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Apresenta-se a formulação explícita de um modelo hidromecânico em pequenos deslocamentos, baseado numa tecnologia de elementos finitos de junta. O modelo hidromecânico proposto requer um esquema de pré-processamento robusto, de modo a garantir que os contactos entre os diversos blocos que representam o maciço rochoso de fundação e a barragem são somente aresta/aresta. A parte mecânica do modelo, apesar de limitada a pequenos deslocamentos, tem a vantagem de permitir uma representação rigorosa da distribuição de tensões ao longo das juntas. A parte hidráulica do modelo é perfeitamente compatível com a parte mecânica. O modelo hidromecânico é validado recorrendo a uma situação hipotética de uma barragem gravidade fundada num maciço com fraturação regular e a uma situação real de uma barragem em serviço, comparando os resultados com os obtidos com um modelo discreto em grandes deslocamentos. São também comparados os resultados de análises de estabilidade, concluindo-se que é possível avaliar a segurança ao deslizamento de barragens gravidade em betão recorrendo a modelos de interação em pequenos deslocamentos.

A numerical model for analysis of masonry gravity dams based on the Discrete Element Method is presented.The dam and the rock foundation are represented as block assemblies, using elementary 3- and 4-node blocks. Complex block shapes are obtained by assembling the elementary blocks into macroblocks,allowing the model to be applied in various situations ranging from equivalent continuum to fully discontinuumanalysis. A contact formulation was developed, which represents the interaction between macroblocksin terms of contacts established between elementary blocks, based on an accurate edge

The work presents two new numerical techniques devised for modeling propagating material failure, i.e. cracks in fracture mechanics or slip-lines in soil mechanics. The first one is termed crack-path-field technique and is conceived for the identification of the path of those cracks, or slip-lines, represented by strain-localization based solutions of the material failure problem. The second one is termed strain-injection, and consists of a procedure to insert, during specific stages of the simulation and in selected areas of the domain of analysis, goal oriented specific strain fields via mixed finite element formulations. In the approach, a first injection, of elemental constant strain modes (CSM) in quadrilaterals, is used, in combination of the crack-path-field technique, for obtaining reliable information that anticipates the position of the crack-path. Based on this information, in a subsequent stage, a discontinuous displacement mode (DDM) is efficiently injected, ensuring the required continuity of the crack-path across sides of contiguous elements. Combination of both techniques results in an efficient and robust procedure based on the staggered resolution of the crack-path-field and the mechanical failure problems. It provides the classical advantages of the

The underground structures of the Venda NovaII reversible hydroelectric power scheme present features that make it an interesting case study. Worthy of mention are the inclination and length of the unlined pressure tunnel, the high water head and the great depth of the powerhouse cavern. In projects of this type, the main effect ofthe internal water pressure in the pressure tunnel is the establishment of seepage from the tunnel into the rock mass, which can reach the adits and the powerhouse cavern.This seepage is influenced by several factors, such as the geometry of the underground openings, the rock massproperties

Ground vibration is the most important environmental effect of blasting, and tools for its understanding and control are a prime necessity for the excavation of tunnels and caverns in hard ground. This paper contributes to an improved understanding of the way waves travel in the ground, particularly when there are excavations in the path of propagation, while also enhancing existing numerical models to better simulate that behaviour and thus provide better means to address underground vibration impacts. To this purpose, twenty low intensity blast between neighbour tunnels of an underground complex were performed, followed by a numerical study of the test. The test and simulation showed that, contrary to what is implied in semi-empirical attenuation laws, factors like the propagation path or local amplification can be more important than instant explosive weight and distance to blast.

tThis paper presents the development of a three dimensional computational model, based on the DiscreteElement Method (DEM), which was used to investigate the effect of the angle of skew on the load carryingcapacity of twenty-eight different in geometry single span stone masonry arches. Each stone of the archwas represented as a distinct block. Mortar joints were modelled as zero thickness interfaces which canopen and close depending on the magnitude and direction of the stresses applied to them. The variablesinvestigated were the arch span, the span: rise ratio and the skew angle. At each arch, a full width verticalline load was applied incrementally to the extrados at quarter span until collapse. At each load increment,the crack development and vertical deflection profile was recorded. The results compared with similar

Purpose - The rigid spherical particle models proposed in the literature for modeling fracture in rock have some difficulties in reproducing both the observed macroscopic hard rock triaxial failure enveloped and compressive to tensile strength ratio. With the purpose of obtaining a better agreement with the experimental behaviour, a 3D generalized rigid particle contact model based on a multiple contact point formulation is presented which allows moment transmission and includes in a straightforward manner the effect of friction at the contact level.Design/methodology/approach

Os romanos deixaram importantes contributos na área da Engenharia de Barragens, tanto nos aspectos relacionados com a concepção estrutural, como nos métodos construtivos e nos materiais utilizados. A barragem romana de contrafortes mais alta que se tem registo localiza-se em Belas, junto a Lisboa, e é conhecida como a Barragem de Olisipo. Apesar de se encontrar semidestruída e não desempenhar a função para a qual foi concebida, as suas ruínas constituem, ainda assim, um conjunto com interesse técnico e histórico. Este trabalho apresenta um estudo sobre as características geométricas e estruturais da Barragem de Olisipo. A análise estrutural foi realizada através do método do equilíbrio limite. Este estudo incidiu sobre duas secções transversais tipo da barragem, designadas por secção corrente e secção equivalente, esta última idealizada a partir da área de influência de um contraforte. Foram determinadas as linhas de pressões, as tensões verticais totais e efectivas na base da barragem e os factores de segurança em relação aos mecanismos globais de deslizamento e de derrubamento. O objectivo fundamental deste trabalho é divulgar e valorizar este importante património.

The evolution of numerical modelling in rock mechanics has made possible a more realistic representation of thebehaviour of rock masses, and a more reliable prediction of the response of rock engineering structures. Discontinuum modelling techniques, namely the discrete element method, based on the explicit representation of the rock mass discontinuous structure, have progressively acquired a broader role. In this lecture, the essential concepts and main features of these numerical techniques are discussed, with reference to their historical development. The use of these idealizations is exemplified by two areas in which they proved very effective. On one hand, the analysis of practical rock engineering problems, intended, for example, for safety assessment or monitoring interpretation. This type of application is illustrated herein by dam foundation analyses based on deformable block models.Asecond level of discontinuum modelling involves research aimed at the understanding of the fundamental behaviour of rock and rock masses. An example of this approach is the analysis of fracture phenomena with particle models, primarily of laboratory specimens, but being extended to larger scales. Critical issues identified in the effective application of these modelling tools are examined, as well as some foreseeable evolution trends.

A numerical model for the hydromechanicalanalysis of masonry dams based on the discrete elementmethod is presented. The dam and the rock foundation arerepresented as block assemblies, and a coupled flow-stressanalysis is performed in an integrated manner for the entiresystem. Complex block shapes may be obtained byassembling elementary blocks into macroblocks, allowingthe application of the model to situations ranging fromequivalent continuum to fully discontinuum analysis.A contact formulation was developed based on an accurateedge

Na presente comunicação é apresentado o estudo de caracterização dinâmica da barragem do Alto Ceira II recorrendo a métodos experimentais e numéricos. Foi efetuada a caraterização deste comportamento para as situações de albufeira vazia e cheia através da realização de ensaios de vibração forçada e da medição de ruído ambiente. A interpretação dos resultados das campanhas de ensaio e a estimação das características mecânicas médias do betão da barragem foi efetuada com o recurso a um modelo numérico calibrado com os resultados experimentais.

A determinação da resposta dinâmica das obras e o acompanhamento da evolução doseu comportamento durante as várias fases da vida é muito importante, estandoinserido nas atividades do controle de segurança estrutural. A realização de ensaiosde vibração forçada em barragens de betão para a determinação do comportamentodinâmico continua a ser uma das técnicas mais fiáveis nesta área. Nesta comunicaçãodescreve-se a metodologia de ensaio, incluindo os desenvolvimentos recentementeefetuados, e apresentam-se os resultados relativos a um caso de estudo, referente àcaraterização do comportamento dinâmico da barragem do Baixo Sabor. Foi desenvolvidoum modelo numérico para apoio na preparação do ensaio e interpretação dosresultados experimentais.

The characterization of the dynamic behavior of an arch dam, and its evolution throughout the structure

Dynamic fracture phenomena are studied employing low cost computational toolsbased on Finite Elements with Embedded strong discontinuities (E-FEM). Fracture nucleationand propagation are accounted for through the injection of discontinuous strain and displace-ment modes inside the finite elements. The Crack Path Field technique is employed to computethe trace of the strong discontinuity during fracture propagation.Unstable crack propagation and crack branching are observed upon increasing loadingrates. The variation in terms of crack pattern and energy dissipation is studied and a good cor-relation is found between the maximum experimental crack speed and maximum dissipation atthe onset of branching. Comparable results are obtained against simulations employing supra-elemental techniques, such as phase-field and gradient damage models, considering coarserdiscretizations which can differ by two orders of magnitude.

A determinação da resposta dinâmica das obras e o acompanhamento da evolução do seu comportamento durante as várias fases da vida é muito importante, estando inserido nas atividades do controle de segurança estrutural. A realização de ensaios de vibração forçada em barragens de betão, para a determinação das características dinâmicas, continua a ser uma das técnicas mais fiáveis nesta área. Nesta comunicação descreve-se a metodologia de ensaio, incluindo os desenvolvimentos recentemente efetuados, e apresentam-se os resultados relativos a um caso de estudo, referente à caracterização do comportamento dinâmico da barragem do Baixo Sabor. Descreve-se ainda o modelo numérico desenvolvido para apoio à preparação do ensaio e à interpretação dos resultados experimentais.

Modelos de análise com base em formulações de elementos discretos ou de elementos finitos com juntastêm sido propostos para a análise de estabilidade de barragens de betão para cenários que envolvem a rotura da fundação. Nesta comunicação é proposto um algoritmo de interação entre blocos deformáveis do tipo partícula esférica /superfície triangular. Para tal, o domínio interior de cada bloco é discretizado com partículas esféricas que interagem com as superfícies triangulares adotadas na discretização dos blocos vizinhos. A presentam-se várias análises de estabilidade/equilíbrio limite efetuadas com o modelo proposto,incluindo o exemplo da fundação de uma barragem abóbada. Verifica-se que os resultados obtidos, de interação partícula esférica/superfície triangular, são próximos dos obtidos com modelos que utilizam elementos discretos do tipo poliédrico, baseados em modelos de interação mais complexos.

Um modelo numérico para a análise de estruturas de betão armado deve incorporar ferramentas capazes de representar a formação e propagação de fendas, o efeito destas no comportamento global da estrutura, e a interação entre as armaduras e o betão. Para a modelação da fratura em materiais quase-frágeis têm sido utilizados modelos detalhados de partículas, inicialmente desenvolvidos para estudo do comportamento micro-mecânico de meios granulares, que têm em consideração a interação física entre as partículas e a influência da meso-estrutura do betão. Os modelos de partículas em 3D apresentam boa correlação com resultados experimentais de provetes de betões, nomeadamente em termos de resposta elástica, valores de pico, processo de fratura e localização da fratura.Nesta comunicação é apresentada a formulação explícita da modelação dos varões de aço em 3D através de elementos discretos com geometria cilíndrica. A incorporação de elementos de aço permite a aplicação do modelo de partículas à análise da fratura em estruturas de betão armado. Os elementos rígidos de geometria cilíndrica interagem com o betão, modelado por partículas esféricas, através de uma interface de contacto. O modelo é validado em ensaios de flexão em viga a três pontos, sem armaduras de esforço transverso. Os resultados numéricos obtidos no ensaio de flexão permitem verificar que o modelo proposto simula de forma correta o comportamento real, representando o processo de evolução da fratura e a relação carga-deslocamento.

Cracks propagating deep inside gravity dams can seriously affect theirstructural safety. Due to the potential catastrophic scenarios associated to the collapseof large concrete dams, it is a fundamental issue to realistically predict the eventualcrack profiles and the ultimate structural resistance associated to the failuremechanisms.This work investigates tensile crack propagation in concrete gravity dams by usingsome new recently developed numerical techniques (crack-path field and strain injectiontechniques) [1-3] associated to a Rankine-type plasticity model. The work carefullyaddresses aspects related to mesh independence (mesh bias and stress locking),robustness, and computational cost, which are the main issues in material failuremodeling. The numerical simulations presented in the paper show the advantages of thepresented approach.

Aborda-se a aplicação de modelos de elementos discretos a pontes de alvenaria, no quadro dos métodos disponíveis para a análise destas estruturas por modelos de meio descontínuo. Discutem-se as principais opções para a representação numérica, e as suas implicações práticas, tendo em vista principalmente estudos de avaliação da segurança.

En este trabajo se presenta un estudio del ensayo "Trapdoor" mediantemodelización numérica, empleando para ello dos modelos, uno continuo, construido conel código FLAC, y otro discreto, construido con el código PFC2D. Se incide en lasdiferencias de ambas metodologías a la hora de analizar un problema de rotura activa enel que la pérdida de material tiene un efecto significativo, como es el caso del ensayo"Trapdoor". Por un lado, el modelo continuo no representa fielmente la realidad delfenómeno, puesto que no considera la pérdida de material. Esto es especialmenteimportante en el caso de materiales con ángulos de dilatancia bajos en los que se produceuna evolución de la rotura a partir de un primer arco estable. Sin embargo, el modelodiscreto presenta importantes dificultades para asignar las propiedades macromecánicasdel material, lo cual limita notablemente la posibilidad de realizar estudios paramétricossobre las variables que caracterizan el material.

Masonry is a combination of units such as stones, bricks or blocks usually laid in a cementitious or limemortar. It is probably the oldest material used in construction and has proven to be both simple to buildand durable. Over the years, existing masonry constructions have inevitably suffered damage with time.Earthquakes, soil settlements, material degradation and lack of maintenance are the main reasons forthat. Careful and periodic assessment of such structures is necessary in order to evaluate their structuralcapacity and safety levels. However, performing the structural analysis of masonry construction is notan easy task. A review is presented of the main models based on the discrete element method and the available related numerical techniques that have been proposed for the analysis of masonry. The essential assumptions adopted by these models and numerical implementation issues are discussed. Differences between available models are illustrated by applications to various masonry problems including static and dynamic analysis of masonry arch bridges, walls, vaults, domes and ancient colonnades.This book is composed of 17 chapters authored/co-authored by 25 outstanding researchers from 11countries (Canada, France, Greece, Hungary, Iran,Italy, Mexico, Norway, Portugal, UK, USA), whichwere reviewed by 60 referees.

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This chapter consists of two parts. First a general overview is given: the exact definition of the Discrete Element Method is provided, and the main types of existing models are introduced; then the theoretical fundaments of the most important approaches available today for masonry analysis are given. The second part of the chapter focuses on 3DEC, the most widespread commercial DEM code for masonry analysis. This second part begins with a theoretical overview. Application issues for masonry structures are then considered (block material behaviour, contact representation, structural elements like cables or bars etc.). Among the practical examples arches, barrel vaults, walls, coloumns and complete structures (like houses) are presented, including the issues of quasi-static versus dynamic analysis and of block fracture as well. The readers can find helpful advice on how to simulate their own problems most effectively.

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Discrete element models have become a major tool for masonry analysis, allowing a suitable representation of its discontinuous nature and marked nonlinear behaviour. The chapter reviews the fundamental assumptions of the main DEM formulations available. It focuses more specifically on the widely used UDEC and 3DEC codes, explaining their relation with the other approaches, and the most relevant issues arising in their application to masonry. Applications to the main types of structures are reviewed, considering both static and dynamic analyses. Recent research providing comparisons of the numerical models with experimental and field data is particularly covered. The discussion of the different examples is aimed at clarifying the key capabilities of DEM and demonstrating the most effective ways of using it in a variety of masonry analysis situations.

This chapter is focused on the Portuguese experience on the developmentand exploration of systems for continuously monitoring dam vibrations, usingaccelerometers. The pioneer system for seismic and structural health monitoring(SSHM) installed in Cabril dam (the highest Portuguese arch dam: 132 m high) isdescribed in detail. The design of this system was the result of a long-term LNECresearch program, still ongoing. These monitoring systems should include softwaredeveloped to automatically perform the analysis of collected data, including theautomatic comparison with numerical results from 3DFE models. In view of thegood results obtained with the system in operation in Cabril dam since 2008, similarsystems have been installed in other large dams in Portugal, particularly in recentlybuilt dams. Finally, Baixo Sabor dam is presented as an example of a new Portuguesedam with a complete SSHM system, in operation since 2015. Themain experimentalresults obtained for both dams are shown, namely the evolution of natural frequenciesover time, mode shapes and the measured seismic response to earthquake events.

Para verificação do cumprimento das exigências de segurança das barragens,tanto relativamente à funcionalidade (cenários correntes), como em relação àsegurança ao colapso (cenários de rotura), é essencial utilizar modelos de simulação oude interpretação (no caso de obras existentes) do seu comportamento. Estes modelossão idealizações (simplificações) da realidade, tanto no que diz respeito às acções(modelos das acções), como no que respeita à componente estrutural (modelos estruturais).A solução destes modelos, através de adequados métodos de análise, quantificaparâmetros da resposta das estruturas que permitem avaliar a sua segurança, utilizandocritérios de segurança previamente definidos.A validação destes modelos pode ser feita, no caso de cenários correntes,através da sua comparação com os resultados da observação do comportamento debarragens. No caso de cenários de rotura, não existe muita experiência de comparaçãodestes resultados com situações reais: é pequeno o número de acidentes ocorrido e,mesmo nestes, o volume de informação é reduzido. Desta forma, o recurso a métodosexperimentais, para o estudo de cenários de rotura, tem uma importância acrescida.Assim o principal objectivo deste trabalho é contribuir para melhorar a capacidade deavaliação da segurança de barragens de betão envolvendo cenários de rotura pela fundação.Neste trabalho desenvolveram-se dois ensaios experimentais em modelosfísicos: um primeiro envolvendo uma barragem abóbada, para o estudo de cenários derotura da fundação para acções estáticas; e um segundo de uma barragem gravidadeensaiado em mesa sísmica, com vista a estudar a rotura pela fundação para acçõesdinâmicas.A previsão e interpretação dos ensaios foram efectuadas com modelosmatemáticos adequados, que permitiram a sua validação e posterior utilização no estudode outros cenários.

A brief description of the phenomena and problems associated with underground structures in hydraulic projects is presented, namely in what concerns the powerhouses, surge chambers and pressure tunnels and shafts. An analysis of the calculation methodologies followed in the structural design of this works is presented, as well as of the numerical models usually adopted, namely finite and boundary element models. Finally, some applications of computational mechanics are presented. First, a parameter study for underground powerhouses, with special emphasis in the definition of shapes, existence of several caverns,and in the tridimensional equilibria is described. Afterwards, examples of application to some hydraulic projects are illustrated: a large underground powerhouse in Mozambique, the Alto Lindoso hydroelectric power scheme in construction in the north of Portugal, and the Castelo do Bode tunnel, in operation, integrated in the water supply system to Lisbon.

O presente trabalho aborda a origem do estado de tensão interna dos maciços rochosos e apresenta os factores que o influenciam. Apresentam-se as técnicas e a aparelhagem correntemente utiiizada na determinação do estado de tensão, bem como a interpretação dos ensaios mais comuns, dando-se maior relevo aos ensaios com macacos planos pequenos (S F J) e com o extensómetro tridimensional (S T T),efectuados correntemente pelo LNEC.

Descreve-se sucintamente uma técnica para amostragem linear de descontinuidades em faces expostas de maciços rochosos e referem-se métodos para tratamento dos dados de campo com vista à definição defamílias de descontinuidades e caracterização de uma forma estatística da sua orientação, espaçamento e extensão. Apresentam-se os resultados obtidos para o caso de uma galeria subterrânea no aproveitamentohidroeléctrico do Alto Lindoso. Para as famílias de descontinuidade identificadas apresenta-se um estudo dos blocos tetraédricos que se poderão formar nas diferentes faces de rocha e analisam-se as suas condições de estabilidade.

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Apresentam-se, neste relatório, modelos numéricos baseados no método dos elementos da fronteira, desenvolvidos no LNEC para análise de estruturas subterrâneas. Tecem-se algumas considerações sobre o método dos elementos de fronteira, descrevem-se os modelos desenvolvidos para equilíbrios planos e tridimensionais e apresentam-se alguns exemplos de aplicação.

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This document presents a back analysis procedure for identification of the elastic parameters of transversely isotropic rock cores, containing an overcoring triaxial strain probe, from the strains measured during a biaxial test. A three-dimensional finite element model was developed to simulate the biaxial test on the overcored rock specimen and to compute the strains at the location of the strain gauges. Different optimisation algorithms were tested and the most suitable one was selected. The back analysis procedure was tested for identification of the five elastic parameters and the two orientation angles that characterise a transversely isotropic rock core. In spite that, with the developed methodology, convergence was reached and all those parameters could be identified, sensitivity analyses demonstrated that the results obtained were not stable and therefore they were not reliable. By introducing constrains based on common practice and previous experience, a stable and robust methodology was achieved: the three elastic parameters, E1, E2 and ?2, are reliably identified using the value of G2 calculated with Saint-Venant’s expression and a fixed value of ?1, while the orientation parameters are obtained from observation of overcored rock. Analysis of the results shows that application of this methodology represents an enormous step forward when compared with the traditional use of isotropy. Besides, the methodology is general and can also be used with other types of overcoring equipment. The five elastic parameters and the two orientation angles obtained can then be used, together with the overcoring strains, to compute the complete in situ state of stress.

This document presents the work developed by the PhD student Margarida Espada in the scope of the course unit Risk Analysis in Geotechnical Works of the Doctoral Program in Civil Engineering of the Faculty of Engineering of the University of Porto (FEUP). This work presents a reliability analysis, using the response surface method (RSM), for the case study of the left bank excavation slopes of the Baihetan arch dam foundation, which is one of the case studies of Margarida Espada's PhD thesis. The aim was to approximate an implicit limit state function by computing safety factors, using a discrete element model of the Baihetan left bank developed in 3DEC software, where the shear strength parameters of two important rock discontinuities were considered as random variables. The probability of failure was then obtained through an iterative process, using approximation methods. This work presents the 3DEC model developed to analyse the stability conditions in the Baihetan left bank and the results of the reliability analysis.

O problema da solução das equações de Navier Stokes é abordado neste trabalhopropondo-se uma técnica de representação das incógnitas deslocamentos e pressõesvariáveis no espaço e no tempo em série de Delta de Dirac e suas derivadas no tempocujos coeficientes se determinam com base na solução de sistemas de equaçõesdiferenciais definidos no espaço (problema com três variáveis espaciais independentesque pode ser estudado pelo método de Monge).

Neste relatório apresentam-se as equações básicas da elastodinâmica linear, as soluçõesfundamentais e o teorema da representação no domínio de tempo e de frequência.Para movimentos finitos de casca formula-se o teorema dos trabalhos virtuais e a suaimplementação pelo método dos elementos finitos.

Neste relatório apresentam-se os principais aspectos da modelação sísmica de barragensabóbada. Assim propõe-se: modelos numéricos de geração de sismos por uma falha; aforma como o sismo actua na barragem; modelos para estudar a influência da albufeirana vibração do conjunto; métodos para solução das equações do movimento; e novasformulações de elementos finitos para o problema estrutural.

In pressure tunnels and shafts, in addition to the mechanical effect that excavation has on the rock mass and the disturbance that it introduces in the water flow, also the contained water can interact from the mechanical and hydraulic points of view with the rock mass. Seepage in fractured rock masses is dominated by the flow that takes place through the joints, and this is highly d(;pendent on their properties, namely aperture and roughness. Joint aperture, in tum, i::; very sensitive to stress changes. Special attention must therefore be paid to the joints in hydromechanical analyses. In this report are presented some studies that were carried out for the hydromechanical characterization of joints of the Alto Lindoso rock mass and numerical simulations of the hydromechanical behaviour of two selected sections of the high pressure circuit.