Alguns dos mais freqüentes parâmetros utilizados como indicadores de qualidade do solo são: resistência tênsil de agregados (RT); densidade do solo (Ds); textura e curva de retenção de água do solo (CRAS). O objetivo deste estudo foi avaliar e desenvolver métodos para a determinação destes parâmetros e testar o uso de condicionadores químicos na redução do caráter coeso de solos, propondo alterações que tornem esses parâmetros mais precisos. Para RT foi proposto o uso do dinamômetro IMPAC, como equipamento alternativo ao KALATEC. Foram utilizados agregados (diâmetro 22,2 mm) do horizonte diagnóstico de um ARGISSOLO ACINZENTADO coeso, localizados em Pacajus-CE. Na determinação da Ds, avaliou-se a viabilidade do uso de um verniz automotivo como revestimento, substituto à resina saran na impermeabilização de agregados. Foram realizados ensaios preliminares para estabilidade desses agregados, número de imersões no verniz e tempo de secagem. Para validação da metodologia foram utilizados, além dos solos coesos e não coesos de Pacajus-CE, outros cinco solos, coletados em Piracicaba-SP. Na seleção da metodologia para análise granulométrica (AG) foram testados seis métodos: hidrômetro (com uma e quatro leituras); pipeta; micro-pipeta; método rápido e o do IAC, em 20 amostras de TFSA dos horizontes A e/ou B provenientes de 16 perfis de solos representativos dos estados de Santa Catarina e Rio Grande do Sul, com teores de argila entre 6 e 81 %. A comparação entre os métodos supracitados foi realizada com base em: ajuste por regressão linear entre as frações granulométricas determinadas pelo método da pipeta versus os demais; mudanças na classe textural indicadas no triângulo textural; e o melhor ajuste entre a fração argila e a umidade do solo retida na tensão 1500 kPa. Dados de retenção da água no solo, obtidos a partir do equipamento WP4-T, foram ajustados pelo modelo proposto em Genuchten (1980). Para avaliar o uso de condicionadores químicos na redução do caráter coeso de solos, a partir de medidas da RT, foram testados dois polímeros aniônicos (PAM). No Brasil, utilizaram-se os agregados coesos de Pacajus-CE, nos quais aplicou-se PAM por capilaridade. Na Austrália, usaram-se agregados de um solo hardsetting e o PAM foi aplicado com spray (líquido) ou a lanço (sólido), combinado com condicionadores a base de cálcio (sulfato e cloreto). Os valores da RT determinados por ambos os equipamentos (IMPAC e KALATEC) não diferiram entre si. No entanto, o IMPAC reduziu em quase 50 % o tempo de análise, com exatidão e precisão satisfatórias, o que reitera sua viabilidade em substituir o KALATEC. Os resultados da Ds demonstraram que o verniz automotivo Lazzudur é uma excelente alternativa à resina saran, além de reduzir o custo e o tempo de análise. Com relação à escolha do método para AG, a comparação entre os métodos mostrou que o do hidrômetro com uma leitura como uma alternativa viável, devido a sua simplicidade nos procedimentos de análises. A aplicação de PAM nos agregados dos solos coesos de Pacajus-CE não diminuiu a sua RT, sugerindo-se a redução das taxas aplicadas. A aplicação de PAM combinado com gesso refletiu na melhoria da qualidade física dos solos coesos da Austrália, reduzindo os valores da RT desses solos. / Some of the most common parameters used as indicators of soil quality are tensile strength of aggregates (TS), bulk density (Bd), texture and soil water retention curve (SWRC). The aims of this work were to: (i) evaluate and develop methods for determining these parameters; (ii) test the use of the chemical conditioners in reducing the character of cohesive soil. The less expensive IMPAC dynamometer was proposed to TS analysis, as alternative equipment to KALATEC. Aggregates (22.2 mm diameter) from cohesive soil Ultisol, located in northeast of Brazil were used. The feasibility of using automotive varnish to coat soil clods for bulk density measurement was evaluated for replacing SARAN resin. Preliminary tests were conducted to determine the clod stability, the number of immersions of clod in the varnish and drying time of the varnish. To confirm this methodology, clods of the cohesive and not cohesive Ultisol soil from northeast of Brazil and the other five soils from southern of Brazil were used. Six methods were evaluated for measuring particle size analysis (PSA): Hydrometer (with one and four readings); pipette, micro-pipette, \"rapid method\" and IAC method (Brazilian institute) using 20 samples of the A and/or B horizons of air dried soil from 16 soil profiles more significant of Santa Catarina and Rio Grande do Sul States, with clay range from 6 to 81 %. The comparison among these methods was conducted by: fitting linear regression between the pipette method versus the other; changing in textural class in the textural triangle; and the best fitting between fraction clay and soil moisture hold in 1500 kPa tension. Soil water retention data by WP4-T equipment were fitted by the model proposed in Genuchten (1980). Changes of TS of the cohesive soil after treatment with two kinds of anionic polymer (PAM) were investigated. In Brazil, clods from northeast were used and the PAM was applied by capillarity in the laboratory. In Australia, clods of a hardsetting soil were used and the PAM was applied by spray (liquid) or spread (solid), besides of conditioners based calcium (chloride and sulfate). No significant difference was detected at TS values determined by both of equipments tested. However, IMPAC equipment reduced time of analysis by almost 50%, with high accuracy, as a result it can replace the KALATEC equipment. Bulk density data showed that the automotive varnish is an excellent alternative to SARAN resin. The simpler procedure for determination of PSA was the hydrometer method (one reading), consequently, it was preferred than the other. The application of PAM at cohesive soils, from northeast of Brazil, did not reduce TS due to the high PAM concentration used in this study. This result suggests to need to reduce PAM rates. Gypsum an

La terre crue est un des matériaux les plus utilisés au monde pour bâtir. Chaque terre est un mélange de grains de différentes tailles (cailloux, graviers, sables, silts et argiles) en proportions variées. Les particules les plus fines, qui constituent le liant du matériau, se différencient des autres grains par leur petite taille, à laquelle est associée des propriétés colloïdales lorsqu’elles sont mélangées à l’eau. L’argile, au sens granulométrique (particules inférieures à deux microns), contient généralement un mélange d’argiles, au sens minéralogique (phyllosilicates hydratés), d’oxydes de fer, d’aluminium et de silicium. Pour comprendre ce matériau de construction, la terre est envisagée dans un premier temps comme une matière en grains. La physique des milieux granulaires secs et la physique des milieux granulaires humides sont explorées afin de décrire les comportements physiques de cette matière. Des techniques de construction innovantes, qui découlent de cette compréhension, sont présentées. Dans un deuxième temps, l’argile est envisagée comme une matière colloïdale. Comme beaucoup de systèmes naturels, le liant argileux est un mélange de particules aux propriétés de surface différentes, contenant à la fois des charges permanentes négatives et des charges variables avec le pH et la force ionique. Ces systèmes mixtes sont dits hétérocoagulés. Des pistes de recherche, qui découlent de cette compréhension, sont présentées. / Raw earth is one of the most used building material in the world. Each earthen material is a mix of different sizes grains (stones, gravels, sands, silts and clays) in various proportions. The finest particles, which constitute the binding material, differ from other grains by their small size, which is associated with colloidal properties when mixed with water. Clay, as defined by size (particles smaller than two microns), usually contains a mixture of clays, as defined by mineralogy (hydrated phyllosilicates), with iron, aluminum and silicium oxides. To understand this building material, earthen material is considered initially as a granular material. Physics of dry granular media and physics of wet granular media are explored in order to describe the physical behavior of this material. Innovative building systems, which come from this understanding, are presented. In a second step, clay is considered as a colloidal material. Like many natural systems, clay binder is a mixture of particles with different surface properties, containing both permanent negative charges and variable charges, depending of pH and ionic strength. These mixed systems are called heterocoagulated systems. Different sujects for further researches, that follow this understanding, are presented.

This study was conducted to determine how the structure and surface chemistry of bulk CaCO3 differs from that of nanometer-sized CaCO3 and then to determine rate, extent and mechanisms of As adsorption on various synthetic CaCO3 materials. Additionally, we sought to devise a chemical CaCO3 precipitate that approximates biogenic CaCO3. The bulk CaCO3 precipitation was performed by using a solution that was highly oversaturated so that large CaCO3 precipitates rapidly form. Two different methods were employed for the synthesis of nanometer size CaCO3 i) an in situ deposition technique and ii) an interfacial reaction (water in oil emulsion). Mineral characterization of all CaCO3 precipitates was done with Nitrogen Porosimetry (Brunauer Emmett Teller method), particle size analysis, X-ray diffraction and Fourier Transform Infrared/ Fourier Transform Raman spectroscopy. The principal objective of the research was to assess the overall reactivity of As(III) and As(V) with different synthetic CaCO3 minerals. This was accomplished by i) running adsorption isotherms (varying As concentration), ii) measuring pH envelopes (varying pH at a fixed concentration) and iii) kinetic experiments (varying reaction time). Also, electrophoretic mobility experiments were performed in the presence of As(III) and As(V), and these studies revealed that As(III) forms stronger inner-sphere complexes with CaCO3 than As(V). Also, it was found that nanometer-sized CaCO3 prepared via deposition formed stronger inner-sphere complexes with As oxyanions (q = 5.26 µmol/m2) compared to either nano-sized CaCO3 from interfacial reactions (q = 4.51 µmol/m2) or bulk CaCO3 (q = 4.39 µmol/m2).<p> The PEG-based nano CaCO3 prepared by an in-situ deposition technique presents a novel and readily available synthesis route that can be used as proxy for the biogenic CaCO3 known to be present in many different environmental conditions. The results of this study suggest that CaCO3 can be used as a sorbent for As in groundwater.

This study was conducted to determine how the structure and surface chemistry of bulk CaCO3 differs from that of nanometer-sized CaCO3 and then to determine rate, extent and mechanisms of As adsorption on various synthetic CaCO3 materials. Additionally, we sought to devise a chemical CaCO3 precipitate that approximates biogenic CaCO3. The bulk CaCO3 precipitation was performed by using a solution that was highly oversaturated so that large CaCO3 precipitates rapidly form. Two different methods were employed for the synthesis of nanometer size CaCO3 i) an in situ deposition technique and ii) an interfacial reaction (water in oil emulsion). Mineral characterization of all CaCO3 precipitates was done with Nitrogen Porosimetry (Brunauer Emmett Teller method), particle size analysis, X-ray diffraction and Fourier Transform Infrared/ Fourier Transform Raman spectroscopy. The principal objective of the research was to assess the overall reactivity of As(III) and As(V) with different synthetic CaCO3 minerals. This was accomplished by i) running adsorption isotherms (varying As concentration), ii) measuring pH envelopes (varying pH at a fixed concentration) and iii) kinetic experiments (varying reaction time). Also, electrophoretic mobility experiments were performed in the presence of As(III) and As(V), and these studies revealed that As(III) forms stronger inner-sphere complexes with CaCO3 than As(V). Also, it was found that nanometer-sized CaCO3 prepared via deposition formed stronger inner-sphere complexes with As oxyanions (q = 5.26 µmol/m2) compared to either nano-sized CaCO3 from interfacial reactions (q = 4.51 µmol/m2) or bulk CaCO3 (q = 4.39 µmol/m2).<p> The PEG-based nano CaCO3 prepared by an in-situ deposition technique presents a novel and readily available synthesis route that can be used as proxy for the biogenic CaCO3 known to be present in many different environmental conditions. The results of this study suggest that CaCO3 can be used as a sorbent for As in groundwater.

Bei strukturorientierten, aus relativ großen Holzpartikeln aufgebauten Holzwerkstoffen wie z.B. OSB (oriented strand board) addieren sich die gerichteten Festigkeiten der einzelnen Lagen je nach Orientierung der Partikel und der Verteilung ihrer Größenparameter. Wünschenswert wäre eine Messung der Partikelgeometrie und Orientierung möglichst im Prozess, z.B. am Formstrang vor der Presse direkt durch den „Blick auf das Vlies“. Bisher sind regelmäßige on-line-Messungen der Spangeometrie aber nicht möglich, und Einzelspanmessungen werden nicht vorgenommen, weil sie zu aufwändig wären. Um die Partikelkonturen zunächst hinreichend für die Vermessung zu restaurieren und dann zu vermessen, muss ein mehrstufiges Verfahren angewendet werden, das eine Szene mit Strands und mehr oder weniger deutlichen Kanten zunächst als „Grauwertgebirge“ auffasst. Zur Segmentierung reicht ein Watershed-Algorithmus nicht aus. Auch ein zweistufiger Kantendetektor nach Canny liefert allein noch kein ausreichendes Ergebnis, weil sich keine geschlossenen Objektkonturen ergeben. Hinreichend dagegen ist ein komplexes Verfahren auf der Grundlage der Höhenschichtzerlegung und nachfolgenden Synthese: Nach einer Transformation der Grauwerte des Bildes in eine reduzierte, gleichverteilte Anzahl von Höhenschichten werden zwischen diesen die lokalen morphologischen Gradienten berechnet und herangezogen für die Rekonstruktion der ursprünglichen Spankonturen. Diese werden aus den Höhenschichten aufaddiert, wobei allerdings nur Teilflächen innerhalb eines für die gesuchten Spangrößen plausiblen Größenintervalls einbezogen werden, um Störungen zu unterdrücken. Das Ergebnis der Rekonstruktion wird zusätzlich verknüpft mit den bereits durch einen Canny-Operator im Originalbild detektierten deutlichen Kanten und morphologisch bereinigt. Diese erweiterte Höhenschichtanalyse ergibt ausreichend segmentierte Bilder, in denen die Objektgrenzen weitgehend den Spankonturen entsprechen. Bei der nachfolgenden Vermessung der Objekte werden Standard-Algorithmen eingesetzt, wobei sich die Approximation von Spankonturen durch momentengleiche Ellipsen als sinnvoll erwies. Verbliebene Fehldetektionen können bei der Vermessung unterdrückt werden durch Formfaktoren und zusätzliche Größenintervalle. Zur Darstellung und Charakterisierung der Größenverteilungen für die Länge und die Breite wurden die nach der Objektfläche gewichtete, linear skalierte Verteilungsdichte (q2-Verteilung), die Verteilungssumme und verschiedene Quantile verwendet. Zur Umsetzung und Demonstration des Zusammenwirkens der verschiedenen Algorithmen wurde auf der Basis von MATLAB das Demonstrationsprogramm „SizeBulk“ entwickelt, das Bildfolgen verarbeiten kann und mit dem die verschiedenen Varianten der Bildaufbereitung und Parametrierung durchgespielt werden können. Das Ergebnis des Detektionsverfahrens enthält allerdings nur die vollständigen Konturen der ganz oben liegenden Objekte; Objekte unterhalb der Außenlage sind teilweise verdeckt und können daher nur unvollständig vermessen werden. Zum Test wurden daher synthetische Bilder mit vereinzelten und überlagerten Objekten bekannter Größenverteilung erzeugt und dem Detektions- und Messverfahren unterworfen. Dabei zeigte sich, dass die Größenstatistiken durch den Überlagerungseffekt und auch die Spanorientierung zwar beeinflusst werden, dass aber zumindest die Modalwerte der wichtigsten Größenparameter Länge und Breite meist erkennbar bleiben. Als Versuchsmaterial dienten außer den synthetischen Bildern verschiedene Sortimente von OSB-Strands aus Industrie- und Laborproduktion. Sie wurden sowohl manuell vereinzelt als auch zu einem Vlies arrangiert vermessen. Auch bei realen Strands zeigten sich gleiche Einflüsse der Überlagerung auf die Größenverteilungen wie in der Simulation. Es gilt aber auch hier, dass die Charakteristika verschiedener Spankontingente bei gleichen Aufnahmebedingungen und Auswerteparametern gut messbar sind bzw. dass Änderungen in der gemessenen Größenverteilung eindeutig den geometrischen Eigenschaften der Späne zugeordnet werden können. Die Eignung der Verarbeitungsfolge zur Charakterisierung von Spangrößenverteilungen bestätigte sich auch an Bildern, die ausschließlich am Vlies auf einem Formstrang aufgenommen wurden. Zusätzlich wurde nachgewiesen, dass mit der erweiterten Höhenschichtanalyse auch Bilder von Spanplattenoberflächen ausgewertet werden könnten und daraus auf die Größenverteilung der eingesetzten Deckschichtspäne geschlossen werden kann. Das vorgestellte Verfahren ist daher eine gute und neuartige Möglichkeit, prozessnah an Teilflächen von OSB-Vliesen anhand von Grauwertbildern die Größenverteilungen der Strands zu charakterisieren und eignet sich grundsätzlich für den industriellen Einsatz. Geeignete Verfahren waren zumindest für Holzpartikel bisher nicht bekannt. Diese Möglichkeit, Trends in der Spangrößenverteilung automatisch zu erkennen, eröffnet daher neue Perspektiven für die Prozessüberwachung. / The strength of wood-based materials made of several layers of big and oriented particles like OSB (oriented strand board) is a superposition of the strengths of the layers according to the orientation of the particles and depending from their size distribution. It would be desirable to measure particle geometry and orientation close to the production process, e.g. with a “view onto the mat”. Currently, continuous on-line measurements of the particle geometry are not possible, while measurements of separated particles would be too costly and time-consuming. Before measuring particle shapes they have to be reconstructed in a multi-stage procedure which considers an image scene with strands as “gray value mountains”. Segmentation using a watershed algorithm is not sufficient. Also a two-step edge detector according to Canny does not yield closed object shapes. A multi-step procedure based on threshold decomposition and recombination however is successful: The gray values in the image are transformed into a reduced and uniformly distributed set of threshold levels. The local morphological gradients between these levels are used to re-build the original particle shapes by adding the threshold levels. Only shapes with a plausible size corresponding to real particle shapes are included in order to suppress noise. The result of the reconstruction from threshold levels is then matched with the result of the strong edges in the original image, which had been detected using a Canny operator, and is finally cleaned with morphological operators. This extended threshold analysis produces sufficiently segmented images with object shapes corresponding extensively to the particle shapes. Standard algorithms are used to measure geometric features of the objects. An approximation of particle shapes with ellipses of equal moments of inertia is useful. Remaining incorrectly detected objects are removed by form factors and size intervals. Size distributions for the parameters length and width are presented and characterized as density distribution histograms, weighted by the object area and linearly scaled (q2 distribution), as well as the cumulated distribution and different quantiles. A demonstration software “SizeBulk” based on MATLAB has been developed to demonstrate the computation and the interaction of algorithms. Image sequences can be processed and different variations of image preprocessing and parametrization can be tested. However, the detection procedure yields complete shapes only for those particles in the top layer. Objects in lower layers are partially hidden and cannot be measured completely. Artificial images with separated and with overlaid objects with a known size distribution were generated to study this effect. It was shown that size distributions are influenced by this covering effect and also by the strand orientation, but that at least the modes of the most important size parameters length and width remain in evidence. Artificial images and several samples with OSB strands from industrial and laboratory production were used for testing. They were measured as single strands as well as arrangements similar to an OSB mat. For real strands, the same covering effects to the size distributions revealed as in the simulation. Under stable image acquisition conditions and using similar processing parameters the characteristics of these samples can well be measured, and changes in the size distributions are definitely due to the geometric properties of the strands. The suitability of the processing procedure for the characterization of strand size distributions could also be confirmed for images acquired from OSB mats in a production line. Moreover, it could be shown that the extended threshold analysis is also suitable to evaluate images of particle board surfaces and to draw conclusions about the size distribution of the top layer particles. Therefore, the method presented here is a novel possibility to measure size distributions of OSB strands through the evaluation of partial gray value images of the mat surface. In principle, this method is suitable to be transferred to an industrial application. So far, methods that address the problem of detecting trends of the strand size distribution were not known, and this work shows new perspectives for process monitoring.

Si un béton classique est constitué d'éléments de granulométrie décroissante, en commençant par les granulats, le spectre granulométrique se poursuit avec la poudre de ciment puis parfois avec un matériau de granulométrie encore plus fine comme une fumée de silice (récupérée par exemple au niveau des filtres électrostatiques dans l'industrie de l'acier). L'obtention d'un spectre granulométrique continu et étendu vers les faibles granulométries permet d'améliorer la compacité, donc les performances mécaniques. L'idée de base de cette thèse a été d'utiliser comme éléments de granulométrie fine des fillers à base de calcaire. Ces fillers ont des granulométries très fines qui leur permettent de remplir les micro-fissure généralement présentes à l'intérieur du béton. La surface rugueuse des grains de ces fillers permet de modifier le coefficient de frottement entre les lèvres de chaque fissure. Le résultat souhaité est celui de produire un béton qui dissipe par frottement plus d'énergie par rapport à un béton standard. Un béton de ce type pourrait avoir des applications importantes dans l'ingénierie civile, surtout pour ce qui concerne l'absorption des vibrations dans la ville et les constructions en régions séismiques. Les théories des milieux continus généralisés permettent de tenir compte de l’effet de la microstructure des matériaux sur leur comportement macroscopique et, en particulier, de décrire la dissipation d’énergie dans le béton sujet à des chargements cycliques. Un modèle continu généralisé avec une variable cinématique supplémentaire a été développé dans le cadre de cette thèse qui permet de décrire le glissement relatif des lèvres des fissures dans le béton à l'échelle microscopique. La relation entre ces micro-mouvements au niveau des lèvres de fissures et la dissipation d'énergie observée à l'échelle macroscopique a ensuite été étudiée. Les équations en forme forte qui dérivent de cette modélisation continue sont obtenues à l'aide d'un principe variationnel de Hamilton-Rayleigh dans lequel on a intégré la nature dynamique du problème ainsi que la possibilité de décrire des phénomènes de dissipation au niveau microscopique. Le modèle obtenu permet de décrire les cycles d'hystérésis typiques du béton sujet à des chargement cycliques et ses paramètres ont été calés sur des essais menés au LGCIE de l'INSA de Lyon. Des études paramétriques concernant les paramètres reliés à la microstructure du matériau ont permis d'identifier l'effet que l'addition des micro-fillers a sur le comportement mécanique global du béton lorsque il est sujet à des chargement dynamiques. / In this thesis, a two-degrees-of-freedom, non-linear model is introduced aiming to describe internal friction phenomena which have been observed in some modified concrete specimens undergoing slow dynamic compression loads and having various amplitudes but never inducing large strains. The motivation for the theoretical effort presented here arose because of the experimental evidence described in some papers in which dissipation loops for concrete-type materials are shown to have peculiar characteristics. Since viscoelastic models –linear or non-linear– do not seem suitable to describe either qualitatively or quantitatively the measured dissipation loops, it is proposed to introduce a micro-mechanism of Coulomb-type internal dissipation associated to the relative motion of the faces of the micro-cracks present in the material. In addition, numerical simulations, showing that the proposed model is suitable to describe some of the available experimental evidences, is presented. These numerical simulations motivate further developments of the considered model and supply a tool for the design of subsequent experimental campaigns. Furthermore, the effect of micro-particle additives such as calcium carbonate on internal dissipation of concrete was experimentally investigated. The damping performance of concrete can be improved by adding to the mixture different kinds of micro-particles with suitable size which fill the pores of the matrix and change the contact interaction between internal surfaces of voids. It was determined that the energy dissipation of the concrete increases with the increasing content of micro particles at least when the concrete matrix is “soft” enough to allow microscopic motions. On the other hand, the increasing percentage of micro-particles addition can affect the mechanical strength of the material. Thus, there is a reasonable compromise in incorporating these micro-particles to obtain higher damping with- out weakening the mechanical properties. Several concrete mixes were prepared by mixing cement powder with different percentages of micro-fillers. A concrete mix without addition of micro-particles was molded as a reference material for the sake of comparison. All these specimens were tested under cyclic loading in order to evaluate energy dissipation starting from the area of a dissipation loop detected in the diagram relative to a representative cycle. The experimental determination of the dissipated energy shows a significant increase in the damping capability of the cement-based materials with micro-filler compared to the standard concrete. The experimental results presented seem to indicate that the proposed model is suitable to describe the mechanical behavior of modified and unmodified concrete, provided that the introduced parameters are suitably tuned in order to best fit the available experimental data.

Bei strukturorientierten, aus relativ großen Holzpartikeln aufgebauten Holzwerkstoffen wie z.B. OSB (oriented strand board) addieren sich die gerichteten Festigkeiten der einzelnen Lagen je nach Orientierung der Partikel und der Verteilung ihrer Größenparameter. Wünschenswert wäre eine Messung der Partikelgeometrie und Orientierung möglichst im Prozess, z.B. am Formstrang vor der Presse direkt durch den „Blick auf das Vlies“. Bisher sind regelmäßige on-line-Messungen der Spangeometrie aber nicht möglich, und Einzelspanmessungen werden nicht vorgenommen, weil sie zu aufwändig wären. Um die Partikelkonturen zunächst hinreichend für die Vermessung zu restaurieren und dann zu vermessen, muss ein mehrstufiges Verfahren angewendet werden, das eine Szene mit Strands und mehr oder weniger deutlichen Kanten zunächst als „Grauwertgebirge“ auffasst. Zur Segmentierung reicht ein Watershed-Algorithmus nicht aus. Auch ein zweistufiger Kantendetektor nach Canny liefert allein noch kein ausreichendes Ergebnis, weil sich keine geschlossenen Objektkonturen ergeben. Hinreichend dagegen ist ein komplexes Verfahren auf der Grundlage der Höhenschichtzerlegung und nachfolgenden Synthese: Nach einer Transformation der Grauwerte des Bildes in eine reduzierte, gleichverteilte Anzahl von Höhenschichten werden zwischen diesen die lokalen morphologischen Gradienten berechnet und herangezogen für die Rekonstruktion der ursprünglichen Spankonturen. Diese werden aus den Höhenschichten aufaddiert, wobei allerdings nur Teilflächen innerhalb eines für die gesuchten Spangrößen plausiblen Größenintervalls einbezogen werden, um Störungen zu unterdrücken. Das Ergebnis der Rekonstruktion wird zusätzlich verknüpft mit den bereits durch einen Canny-Operator im Originalbild detektierten deutlichen Kanten und morphologisch bereinigt. Diese erweiterte Höhenschichtanalyse ergibt ausreichend segmentierte Bilder, in denen die Objektgrenzen weitgehend den Spankonturen entsprechen. Bei der nachfolgenden Vermessung der Objekte werden Standard-Algorithmen eingesetzt, wobei sich die Approximation von Spankonturen durch momentengleiche Ellipsen als sinnvoll erwies. Verbliebene Fehldetektionen können bei der Vermessung unterdrückt werden durch Formfaktoren und zusätzliche Größenintervalle. Zur Darstellung und Charakterisierung der Größenverteilungen für die Länge und die Breite wurden die nach der Objektfläche gewichtete, linear skalierte Verteilungsdichte (q2-Verteilung), die Verteilungssumme und verschiedene Quantile verwendet. Zur Umsetzung und Demonstration des Zusammenwirkens der verschiedenen Algorithmen wurde auf der Basis von MATLAB das Demonstrationsprogramm „SizeBulk“ entwickelt, das Bildfolgen verarbeiten kann und mit dem die verschiedenen Varianten der Bildaufbereitung und Parametrierung durchgespielt werden können. Das Ergebnis des Detektionsverfahrens enthält allerdings nur die vollständigen Konturen der ganz oben liegenden Objekte; Objekte unterhalb der Außenlage sind teilweise verdeckt und können daher nur unvollständig vermessen werden. Zum Test wurden daher synthetische Bilder mit vereinzelten und überlagerten Objekten bekannter Größenverteilung erzeugt und dem Detektions- und Messverfahren unterworfen. Dabei zeigte sich, dass die Größenstatistiken durch den Überlagerungseffekt und auch die Spanorientierung zwar beeinflusst werden, dass aber zumindest die Modalwerte der wichtigsten Größenparameter Länge und Breite meist erkennbar bleiben. Als Versuchsmaterial dienten außer den synthetischen Bildern verschiedene Sortimente von OSB-Strands aus Industrie- und Laborproduktion. Sie wurden sowohl manuell vereinzelt als auch zu einem Vlies arrangiert vermessen. Auch bei realen Strands zeigten sich gleiche Einflüsse der Überlagerung auf die Größenverteilungen wie in der Simulation. Es gilt aber auch hier, dass die Charakteristika verschiedener Spankontingente bei gleichen Aufnahmebedingungen und Auswerteparametern gut messbar sind bzw. dass Änderungen in der gemessenen Größenverteilung eindeutig den geometrischen Eigenschaften der Späne zugeordnet werden können. Die Eignung der Verarbeitungsfolge zur Charakterisierung von Spangrößenverteilungen bestätigte sich auch an Bildern, die ausschließlich am Vlies auf einem Formstrang aufgenommen wurden. Zusätzlich wurde nachgewiesen, dass mit der erweiterten Höhenschichtanalyse auch Bilder von Spanplattenoberflächen ausgewertet werden könnten und daraus auf die Größenverteilung der eingesetzten Deckschichtspäne geschlossen werden kann. Das vorgestellte Verfahren ist daher eine gute und neuartige Möglichkeit, prozessnah an Teilflächen von OSB-Vliesen anhand von Grauwertbildern die Größenverteilungen der Strands zu charakterisieren und eignet sich grundsätzlich für den industriellen Einsatz. Geeignete Verfahren waren zumindest für Holzpartikel bisher nicht bekannt. Diese Möglichkeit, Trends in der Spangrößenverteilung automatisch zu erkennen, eröffnet daher neue Perspektiven für die Prozessüberwachung. / The strength of wood-based materials made of several layers of big and oriented particles like OSB (oriented strand board) is a superposition of the strengths of the layers according to the orientation of the particles and depending from their size distribution. It would be desirable to measure particle geometry and orientation close to the production process, e.g. with a “view onto the mat”. Currently, continuous on-line measurements of the particle geometry are not possible, while measurements of separated particles would be too costly and time-consuming. Before measuring particle shapes they have to be reconstructed in a multi-stage procedure which considers an image scene with strands as “gray value mountains”. Segmentation using a watershed algorithm is not sufficient. Also a two-step edge detector according to Canny does not yield closed object shapes. A multi-step procedure based on threshold decomposition and recombination however is successful: The gray values in the image are transformed into a reduced and uniformly distributed set of threshold levels. The local morphological gradients between these levels are used to re-build the original particle shapes by adding the threshold levels. Only shapes with a plausible size corresponding to real particle shapes are included in order to suppress noise. The result of the reconstruction from threshold levels is then matched with the result of the strong edges in the original image, which had been detected using a Canny operator, and is finally cleaned with morphological operators. This extended threshold analysis produces sufficiently segmented images with object shapes corresponding extensively to the particle shapes. Standard algorithms are used to measure geometric features of the objects. An approximation of particle shapes with ellipses of equal moments of inertia is useful. Remaining incorrectly detected objects are removed by form factors and size intervals. Size distributions for the parameters length and width are presented and characterized as density distribution histograms, weighted by the object area and linearly scaled (q2 distribution), as well as the cumulated distribution and different quantiles. A demonstration software “SizeBulk” based on MATLAB has been developed to demonstrate the computation and the interaction of algorithms. Image sequences can be processed and different variations of image preprocessing and parametrization can be tested. However, the detection procedure yields complete shapes only for those particles in the top layer. Objects in lower layers are partially hidden and cannot be measured completely. Artificial images with separated and with overlaid objects with a known size distribution were generated to study this effect. It was shown that size distributions are influenced by this covering effect and also by the strand orientation, but that at least the modes of the most important size parameters length and width remain in evidence. Artificial images and several samples with OSB strands from industrial and laboratory production were used for testing. They were measured as single strands as well as arrangements similar to an OSB mat. For real strands, the same covering effects to the size distributions revealed as in the simulation. Under stable image acquisition conditions and using similar processing parameters the characteristics of these samples can well be measured, and changes in the size distributions are definitely due to the geometric properties of the strands. The suitability of the processing procedure for the characterization of strand size distributions could also be confirmed for images acquired from OSB mats in a production line. Moreover, it could be shown that the extended threshold analysis is also suitable to evaluate images of particle board surfaces and to draw conclusions about the size distribution of the top layer particles. Therefore, the method presented here is a novel possibility to measure size distributions of OSB strands through the evaluation of partial gray value images of the mat surface. In principle, this method is suitable to be transferred to an industrial application. So far, methods that address the problem of detecting trends of the strand size distribution were not known, and this work shows new perspectives for process monitoring.