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The employment of non-traditional materials such as soil

The employment of nontraditional materials such as soil-rock mixtures, for economic and environmental reasons, in the construction of earthworks poses some new challenges for compaction techniques and their control, and for the determination of the embankment characteristics that result from the compaction method. Those characteristics experience important changes according to the relative percentages of the existing fractions. Usually, this kind of material results from bulky rock extraction without explosives, and it can include some large-size particles (greater than 0.5 m). In addition, the measured deformations associated with these materials have been larger than expected. For the execution control of the soil-rock mixtures from the Odelouca dam borrow areas, a series of vibratory and standard compactation tests was performed to estimate reference values for the maximum dry density and optimum water content of these materials, and a new methodology was proposed. The Odelouca dam is a zoned embankment dam, 76-m high, with clayey soil in the core and weathered shist with a significant fraction of oversized particles in the shells. This paper presents the results of the compaction control in addition to the dam performance during the construction and first filling phases as a validation of implemented construction procedures. DOI: 10.1061/(ASCE)C0.1943-7862.0000864. O 2014 American Society of Civil Engineers.

The concepts, principles, assumptions and fundamental rules of Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) are introduced. An application to Cerro do Lobo tailings dam is presented, with the description of the systemconsidered, the functionalities, the potential failure modes of each component, their corresponding root causes and the sequence of effects. Finally, the available measures in place for the detection and control of the sequence of effects are also identified. Although FMEA application in complex dam systems may constitute a time consuming process, its outcome can be extremely useful as illustrated in this article. It makes it possible to assess and manage the major risks of dams so that mitigation actions, taken at an early stage, can be optimised from an efficiency standpoint.

A caracterização mecânica e hidráulica dos materiais da Barragem de Odelouca, efectuada no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), é utilizada para a calibração dos modelos constitutivos a utilizar na modelação numérica da barragem.Assim, tendo como ponto de partida os resultados obtidos nos ensaios realizados durante a construção da barragem, procede-se à verificação da adequação e à calibração de modelos constitutivos existentes para descrever o comportamento mecânico e hidráulico dos materiais empregues no núcleo e das misturas de solo-enrocamento utilizadas nos maciços estabilizadores.A Barragem de Odelouca localiza-se no conselho de Silves e implanta-se na Ribeira de Odelouca, principal afluente do Rio Arade. Trata-se de uma barragem de perfil zonado, com um núcleo central constituído por coluviões e por solo residual do xisto, e maciços estabilizadores constituídos por xistos e grauvaques ripáveis. O programa explícito de diferenças finitas FLAC foi utilizado nas modelações numéricas. É feita uma comparação entre os resultados obtidos com o modelo Cam-clay (já implementado no software utilizado) e os obtidos com um modelo elasto-plástico não convencional implementado para o efeito, designado por

The employment of non traditional materials, such as soil-rock mixtures, in the construction of earthworks, for economical and environmental reasons, poses some new challenges to compaction techniques and their control. Usually, this kind of material results from the bulky rock extraction without explosives, and it can include some large size particles (greater than 0.5 m). Construction control of embankments built with soil-rock mixtures is still a subject that needs investigation, considering that it is necessary to extrapolate current test results, which have been reached by means of the truncation of the grain-size distribution curve, to the actual construction conditions. The behaviour of these materials depends of the relative fractions of theirs constituents, becoming closer to a soil, if the fine fraction is large with the coarser material scattered in it, or closer to a rockfill if the coarser particles are in contact with each other with the fines occupying the spaces between them. One of the control methods widely used in Portugal for embankments is the Hilf

Neste artigo apresenta-se um enquadramento geral das análises de riscos em Geotecnia, perspectivando-se os seus objectivos e os respectivos domínios de aplicação. Referem-se, em pormenor, os seguintes métodos de análise de risco: análise dos modos de rotura e seus efeitos (FMEA) e análise dos modos de rotura, seus efeitos e sua criticalidade (FMECA). Aplicam-se a FMEA e a FMECA a uma barragem de aterro convencional para retenção de rejeitados. A utilização de análises de riscos em Geotecnia permite detectar, ou controlar atempadamente, os eventuais problemas e gerir os riscos, reduzindo-os, tão cedo e tão eficientemente, em termos de custos, quanto possível. Reconhecidas as vantagens das análises de riscos, admite-se que estas possam vir a desempenhar uma função central das actividades desenvolvidas em programas de segurança modernos de obras geotécnicas importantes.

A erosão interna é uma das principais causas de acidentes e de roturas em barragens de aterro. Os modos de rotura deste tipo estão associados ao arrastamento de partículas de solo através da percolação no aterro da barragem ou na sua fundação. A erosão interna é uma expressão abrangente que engloba diferentes tipologias, conforme a sua iniciação fenomenológica, nomeadamente: erosão através de fuga concentrada, erosão regressiva, sofusão e erosão no contacto entre solos. Um processo de erosão interna que conduza à rotura de uma barragem de aterro desenvolve-se em quatro fases sequenciais fundamentais, designadas por: (i) iniciação da erosão, (ii) continuação da erosão ou filtração, (iii) progressão da erosão e (iv) formação de brecha. Neste documento identificam-se os principais factores que influenciam a probabilidade de ocorrência de cada fase de um processo de erosão interna.

A barragem de aterro de Odelouca, em construção no Algarve e com uma altura de 76 m, é constituída por um núcleo central argiloso e por maciços estabilizadores compostos por misturas de solo enrocamento,provenientes da alteração de xistos e de grauvaques. Para o controlo da execução dos maciços estabilizadores, sobre amostras de granulometria grosseira foi realizado um conjunto de ensaios laboratoriais de compactação por vibração, de modo a permitir estimar os valores de referência do teor em água óptimo e do peso volúmico seco máximo dos materiais aplicados. No presente artigo apresentam-se os resultados obtidos nestes ensaios e efectua-se a aplicação prática de uma metodologia desenvolvida, em 1994, por Torrey e Donaghe, para a extrapolação das propriedades de controlo de granulometrias integrais, com fracção grosseira presente, com base em resultados de ensaios de Proctor comuns, realizados sobre a fracção passada no peneiro 34

Monitoring earth dams plays an essential role in evaluating the structural safety conditionof this type of dams. Monitoring activities are related mainly with safety but also with thecollection of valuable data to enhance the unders tanding of the behaviour of thesestructures. These purposes are not mutually independent but rather complementary (ICOLD,1982). Monitoring a dam involves several activities, namely: design of the monitoring plan,installation of monitoring devices, reading those devices at some pre- establishedfrequencies, conversion of measurement s to meaningful engineering quantities,interpretation of these quantities, comparison with models, dam (visual) inspection andissuing a safety repor t. A monitoring plan should define which observable quantities areneeded and which devices should be installed to measure those quantities. Furthermore, theplan should establish the location of the devices, their measuring procedures andmonitoring frequencies depending on the age of the dam, extreme events, height, externalactions, conservation conditions, available know- how and technology, human and economiclosses in the case of failure, etc.. The quantities involved in dam monitoring are thoserelated both with the actions in the dam and with the dam response. Surface displacement sare impor tant quantities to be determined, especially in what concerns safety and long termbehaviour (Tedd et. al, 1997). Surface displacement can be related to internal deteriorationprocesses, such as internal erosion or slope failure or to less impor tant phenomena assecondary consolidation or creep. In order to evaluate these displacement s, surface marksshould be located at regular space intervals, usually in the dam crest, at the upstream anddownst ream sides, in the berm or berms, and less commonly in other places in thedownst ream slope. Several combined terrest rial imaging systems (CTIS) have been madecommercially available during the last decade and are now a reliable and proven technology.The laser component of these CTIS provide a dense set of instrument al spherical polarcoordinates of any unknown point that reflects the laser radiation; the CCD photo sensorscomponent provide the RGB intensities for those points. The polar coordinates can be easilytransformed into a meaningful object Cartesian reference system. Given their high samplingfrequency CTIS offer an unprecedented density of spatial information concerning an objectunder study. This technology has been widely used by the architectural and archaeologicalcommunities but there is enormous potential in monitoring applications where such densedata sets could provide great insight into the nature of structural deformations (Lichti et al,2000). This paper tries to evaluate this new technology and points to a methodology formeasuring surface deformations on earth dams.

This paper addresses the relevant aspects of risk analysis of embankment dams, through the qualitative method of Failure Mode and Effects Analysis (FMEA). In particular the concepts, principles, assumptions and fundamental rules of FMEA are introduced. It proceeds to its application to a particular tailings dam (the Cerro do Lobo dam). The dam

O estudo experimental apresentado visa a avaliação do comportamento erosivo de solos grossos de granulometria descontínua. Em particular é avaliada a suscetibilidade deste tipo de solos sofrerem fenómenos de erosão interna por sufusão, quando sujeitos a um escoamento vertical ascendente. Foram ensaiados laboratorialmente seis solos granulares sem fração de areia média a grossa. Quatro destes solos não têm finos, um tem 5% de finos não plásticos e um tem 5% de finos com alguma plasticidade (índice de plasticidade de 14%). A aplicação dos métodos empíricos disponíveis na literatura para avaliar a estabilidade interna dos solos sugere que a maioria dos solos selecionados é internamente instável, ou seja, suscetível a sufusão. Os ensaios de percolação com fluxo ascendente foram conduzidos em provetes cilíndricos com seção circular de 200 mm de diâmetro e com 150 mm de espessura. Durante um ensaio o gradiente hidráulico vertical aplicado ao provete é aumentado sequencialmente com pequenos incrementos de perda de carga. A observação visual do topo do provete, juntamente com a análise da evolução do caudal de descarga, permite determinar os gradientes que originam a erosão das partículas mais finas e que conduzem ao desenvolvimento de sufusão no provete. Um fenómeno de

A barragem de Montesinho está situada no parque natural da serra de Montesinho, a cerca de 7 km a norte da povoação de Soutelo, no distrito de Bragança, tratando-se de uma barragem de enrocamento, com uma laje de betão armado a montante, como órgão impermeabilizante. O aterro tem cerca de 35,0 m de altura máxima e cerca de 310 m de desenvolvimento. O reservatório criado pela barragem destinase ao reforço do abastecimento urbano de água ao concelho de Bragança, onde anualmente, na estiagem, ocorrem períodos de grande carência hídrica. A construção da barragem foi acompanhada pelo LNEC tendo-se, nesse contexto, desenvolvido um modelo tridimensional de elementos finitos. Este modelo apresentou uma boa concordância e uma previsão de deslocamentos verticais compatível com o comportamento observado nesta fase. No presente artigo, descreve-se o sistema de observação da barragem e apresentam-se as leituras obtidas durante a fase do primeiro enchimento, procurando-se aferir se o mesmo modelo também é adequado para a simulação desta etapa.

The crack-filling action in zoned dams, by a granular upstream zone located upstream of a damaged core, was investigated experimentally using the Crack-Filling Erosion Test (CFET). The CFET allows testing specimens with three distinct zones: the upstream zone, the core and the downstream filter. The results of a series of laboratory tests are presented. A total of 34 tests were conducted combining 6 coarse-grained (gap-graded) upstream materials, 2 core soils, and 2 granular filters. The results of the CFETs showed that the crack-filling action is mainly controlled by some of the properties of the upstream zone and of the filter. Core soils with moderately slow erosion, or less erodible, should not have an influence on the crack-filling action.This is so mainly because the filling mechanism should occur over a very short period. The factors influencing the crack-filling by an upstream material are addressed, and some rules which give dam engineers a tool for decision-making about the potential of a upstream material to limit progression of erosion in concentrated leaks are indicated.

O comportamento dos materiais de enrocamento é fortemente condicionado pela resistência ao esmagamento das suas partículas. A resposta deformacional de um provete de ensaio é em grande parte devida à quebra das partículas. Como tal, torna-se importante caracterizar mecanicamente os fragmentos rochosos com o intuito de prever o comportamento estrutural de aterros de enrocamento. Recentemente, tem surgido um crescente interesse no estudo da influência da sucção no comportamento do material enrocamento e, como tal, julga-se importante caracterizar esta influência na quebra das partículas. Este artigo apresenta vários ensaios de esmagamento realizados sobre partículas de granito isoladas, de várias dimensões e para vários valores de sucção, onde se diferenciam os mecanismos de quebra de irregularidades e quebra completa da partícula. Os resultados são depois analisados e comparados, recorrendo à função de distribuição de Weibull.

A resposta deformacional de um provete de ensaio resulta na rotura dos elementos derocha, quando as tensões de contacto ultrapassam a resistência ao esmagamento, ou deum rearranjo das suas partículas, até se atingir um estado de equilíbrio. É sabido que certosaspetos do comportamento de enrocamento, como a compressibilidade e resistência aocorte, dependem da tensão de confinamento e que essa dependência é em grande partedevida à quebra das partículas. Recentemente, tem surgido um crescente interesse noestudo da influência da sucção no comportamento do material enrocamento e, como tal,julga-se importante caracterizar esta influência. Este artigo apresenta o desenvolvimento deequipamento de aplicação de sucções no edómetro de grandes dimensões existente nolaboratório. Apresentam-se ainda os resultados, quer em termos de análise dadeformabilidade do material mediante as diferentes condições, quer em termos de evoluçãoda granulometria do material. Após análise dos resultados, a eficiência do equipamento deaplicação de sucções.

This paper describes the setup of a finite element method (FEM) model for thethree dimensional simulation of the construction of a concrete face rockfill dam andfilling of the its reservoir using the Code-Aster code. The prototype of the study is the36.5 m high Montesinho dam, located in the north of Portugal near the Spain border,witch is finishing its construction, at the time of the paper writing. The dam is located inthe Sabor river in the Montesinho Natural Reserve and it is a concrete face rockfill dam.Its main purpose is to provide water supply to Bragança town reinforcing the currentreserve of the Serra Serrada dam located 3 km west of Montesinho, which is not sufficientto supply Bragança during a normal summer. Due to the fact that the dam is located inMontesinho Natural Reserve, which is a very important and sensitive ecological reserve,very special measures has been taken by the dam owner

The behavior of rockfill may be simulated using the discrete element (particle) modelling. Although its main advantage consists of not requiring the formulation of complex constitutive models, it requires extensive calibration to determine the particle

The paper starts by presenting a new laboratory test cell developed to study the progression of internal erosion in zoned dams. The aim of the equipment is to study the influence of zones located upstream of a central core, in the limitation of the progression of internal erosion through cracks in the core. In particular, the test cell allows performing the Flow Limiting Erosion Test (FLET) and the Crack Filling Erosion Test (CFET), for the study of the upstream flow limiting action and of the crack-filling action, respectively. Several FLET

This paper presents an experimental study aiming at the evaluation the suffusion behaviour of coarse gap-graded soils, considered as potential upstream crack-fillers in zoned dams. Six granular gap-graded soils missing the medium-to-coarse sand fraction have been examined. Four soils have no fines, one has 5% of non-plastic fines, and one has 5% of clayey fines (with plasticity index of about 14%). The use of available methods to assess internal stability of soils suggests that the majority of the selected soils are highly susceptible to suffusion. Testing has been carried out in the Upward Flow (UF) seepage test. A cylindrical seepage cell is used to impose vertical flow, from the bottom to the top, along a soil specimen with 200 mm-diameter and 150 mm-thick. During an UF test, the hydraulic gradient in the soil specimen is slowly increased in steps. The observation of the erosion behaviour at the top surface of specimen, together with the evolution of the discharge flow rate, allows determining the hydraulic gradients causing initiation of erosion on top of the specimen and development of suffusion in the soil. A

Two mechanisms limiting the progression of internal erosion in zoned dams, potentiated by the presence of materials located upstream of a damaged core are investigated. These are the flow limiting and crack-filling actions. The former is related with the ability of the upstream soil limiting the flows passing through a flaw in the core. The latter involves transport of particles from the upstream zone into a flaw in the core up to a downstream granular zone. A new apparatus is developed from scratch. It allows carrying out two innovative laboratory tests: the Flow Limitation Erosion Test (FLET) and the Crack Filling Erosion Test (CFET). Following an extensive testing programme on twelve upstream materials, two cores, and two downstream filters, experimental observations and physical descriptions are presented. The potential soil behaviour patterns are described. The flow limiting action is governed by grading, plasticity and compaction characteristics of the upstream soil. Crack filling by granular soils is a rapid mechanism, being governed mainly by the compatibility of the washed in material from the upstream soil with the downstream filter. In general, the higher the sand and the lower the fines content of the upstream soil, and the lower the effective grain diameter D15F of the filter, the higher the likelihood of the crack-filling action to occur.

Como é bem sabido, a realização de barragens, a par dos reconhecidos benefícios de váriaordem resultantes da sua exploração, pode envolver danos potenciais para as populações ebens materiais e ambientais na sua vizinhança, pelo que se torna indispensável assegurarum controlo da segurança dessas obras. Esses danos estão sobretudo associados aos efeitosda onda de cheia gerada pela rotura da estrutura. A que há que adicionar naturalmenteos custos associados à destruição da própria estrutura.

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Two mechanisms limiting the progression of internal erosion in zoned dams, potentiated by the presence of materials located upstream of a damaged core are investigated. These are the flow restriction and crack filling actions. The former is related with the ability of the upstream soil restricting the flows passing through a flaw in the core. The latter involves transport of particles from the upstream zone into a flaw in the core, up to a downstream granular zone. A new apparatus is developed from scratch. It allows carrying out two innovative laboratory tests: the Flow Limitation Erosion Test (FLET) and the Crack Filling Erosion Test (CFET). Following an extensive testing programme on thirteen upstream materials, two cores, and two downstream filters, experimental observations and physical descriptions are presented. The potential soil behaviour patterns are described. The apparatus can assess whether erosion in the core stops, slows down, or progresses. The flow restriction action is governed by grading, plasticity and compaction characteristics of the upstream soil. In gap-graded with 5% of fines, the hydraulic loading and type of fines are critical. Crack filling by granular soils occurs rapidly, being governed by the sand and fines content of the upstream soil, and an effective grain diameter (D15F) of the filter. Rules for preliminary estimation of the likelihood of occurrence of the studied actions are also proposed.

Em Portugal serão construídas, nos próximos anos, algumas centenas de quilómetros de vias férreas de alta velocidade. As exigências associadas a estas linhas, em particular no que concerne a tolerâncias de fabrico, são, naturalmente, mais restritivas que as das linhas férreas tradicionais, onde circulam comboios de carga e de passageiros a velocidades mais reduzidas.Em diversos países tem-se verificado que a conjugação de velocidades elevadas de circulação com determinadas características dos solos de fundação conduz a fenómenos de amplificação dinâmica das deformações resultantes da circulação dos comboios.As linhas de alta velocidade, em Portugal, terão inevitavelmente de atravessar zonas onde a velocidade de circulação se pode associar com as condições desfavoráveis das fundações criando os fenómenos dinâmicos referidos.O presente Programa de Investigação situa o problema da circulação dos comboios de alta velocidade sobre solos moles, faz uma revisão dos métodos existentes para a previsão e análise do fenómeno, e analisa as medidas de mitigação existentes.Em resultado da análise do problema são perspectivadas diversas linhas de investigação que têm como objectivo: a identificação dos factores que contribuem e condicionam a geração e propagação das vibrações; o desenvolvimento de ferramentas de análise e previsão; a identificação e estudo das zonas que, estando no traçado das linhas de alta velocidade em Portugal, possuem as características que potenciam o desenvolvimento do fenómeno e, finalmente, conjugando o conhecimento resultante dos tópicos anteriores, a análise das medidas de mitigação mais adequadas para os casos identificados. Por último, é apresentado um Programa de Pós-Graduação, onde são concretizadas as linhas de investigação propostas, sob a forma de planos de enquadramento de recém licenciados, de teses de mestrado e de doutoramento.

A primeira centrifugadora geotécnica portuguesa foi recentemente instalada (1994) noLaboratório Nacional de Engenharia Civil. Para tanto estabeleceu-se um plano de acçãovisando três objectivos principais. Por um lado, e dada a natureza pioneira à escala nacional daaplicação em causa fundamentar a técnica de modelação física proposta. Por outro,materializar os meios necessários à exploração do novo recurso. Finalmente, aplicar a técnicade modelação física, no âmbito de um plano de investigação que permitisse ilustrar as suaspotencialidades. Esta dissertação constitui o corolário desse programa de acção, reflectindo ostrês objectivos programáticos estabelecidos.

RESUMOO presente trabalho visa fundamentalmente apresentar novas propostas na modelação dedeterminados efeitos característicos de aterros, especialmente quando se trata de aterros deenrocamento. Os efeitos visados, o colapso e a fluência manifestam-se pelo aumento dasdeformações dos aterros nomeadamente de barragens. No primeiro caso, as deformações sãoprovocadas pela molhagem do material e ocorrem de forma súbita, podendo implicarimportantes perdas de folga das barragens. No segundo, as deformações ocorrem de formadiferida no tempo e, por vezes, representam uma parcela significativa da deformação total.Passa-se em revisão os modelos de comportamento mecânico habitualmente utilizados nadescrição do comportamento dos materiais geotécnicos em modelos matemáticos, bem comoas técnicas e métodos numéricos, indispensáveis para a abordagem dos problemas específicosdas barragens.Propõe-se uma nova abordagem para modelar o colapso baseada na variação progressiva dosparâmetros das leis constitutivas. Apresenta-se ensaios de determinação das características decomportamento de materiais de enrocamento permitindo simultaneamente o estudo dadeformação de colapso. Desenvolvem-se técnicas ensaio que possibilitam nomeadamente, oestudo do comportamento do material à repetição de ciclos de molhagem-secagem e asimplicações que estes ciclos podem ter na deformação de colapso.Considera-se que a fluência pode ser tratada de forma análoga ao colapso excluindo a escalade tempo do fenómeno. Realizam-se ensaios que, à luz do modelo adoptado, permitem aferiros parâmetros que controlam a deformação de fluência no tempo.Os modelos desenvolvidos são aplicados ao estudo de dois casos reais de grandes aterros deenrocamento. No primeiro caso, apresenta-se uma retroanálise do comportamento dabarragem de Beliche, concluindo-se haver uma boa concordância entre os valores resultantesda observação da barragem e os resultados dos modelos propostos. O segundo caso, refere-sea um aterro de estrada com altura máxima de 40 m que está compreendido na empreitada deconstrução da barragem de Odeleite. Neste caso não se dispõe ainda dos resultados daobservação dos deslocamentos e, por esse motivo, os valores apresentados constituem umaprevisão de comportamento.

Neste relatório apresentam-se as atividades realizadas no período de 2011-2012 no âmbito do Programa deCapacitação dos Laboratórios de Engenharia dos PALOP e administração Pública de Timor-Leste,implementadas com recursos do Fundo Especial da CPLP, com a coordenação do Laboratório Nacional deEngenharia Civil (LNEC), na qualidade de instituição Proponente. Tem-se assim em vista fornecer aoSecretariado Executivo da CPLP elementos que permitam a realização do acompanhamento e monitorizaçãodas Atividades e a avaliação do cumprimento da metodologia e procedimentos propostos bem como o alcance dos resultados e objetivos previstos

Neste relatório apresentam-se as atividades realizadas no período de 2010-2011 no âmbito do Programa deCapacitação dos Laboratórios de Engenharia dos PALOP, implementadas com recursos do Fundo Especial da CPLP, com a coordenação do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), na qualidade de instituição Proponente. Tem-se assim em vista fornecer ao Secretariado Executivo da CPLP elementos que permitam a realização do acompanhamento e monitorização das Atividades e a avaliação do cumprimento da metodologia e procedimentos propostos bem como o alcance dos resultados e objetivos previstos.A Proponente submeteu à CPLP um Relatório Técnico e Financeiro de Progresso da Atividade (RelatórioIntercalar) a meio do período de execução a que se refere este projeto.

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O presente relatório apresenta sumariamente a motivação para a realização dos programas MBE e MEFSG e descreve a metodologia seguida na sua elaboração. É apresentada a formulação matemática geral para os elementos finitos utilizados no programa, bem como a descrição dos modelos reológicos considerados. Descrevem-se sumariamente todas as subrotinas utilizadas nos programas e apresentam-se as instruçõespara a construção dos ficheiros de dados e ficheiros auxiliares necessários para o funcionamento do programa. São ainda apresentadas as listagens dos programas.

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Relato da visita de 22 de janeiro de 2024 à Linha do Oeste por parte do Departamento de Geotecnia