In first part of the thesis are proposed four variants of retaining structures for deep excavation of cut-and-cover tunnel part. It is nailed slope, pile wall, nailed slope in combination with pile wall and soldier pile wall. For those structures is in following part carried out an economic analysis and the most cost effective variant is chosen. Chosen structure is further analyzed in next part. This analysis is carried out with finite element method in software PLAXIS. As a material model is chosen Hardening Soil model and input parameters were determined by empiric formulas from literature. Behavior of neogene clays, in which is the structure designed, is considered as undrained, by type Undrained A. In the last part of the thesis is described technological procedure of construction this retaining structure.

This report has examined the possibilities of stiffening and strengthening a ground stabilization mast, in a way that a small production company can manufacture. The soil stabilization technique in question is Jet-Grouting also called injection drilling, which involves drilling to the desired depth and then letting high-pressure water jets mixed with filling mass to erode the surrounding soil mass and form pillars below the ground surface. The study intends to explore the possibility of placing a simplified model in the simulation program ANSYS that uses the finite element method (FEM) to obtain its results. The product development method described by Karl T. Ulrich and Steven D. Eppinger in the book "Product Design and Development" is then used to produce improvement proposals that will strengthen the mast. The purpose of this study was to identify the strength of a ground stabilization mast and then produce and present an improvement proposal, based on the rotation head that is now mounted on the ground stabilization mast. This rotary head is named "RH24X HP 67 TS" and is produced by Eurodrill, and it generates a maximum torque of 24 kNm. The simulations on the mast with the given torque resulted in the highest stress of 158 MPa to which the mast body was exposed to. With the design that the mast current design, it entails a 2.3 factor of safety, which is considered acceptable since the recommended factor of safety for this type of heavy machine is about 2 (Khan, et al., 2016). When the torque was increased to the limit of the mast, i.e., when the factor of safety is close to 1, it resulted in a maximum torque of 54 kNm. Mounting a rotary head with a torque of 54 kNm is therefore not recommended due to the low safety margin that it would entail. Market research has been done and the proposals presented in this study presents similar manufactures and series as of the current rotary head. The recommended rotary heads come from the Eurodrill X-series and are called "RH32X HP 67 TS" and it produces a maximum torque of 32 kNm, alternatively "RH 4300 HP 48 TSS" which produces a torque of 34 kNm. The improvement proposals presented in this report are developed by evaluating the results of the simulations performed and then identifying the weakest areas. Then, based on the product development method, generate a proposal that can stiffen and strengthen the ground stabilization mast. The improvement proposal on the cradle showed with the rotary head "RH24X HP 67 TS" a 4.8 factor of safety, compared to the current cradle which has a 2.6 factor of safety, it is almost a doubling in strength. A new design of trusses was presented and resulted in a 35% increase in rigidity without the need to add any new material. This means that by re-examining the structure of the truss you can strengthen and possibly check the rigidity of the mast, which among other things leads to better manoeuvrability without any real extra costs being needed. / Denna rapport har undersökt möjligheterna att styva och styrka upp en markstabiliseringsmast på ett sätt som ett mindre produktionsföretag klarar av att tillverka. Markstabiliseringstekniken i fråga är Jet-Grouting även kallad injiceringsborrning, som går ut på att man borrar till önskat djup för att sedan låta högtrycksvattenjetstrålar blandat med fyllnadsmassa erodera den kringliggande jordmassan och bilda pelare under markytan. Studien ämnar utforska möjligheten med att placera en förenklad modell i simuleringsprogrammet ANSYS som använder finit elementmetod (FEM) för att få fram sina resultat. Därefter används produktutvecklingsmetoden som beskrivs av Karl T. Ulrich och Steven D. Eppinger i boken ”Product Design and Development”, för att ta fram förbättringsförslag som ska styrka upp masten.   Studien har haft som syfte att ta reda på hållfastheten hos en markstabiliseringsmast och sedan ta fram och presentera ett förbättringsförslag, utifrån det rotationshuvud som nu är monterat på markstabiliseringsmasten. Detta rotationshuvud har benämningen ”RH24X HP 67 TS” och är producerad av Eurodrill och genererar ett maximalt vridmoment på 24 kNm. Simuleringarna på masten med det givna vridmomentet resulterade i den högsta spänningen på 158 MPa som mastkroppen utsattes för. Med det utförande som masten är idag medför det en 2,3 säkerhetsfaktor, vilket är anses vara acceptabelt eftersom den rekommenderade säkerhetsfaktorn för denna typ av tungmaskin ligger på cirka 2 (Khan, et al., 2016).  När man sedan ökade vridmomentet till mastens bristgräns, det vill säga när säkerhetsfaktorn tangerar 1, resulterade det i ett maximalt vridmoment på 54 kNm. Att montera ett rotationshuvud med ett vridmoment på 54 kNm är därför inte att rekommendera på grund av den låga säkerhetsmarginalen som det skulle innebära. Därför presenteras förslag på rotationshuvuden som masten kan klara av, genom en marknadsundersökning gjord på liknade tillverkare och serier som dagens rotationshuvud. De rotationshuvud som rekommenderas kommer från Eurodrill X-serie och heter ”RH32X HP 67 TS” och den producerar ett maximalt vridmoment på 32 kNm, alternativt ”RH 4300 HP 48 TSS” som producerar ett vridmoment på 34 kNm.  Förbättringsförslagen som presenteras i denna rapport är framtagna genom att utvärdera resultaten av de utförda simuleringarna och sedan identifiera de svagaste områdena. Därefter genereras förslag utifrån produktutvecklingsmetoden som kan styva och stärka upp markstabiliseringsmasten. Förbättringsförslaget på släden visade med rotationshuvudet ”RH24X HP 67 TS” en 4,8 säkerhetsfaktor, jämfört med den nuvarande släden som har en 2,6 säkerhetsfaktor vilket är nästan en fördubbling i hållfasthet. En ny design av fackverk presenterades och resulterade i 35 % ökad styvhet utan att behöva addera något nytt material. Det innebär att man genom att ompröva fackverkets struktur kan stärka och eventuellt kontrollera mastens styvhet, vilket bland annat leder till bättre manövrerbarhet utan några egentliga extra kostnader behövs.

Dans le cadre de ces travaux, l’objectif fixé était de développer des polymères aromatiques possédant des propriétés de conduction protonique. Pour y parvenir des motifs de type acide sulfonique ont été introduits le long des chaînes macromoléculaires. La méthodologie de synthèse de ces polymères qui a été choisie, consistait à polymériser des précurseurs contenant dans leur structure un motif perfluoroalkyle sulfoné. Quatre précurseurs originaux ont ainsi été initialement synthétisés. Différents polymères aromatiques ont été préparés à partir de ces précurseurs en faisant varier le taux de séquences perfluoroalkyles sulfonées. Ces polymères ont ensuite été mis en oeuvre sous la forme de membranes denses selon un procédé de coulée évaporation. A partir de ces membranes, des études de gonflement à l’eau et de conductivité ionique ont été réalisées. / As part of this work, the objective was to develop aromatic polymers with proton conduction properties. To achieve this, the sulfonic acid motifs were introduced along the macromolecular chains. The methodology of synthesis of these polymers was to polymerise the precursor containing in their structure a perfluoroalkyl sulfone moieties. Four novel precursors have been initially synthesized. Different aromatic polymers were prepared from these precursors by varying the rate of perfluoroalkyl sulfonated sequences. These polymers were then used in the form of dense membranes obtained by a casting process of evaporation. From these membranes, swelling studies in water and ionic conductivity were carried out.

The subject matter of this master thesis is to design pedestrian bridge across the river Nitra in a city Nitra. Out of three possible solutions arch bridge was considered to be the most optimal system for given situation and it was analysed in detail. The design and assessment of load-bearing structure was evaluated acording to valid standarts. The main goal was to comply with ultimate and serviceability limit state. Global calculation model was created in ANSYS Mechanical APDL 21 R2. Model of the slab of the deck in the cross direction was performer using SCIA Engineer 19.1. Load capacity of some cross sections was verified manually and some using computer software IDEA Statica 21.0. This thesis is extended with drawings of sequence of construction, detailed drawings of the bridge and visualizations.

Bridge failures in the past decade due to structural deficiencies demonstrated the clear need for a review of the current bridge analysis approaches. This study focuses on pile-supported bridges under predominantly static loading. A critical review of the current analysis approaches was performed. It was concluded that in the absence of an onerous iteration process, the current approaches often produce inaccurate and, in many cases, unsafe results since the interactions between superstructure and foundation are not fully considered. To address the inherent limitations of the current approaches, a computer program [Soil Spring Module (SSM) 2.0] was developed as a part of the study. SSM 2.0 can be used in conjunction with a frame analysis program to capture nonlinear load transfer from foundation elements to soil in different directions simultaneously. STAAD.Pro was selected for demonstration in this study. Using SSM 2.0 and STAAD.Pro, this study proposes a new analysis approach using the Integrated Analysis Process (IAP). The same methodology can be applied in other frame analysis programs. Kansas Bridge 45 was selected as a case study. Using the IAP approach, a series of integrated analyses including all superstructure elements (e.g., deck, girders and piers) and all foundation elements (e.g., pile caps and piles) were performed on Kansas Bridge 45 for different soil types and properties. Different from the conventional approaches, the full interactions between superstructure and foundation were considered simultaneously in a single analysis using the IAP approach. The analysis results from the IAP approach and the conventional approaches were examined. The advantages of the IAP approach were identified. Comparing to the conventional approaches in current practice, the proposed IAP approach does not involve crude assumptions or intensive iterations. Using the IAP approach, design engineers can complete structural and foundation analysis of pile-supported bridges with good accuracy in a timely manner. The same methodology can potentially be applied to other structure types. / Graduate / 2022-12-15

Pile groups are often used to provide support for structures. Capping a pile group further adds to the system's resistance due to the passive earth pressure from surrounding backfill. While ultimate passive earth pressure under static loading conditions can be readily calculated using several different theories, the effects of cyclic and dynamic loading on the passive earth pressure response are less understood. Data derived from the full-scale testing of a pile cap system with a densely compacted sand backfill under static, cyclic, and dynamic loadings was analyzed with particular focus on soil pressures measured directly using pressure plates. Based on the testing and analyses, it was observed that under slow, cyclic loading, the backfill stiffness was relatively constant. Under faster, dynamic loading, the observed backfill stiffness decreased in a relatively linear fashion. During cyclic and dynamic loading, the pile cap gradually developed a residual offset from its initial position, accompanied by a reduction in backfill force. While the pile cap and backfill appeared to move integrally during static and cyclic loadings, during dynamic loading the backfill exhibited out-of-phase movement relative to the pile cap. Observed losses in backfill contact force were associated with both cyclic softening and dynamic out-of-phase effects. Force losses due to dynamic loading increased with increasing frequency (which corresponded to larger displacements). Losses due to dynamic loading were offset somewhat by increases in peak force due to damping. The increase in contact force due to damping was observed to be relatively proportional to increasing frequency. When quantifying passive earth forces with cyclic/dynamic losses without damping, the Mononobe-Okabe (M-O) equation with a 0.75 or 0.8 multiplier applied to the peak ground acceleration can be used to obtain a reasonable estimate of the force. When including increases in resistance due to damping, a 0.6 multiplier can similarly be used.

Wheel loaders are fundamental construction equipment to assist handling of bulk material e.g. gravel and stones. During digging operations, it withstands forces that are both large and very complicated to predict. Moreover, it is very expensive to develop prototypes of wheel loader for verification. Consequently, the Discrete Element Method (DEM) was introduced for gravel modeling a couple of years ago to enable prediction of these forces. The gravel model is connected with a Multibody System (MBS) model of the wheel loader, in this thesis a Volvo L180G. The co-simulation of these two systems is a very computer intensive operation and hence, it is important to investigate which parameters that have the largest influence on the simulation results. The aim of this thesis is to investigate the simulation sensitivity with respect to co-simulation communication interval, collision detection interval and gravel normal stiffness.The simulation results are verified by comparison with measurement data from previous tests performed by Volvo CE. The simulations are compared to investigate the relevant parameters. The conclusion of this thesis is that DEM is a method that in a very good way can predict the draft forces during digging operations.

L'objectif de cette thèse concerne la synthèse et les caratérisations de nouvelles membranes fluorées porteuses de groupements acide phosphonique pour une application en pile à combustible. Pour ce faire, des copolymérisations radicalaires du chlorotrifluoroéthylène (CTFE) avec des ethers vinyliques tels que le 2-chloroéthyl vinyl éther (CEVE) et l' éthyl vinyl éther (EVE) ont tout d'abord été réalisées. Des modifications chimiques (réaction d'Arbuzov) ont ensuite permis de synthétiser de copolymères originaux qui ont été élaborés sous forme de membranes. Ces films ont été caractérisés tant chimiquement que électrochimiquement. Ils présentent des conductivités intéressnates à 130 °C et à faible humidités relatives

La micropile à combustible à respiration est développée conjointement à STMicroelectronics Tours et au CEA Liten de Grenoble. De très faible puissance (stack de 1W), elle sera à moyen terme utilisée dans un système de recharge portable pour petites batteries Li-Ion (téléphones portables). Le fonctionnement et la structure de ces micropiles sont tels qu'elles sont très sensibles, entre autres, aux conditions atmosphériques caractérisant leur environnement. Cette sensibilité résulte en un comportement électrique très marqué et complexe. Or, l'aspect nomade de l'application fait que celle-ci devra pouvoir faire face à des atmosphères diverses et variées. Il est donc nécessaire de comprendre les interactions liant le comportement électrique de la micropile et l'environnement. Leur modélisation pourra par la suite apporter des éléments concrets en termes de pilotage d'auxiliaires (micro ventilateurs...) et de design de packaging, visant à contrôler l'environnement immédiat de la micropile de la meilleure façon possible. A cet effet, de nombreuses mesures, réalisées sous atmosphère maîtrisée, et sous plusieurs régimes de fonctionnement électrique, ont été croisées entre elles. Elles nous ont permis de poser les hypothèses d'un modèle quasistatique macroscopique de la micropile, reliant les conditions atmosphériques et opératoires à la réponse électrique de la micropile. Ce modèle a été développé à partir de la théorie de la diffusion en milieu poreux. Ce modèle quasistatique, faisant intervenir une description de la diffusion protonique cathodique, permet de représenter le comportement de la micropile sur une large gamme de conditions atmosphériques, et illustre physiquement autant les situations d'assèchement que de noyage. L'approche a ensuite été élargie au développement d'un modèle petit signal, paramétré grâce à une approche multi spectrale et multi conditions opératoires. Celui-ci permet entre autres de quantifier la dynamique associée au phénomène de diffusion protonique, tout en consolidant sa description quasistatique, ceci faisant intervenir des paramètres cohérents avec ceux du modèle quasistatique. Enfin, à la croisée des approches quasistatique et petit signal, les bases d'un modèle dynamique fort signal sont proposées. Elles font intervenir le modèle fort signal propre au LAPLACE, en y injectant la réponse dynamique à l'environnement et à la sollicitation électrique du bilan hydrique. Ce modèle, paramétré avec les paramètres issus du quasistatique et du petit signal, permet de représenter le comportement non linéaire de la micropile sur une large gamme de fréquences de sollicitations galvanostatiques fort signal.

La pile à combustible (PAC) produit de l'énergie électrique à partir d'hydrogène et d'oxygène sans rejets de polluants. Son utilisation dans le secteur automobile est donc envisagée à long terme pour répondre au problème de mobilité durable. Dans un véhicule hybride à PAC, la motorisation électrique est alimentée par une pile à combustible assistée par une source secondaire d'énergie (SSE). Cette source secondaire d'énergie est composée soit de batteries, soit de supercondensateurs. L'architecture hybride obtenue offre un degré de liberté dans la gestion des flux énergétiques et dans le dimensionnement du groupe motopropulseur. La répartition de puissance optimale entre la PAC et la SSE est obtenue grâce à des algorithmes d'optimisation globale qui minimisent la consommation d'hydrogène pour un parcours routier connu a priori. Les résultats obtenus avec ces algorithmes servent d'expertise et de référence de consommation mais sont inapplicables en temps réel. Ici, une stratégie de commande temps réel, nécessairement sous-optimale, a été construite à partir l'algorithme de commande optimale. La consommation d'hydrogène est également influencée par le dimensionnement de la PAC et de la SSE. Celui-ci doit garantir un confort de conduite acceptable (vitesses, accélérations) sans pénaliser les performances énergétiques du véhicule ; un outil d'aide au dimensionnement est nécessaire et proposé dans ce mémoire. Enfin, les approches théoriques développées dans cette thèse sont illustrées par des mises en applications sur des exemples concrets (prototype PAC-Car II, prototype Hy-Muve, banc d'essai).