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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 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.

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.

This paper presents a study focused on the viability of using simplified statistical methods of quantitative interpretation in the analysis and prediction of foundation behaviour. The shape of the curve which represents the influence that changes in reservoir level have on discharges in a concrete dam foundation was established using a hydromechanical numerical model. Discharges recorded in both single drains and seepage measuring weirs of two large Portuguese dams were analysed. The study carried out highlights the difficulties in interpreting recorded discharges, as they are not the sum of a series of structural responses which can be clearly identified. Conclusions are drawn regarding the accuracy of these methods when used in the analysis of the hydraulic behaviour.

Na sequência de um conjunto de estudos, realizados entre 2005 e 2008 pelo LNEC, sobre o estado da obra e do sistema de observação da barragem da Chicamba, uma estrutura de betão com 75 m de altura, constituída por duas abóbadas, explorada pelaElectricidade de Moçambique (EDM), procedeu-se à revisão do seu plano de observação, no sentido de a dotar de um sistema de observação e de critérios da sua exploração que possibilitassem o acompanhamento continuado do seu desempenho térmico, estrutural e hidráulico, com vista ao controlo da sua funcionalidade e segurança. O reforço do sistema de observação incluiu a instalação de: i) piezómetros na fundação; ii) um fio de prumo invertido na fundação, em ligação com um fio de prumo direito existente na zona central; iii) extensómetros de fundação; iv) bases tridimensionais para medição do movimento de juntas; e v) um novo sistema de observação de deslocamentos por métodos geodésicos, com uma componente planimétrica materializada por uma rede de triangulação e uma componentealtimétrica, a levar a efeito por meio de nivelamentos geométricos de precisão.

Na engenharia de barragens, nomeadamente no âmbito do controlo de segurança destas obras, a quantidade e a diversidade de dados produzidos no percurso de vida da obra são extraordinárias. De facto, para assegurar o controlo de segurança das barragens de forma eficiente e eficaz, os técnicos responsáveis por esta actividade recorrem constantemente não só aos dados fornecidos pela exploração dos sistemas de observação implementados nas obras, mas também ao conhecimento adquirido ao longo dos anos de prática profissional, conhecimento este com uma componente heurística muito marcante. Assim, apenas através da racionalização das actividades subjacentes ao controlo de segurança e o recurso aos sistemas inteligentes de apoio à decisão é possível alcançar níveis de eficácia satisfatórios. Este trabalho aborda algumas questões relacionadas com a utilização dos sistemas inteligentes de apoio à decisão na engenharia de barragens.

O presente trabalho, realizado no âmbito de uma dissertação de mestrado, teve como objectivo o estudo dos métodos simplificados de análise dos efeitos de segunda ordem em pilares de betão armado e a avaliação da aplicabilidade dos métodos propostos no Eurocódigo 2 (EC2) na verificação da segurança de pilares de pontes.Começou-se com uma revisão dos métodos gerais de análise dos efeitos de segunda ordem em pilares e dos métodos de verificação da segurança de pilares de betão armado propostos no EC2. A discussão da adequabilidade destes últimos ao caso de pontes foi realizada através da comparação com os resultados obtidos através de métodos de análise física e geometricamente não lineares. Desta comparação resultou uma proposta de adaptação dos métodos do EC2, que se designou por técnica de análise global ponderada, que permitiu obter uma melhoria significativa dos resultados.Os trabalhos foram desenvolvidos através da análise de um conjunto de casos de estudo. Na comunicação apresentam-se os resultados relativos a um viaduto corrente com quatro vãos, com pilares de secção oca, considerando as hipóteses de pilares com alturas pouco diferenciadas e com alturas substancialmente diferentes. Os resultados obtidos permitem avaliar as consequências e a justeza das diferentes abordagens possíveis.

Neste trabalho apresenta-se um modelo hidromecânico descontínuo da fundação de uma barragem gravidade, que foi desenvolvido com o objectivo de avaliar a segurança da obra para cenários de rotura envolvendo a fundação. Os cálculos são efectuados com o programa UDEC. Consideram-se os casos de modelo com interacção hidromecânica e de abertura constante das descontinuidades, e ainda a hipótese de o sistema de drenagem se encontrar obstruído. O método de redução das resistências é usado para estimar a estabilidade do sistema barragem/fundação para diferentes cenários de rotura, e os resultados são comparados com os obtidos com o método simplificado de equilíbrio limite. Salienta-se a importância da aplicação dos modelos descontínuos nos estudos de avaliação da segurança de barragens de betão.

Neste trabalho apresenta-se um modelo hidromecânico descontínuo da fundação de uma barragem gravidade, que foi desenvolvido com o objectivo de avaliar a segurança da obra para cenários de rotura envolvendo a fundação. Os cálculos são efectuados com o programa UDEC.Consideram-se os casos de modelo com interacção hidromecânica e de abertura constante das descontinuidades, e ainda a hipótese de o sistema de drenagem se encontrar obstruído. O método de redução das resistências é usado para estimar a estabilidade do sistema barragem/fundação para diferentes cenários de rotura, e os resultados são comparados com os obtidos com o método simplificado de equilíbrio limite. Salienta-se a importância da aplicação dos modelos descontínuos nos estudos de avaliação da segurança de barragens de betão.

Descreve-se a metodologia de caracterização do comportamento diferido do betão de barragens a partir dos ensaios realizados

O betão de barragens apresenta características reológicas distintas dos betões utilizados em edifícios e pontes. Dependendo da importância da barragem, a caracterização das propriedades do betão envolve a realização de ensaios específicos.Nesta comunicação apresenta-se uma metodologia para a determinação da função de fluência básica do betão da barragem de Alqueva recorrendo aos resultados experimentais obtidos nas células de fluência instaladas "in situ", sob condições higrométricas variáveis, nos prismas ensaiados à fluência em laboratório, sob condições higrométricas controladas, e nos ensaios de módulo de elasticidade e resistência à compressão de prismas do betão. Os parâmetros da lei de fluência básica representativa do comportamento diferido do betão da obra foram obtidos através do modelo de previsão BaP, desenvolvido por Ba

Portugal é um dos países europeus com maior potencial hidroeléctrico por explorar. Atendendo à dependência energética do exterior, o governo lançou, em 2007, um programa visando o aproveitamento racional dos recursos hídricos disponíveis. Está-se, em 2010, na fase de projecto eum conjunto de barragens abóbada integradas nesses aproveitamentos. Existindo uma vasta experiência da engenharia portuguesa neste tipo de estruturas, de que são exemplo o projecto e a construção de obras notáveis desde a década de 50 do século passado, nomeadamente as barragens do Cabril, Cahora Bassa, Funcho, Alto Lindoso e Alqueva, estas duas últimas galardoadas com o prémio internacional Puente de Alcântara, mas sendo escassos os documentos técnicos orientadores da escolha da forma destas estruturas, julgou-se oportuno dar um contributo neste domínio, realizando um trabalho, no âmbito de uma dissertação de mestrado, de pesquisa e escolha de formas em função das características geométricas do vale a obstruir.O trabalho iniciou-se com a pesquisa dos critérios utilizados na escolha da forma das barragens abóbada, utilizando arcos circulares, de um e três centros, e parabólicos, tendo permitido o estabelecimento de um algoritmo de definição de formas com arcos parabólicos, em função da geometria do vale e de um número reduzido de parâmetros de controlo. O algoritmo foi acoplado a programas de geração automática de malhas tridimensionais e de elementos finitos, possibilitando, através de um processo totalmente automatizado e rápido, a análise estrutural e a selecção das formas mais adequadas.O método desenvolvido foi aplicado a casos de estudo com resultados animadores.

Many infrastructures are approaching or exceeding their design life. As a result of economic issues, these civil engineering structures are still in use despite of ageing and the associated damage build up. Dams are not an exception. Nevertheless, safety is one of the priorities of dam engineering, namely due to the high potential risk associated with these engineering works. Many dams, even though showing deterioration signs, are ex-pected to continue in operation significantly beyond the lifetime estimated in the design. Therefore, the ability to monitor the health of these structures is becoming increasingly important.Dam safety management is a complex task and requires knowledge on a wide range of subjects and the enrolment of experts from many fields. The activity is supported by a comprehensive collection of data de-rived from a set of instruments strategically placed throught out the structure in order to monitor the structure health. It is not difficult to guess that data can grow tremendously through the structure lifetime. Moreover, safety standards have been consistently improving and information and communication technologies are themselves still facing great developments and challenges. All these issues call for the development of intelli-gent tools to efficiently support the management of the dam structural health.The present work refers to the development of a powerful and innovative IT-based framework to support dam engineers in the complex task of dam safety management - the gestBarragens system. The framework has an open and flexible architecture able to integrate current and future research in the field of structural health monitoring of a large portfolio of dams. Despite the development focus in concrete dams, the developed framework can be easily extended to other type of dam structures.

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