Publicações

Alkali-silica reaction (ASR) and delayed ettringite formation (DEF) are the most common internal swelling reactions (ISR) in concrete dams. The swelling effects and concrete deterioration caused by ISR can be observed in several forms at the structural level, including relative movements between blocks, displacements and deformations, cracking, surface discoloration around the cracks, scaling or spalling as well as surface

The nowadays-available dynamic monitoring equipment integrating sensitive low-noise sensors creates an opportunity to implement continuously operating dynamic monitoring systems in dams and validate the suitability of these systems to monitor such massive structures with the goal of detecting damage. The continuous characterisation of the dam modal properties during important variations of the water level and temperature is a unique experimental result, which is particularly interesting for the calibration of numerical models that consider water

Dam surveillance activities are based on observing the structural behaviour and interpretingthe past behaviour supported by the knowledge of the main loads. For day-to-day activities, datadrivenmodels are usually adopted. Most applications consider regression models for the analysis ofhorizontal displacements recorded in pendulums. Traditional regression models are not commonlyapplied to the analysis of relative movements between blocks due to the non-linearities related to thesimultaneity of hydrostatic and thermal effects. A new application of a multilayer perceptron neuralnetwork model is proposed to interpret the relative movements between blocks measured hourly in aconcrete dam under exploitation. A new methodology is proposed for threshold definition related tonovelty identification, taking into account the evolution of the records over time and the simultaneityof the structural responses measured in the dam under study. The results obtained through thecase study showed the ability of the methodology presented in this work to characterize the relativemovement between blocks and for the identification of novelties in the dam behaviour.

Traditional dam safety methods, based on visual inspections and manual monitoring,have long been the standard for ensuring the stability and safety of dams. However, asthe scale and complexity of dam projects have increased, these methods have becomeincreasingly insufficient. Major limitations of traditional dam safety methods are theexistence of deficient observation plans and the potential for human error. Inspectorsmay miss crucial signs of deterioration or failure, and manual monitoring can be prone to inaccuracies. In addition, as the number of (aged and new) dams continues to increase,it becomes increasingly difficult and resource-intensive to manually inspect and monitoreach one. Another limitation of traditional dam safety methods is that they are typicallyreactive rather than proactive. They focus on identifying and addressing problems afterthey have already occurred, rather than predicting and preventing them.In contrast, modern techniques such as remote sensing, drones, and sensor networkscan provide more accurate, real-time data on dam conditions. They can also be used tocontinuously monitor dams, providing an early warning of potential problems. ArtificialIntelligence (AI) can be applied to the data collected from these modern techniques foridentifying patterns and anomalies that may indicate a potential problem. AI algorithmscan be used in the decision-making process for dam safety by providing accurate andupdated risk analysis.

This paper aims at compiling the most relevant information concerning the use of cement-based mortars and concretes in the rehabilitation, retrofitting, and strengthening of hydraulic structures, namely concrete dams. The most important properties of cementbased mortars and concretes as repair materials are addressed, with a special focus on its compatibility with the concrete substrate. After a brief allusion to generic preparatory works, some of the most common practices are described. The main topics are mortar and concrete toppings, i.e., patches and overlays and thickening of the dam section. Among overlays, shotcrete and underwater works are addressed in detail. Littlerock, Oberems, and Storfinnforsen dam interventions are briefly described as successful rehabilitations involving the shotcrete method, whereas the Albbruck-Dogern dam intervention is given as an example of effective underwater repair works. As for dam section modifications, Kölnbrein, Olef, and Sasanagare dams are presented as conventional mass concrete placements within rehabilitation operations, while Les Toules, Gibraltar, Santa Cruz, and Littlerock dams are references for roller compacted concrete strengthening.

Injecting discontinuities is a recurrent procedure for the rehabilitation of concrete hydraulicstructures, namely repairing cracked dam bodies and deteriorated lift and contraction joints.Within this scope, a relatively detailed description of the most important cement injectiongrouts features is presented, including the main advantages and drawbacks compared toalternatives. The cement-based grouts are among the most utilised materials in these contexts.Economic and environmental related aspects are among the main advantages ofcement-based grouts, although some technical features of these grouting materials are alsofavourable. The equipment utilised for the preparation and for the application of cementitiousgrouts is also mentioned. This document also addresses aspects related to the assessment ofconcrete dams

Evaluation of the sliding stability of concrete dams requires the use of numerical tools not only able to simulate the coupled hydromechanical behavior but also able to adequately represent the foundation discontinuities and the specific features of dam foundations. The formulation of a three-dimensional (3D) small displacement finite element model based on interface elements to simulate the discontinuities is presented. In this model, the hydraulic behavior is simulated assuming that the water flow occurs only along channels located at the edges of the triangular interface elements that simulate the discontinuities. The model is used to perform coupled hydromechanical analysis of a large arch-gravity dam and to assess safety against dam base sliding, assuming different constitutive models at the dam/foundation interface and two different approaches: (i) strength reduction method and (ii) amplification of the hydrostatic pressure, assuming an increase in the reservoir level. The present study shows that consistent results are obtained with the proposed numerical model and that stability analysis should preferably be carried out using the method of increasing the hydrostatic pressure and the corresponding uplift pressures, as this methodology leads to significantly lower safety factors.

Evaluation of the sliding stability of concrete dams requires the use of numerical tools notonly able to simulate the coupled hydromechanical behavior but also able to adequately represent thefoundation discontinuities and the specific features of dam foundations. The formulation of a threedimensional (3D) small displacement finite element model based on interface elements to simulatethe discontinuities is presented. In this model, the hydraulic behavior is simulated assuming that thewater flow occurs only along channels located at the edges of the triangular interface elements thatsimulate the discontinuities. The model is used to perform coupled hydromechanical analysis of alarge arch-gravity dam and to assess safety against dam base sliding, assuming different constitutivemodels at the dam/foundation interface and two different approaches: (i) strength reduction methodand (ii) amplification of the hydrostatic pressure, assuming an increase in the reservoir level. Thepresent study shows that consistent results are obtained with the proposed numerical model andthat stability analysis should preferably be carried out using the method of increasing the hydrostaticpressure and the corresponding uplift pressures, as this methodology leads to significantly lowersafety factors.

The main aim of structural safety control is the multiple assessments of the expected dam behaviour based on models and the measurements and parameters that characterise the dam’s response and condition. In recent years, there is an increase in the use of data-based models for the analysis and interpretation of the structural behaviour of dams. Multiple Linear Regression is the conventional, widely used approach in dam engineering, although interesting results have been published based on machine learning algorithms such as artificial neural networks, support vector machines, random forest, and boosted regression trees. However, these models need to be carefully developed and properly assessed before their application in practice. This is even more relevant when an increase in users of machine learning models is expected. For this reason, this paper presents extensive work regarding the verification and validation of data-based models for the analysis and interpretation of observed dam’s behaviour. This is presented by means of the development of several machine learning models to interpret horizontal displacements in an arch dam in operation. Several validation techniques are applied, including historical data validation, sensitivity analysis, and predictive validation. The results are discussed and conclusions are drawn regarding the practical application of data-based models.

Some successful rehabilitation schemes involving the use of cement-based grouts for the repair of cracks in concrete dams are described. The author reviews the advantages and drawbacks of using cement-based materials in the context of the four main types of concrete dams (gravity, buttress, arch and multiple arch-buttress structures). These and other successful case studies can serve as guidance for future rehabilitation schemes.

Structural safety control of concrete dams is based in the analysis of the responseof the structure, characterized by the evolution of several variables representative of its behaviour.Among these variables are absolute and relative displacements of points of the structure and of the foundation, uplift and flow rates in the foundation, and deformations and stresses in the concrete.In particular, the analysis of the displacements is very important, because they reflect the global structural behaviour of the dam. Therefore, monitoring plans of concrete dams usually consider the measurement of displacements of points of the structure and of its foundation.In the more important concrete dams, displacements measurement involves the simultaneous use of different methods, such as rockmeters, pendulums and applied geodesy. For the measurement of planimetric displacements, two methods have long been applied: one uses pendulums,placed inside the structure; the other makes use of applied geodesy.These monitoring methods are complementary, and coexist in many Portuguese large concretedams since the 1940

Inlet water tests allow measurement of discharges and water pressures in isolated sections of boreholes. A series of inlet water tests were carried out in an area of the foundation of an arch dam. In this paper, after a brief description of the tests, detailed three-dimensional numerical models developed for the analysis of the tests data are presented. Numerical and experimental results are compared and some conclusions are drawn about the usefulness of the information provided by inlet water tests and about suitable models to study the dam foundation

Pedrógão dam is an RCC gravity dam which shows some local high flow rates inthe foundation. In this paper a study on the foundation

Neste trabalho apresenta-se um estudo sobre a representação em modelos numéricos do escoamento na fundação de barragens de betão. Procura-se salientar a influência nos resultados quando, em modelos tridimensionais, se simplifica a representação da rede de drenagem.Apresenta-se uma aplicação ao estudo do escoamento na fundação de uma barragem abóbada, em que os resultados numéricos são comparados com as observações efectuadas na obra. Os cálculos foram efectuados recorrendo aos programas FLAC e 3DEC.

In this paper a study about two-dimensional numerical modeling of the drainage system of concretedam foundations is presented. The steady state seepage flows towards a single drain and through a horizontallayer in a dam foundation are analyzed numerically. From the comparison between analytical solutionsand FLAC results some conclusions are taken about the effect of representing the drain by its axis, the choiceof mesh size in the vicinity of the drain, and the errors in discharges and heads when the drainage system ismodeled as a continuous plane in 3D models. An example of application to the study of flow in an arch damfoundation is presented.

Neste trabalho apresenta-se um estudo sobre a representação em modelos numéricostridimensionais do escoamento na fundação de barragens de betão. A partir da análise do escoamento numa camada horizontal, estuda-se a influência da discretização e comparam-se os resultados com os obtidos com o modelo plano, de que se dispõe da solução analítica.Tirando partido da simetria, analisa-se o escoamento numa faixa correspondente a meiadistância entre drenos e estuda-se o efeito das condições de fronteira, da permeabilidade da cortina de impermeabilização, das dimensões do modelo e da discretização. Os resultados de um modelo tridimensional são comparados com os de um modelo plano, utilizando a mesma malha e o mesmo programa de cálculo. Todos os cálculos são efectuados recorrendo ao programa 3DEC.

Neste trabalho apresenta-se um estudo sobre a representação em modelos numéricostridimensionais do escoamento na fundação de barragens de betão. A partir da análise do escoamento numa camada horizontal, estuda-se a influência da discretização e comparam-se os resultados com os obtidos com o modelo plano, de que se dispõe da solução analítica.Tirando partido da simetria, analisa-se o escoamento numa faixa correspondente a meiadistância entre drenos e estuda-se o efeito das condições de fronteira, da permeabilidade da cortina de impermeabilização, das dimensões do modelo e da discretização. Os resultados de um modelo tridimensional são comparados com os de um modelo plano, utilizando a mesma malha e o mesmo programa de cálculo. Todos os cálculos são efectuados recorrendo ao programa 3DEC.

Neste trabalho apresenta-se uma metodologia para a determinação da função de fluência dobetão de barragens a partir da análise de deslocamentos observados recorrendo a umaformulação visco-elástica de interpretação quantitativa em que se admite que a função defluência tem a forma logarítmica. Os resultados obtidos são comparados com os resultados daanálise estrutural pelo método dos elementos finitos.

A caracterização do estado de fissuração em barragens de betão constitui um fator de importância fundamental para o controlo de segurança estrutural destas obras ao longo do tempo. Várias técnicas podem ser utilizadas nessa caracterização, dentre as quais se destacam as não destrutivas. É o caso das técnicas de levantamento das fissuras, através das inspeções visuais tradicionais e através da fotogrametria digital; e das técnicas para determinação da profundidade das fendas bem como da integridade das estruturas com base em ensaios de ultra-sons.

Neste trabalho em que se apresenta a análise do campo de tensões de uma grande barragem portuguesa, particularmente quando obtido de forma indirecta a partir das observações nos vários grupos de extensómetros embebidos, começa-se por caracterizar a deformabilidade do betão ao longo do tempo, cujo conhecimento é indispensável para a transformação em tensões das extensões observadas. A análise das extensões observadas inclui a interpretação quantitativa dos valores medidos nos extensómetros e a determinação da variação do campo de extensões instalado entre épocas recorrendo aos valores medidos em grupos de extensómetros. Nestes estudos de interpretação quantitativa e atendendo à influência que a temperatura tem na análise de grandezas locais, de que são exemplo as extensões e as tensões, procurou-se discutir qual a melhor forma de separar a parcela dos efeitos devida às variações térmicas.

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