Stuttgart, University, Diss., 2007.

Les floculants à base de polyacrylamide (PAM) sont produits à partir du monomère toxique : l’acrylamide (AMD) et peuvent en contenir des quantités résiduelles (jusqu’à 0,1% en Europe). Après utilisation pour faciliter la séparation solide/liquide des eaux de procédés dans les industries de granulat, ces floculants sont stockés avec les boues de décantation dans des lagunes à partir desquelles une dissémination de l’AMD et du PAM vers les eaux de surface ou les eaux souterraines peut avoir lieu. Dans ces travaux de thèse, les interactions du PAM et de l’AMD avec des particules de boue et des phases argileuses (kaolinite et illite, utilisées pour étanchéifier les lagunes de décantation) ont été étudiées. Pour pouvoir quantifier correctement l’AMD, une méthode d’analyse basée sur la HPLC/MS/MS en injection directe a été développée. Cette méthode a été validée avec les normes Afnor NF T 90-210 et NF T 90-220 avec une limite de quantification égale à 1 µg/L. L’étude de l’interaction de l’AMD avec des particules de boue d’un site de granulat et deux argiles (kaolinite et illite) a mis en évidence une faible adsorption de l’AMD sur ces phases solides (<10%), indépendante du temps, de la concentration en AMD et du pH. Inversement, le PAM s’adsorbe fortement et irréversiblement sur la boue, la kaolinite et l’illite avec une cinétique rapide de 1er ordre. Les isothermes d’adsorption sont bien corrélées avec les modèles de Langmuir et de Freundlich. Les quantités d’adsorption du PAM sont indépendantes du pH des suspensions mais fortement impactées par la force ionique qui influence les interactions électrostatiques entre le PAM et les surfaces solides. / Polyacrylamide (PAM) based floculants are produced from the highly toxic acrylamide (AMD) monomer and can contain residual amounts (up to 0.1% in Europe) of AMD. After they are used to facilitate liquid/solid separation of process water in aggregate quarries, PAM floculants are stored, with the sewage sludge, in decantation lagoons. Dissemination of AMD and PAM to groundwater and surface water from these lagoons can occur. In this work, we aimed to study the interactions of AMD and PAM with sludge particles and clays (kaolinite and illite used for decantation lagoon sealing) from aggregate quarry. To correctly quantify the AMD, analytical method based on HPLC/MS/MS with direct injection was developed. This method was validated according to the Afnor guidelines (NF T 90-210 and NF T 90-220) with a limit of quantification of 1 µg/L. Results of AMD adsorption experiments showed a low adsorption of AMD to sludge and clay (kaolinite and illite) particles, which is independent of time, AMD concentration and pH. Inversely, PAM was found to adsorb strongly and irreversibly to sludge, kaolinite and illite with a rapid kinetic of adsorption which consists of first order kinetic. Adsorption isotherms are well correlated with Langmuir and Freundlich models. PAM adsorption quantities are independent on the pH of suspensions, but are strongly impacted by the ionic strength which affects electrostatic interactions between PAM and solid surfaces.

Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Entwicklung eines bisher fehlenden rechnerischen Bemessungsverfahrens für die Sprengverdichtung von annähernd wassergesättigten, granularen Lockergesteinen. Gestützt auf experimentelle Erkenntnisse aus Modellversuchen mit Einzelsprengungen wird eine neue Hypothese zum Mechanismus von Verdichtungssprengungen aufgestellt. Ausgehend von den Erhaltungsgleichungen der mit dem Konzept der Volumenfraktionen erweiterten Theorie poröser Medien wird mit Hilfe einer deduktiven konstitutiven Analyse eine allgemeine, konsistente Theorie zum Verhalten von Lockergesteinen unter der Belastung von Sprengungen formuliert und durch Einbeziehen der Theorie der Hypoplastizität sowie weiterer induktiver konstitutiver Gleichungen in eine geschlossene, spezielle Theorie überführt. Die Anwendung der allgemeinen Theorie auf den Fall einer quasieindimensionalen Bewegung führt auf eine spezielle Nahfeldtheorie, deren numerische Lösung in guter Übereinstimmung mit den erzielten experimentellen Ergebnissen steht. Durch systematische Berechnungen wird der Einfluss von geotechnischen und sprengtechnischen Eingangsgrößen auf die Wirksamkeit von Einzelsprengungen in Böden untersucht und ein verbessertes Verfahren zur Dimensionierung von Verdichtungssprengungen wird vorgeschlagen.

Auf der Basis von Naturstoffen (z.B. Holz, Gras, Stroh) und biostämmigen Rohstoffen (Braunkohle, Braunkohlenxylit) wurden Sorptionsmittel hergestellt, die sich sowohl durch gute Handlingseigenschaften als auch durch eine hohe Affinität gegenüber Schwefeldioxid auszeichnen. Es werden als Aktivierungsverfahren die Nassaufschlussmahlung und die Dispergierung von reaktiven Substanzen in einer Trägermatrix vorgestellt. Die Nassaufschlussmahlung von organischen Materialien bewirkt die Erhöhung der Reaktivität, die zur Anlagerung von Schadgasmolekülen ausgenutzt werden kann. Reaktive Substanzen, wie z.B. Löschkalk, lassen sich in Faserstoffen oder Granulaten homogen dispergieren, so dass deren Reaktionspotenzial für die Abscheidung von SO2 vollständig ausgeschöpft werden kann. Die Sorption von Schwefeldioxid wird dabei vorrangig durch chemische Umwandlung des Löschkalkes erreicht. Auf die Sorptionseigenschaften der Materialien haben sowohl stoffspezifische Eigenschaften als auch unterschiedliche Herstellungsparameter und vor allem die Versuchsbedingungen beim Sorptionsprozess entscheidenden Einfluss.

Plast och mikroplaster i natur, hav och vatten är ett stort globalt problem. Då plast i olika former förekommer i många olika produkter leder detta till att det skapas stora volymer plaster som kan spridas ut i naturen från många olika emissionskällor. Plast har ingen säker nedbrytningstid och påverkar då omgivningen under mycket lång tid då plast som bryts ned bildar mikroplaster över tid. Mikroplaster kan även tillverkas för olika ändamål som exempelvis gummigranulat. Detta examensarbete är en litteraturstudie angående mikroplaster i Hudiksvalls kommun med en avgränsning mot fyra av de större utsläppskällorna, mikroplaster från konstgräsplaner, nedskräpning, tvätt av syntetiska textilier samt mikroplaster som uppkommer vid slitage av däck och vägmarkeringsfärger.   Rapporten visar även på ungefärlig storlek på utsläppen från källorna i Hudiksvalls kommun samt åtgärdsförslag med en föreslagen prioriteringsordning. Resultatet visar att det finns förhållandevis stora utsläpp av mikroplaster inom kommunen, dock finns möjligheten att reducera vissa utsläppskällor med förhållandevis enkla och kostnadseffektiva medel. Utsläppen från konstgräsplaner i kommunen kan med följande åtgärder reduceras kraftigt. Skoborstar i närheten av konstgräsplanen, granulatfällor i närliggande dagvattenbrunnar vilka samlar upp eventuellt gummigranulat som annars hamnat i dagvattnet, en barriär vid sidan om planen för att hindra spridning till närliggande områden. När det gäller de lokala utsläppen av nedskräpning, slitage av däck och vägmarkeringar samt tvätt av syntetiska textilier krävs fler studier och undersökningar för att få mer exakta lokala utsläppsdata och för att få information om var mikroplasterna tar vägen efter de lämnat vägbanan vid slitage av däck och vägmarkeringar. Några källor som exempelvis mikroplaster från konstgräsplaner går att åtgärda fysiskt medan de andra tre utsläppskällorna kräver mer information eller ändrade vanor och mönster för att åtgärderna ska få större inverkan. Exempel kan vara att minska användandet av lastbilar vid tunga transporter och att öka användningen av kollektivtrafiken för att minska bilkörningen. Kommunen har som intention att följa agenda 2 030, vilket är globala mål beträffande ekonomisk, social och ekologisk hållbarhet. I Sverige och Hudiksvall har miljömålen preciserats i syfte att tydliggöra de viktigaste åtgärderna. Hudiksvall är sedan 2 002 en ekokommun vilket innebär att alla beslut ska innefattas av hållbarhetsprincipen, nya sätt att tänka ses som viktigt. Framtida studier angående mikroplaster och dess spridningsvägar krävs för att få mer specifika lokala data för att på så sätt kunna arbeta aktivt för att minimera dessa utsläpp oavsett storlek och källa. / Plastic and microplastics in nature, sea and water are a major global problem. Because plastics in different forms are present in a big variety of products, this leads to a big volume of plastics that can be spread out to nature from different emission sources. Plastics do not have a sure degradation time; plastics can, therefore, affect the environment for a very long time due to the formation of degraded plastics microplastics over time. Microplastics can also be manufactured as such, in the form of, for example rubber granules. This thesis is a literature study of microplastics in the municipality of Hudiksvall, with a delimitation of four of the following major emission sources of microplastics, artificial turf, littering, washing of synthetic fibres textiles and wire tear and road marking paint. The rapport is also showing the approximate quantity of the emissions from the sources above in the municipality of Hudiksvall together with proposed actions with a proposed priority order. The results show the emissions within the municipality to be relatively large, however, it is possible to greatly reduce some of the emissions with relatively simple and cost-effective means. The emissions from artificial turf can be greatly reduced with the following actions. Shoe brushes near the artificial grass, granular traps in the nearby stormwater drains for collection of rubber granular that otherwise would have ended up in the stormwater. The third action is a barrier at the sides of the artificial turf to prevent the spreading of rubber granular to nearby areas. More studies are needed regarding the emissions from littering, wire tear and road marking paints and washing of synthetic textiles to find more secure local and regional data and to get more data of what happens to the microplastics after it leaves the roads. The emissions of microplastics from artificial turfs can physically be addressed while the other three emission sources require both more information and changed habits and patterns to give a bigger impact to the measures.  Some examples may be to reduce the use of trucks for heavy transport and use trains to a greater extent. Another is to increase the use of public transport to reduce the use of cars. The municipality of Hudiksvall intends to follow Agenda 2 030, which is several global goals for economic, social, and ecological sustainability. In Sweden and Hudiksvall the environmental goals have been even more specified to clarify the most important measures. Hudiksvall municipality is an eco-municipality since 2 002. That means all decisions must be included in the sustainability principle, new ways of thinking are seen as important. Future studies of microplastics and its emission pathways are required to get more specific local data to be able to work actively to reduce the emissions regardless of the size or source.

En av de mest oönskade bieffekterna vid metallbearbetning är att det blidas grader. Grader kan definieras som plastiskt deformerat material som bildas på en produkts kanter och hörn. De uppstår oftast vid skär- och skjuvande operationer och kan bero på många olika faktorer. Verktygshastighet, skärpa på verktyget och materialvariationer för att nämna några. Dessa grader kan påverka en produkts egenskaper negativt i många avseenden. Att avlägsna dessa grader är både kostsamt, tidskrävande och ett slitsamt monotont arbete. Side Systems AB i Oviken tillverkar ventilblock i aluminium 2007/2033, Automatstål 11SMnPb30 och Segjärn 500–7 och lägger i dagsläget stora resurser på att avlägsna grader. Därför finns en efterfrågan från företaget i att minska denna kostnad och undersöka om det med en vakuumgradningsmaskin EDS-900 går att avlägsna grader på ett effektivt sätt. En bieffekt av vakuumgradning kan vara att Ra-värdet förändras. I detta projekt undersöktes hur olika medier (granulat) hanterade uppgiften att avlägsna grader och hur de förändrade ytjämnheten. Detta utfördes genom mätningar av Ra före och efter gradningsprocessen och genom visuell undersökning av grader i färdigbehandlade produkter. Detta gjordes på ett urval av olika medier och material för att påvisa hur de faktorerna påverkar den slutgiltiga produkten och dess ytjämnhet. Denna undersökning visade att granulat med glaskulor med storlek 90–150 μm påverkade ytjämnheten för aluminium 2007, Automatstål 11SMnPb30 så att Ra-värdet låg under det av Side Systems ställda gränsvärde på 1,6. För segjärn 500–7 uppfyllde inga granulat de ställda kraven. Resultatet av denna undersökning visar även att granulat med glaskulor och storleken 90–150 µm avlägsnar grader på ventilblock tillverkade i aluminium 2007. För resultat på automatstål 11SMnPb30 och segjärn 500–7 behövs vidare studier. Som slutsats kan arbetet användas som underlag för inköp. / One of the most undesirable side effects in metal processing is the formation of burrs. Burrs can be defined as plastic deformations that occur on the edges and corners of a product. They are most commonly generated during cutting and shearing operations and can be attributed to various factors, such as tool speed, sharpness, and material variations, among others. These burrs can have negative implications on the properties of a product in multiple ways. The removal of these burrs is both costly and time-consuming, requiring tedious and labor-intensive work. Side Systems AB in Oviken manufactures valve blocks using Aluminum 2007/2033, Automaton Steel 11SMnPb30, and Cast Iron 500–7 and currently invests significant resources in burr removal. Therefore, there is a request from the company to reduce this cost and investigate whether it is possible to effectively remove burrs using a vacuum deburring machine EDS-900. One side effect of vacuum deburring may be a change in the Ra value. This project aimed to examine how different media (granules) handled the task of removing burrs and how they affected the surface finish. This was achieved through measurements of Ra before and after the deburring process and through visual inspection of burrs in finished products. This was carried out on a selection of different media and materials to demonstrate how these factors impact the final product and its surface finish. This study revealed that granules with glass beads sized 90–150 μm had an impact on the surface smoothness of Aluminum 2007 and Automaton Steel 11SMnPb30, resulting in Ra values below the threshold set by Side Systems at 1.6. For Cast Iron 500–7, none of the tested granules met the specified requirements. However, it should be noted that the aforementioned granules were not examined specifically on cast Iron in this study. This investigation demonstrated that granules with glass beads sized 90–150 µm affected the surface smoothness of Aluminum 2007 and Automaton Steel 11SMnPb30, resulting in Ra values below the specified threshold of 1.6 set by Side Systems. However, none of the tested granules met the requirements for Cast Iron 500–7. The results of this investigation also indicated that granules with glass beads, sized 90–150 µm, effectively remove burrs on valve blocks manufactured in Aluminum 2007. Further studies are required to assess the results for Automaton Steel 11SMnPb30 and Cast Iron 500–7. The conclusion of the work can be used as a basis for procurement. / <p>Betygsdatum 2023-06-28</p>

Ce travail de recherche analyse l'influence de différentes natures de granulats sur le comportement thermo-hydro-mécanique du béton soumis à une température élevée. Dans la première partie, trois granulats (calcaire, silico-calcaire et siliceux) subissent des cycles de chauffage/refroidissement à 150°C, 300°C, 450°C, 600°C et 750°C. Les évolutions physico-chimiques, minéralogiques et microstructurales de ces granulats soumis à une température élevée sont analysées pour comprendre le processus d'instabilité. La deuxième partie est consacrée aux bétons réalisés avec les trois granulats analysés précédemment soumis à une température élevée. Nous déterminons l'évolution de la fissuration, des propriétés thermiques, physiques et mécaniques du béton en fonction des températures subies. Le comportement mécanique résiduel du béton varie selon la nature des granulats et l'influence de granulat dépend aussi de la compacité de la pâte cimentaire. La partie relative à la simulation d'un incendie dans un tunnel avec un bicouche roche/béton fabriqué au laboratoire permet d'analyser le comportement du béton et de la roche en s'intéressant aux transferts de chaleur dans les 2 matériaux au cours de l'exposition à une température élevée. / This research analyses the influence of different types of aggregates on the thermo-hydro-mechanical behavior of concrete subjected to high temperature. In the first part, three aggregates (calcareous, silico-calcareous and siliceous) undergo the heating/cooling cycles at a rate of 1°C/min to 150°C, 300°C, 450°C, 600°C and 750°C. The physico-chemical, mineralogical and microstructural evolutions of these aggregates subjected to high temperature are analysed to understand the instability's process. The second part of the experimental study is devoted to concrete made with three aggregates discussed above. We determine the evolution of the cracking, the thermal properties, the physical and mechanical properties of the concrete with the temperatures experienced. The residual mechanical behavior of concrete varies with the nature of aggregates and the influence of aggregate depends also on the compactness of the cement paste. The part relating to a simulation of a tunnel fire with a rock/concrete bilayer manufactured in the laboratory permits to analyse the behavior of concrete and rock by focusing on the heat transfer in the two materials during the exposure to high temperature.

Ce travail de thèse propose une méthodologie multi-échelle basée sur l'utilisation de modèles de substitution fonction de variables aléatoires, pour évaluer la fiabilité résiduelle d'ouvrages en béton atteints de réaction alcali-granulat (RAG), dans l'optique d'une meilleure maintenance. Les modèles de substitution, basés sur des développements en chaos de polynômes des paramètres d'une fonction de forme (sigmoïde dans les cas traités), ont été constitués à plusieurs échelles, afin notamment de réduire les temps de calculs des modèles physiques sous-jacents. A l'échelle microscopique, le modèle de RAG employé est celui développé par Multon, Sellier et Cyr en 2009, comprenant initialement une vingtaine de variables aléatoires potentielles. A l'issue d'une analyse de sensibilité de Morris, le modèle de substitution permet de reproduire la courbe de gonflement dans le temps du volume élémentaire représentatif en fonction de neuf variables aléatoires. L'utilisation du modèle de substitution construit, pour la prédiction des effets mécaniques du gonflement dû à la RAG sur une éprouvette, a nécessité de prendre en compte l'anisotropie de ces effets en améliorant les fonctions poids proposées par Saouma et Perotti en 2006. L'échelle de l'éprouvette étant validée par la confrontation des prédictions aux données expérimentales des travaux de thèse de Multon, une application à l'échelle du barrage de Song Loulou a été entreprise. Le calcul du comportement thermo-chemo-mécanique d'une pile d'évacuateur de crues, dont les résultats en déplacements ont pu être confrontés aux données d'auscultation fournies par l'entreprise AES-SONEL (devenue ENEO), a été réalisé. Des modèles de substitution ont été construits ensuite à l'échelle de la structure afin d'obtenir les déplacements aux points d'intérêt, liés aux états limites de fonctionnement des évacuateurs, et procéder ainsi à l'estimation de la fiabilité résiduelle du barrage. Les calculs d'analyse de sensibilité et la construction des modèles de substitution ont été implémentés en Fortran, Java et OpenTURNS Les calculs sur éprouvette et pile de barrage ont été effectués sous Cast3M. / This work proposes a multi-scale methodology based on the use of surrogate models function of random variables, to evaluate the residual reliability of concrete structures suffering from alkali-aggregate reaction (AAR), for a better maintenance purpose. Surrogate models, based on polynomial chaos expansion of the parameters of a shape function (sigmoid in the studied cases), have been constituted at several scales, in particular in order to reduce computation time of the underlying physical models. At the microscopic scale, the AAR model employed is that developed by Multon, Sellier and Cyr in 2009, initially comprising about twenty potential random variables. At the end of a Morris sensitivity analysis, the surrogate model enables to reproduce the expansion curve over time of the representative elementary volume as a function of nine random variables. The use of the built-in surrogate model in predicting the mechanical effects of AAR expansion on a concrete core required to take into account the anisotropy of these effects by improving the weight functions proposed by Saouma and Perotti in 2006. The core's scale being validated by the comparison of the predictions with the experimental data of Multon's thesis work, an application at the scale of the Song Loulou dam was undertaken. The computation of the thermo-chemo-mechanical behavior of a spillway stack, whose results in displacement could be compared with the auscultation data provided by the company AES-SONEL (now ENEO), was realized. Surrogate models were then constructed at the scale of the structure to obtain displacements at the points of interest, related to the operating limit states of the spillways, and thus to estimate the residual reliability of the dam. The sensitivity analysis computations as well as the construction of the surrogate models were implemented in Fortran, Java and OpenTURNS. Computations on concrete cores and Song Loulou dam spillway were performed under Cast3M.

A la suite d'une synthèse bibliographique sommaire sur le rôle de la vibration dans le compactage des matériaux granulaires, on examine les bases théoriques relatives à la schématisation du comportement de l'ensemble sol-vibrateur à l'aide des modèles à paramètres concentrés du type masse-ressort-amortisseur ; l'analyse du rôle des caractéristiques mécaniques du matériau dans le comportement vibratoire de l'ensemble sol-rouleau permet d'interpréter plusieurs constatations expérimentales antérieures (essais sur le Vibrex). Cette approche met par ailleurs en évidence l'importance de la variabilité de l'aire de contact sol-rouleau. Les variations de l'aire de contact en fonction des caractéristiques mécaniques du matériau et de la charge statique appliquée fait l'objet d'une étude expérimentale (essais en fosse) et théorique au cours de laquelle la recherche de modèles aux éléments finis élasto-plastiques pouvant expliquer les résultats expérimentaux permet de mieux connaître le rôle des principaux paramètres dont dépend le phénomène réel. La dernière partie est consacrée à l'étude, par la méthode des Eléments Finis, des sollicitations dynamiques induites dans le massif de sol (supposé élastique ou visco-élastique). Afin de simuler les conditions aux limites réelles, on est amené à appliquer la méthode des "bords à amortisseurs visqueux" proposée par Lysmer et Kuhlemeyer.

Etude réalisée à partir de travaux de recherche effectués au Centre Expérimental du Bâtiment et des Travaux Publics pour la compréhension du comportement mécanique des sols en tant que milieux granulaires. Le problème de contact intergranulaire est abordé du point de vue de la mécanique rationnelle et du point de vue de la loi de comportement. Formulation de caractéristiques statistiques de l'état mécanique d'un milieu granulaire. Il s'agit du prolongement à un milieu des paramètres d'état d'un système en vue de faire intervenir ces paramètres dans des lois statistiques qui régissent le comportement d'un milieu granulaire. Compte-rendu et interprétation d'essais effectués au CEBTP sur un nouveau matériau granulaire artificiel.