciço a jusante da obra é analisada comparando os resultados obtidos sem subpressões, com os obtidos aplicando as pressões calculadas com o modelo hidráulico ou aplicando campos de pressões simplificados, definidos a partir de uma superfície freática compatível com as condições de fronteira.

One of the most important phenomena of the delayed behaviour of mass concrete used in dams is creep, i.e., the increase in deformation over time when subjected to constant stress. Although several studies concerning concrete creep were carried out throughout the last decades in a structural and material level, the physical and chemical phenomena are yet to be fully understood. This paper presents a study on the Alqueva dam

N/A

Borehole water-inflow tests allow measurement of discharges and water pressures in isolated sections of drains and piezometric boreholes. A series of water-inflow tests and water electrical conductivity analysis were carried out in an area of the foundation of an arch dam. Detailed three-dimensional numerical models developed for the analysis of the tests data in two foundation areas are presented. Results of rock mass permeability tests and areas where seepage paths cross each drain, identified with both water-inflow tests and water electrical conductivity analysis, were taken into account. Models were validated against flow rates and water pressures recorded in situ. By examining water-inflow tests using numerical models, the main flow processes are identified and quantified. Test results and conclusions drawn from the detailed 3D models were used to elaborate a global model of the foundation. The present study shows that borehole water-inflow tests add valuable information to the usual monitoring data, which improves our ability to analyse the behaviour of concrete dam foundations. It is also concluded that although discontinuum models provide a more natural representation of flow in jointed rock masses, equivalent continuum models can still be used successfully to study both global and local hydraulic behaviour of dam foundations.

Recycled aggregates may make an important contribution toward decreasing the adverse consequences of the production and the dumping of construction and demolition waste CDW on the environment. The results of the experimental research work carried outat Lisbon

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