Uplift water pressure is one of the dominating forces with signicant impact acting on a dam. It is usually measured with piezometers installed along the dam. However, the value of the pressure along the dam is often hard to measure due to the limited number of piezometers available (Bernstone et al., 2009). Furthermore, uplift pressure can oscillate substantially in a single hole both with time and also spatially under the dam due to the combination of rock mass characteristics in the foundation, loads and temperature variations.There is still a lack of information regarding the magnitude and variation of the uplift pressure. The aim of this thesis is to investigate the spatial variation of the uplift pressure based on uplift pressure measurements taken from Storfinnforsen and Ramsele dams. The aim is also to investigate how the uplift pressure depends on the rock mass conditions. The two dams Storfinnforsen and Ramsele provides a unique opportunity due to the signicant amount of piezometers, 270 in total, installed along the rock foundation for the new monitoring programme at the monoliths of both dams.Based on the measured uplift pressure, a probabilistic distribution has been assigned to the uplift pressure. In addition, a possible correlation between the rock mass quality and the uplift pressure as well as the joint aperture and the uplift pressure was analysed.

A subpressão consiste em um dos maiores problemas no que diz respeito à segurança de obras hidráulicas. A execução de vedações com cortinas de injeção de cimento, associadas à drenagem é de suma importância para coibir as ações da água percolada através de suas fundações. Torna-se, portanto, indispensável conhecer elementos para a verificação do bom funcionamento destes sistemas. Grande parte dos critérios de subpressão utilizados hoje no dimensionamento de barragens é baseada em métodos determinísticos e empíricos, com origem em experiência acumulada sob certas condições específicas. Quando tais critérios são utilizados para lugares específicos, com feições geológicas peculiares, podem não refletir os dados utilizados anteriormente. Tanto projetos sem segurança como antieconômicos podem resultar desta prática. Neste trabalho, procura-se avaliar a eficácia dos sistemas de vedação e drenagem de maneira probabilística, utilizando métodos estatísticos e dados obtidos durante a execução de obras já prontas, de modo a considerar a heterogeneidade dos maciços de fundação. A primeira parte da pesquisa consistiu, portanto, na compilação e ajuste de curvas de distribuição estatística aos valores de absorções de água e calda de cimento das barragens da Usina Hidrelétrica de Salto Caxias e da derivação do Rio Jordão. As duas localizam-se no Estado do Paraná e são de propriedade da COPEL - Companhia Paranaense de Energia. Ambas são fundadas em rochas basálticas, mas possuem diferentes características de permeabilidade. A eficácia de uma cortina de injeção pode ser dividida em duas: na dos trabalhos de injeção, com o controle dos valores de calda de cimento absorvida, e na da cortina em si, através da verificação da diminuição das subpressões e das vazões de percolação. Assim, através da análise da tendência das curvas de distribuição encontradas, foi possível comprovar o bom resultado dos trabalhos de injeção realizados nas duas obras. Na segunda parte da pesquisa, é proposta uma metodologia de análise probabilística da eficácia das cortinas de vedação e de drenagem. Esta metodologia baseia-se nos princípios do método de Monte Carlo, gerando-se cenários aleatórios de acordo com as curvas de distribuição estatísticas obtidas da primeira parte do trabalho. Através de simulações numéricas com elementos finitos, com valores de permeabilidades das fundações obedecendo àquelas distribuições estatísticas, foi possível obter uma distribuição estatística das subpressões. Com isso, pode-se proceder a análises de confiabilidade, e probabilidades de falha podem ser obtidas utilizando leituras de instrumentação ou mesmo critérios de subpressão. / One of the biggest problems for hydraulic works safety is the uplift pressure. The execution of grouting, associated with drainage, is very important to control seepage through concrete dam foundations. Therefore, appropriate means to check the efficiency of those systems are essential for dam safety evaluation. Most of the uplift pressure criteria used nowadays for dam design is based on deterministic and empirical methods, originated from accumulated experience under certain specific conditions. When such criteria are used for a specific site, peculiar geological features may not be reflected in the data basis used as previous experience. Either unsafe or uneconomic designs may result from such practice. In this work, grouting and drainage systems effectiveness are evaluated in a probabilistic way, using statistical methods and data obtained during grouting execution, which provide good assessment for foundation properties variability. The first part of the research consisted, therefore, in the compilation and statistical distribution curves adjustment of data from Salto Caxias and Jordão river Hydroelectric Power Plants water pressure tests and grouting takes. The two dams are located in the state of Paraná, Brazil, and are owned by COPEL - Companhia Paranaense de Energia. They are founded on basaltic rocks, but have different permeability characteristics. Grout curtain effectiveness can be divided in two: in the grouting operation, with the treatment of cement grout take data, and in the curtain, which is measured by uplift and seepage reductions. Thus, by analyzing statistical distribution trends, it was possible to verify treatments effectiveness in the two dams. In the second part of the research, a probabilistic analysis methodology of drainage and grouting curtains effectiveness is proposed. This methodology is based on Monte Carlo method principles, randomly generating scenarios according to statistical distributions obtained in the first part of the work. By means of numerical simulations with finite elements, using foundation permeability coefficients following those statistical distributions, it was also possible to obtain a statistical distribution of uplift forces. Reliability analyses can be performed, and failure probabilities can be obtained using instrumentation readings, or even any uplift pressure criterion.

A subpressão consiste em um dos maiores problemas no que diz respeito à segurança de obras hidráulicas. A execução de vedações com cortinas de injeção de cimento, associadas à drenagem é de suma importância para coibir as ações da água percolada através de suas fundações. Torna-se, portanto, indispensável conhecer elementos para a verificação do bom funcionamento destes sistemas. Grande parte dos critérios de subpressão utilizados hoje no dimensionamento de barragens é baseada em métodos determinísticos e empíricos, com origem em experiência acumulada sob certas condições específicas. Quando tais critérios são utilizados para lugares específicos, com feições geológicas peculiares, podem não refletir os dados utilizados anteriormente. Tanto projetos sem segurança como antieconômicos podem resultar desta prática. Neste trabalho, procura-se avaliar a eficácia dos sistemas de vedação e drenagem de maneira probabilística, utilizando métodos estatísticos e dados obtidos durante a execução de obras já prontas, de modo a considerar a heterogeneidade dos maciços de fundação. A primeira parte da pesquisa consistiu, portanto, na compilação e ajuste de curvas de distribuição estatística aos valores de absorções de água e calda de cimento das barragens da Usina Hidrelétrica de Salto Caxias e da derivação do Rio Jordão. As duas localizam-se no Estado do Paraná e são de propriedade da COPEL - Companhia Paranaense de Energia. Ambas são fundadas em rochas basálticas, mas possuem diferentes características de permeabilidade. A eficácia de uma cortina de injeção pode ser dividida em duas: na dos trabalhos de injeção, com o controle dos valores de calda de cimento absorvida, e na da cortina em si, através da verificação da diminuição das subpressões e das vazões de percolação. Assim, através da análise da tendência das curvas de distribuição encontradas, foi possível comprovar o bom resultado dos trabalhos de injeção realizados nas duas obras. Na segunda parte da pesquisa, é proposta uma metodologia de análise probabilística da eficácia das cortinas de vedação e de drenagem. Esta metodologia baseia-se nos princípios do método de Monte Carlo, gerando-se cenários aleatórios de acordo com as curvas de distribuição estatísticas obtidas da primeira parte do trabalho. Através de simulações numéricas com elementos finitos, com valores de permeabilidades das fundações obedecendo àquelas distribuições estatísticas, foi possível obter uma distribuição estatística das subpressões. Com isso, pode-se proceder a análises de confiabilidade, e probabilidades de falha podem ser obtidas utilizando leituras de instrumentação ou mesmo critérios de subpressão. / One of the biggest problems for hydraulic works safety is the uplift pressure. The execution of grouting, associated with drainage, is very important to control seepage through concrete dam foundations. Therefore, appropriate means to check the efficiency of those systems are essential for dam safety evaluation. Most of the uplift pressure criteria used nowadays for dam design is based on deterministic and empirical methods, originated from accumulated experience under certain specific conditions. When such criteria are used for a specific site, peculiar geological features may not be reflected in the data basis used as previous experience. Either unsafe or uneconomic designs may result from such practice. In this work, grouting and drainage systems effectiveness are evaluated in a probabilistic way, using statistical methods and data obtained during grouting execution, which provide good assessment for foundation properties variability. The first part of the research consisted, therefore, in the compilation and statistical distribution curves adjustment of data from Salto Caxias and Jordão river Hydroelectric Power Plants water pressure tests and grouting takes. The two dams are located in the state of Paraná, Brazil, and are owned by COPEL - Companhia Paranaense de Energia. They are founded on basaltic rocks, but have different permeability characteristics. Grout curtain effectiveness can be divided in two: in the grouting operation, with the treatment of cement grout take data, and in the curtain, which is measured by uplift and seepage reductions. Thus, by analyzing statistical distribution trends, it was possible to verify treatments effectiveness in the two dams. In the second part of the research, a probabilistic analysis methodology of drainage and grouting curtains effectiveness is proposed. This methodology is based on Monte Carlo method principles, randomly generating scenarios according to statistical distributions obtained in the first part of the work. By means of numerical simulations with finite elements, using foundation permeability coefficients following those statistical distributions, it was also possible to obtain a statistical distribution of uplift forces. Reliability analyses can be performed, and failure probabilities can be obtained using instrumentation readings, or even any uplift pressure criterion.

Concrete buttress dams are relatively light structures and less demandingon foundations; because of that, they may have problems with upliftforces and horizontal joints in the area of the dam´s foundation maypresent a failure mode through sliding. The Storfinnforsen dam, thelargest concrete dam in Sweden, had its foundation studied recently andthe discovery of sub-horizontal joints in the bedrock led to the necessityof having the safety of the dam foundation to sliding assessed.The safety is dependent on the pore pressure, which can vary throughtime. The implementation of an alarm system to monitor and assess thevalues of the pore pressure is necessary to improve the dam´s operation.In this thesis, a new system on how to define alarm limits for measuredpore pressures is suggested.The proposed alarm system will monitor the pore pressure of the joint,calculate the safety factor against sliding, compare it to the alarm limits ofthe system (adopted from RIDAS) and present countermeasures to theproblem.The analysis and implementation of the alarm system on monolith 42 ofStorfinnforsen showed that it does not comply with the Swedishguidelines with respect to sliding stability, but the measured porepressures are low enough to allow the creation of an alarm system thatwill monitor the pore pressure continuously. Furthermore, thecharacteristics of the local geology exclude any quick development of porepressure allowing countermeasures to be applied.However, further research on the definition of alarm limits for this kindof problem is needed. / Lamelldammar av betong är relativt lätta konstruktioner med mindrepåkänningar på grunden jämfört med konventionellagravitationsdammar. Till följd av detta är de också känsliga för upptryck.I kombination med förekomsten av sub-horisontella sprickplan iberggrunden kan detta utgöra en risk för glidning. Vid Storfinnforsensbetongdamm, vilken är Sveriges största lamelldamm, har undersökningarav berggrunden genomförts. I samband med dessa undersökningaridentifierades sub-horisontella sprickplan i berggrunden ochmonoliternas glidstabilitet har därför analyserats med avseende påglidning. Dränage har även borrats och portrycksmätare installerats föratt övervaka portrycket i berggrunden.Portrycket, och därmed dammens säkerhet mot glidning, kan emellertidvariera över tid. Det är därför nödvändigt att utveckla och implementeraett alarmsystem för att övervaka portrycket och säkerställa dammenssäkerhet. I följande examensarbete har ett nytt system utvecklats för attdefiniera alarmgränser för uppmätta portryck. I det föreslagnaalarmsystemet övervakas portrycket över sprickplanen, säkerhetsfaktornmot glidning beräknas och jämförs mot gränser baserade på acceptablasäkerhetsfaktorer från RIDAS. Om uppmätta portryck överstigeralarmgränserna implementeras fördefinierade åtgärder.I detta arbete implementerades alarmsystemet på monolit 42 iStorfinnforsens lamelldamm. Resultaten från en inledandestabilitetsanalys visade att säkerhetsfaktorn mot glidning inte uppfyllerställda krav enligt RIDAS riktlinjer. De uppmätta portrycken äremellertid tillräckligt låga för att möjliggöra användningen av ettalarmsystem som övervakar portrycken kontinuerligt och därmedsäkerställer att säkerheten mot glidning uppfylls. Om portrycken skulleöverstigas ges förslag på möjliga åtgärder som kan genomföras för attsänka portrycken. Vidare indikerar de lokala geologiska förhållandena attVsnabba höjningar av portrycken till följd av exempelvis urspolning avfyllnadsmaterial från sprickplan är osannolika, vilket möjliggörimplementering av de fördefinierade åtgärderna om portrycket skullestiga. Vidare forskning rekommenderas emellertid på hur snabbtportrycken kan stiga till följd av olika scenarier såsom nedbrytning avinjekteringsridåer.