Το Πολυτεχνείο Κρήτης, ιδρυτικό μέλος του Ευρωπαϊκού Πανεπιστημίου European University on Responsible Consumption and Production (EURECA-PRO), διοργανώνει μια σειρά ανοικτών επιστημονικών διαλέξεων για να διευκολύνει τη συνεργασία μεταξύ φοιτητών και καθηγητών όλων των εταίρων του EURECA-PRO.

Η επόμενη διάλεξη της σειράς, η οποία διοργανώνεται από τη Σχολή Μηχανικών Ορυκτών Πόρων (ΜΗΧΟΠ) του Πολυτεχνείου Κρήτης, θα πραγματοποιηθεί από τον Δρ. Michael Tost, Καθηγητή Βιώσιμης Τεχνολογίας Εξόρυξης στο Montanuniversität Leoben στο Leoben της Αυστρίας.

Η διάλεξη του Michael Tost έχει τίτλο:

"SLO in Mining: What is it, why is it needed, how does it work, where does it break?"

Τίτλος εργασίας: (Ελληνικά): «Αξιολόγηση αποθήκευσης CO2 σε γεωλογικό σχηματισμό της Νορβηγίας» 

(Αγγλικά): «CO2 Storage Evaluation of a CO2 License in the Norwegian Continental Shelf»

Τριμελής εξεταστική επιτροπή: 

1. Νικόλαος Πασαδάκης, Καθηγητής σχολής ΜΗΧΟΠ (Επιβλέπων)
2. A. Escalona, Καθηγητής  (Πανεπιστήμιο Stavanger)
3. Σ. Μπέλλας Ερευνητής Β' (ΙΓ/ΙΤΕ)

Περίληψη:

Η άδεια αποθήκευσης CO2 EXL010 (Kinno) εντοπίζεται στον νορβηγικό τομέα της Βόρειας Θάλασσας, στο ανατολικό περιθώριο της νότιας τάφρου Viking (Viking Graben). Η παρούσα διπλωματική εργασία αξιολογεί τη γεωλογική καταλληλότητα και τη δυναμικότητα αποθήκευσης CO2 της άδειας, χρησιμοποιώντας σεισμική ερμηνεία, δεδομένα γεωτρήσεων και μια διαδικασία προκαταρκτικής αξιολόγησης (screening) της αποθήκευσης. Η μελέτη συνδύασε τον εντοπισμό των ζωνών ταμιευτήρα και στεγανοποίησης (cap rock) από διαγραφές γεωτρήσεων και σεισμικά δεδομένα με τη δομική ερμηνεία, τη χαρτογράφηση κλειστών δομών (closures), την ανάλυση μετανάστευσης ρευστών και την εκτίμηση της χωρητικότητας αποθήκευσης. Η ερμηνευθείσα ζώνη αποθήκευσης εντοπίζεται μεταξύ των σχηματισμών Heather και Drake, καλύπτεται από τον πλευρικά συνεχή σχηματισμό Draupne και βρίσκεται σε βάθη περίπου 2750 έως 3030 m TVDSS, όπου το CO2 αναμένεται να αποθηκευτεί ως πυκνό υπερκρίσιμο ρευστό. Χαρτογραφήθηκαν δέκα δομικές κλειστές δομές στην οροφή του ταμιευτήρα, με τη δομή «Closure 1» να κυριαρχεί, καθώς συγκεντρώνει το 57,8% της συνολικής χωρητικότητας λόγω του συνδυασμού ευνοϊκής δομικής θέσης και μεγαλύτερου πάχους ταμιευτήρα. Η ανάλυση Monte Carlo, η οποία εξέτασε μεταβολές στο πορώδες και τον κορεσμό σε CO2 μέσω 10.000 προσομοιώσεων, προσδιορίζει μια ανώτατη τιμή χωρητικότητας (P50) 38,00 Mt CO2 (υποθέτοντας πλήρη πλήρωση και χωρίς συνεκτίμηση του λόγου καθαρού προς μικτό πάχος - NTG), ενώ η ενεργός χωρητικότητα αναμένεται να είναι χαμηλότερη μόλις ενσωματωθεί ο συντελεστής NTG. Οι κύριες αβεβαιότητες σχετίζονται με τη δομική ερμηνεία, τη συμπεριφορά των ρηγμάτων, τις ιδιότητες του ταμιευτήρα (ιδιαίτερα το NTG), τη μετατροπή βάθους και την έλλειψη γεώτρησης που να διαπερνά τη ζώνη αποθήκευσης εντός της περιοχής της άδειας. Τα ρήγματα αντιμετωπίζονται ως στεγανά χωρίς να έχει διενεργηθεί ειδική ανάλυση στεγανότητας ρηγμάτων (fault-seal analysis), το δομικό μοντέλο παραμένει σταθερό κατά τις προσομοιώσεις και ο ταμιευτήρας αναπαρίσταται με τη χρήση απλοποιημένων μέσων τιμών ιδιοτήτων. Συνολικά, η άδεια EXL010 διαθέτει αξιόπιστη γεωλογική βάση για περαιτέρω αξιολόγηση αποθήκευσης CO2, ωστόσο η ενεργός χωρητικότητα αποθήκευσης και η βεβαιότητα συγκράτησης εξαρτώνται από περαιτέρω διερεύνηση, η οποία περιλαμβάνει γεώτρηση αξιολόγησης εντός της άδειας, πρόσθετη σεισμική κάλυψη, εκτίμηση στεγανότητας ρηγμάτων, γεωμηχανική αξιολόγηση και δυναμική μοντελοποίηση του ταμιευτήρα.

Abstract:

CO2 storage licence EXL010 (Kinno) lies in the Norwegian sector of the North Sea on the eastern margin of the southern Viking Graben. This thesis evaluates the geological suitability and CO2 storage potential of the licence using seismic interpretation, well data and a screening-level storage workflow. The study combined identification of the reservoir and seal intervals from well logs and seismic data with structural interpretation, closure mapping, migration analysis and storage-capacity assessment. The interpreted storage interval lies between the Heather and Drake formations, is capped by the laterally continuous Draupne Formation, and occurs at depths of approximately 2750 to 3030 m TVDSS, where CO2 is expected to be stored as a dense supercritical fluid. Ten structural closures were mapped from the top reservoir surface, and Closure 1 dominates, holding 57.8% of the total capacity because it combines a favourable structural position with a thicker reservoir section. The Monte Carlo analysis, which varied porosity and CO2 saturation over 10,000 simulations, gives a no-NTG, complete-fill upper-bound P50 capacity of 38.00 Mt CO2, and the effective capacity is expected to be lower once net-to-gross is incorporated. The principal uncertainties are associated with structural interpretation, fault behaviour, reservoir properties (particularly NTG), depth conversion, and the lack of a well penetrating the storage interval within the licence. The faults are treated as sealing without a fault-seal analysis, the structural model remains fixed in the simulations, and the reservoir is represented using simplified average properties. On balance, EXL010 has a credible geological basis for further CO2 storage evaluation, but its effective storage capacity and containment confidence remain conditional on further appraisal, including an appraisal well inside the licence, additional seismic coverage, fault-seal assessment, geomechanical evaluation and dynamic reservoir modelling.

Τίτλος εργασίας: «Αξιολόγηση αργίλων από τη Νεογενή λεκάνη του Ηρακλείου για την παραγωγή δομικών κεραμικών»
Τίτλος εργασίας στα αγγλικά: Evaluation of Clays from the Neogene Heraklion Basin for the Production of Structural Ceramics.

Τριμελής Εξεταστική επιτροπή:
1. Γεώργιος Χρηστίδης, Καθηγητής σχολής ΜΗΧΟΠ (επιβλέπων)
2. Πλάτων Γκαμαλέτσος, Αναπληρωτής Καθηγητής σχολής ΜΗΧΟΠ
3. Δρ. Γεώργιος Τριανταφύλλου, μέλος ΕΔΙΠ σχολής ΜΗΧΟΠ

Περίληψη

Η παρούσα διπλωματική εργασία η οποία εκπονήθηκε στη Σχολή Μηχανικών Ορυκτών Πόρων του Πολυτεχνείου Κρήτης υπό την επίβλεψη του καθηγητή Γεώργιου Χρηστίδη, έχει ως αντικείμενο την εργαστηριακή και τεχνολογική αξιολόγηση δειγμάτων φυσικής αργίλου από δύο επιλεγμένα λατομεία της Νεογενούς λεκάνης του Ηρακλείου Κρήτης: του Αγίου Σύλλα και της Μονής Επανωσήφη. Σκοπός της μελέτης ήταν η διερεύνηση της καταλληλότητάς τους ως πρώτες ύλες για τη βιομηχανική παραγωγή δομικών κεραμικών προϊόντων, και ειδικότερα οπτοπλίνθων (τούβλων), για λογαριασμό της εταιρείας Α.Κ.Ε.Κ. Α.Ε..

Για τον ολοκληρωμένο χαρακτηρισμό των αργιλοχωμάτων εφαρμόστηκε μια εκτεταμένη σειρά εργαστηριακών αναλύσεων, η οποία περιλάμβανε κοκκομετρικό έλεγχο μέσω πρότυπων κοσκίνων και κοκκομετρικού αναλυτή σκέδασης ακτίνων laser στο λεπτομερές κλάσμα κάτω των 90 μm, προσδιορισμό της ειδικής επιφάνειας με τη μέθοδο BET, καθώς και εκτίμηση της πλαστικότητας μέσω των ορίων Atterberg. Παράλληλα, η χημική και η ορυκτολογική σύσταση των δειγμάτων προσδιορίστηκαν με φασματομετρία φθορισμού ακτίνων-Χ (XRF) και περιθλασιμετρία κόνεως ακτίνων-Χ (XRD) αντίστοιχα, τόσο στις αρχικές πρώτες ύλες όσο και σε δείγματα που υποβλήθηκαν σε διάφορες θερμοκρασίες πύρωσης. Επιπλέον, για τη μελέτη των τεχνολογικών και μηχανικών ιδιοτήτων, παρασκευάστηκαν εργαστηριακά μορφοποιημένα δοκίμια με μονοαξονική συμπίεση από το αργιλόχωμα του Επανωσήφη, τα οποία εψήθησαν σε ένα θερμοκρασιακό εύρος από 750°C έως 1000°C με σκοπό τον προσδιορισμό της γραμμικής συρρίκνωσης και της αντοχής τους σε κάμψη τριών σημείων.

Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν αξιοσημείωτες διαφοροποιήσεις μεταξύ των δύο πρώτων υλών. Κοκκομετρικά, το αργιλόχωμα της Μονής Επανωσήφη αποδείχθηκε σαφώς πιο λεπτόκοκκο και ομοιογενές από τη φύση του (με d₉₀ = 32,97 μm στο κλάσμα <90 μm), καταγράφοντας σημαντικά υψηλότερη τιμή ειδικής επιφάνειας κατά BET (18,53 m²/g) σε σύγκριση με το δείγμα του Αγίου Σύλλα (12,93 m²/g), το οποίο εμφάνισε πιο αδρόκοκκο χαρακτήρα (d₉₀ = 57,74 μm) και μεγαλύτερη παρουσία φυσικών συσσωματωμάτων. Όσον αφορά την πλαστικότητα, και τα δύο υλικά ταξινομήθηκαν στο διάγραμμα Casagrande ως ισχνοί άργιλοι (CL), με δείκτες πλαστικότητας (PI = 12,45% για τον Επανωσήφη και 15,06% για τον Άγιο Σύλλα) που εμπίπτουν στο ιδανικό τεχνολογικό εύρος για ασφαλή μορφοποίηση. Ωστόσο, οι τιμές του Επανωσήφη συνδέονται με μικρότερο κίνδυνο εμφάνισης παραμορφώσεων ή ρωγμών κατά το κρίσιμο στάδιο της ξήρανσης.

Σε ορυκτολογικό και χημικό επίπεδο, αν και στα δύο δείγματα κυριαρχούν ο χαλαζίας και ο ασβεστίτης μαζί με άστριους, δολομίτη και αργιλικά ορυκτά (κλινόχλωρος, καολινίτης, ιλλίτης/μοσχοβίτης, σερπεντίνης και σμεκτίτης), η πρώτη ύλη του Επανωσήφη υπερέχει καθώς είναι σημαντικά πλουσιότερη σε αργιλικά ορυκτά (43,3% έναντι 29,9% του Σύλλα). Επιπρόσθετα, περιέχει υψηλότερα ποσοστά σε οξείδια του σιδήρου (Fe₂O₃ = 7,59%), τα οποία δρουν ως ισχυρό ευτηκτικό και προσδίδουν το επιθυμητό βαθύ κόκκινο χρώμα στο ψημένο κεραμικό, ενώ η παρουσία ασβεστίτη (CaO = 9,61%) ευνοεί τη σύνθεση εύτηκτων πυριτικών ενώσεων. Η προβολή της χημικής σύστασης σε τριγωνικά διαγράμματα επιβεβαίωσε ότι το δείγμα του Επανωσήφη αποτελεί μια απόλυτα ισορροπημένη πρώτη ύλη για την παραγωγή οπτοπλίνθων και κεραμικών τύπου «μαγιόλικα», εν αντιθέσει με το δείγμα του Αγίου Σύλλα που τοποθετείται οριακά στα σχετικά πεδία.

Η παρακολούθηση της θερμικής συμπεριφοράς των δοκιμίων του Επανωσήφη ανέδειξε σταδιακή αποδόμηση των αρχικών ορυκτών και σχηματισμό νέων κρυσταλλικών φάσεων υψηλής θερμοκρασίας πάνω από τους 800°C–850°C, όπως ο αιματίτης, ο μαγκεμίτης, ο γκελενίτης, ο ανορθίτης και κυρίως ο διοψίδιος. Η κρυστάλλωση του διοψιδίου σε συνδυασμό με την πυροσυσσωμάτωση (sintering) ισχυροποίησε σημαντικά τη δομική συνοχή των δοκιμίων. Αυτό αποτυπώθηκε άμεσα στη ραγδαία αύξηση της μηχανικής αντοχής σε κάμψη, η οποία από τα 5,68 MPa στους 750°C σχεδόν διπλασιάστηκε στους 900°C φτάνοντας τα 10,12 MPa, για να ανέλθει στα 12,74 MPa στους 1000°C. Παράλληλα, η γραμμική συρρίκνωση κατά την έψηση διατηρήθηκε σε εξαιρετικά ελεγχόμενα επίπεδα (κάτω από 4%), χάρη στη συγκράτηση που προσφέρουν ο περιεχόμενος χαλαζίας και τα ανθρακικά ορυκτά, εξασφαλίζοντας τη σταθερότητα του σχήματος των τελικών προϊόντων.

Συμπερασματικά, η εργασία καταλήγει ότι το αργιλόχωμα της Μονής Επανωσήφη αποτελεί την πλέον κατάλληλη και ποιοτική πρώτη ύλη, έτοιμη προς άμεση αξιοποίηση για τη βιομηχανική παραγωγή τούβλων υψηλής αντοχής, με τη θερμοκρασία των 900°C να αναδεικνύεται ως η βέλτιστη θερμοκρασία έψησης. Από την άλλη πλευρά, το δείγμα του Αγίου Σύλλα κρίνεται επίσης αξιοποιήσιμο για την πλινθοποιία, απαιτεί ωστόσο προηγούμενη προ-άλεση ή ανάμιξη για την εξομάλυνση των αδρών συσσωματωμάτων του.

Λέξεις-κλειδιά: Άργιλοι, Νεογενή ιζήματα, δομικά κεραμικά, οπτόπλινθοι, ορυκτολογική ανάλυση

Abstract: The present diploma thesis conducted at the School of Mineral Resources Engineering of the Technical University of Crete under the supervision of Professor George Christidis, focuses on the laboratory and technological evaluation of natural clay samples from two selected quarry sites in the Neogene basin of Heraklion, Crete: Agios Syllas and Epanosifi Monastery. The aim of the study was to investigate their suitability as raw materials for the industrial production of structural ceramic products, specifically fired bricks, on behalf of the company A.K.E.K. S.A..

For the comprehensive characterization of the clayey earths, an extensive series of laboratory analyses was carried out, which included grain size distribution analysis using standard sieves and a laser diffraction particle size analyzer on the fine fraction below 90 μm, determination of specific surface area using the BET method, as well as the assessment of plasticity via Atterberg limits. Simultaneously, the chemical and mineralogical composition of the samples was determined using X-ray fluorescence spectrometry (XRF) and X-ray powder diffraction (XRD), both on the raw materials and on samples subjected to various firing temperatures. Furthermore, to evaluate technological and mechanical properties, test specimens were prepared by uniaxial pressing using the clay from Epanosifi and fired over a temperature range from 750°C to 1000°C to measure linear shrinkage and three-point flexural (bending) strength.

The experimental results revealed notable differences between the two raw materials. In terms of granulometry, the clayey soil from the Epanosifi Monastery proved to be naturally finer-grained and more homogeneous (with d₉₀ = 32.97 μm in the <90 μm fraction), exhibiting a significantly higher BET specific surface area (18.53 m²/g) compared to the Agios Syllas sample (12.93 m²/g), which showed a coarser nature (d₉₀ = 57.74 μm) and a greater presence of natural aggregates. Regarding plasticity, both materials were classified as low-plasticity clays (CL) on the Casagrande plasticity chart, displaying plasticity index values (PI = 12.45% for Epanosifi and 15.06% for Agios Syllas) well within the optimal technological range for reliable shaping. However, the values for the Epanosifi material are associated with a reduced risk of warping or cracking during the critical drying stage.

At the mineralogical and chemical levels, quartz and calcite predominate in both samples alongside feldspars, dolomite, and clay minerals (clinochlore, kaolinite, illite/muscovite, serpentine, and smectite); nonetheless, the Epanosifi raw material is superior as it is considerably richer in clay minerals (43.3% versus 29.9% for Agios Syllas). Additionally, it contains a higher proportion of iron oxides (Fe₂O₃ = 7.59%), which act as an effective flux and impart the desired deep reddish ceramic coloration to the fired body, while the presence of calcite (CaO = 9.61%) promotes the formation of low-melting silicate phases. The projection of the chemical compositions onto ternary diagrams confirmed that the Epanosifi clay is fully balanced for the production of fired bricks and majolica-type ceramics, whereas the Agios Syllas sample lies marginally within these fields.

Thermal monitoring of the molded Epanosifi specimens revealed the progressive breakdown of the initial minerals and the formation of new high-temperature crystalline phases above 800°C–850°C, such as hematite, maghemite, gehlenite, anorthite, and particularly diopside. The crystallization of diopside, together with the sintering process, markedly enhanced the structural cohesion of the ceramic body. This was directly reflected in the sharp increase in flexural strength, which nearly doubled from 5.68 MPa at 750°C to 10.12 MPa at 900°C, eventually reaching 12.74 MPa at 1000°C. Concurrently, firing shrinkage remained within strictly controlled limits (under 4%), as the presence of quartz and carbonates restrained excessive contraction, thereby securing the dimensional stability of the final products.

In conclusion, the study demonstrates that the clay from the Epanosifi Monastery constitutes the most suitable, high-quality, and ready-to-use raw material for the industrial manufacturing of high-strength structural bricks, with 900°C established as the optimal firing temperature. On the other hand, the material from Agios Syllas is also viable for brickmaking, though it would benefit from prior pre-milling or proper blending to reduce its coarse aggregates.

Keywords: Clays, Neogene sediments, structural ceramics, fired bricks, mineralogical analysis

Τίτλος εργασίας: Αυτόματη εκτίμηση του βάθους και της θέσης θαμμένων υποδομών από δεδομένα γεωραντάρ.

Τριμελής εξεταστική επιτροπή:

1. Καθηγ. Αντώνιος Βαφείδης, σχολής ΜΗΧΟΠ (επιβλέπων)
2. Καθηγ. Εμμανουήλ Μανούτσογλου, σχολής ΜΗΧΟΠ
3. Καθηγ. Γεώργιος Χρηστίδης, σχολής ΜΗΧΟΠ

Περίληψη

Η χαρτογράφηση των δικτύων κοινής ωφέλειας είναι κρίσιμης σημασίας για την αποφυγή ατυχημάτων και τη μείωση του κόστους τεχνικών εργασιών στην περιοχή. Το γεωραντάρ αποτελεί μία από τις πιο διαδεδομένες μη καταστροφικές μεθόδους, ωστόσο η εξαγωγή έγκυρων αποτελεσμάτων εξαρτάται από την κατάλληλη επεξεργασία και την ορθή ερμηνεία των δεδομένων του.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εκτίμηση του βάθους και της θέσης θαμμένων υποδομών μέσω της επεξεργασίας και ανάλυσης πραγματικών δεδομένων γεωραντάρ.

Για το σκοπό αυτό μελετήθηκαν πραγματικά δεδομένα γεωραντάρ, τα οποία προέρχονται από γεωφυσική διασκόπιση με γεωραντάρ σε χώρο στάθμευσης, όπου υπήρχαν ενδείξεις για την ύπαρξη υποδομών των υπηρεσιών κοινής ωφέλειας. Η επεξεργασία των ακατέργαστων δεδομένων πεδίου έγινε με τη χρήση του λογισμικού matGPR σε περιβάλλον MATLAB, ακολουθώντας μια συγκεκριμένη ροή εργασίας που περιλάμβανε το φίλτρο απομάκρυνσης χαμηλόσυχνου θορύβου (Dewow), φίλτρο αποκοπής σήματος υποβάθρου (Remove Global Background), την προσαρμογή της θέσης του σήματος (Adjust Signal Position) και τη χειροκίνητη προσαρμογή καμπύλης υπερβολικού τύπου στους χρόνους διαδρομής περιθλώμενων κυμάτων (Fit Diffraction Hyperbola). Η ερμηνεία των τομών γεωραντάρ έγινε χειροκίνητα εστιάζοντας στην αναγνώριση και ανάλυση των περιθλάσεων που προκύπτουν από τις θαμμένες υποδομές.

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η επιλεγμένη ροή εργασίας συνέβαλε στον εντοπισμό των υποδομών, τον προσδιορισμό της θέσης, της ακτίνας και του εύρους του κέντρου βάθους κάθε υποδομής και της ταχύτητας διάδοσης του ηλεκτρομαγνητικού κύματος στο μέσο διάδοσης. Η ερμηνεία των αποτελεσμάτων οδήγησε στον προσδιορισμό του είδους κάθε υποδομής, στον υπολογισμό του βάθους της εκάστοτε υποδομής, την οριζόντια εξάπλωση της υποδομής στην περιοχή μελέτης και στο προσδιορισμό του ομοιογενούς μέσου στο οποίο βρίσκεται η υποδομή.

Η παρούσα εργασία αναδεικνύει την αποτελεσματικότητα του λογισμικού matGPR στην αντιμετώπιση των προκλήσεων που ενέχει η συλλογή και η επεξεργασία δεδομένων γεωραντάρ σε ένα αστικό περιβάλλον, όπως ένας χώρος στάθμευσης. Παράλληλα επιβεβαιώνει ότι η χειροκίνητη διαδικασία επεξεργασίας και ερμηνείας των δεδομένων παραμένει καθοριστική για την εξαγωγή έγκυρων συμπερασμάτων.

Λέξεις κλειδιά: Γεωφυσικές Μέθοδοι, Γεωραντάρ, Tαχύτητα διάδοσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, Θαμμένες υποδομές
Λέξεις κλειδιά: Geophysical methods, Georadar, Electromagnetic wave propagation, Buried utilities .

Τίτλος εργασίας: Γεωστατιστική ανάλυση της χωρικής κατανομής ψευδαργύρου σε μεταλλευτική περιοχή της Ιρλανδίας.

Τριμελής εξεταστική επιτροπή

1. Εμμανουήλ Βαρουχάκης, επικ. καθηγ. σχολής ΜΗΧΟΠ (Επιβλέπων)

2. Κων/νος Κομνίτσας, καθηγητής σχολής ΜΗΧΟΠ

3.Γεώργιος Ξηρουδάκης, επικ. καθηγητής σχολής ΜΗΧΟΠ

Περίληψη

Η γεωστατιστική ανάλυση αποτελεί έναν κλάδο που συνδυάζει τη στατιστική και τις πιθανότητες για τη μελέτη και την πρόβλεψη φαινομένων που μεταβάλλονται στον χώρο. Βρίσκει εφαρμογή σε πολλούς τομείς, όπως η γεωλογία, η εξορυκτική βιομηχανία και η περιβαλλοντική επιστήμη. Στη μεταλλευτική ειδικότερα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη χαρτογράφηση της κατανομής ενός μεταλλεύματος και τον εντοπισμό των ζωνών με αυξημένη περιεκτικότητα.
Η εκπόνηση της παρούσας διπλωματικής εργασίας βασίζεται στη γεωστατιστική ανάλυση της χωρικής κατανομής του ψευδαργύρου (Zn) σε μεταλλευτική περιοχή της κεντρικής Ιρλανδίας, στη κομητεία Cavan, η οποία χαρακτηρίζεται από κοιτάσματα Ιρλανδικού τύπου Zn-Pb. Για την ανάλυση αξιοποιήθηκαν 633 επιφανειακές μετρήσεις συγκέντρωσης ψευδαργύρου, σε τοπικό σύστημα συντεταγμένων, ενώ η επεξεργασία τους πραγματοποιήθηκε μέσω του προγραμματιστικού περιβάλλοντος MATLAB. Στόχος της μελέτης είναι η εκτίμηση των συγκεντρώσεων σε σημεία που δεν υπάρχουν διαθέσιμες μετρήσεις και ο εντοπισμός των ζωνών με υψηλές τιμές ψευδαργύρου.
Στο πλαίσιο της γεωστατιστικής ανάλυσης, επειδή τα δεδομένα του ψευδαργύρου δεν ακολουθούσαν την κανονική κατανομή, εφαρμόστηκε ο μετασχηματισμός Box-Cox, ώστε να προσεγγίσουν την κανονικότητα. Στη συνέχεια, μέσω του διαγράμματος Voronoi εξετάστηκε η χωρική κατανομή των τιμών, με στόχο μια υπολογιστικά ταχύτερη αιτιοκρατική εκτίμηση του πεδίου. Με την προσαρμογή επιφάνειας τάσης διερευνήθηκε η πιθανή συσχέτιση των τιμών με τη γεωγραφική θέση. Η συσχέτιση που προέκυψε ήταν ασθενής και, ως εκ τούτου, η τάση δεν αφαιρέθηκε από τα δεδομένα. Στη συνέχεια, στο στάδιο της βαριογραφίας υπολογίστηκε το εμπειρικό ημιβαριόγραμμα και επιλέχθηκε το σφαιρικό μοντέλο, με βάση τον έλεγχο του τετραγωνικού σφάλματος προσαρμογής. Η χωρική εκτίμηση των συγκεντρώσεων πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο Trans-Gaussian Kriging, η οποία ενσωματώνει τον μετασχηματισμό των δεδομένων στη μαθηματική διαδικασία της γεωστατιστικής εκτίμησης και εφαρμόζει διόρθωση της μεροληψίας κατά την επαναφορά των εκτιμήσεων στην αρχική κλίμακα. Η αξιοπιστία του μοντέλου ελέγχθηκε μέσω διασταυρωμένης επαλήθευσης (Cross-Validation) και βρέθηκε ικανοποιητική (RMSE=503.33 ppm, MAE=191.50 ppm, MaxAE=4836.3ppm, ενώ η συσχέτιση των εκτιμήσεων με το σετ δεδομένων παραμένει σε ικανοποιητικό επίπεδο ρ=0.7393). Τέλος, δημιουργήθηκαν χάρτες που απεικονίζουν την εκτιμώμενη χωρική κατανομή του ψευδαργύρου λαμβάνοντας υπόψιν την αντίστοιχη αβεβαιότητα των εκτιμήσεων καθώς και τις περιοχές αυξημένου μεταλλευτικού ενδιαφέροντος στην περιοχή μελέτης.

Λέξεις κλειδιά (Ελληνικά): Γεωστατιστική, ψευδάργυρος, χωρική κατανομή, μεταλλευτική περιοχή, χωρική παρεμβολή, Kriging, βαριόγραμμα, γεωχημικά δεδομένα, Ιρλανδία.
Λέξεις κλειδιά (Αγγλικά): Geostatistics, zinc, spatial distribution, mining area, spatial interpolation, Kriging, variogram, geochemical data, Ireland.

Τίτλος εργασίας: Στοχεύοντας σε Διεργασίες Μηδενικού Ανθρακικού Αποτυπώματος: Ο Ρόλος της Γεωλογικής Αποθήκευσης CO₂-Θεωρητική και Πειραματική Προσέγγιση.
Τίτλος εργασίας στα αγγλικά: Towards Zero-Carbon Footprint Processes: The Role of Geological CO₂ Storage–A Theoretical and Experimental Approach.

Τριμελής εξεταστική επιτροπή

1. Γ. Ξηρουδάκης, Επικ. Καθηγητής (επιβλέπων).
2. Σ. Μπέλλας, Κύριος Ερευνητής (ΙΤΕ/ΙΓ), (συνεπιβλέπων).
3. Ι. Γεντεκάκης, Δ/ντής ΙΓ/ΙΤΕ, Καθηγητής Πολυτεχνείου Κρήτης (ΧΗΜΗΠΕΡ)

Περίληψη

Η αντιμετώπιση της κλιματικής κρίσης και η παγκόσμια ανάγκη για μείωση των εκπομπών CO2 καθιστούν επιτακτική την ανάπτυξη τεχνολογιών δέσμευσης και αποθήκευσής του μακριά από την ατμόσφαιρα. Τέτοιοι αποθηκευτικοί χώροι αποτελούν υπόγειοι πορώδεις γεωλογικοί σχηματισμοί και ειδικότερα ψαμμιτικοί ταμιευτήρες, καθώς η ικανότητά τους να συγκρατούν με ασφάλεια το διοξείδιο του άνθρακα υπό υψηλές πιέσεις διασφαλίζει τη μόνιμη αποθήκευσή του υπόγεια.

Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στην πειραματική μελέτη του φαινομένου της ρόφησης αέριου CO2 σε δυο πορώδη δείγματα ψαμμιτικού πετρώματος με προέλευση το ένα από την περιοχή του Πενταλόφου της Μεσοελληνικής Αύλακας και το δεύτερο από τον εξαντλημένο ταμιευτήρα Varg της Νορβηγίας. Μέσω πειραματικών δοκιμών υψηλής πίεσης σε εύρος θερμοκρασιών 30 με 50οC, υπολογίστηκαν οι ακριβείς ποσότητες CO2 που ροφήθηκαν από τα δείγματα ανά μονάδα μάζας. Στη συνέχεια, ακολούθησε η ανάλυση και αξιολόγηση της θερμοδυναμικής συμπεριφοράς των δειγμάτων με τη χρήση των ισόθερμων καμπυλών που σχηματίστηκαν υπό μεταβαλλόμενες θερμικές συνθήκες.

Ο φασματοσκοπικός και ορυκτολογικός χαρακτηρισμός των δειγμάτων πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση φθορισμού ακτινών-Χ (XRF), περιθλασιμετρίας ακτινών-Χ (XRD) και φασματοσκοπία υπερύθρου (FT-IR), με στόχο τη μελέτη της χημικής σύστασης και των ορυκτολογικών και φασματοσκοπικών χαρακτηριστικών τους.

Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα, η ροφημένη ποσότητα CO2 αποδείχθηκε ότι αυξάνεται με την αύξηση της πίεσης ισορροπίας και μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και στα δυο δείγματα ψαμμίτη. Ο ψαμμίτης από τον ταμιευτήρα Varg παρουσίασε μεγαλύτερη ικανότητα ρόφησης ανά μονάδα μάζας σε σχέση με του Πενταλόφου σε κοινές συνθήκες. Επίσης, με τον ορυκτολογικό χαρακτηρισμό εντοπίστηκαν οι διαφοροποιήσεις στο συνδετικό υλικό και την αργιλική μήτρα των δυο δειγμάτων. Τέλος, τα αποτελέσματα της μελέτης XRD και FT-IR του δείγματος Πενταλόφου πριν και μετά την έκθεση σε CO2 δεν παρουσίασαν μεταβολές στις ορυκτολογικές φάσεις και κορυφές των διαγραμμάτων.

Λέξεις κλειδιά: Γεωλογική αποθήκευση CO₂, μηδενικό ανθρακικό αποτύπωμα, ψαμμιτικοί ταμιευτήρες, Πεντάλοφος.

Abstract

Combating the climate crisis and the urgent global demand to reduce CO2 emissions have made the development of Carbon Capture and Storage technologies essential. Deep underground geological formations, specifically porous sandstone reservoirs, serve as ideal storage sites, as their ability to safety contain carbon dioxide under high pressure ensures its permanent underground isolation.

 The present diploma thesis focuses on the experimental study of the gaseous CO2 sorption phenomenon on two porous sandstone rock samples, with the origin of the first being from Pentalofos area of the Mesohellenic Trough and the second from the depleted Varg reservoir in Norway. Through high-pressure experimental tests in a temperature range of 30 to 50oC, the exact quantities of CO2 sorbed by the samples per unit mass were calculated. Subsequently, the analysis and evaluation of the thermodynamic behavior of the samples followed, using the isotherms formed under changing thermal conditions.

 The spectroscopic and mineralogical characterization of the samples was carried out using X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), with the aim of investigating their chemical composition, as well as their mineralogical and spectroscopic characteristics.

 Based on the experimental results, the amount of sorbed CO2 was found to increase with increasing equilibrium pressure and decrease with the increasing temperature in both sandstone samples. The sandstone from the Varg reservoir exhibited a higher sorption capacity per unit mass than Pentalofos sandstone under comparable conditions. Furthermore, the mineralogical characterization revealed differences in the cementing material kai clay matrix of the two samples. Finaly, comparison of the XRD and FT-IR analysis of the Pentalofos sample before and after CO2 exposure revealed no observable changes in the mineralogical phases or characteristic spectral peaks.

Keywords: Geological CO₂ storage, zero carbon footprint, sandstone reservoirs, Pentalofos.

Τίτλος εργασίας: Επίδραση της Γεωμετρίας των Δοκιμίων στις Δοκιμές Ανεμπόδιστης Θλίψης σε Πετρώματα.
Τίτλος εργασίας στα αγγλικά: Effect of Specimen Geometry on Unconfined Compression Tests on Rocks.

Τριμελής εξεταστική επιτροπή

1.Γεώργιος Ξηρουδάκης, Επικ. Καθηγητής σχολής ΜΗΧΟΠ (επιβλέπων)

2. Μιχαήλ Γαλετάκης, καθηγητής σχολής ΜΗΧΟΠ

3.Δρ. Παντελής Λιόλιος, μέλος ΕΔΙΠ σχολής ΜΗΧΟΠ

Περίληψη

Η δοκιμή ανεμπόδιστης (μονοαξονικής) θλίψης αποτελεί μία από τις ση-μαντικότερες εργαστηριακές δοκιμές στη Βραχομηχανική, καθώς χρησιμοποιείται ευρέως για τον προσδιορισμό της θλιπτικής αντοχής και των ελαστικών ιδιοτήτων των πετρωμάτων. Η αξιοπιστία των αποτελεσμάτων της δοκιμής επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες, μεταξύ των οποίων ιδιαίτερη σημασία παρουσιάζει η γεωμετρία των δοκιμίων, η οποία μπορεί να μεταβάλει την κατανομή των τάσεων και των παραμορφώσεων κατά τη διάρκεια της φόρτισης. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση της επίδρασης της γεωμετρίας των κυλινδρικών δοκιμίων στα αποτελέσματα της δοκιμής ανεμπόδιστης μονοαξονικής θλίψης. Ειδικότερα, εξετάζεται η επίδραση της διαμέτρου του δοκιμίου και του λόγου ύψους προς διάμετρο (h/D) τόσο στη μονοαξονική θλιπτική αντοχή όσο και στις βασικές ελαστικές παραμέτρους του πετρώματος. Για την υλοποίηση της έρευνας πραγματοποιήθηκαν εργαστη-ριακές δοκιμές σε κυλινδρικά δοκίμια ασβεστολίθου προερχόμενα από το ίδιο το πέτρωμα, με διαμέτρους 75mm, 50mm και 40mm και με διαφορετικούς λόγους ύψους προς διάμετρο (h/D = 1, 1.5, 2 και 2.5). Από τις καμπύλες τάσης-παραμόρφωσης υπολογίστηκαν: (α) η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη (UCS) (β) το μέσο μέτρο ελαστικότητας (γ) το εφαπτομενικό μέτρο ελαστικότητας (δ) το μέτρο διάτμησης, καθώς και (ε) ο λόγος Poisson, ο οποίος χρησιμοποι-ήθηκε για τον υπολογισμό των ελαστικών παραμέτρων. Η επεξεργασία των πειραματικών αποτελεσμάτων έδειξε ότι η αύξηση του λόγου (h/D) συνοδεύεται από σημαντική μείωση της μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής, ανεξάρτητα από τη διάμετρο του δοκιμίου. Παρόμοια τάση παρατηρήθηκε και στα μέτρα ελαστικότητας, τα οποία παρουσίασαν γενικά φθίνουσα πορεία με την αύξηση του λόγου (h/D). Παράλληλα, διαπιστώθηκε ότι η διάμετρος του δοκιμίου επηρεάζει επίσης τις μηχανικές παραμέτρους, επιβεβαιώνοντας την ύπαρξη φαινομένων κλίμακας (size effect) που έχουν αναφερθεί στη διεθνή βιβλιογραφία. Συνεπώς, η εργασία επιβεβαιώνει ότι η γεωμετρία των δοκιμίων αποτελεί καθοριστικό παράγοντα για την αξιοπιστία των εργαστηριακών δοκιμών μονοαξονικής θλίψης και αναδεικνύει τη σημασία της ορθής επιλογής των γεωμετρικών χαρακτηριστικών κατά τον πειραματικό σχεδιασμό.
Λέξεις Κλειδιά: Φαινόμενο κλίμακας, ανεμπόδιστη θλίψη, λόγος ύψους/διαμέτρου (h/D).
 

Abstract: The unconstrained (uniaxial) compressive strength (UCS) test is one of the most important laboratory tests in rock mechanics, as it is widely used to determine the compressive strength and elastic properties of rocks. The reliability of the test results is affected by several factors, among which the geometry of the specimens is of particular importance, which can change the distribution of stresses and strains during loading. The purpose of this study is to investigate the effect of the geometry of cylindrical specimens on the results of the unconstrained uniaxial compression test. In particular, the effect of the specimen diameter and the height to diameter ratio (h/D) on both the uniaxial compressive strength and the basic elastic parameters of the rock were examined. To carry out the research, laboratory tests were carried out on cylindrical limestone specimens obtained from the rock itself, with diameters of 75mm, 50mm and 40mm and with different height to diameter ratios (h/D = 1, 1.5, 2 and 2.5). From the stress-strain curves, the following were calculated: (a) the uniaxial compressive strength (UCS) (b) the average modulus of elasticity (c) the tangential modulus of elasticity (d) the shear modulus, as well as (e) Poisson’s ratio, which was used to calculate the elastic parameters.The processing of the experimental results showed that the increase in the (h/D) ratio is accompanied by a significant decrease in the uniaxial compres-sive strength, regardless of the diameter of the specimen. A similar trend was observed in elasticity measures, which generally showed a decreasing trend with increasing (h/D) ratio. At the same time, it was found that the diameter of the specimen also affects the mechanical parameters, confirming the existence of scale effects (for example size effect) that have been reported in international literature. Moreover, the work confirms that the geometry of the specimens is a determining factor for the reliability of laboratory uniaxial compression tests and highlights the importance of the correct choice of geometric characteristics during the experimental design.
Keywords: Unconfined compression test, size effect, specimen aspect ratio.

Τίτλος εργασίας: Επίδραση Μικρό-Ρωγμάτωσης στην Ευστάθεια Στύλου Υπογείων.
Τίτλος εργασίας στα αγγλικά: The Effect of Micro-Cracking on the Stability of Underground Pile.

Τριμελής εξεταστική επιτροπή

1.Γεώργιος Ξηρουδάκης, Επικ. Καθηγητής σχολής ΜΗΧΟΠ (επιβλέπων)

2.Γεώργιος Εξαδάκτυλος, Καθηγητής (ΣΕΜΦΕ)

3. Δρ. Γεώργιος Σαράτσης, μέλος ΕΔΙΠ σχολής ΜΗΧΟΠ

Περίληψη

Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση και η αποτίμηση της επίδρασης της μικρο-ρωγμάτωσης στην ευστάθεια στύλων σε υπόγειες εκμεταλλεύ-σεις με τη μέθοδο θαλάμων και στύλων. Η βραχόμαζα στη φύση σπάνια αποτελεί ένα ιδανικό, συνεχές και ομοιογενές μέσο· αντίθετα, χαρακτηρίζεται από ατέλειες, όπως πόροι, ασυνέχειες και μικρορωγμές, οι οποίες υποβαθμίζουν δραστικά τις μηχανικές ιδιότητες του πετρώματος. Σκοπός της εργασίας είναι η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αυτή η μικρο-ρωγμάτωση μεταφράζεται σε μακροσκοπική απώλεια της φέρουσας ικανότητας του στύλου, ένα από τα πιο σύγχρονα και απαιτητικά προβλήματα της μηχανικής πετρωμάτων. Για τον σκοπό αυτό, η μελέτη συνδυάζει δύο συμπληρωματικές αριθμητικές προσεγγίσεις: την αναλυτική Μέθοδο Ασυνεχών Μετατοπίσεων (DDM), υλοποιημένη σε περιβάλλον MATLAB και προσανατολισμένη στη γεωμετρία και τη μηχανική συμπεριφορά της ίδιας της ρωγμής, και προσομοιώσεις πεπερασμένων διαφορών μεγάλης κλίμακας στο λογισμικό FLAC2D, οι οποίες αποτυπώνουν τη μακροσκοπική ελαστοπλαστική συμπεριφορά της βραχομάζας βάσει του κριτηρίου Mohr-Coulomb.
Αρχικά παρουσιάζεται το γενικό πλαίσιο των υπόγειων εκμεταλλεύσεων και των μεθοδολογιών εξόρυξης, με έμφαση στον κύκλο παραγωγής της μεθόδου θαλάμων και στύλων και στον ρόλο του λόγου πλάτους προς ύψος (W/H) στην ευστάθεια του στύλου. Στη συνέχεια αναπτύσσεται το θεωρητικό υπόβαθρο του προβλήματος: για την ελαστική συμπεριφορά του υλικού υιοθετείται ο γραμμικός και ισότροπος νόμος του Hooke με σταθερές ελαστικές παραμέτρους, ενώ η πλαστική παραμόρφωση θεωρείται μόνιμη και μη αναστρέψιμη, με έναρξη στο όριο διαρροής· παρουσιάζο-νται επίσης τα κριτήρια αστοχίας Mohr-Coulomb, Griffith και Hoek-Brown, καθώς και οι μηχανισμοί μικρο-ρωγμάτωσης και προοδευτικής αστοχίας του πετρώματος, όπως ο αξονικός σχισμός και η επιφανειακή αποφλοίωση. Ακολουθεί η περιγραφή της υλοποίησης των αριθμητικών μοντέλων στο FLAC2D και του αντίστοιχου κώδικα DDM στο MATLAB, καθώς και η επεξεργασία και παρουσίαση των αποτελεσμάτων.
Τα αποτελέσματα των δύο μεθόδων συγκλίνουν ικανοποιητικά για την περίπτωση αναφοράς χωρίς ασυνέχεια (FS = 3.32 στο FLAC2D έναντι FS = 3.19 στη DDM, απόκλιση ~4.1%), επιβεβαιώνοντας την ορθότητα των παραδοχών και των ελαστικών ιδιοτήτων του μοντέλου. Η μελέτη ευαισθησίας του FS ως προς τη γωνία τριβής της ασυνέχειας (φ = 10°-45°) επιβεβαιώνει την άμεση επίδραση των
μηχανικών χαρακτηριστικών της ασυνέχειας στην ευστάθεια: για φ < 17.5° ο στύλος βρίσκεται σε ζώνη υψηλής αστάθειας (FS ≤ 1.2), για φ = 25°-35° ο FS κυμαίνεται από 1.85 έως 2.25, ενώ για φ > 40° ο FS συγκλίνει ασυμπτωτικά, χωρίς να την υπερβαίνει, προς την τιμή αναφοράς του συμπαγούς πετρώματος. Παράλληλα, η στοχαστική ανάλυση της επίδρασης της πυκνότητας ρωγμάτωσης f αναδεικνύει μια έντονα μη γραμμική σχέση μεταξύ ρωγμάτωσης και κινδύνου αστοχίας: για f = 0.25 m/m² η πιθανότητα αστοχίας υπολογίζεται περίπου στο 15%, ενώ αυξάνεται απότομα σε περίπου 40-43% για f = 0.50 m/m² και σε 46-47% για f = 0.75 m/m², υποδεικνύοντας ότι η αύξηση της πυκνότητας των μικρορωγμών δεν επιδρά απλώς προσθετικά αλλά επιταχύνει δυσανάλογα τον κίνδυνο ολικής κατάρρευσης του στύλου. Τα ευρήματα αυτά αναδεικνύουν την αναγκαιότητα ενσωμάτωσης πιθανοτικών κριτηρίων, πέραν των παραδοσιακών ντετερμινιστικών προσεγγίσεων, στον γεωτεχνικό σχεδιασμό στύλων σε ρηγματωμένη βραχομάζα. Τέλος, προτείνονται κατευθύνσεις για μελλοντική έρευνα, όπως η αξιοποίηση αλγορίθμων μηχανικής μάθησης και στατιστικής ομαδοποίησης, η πειραματική και αριθμητική προσομοίωση τεχνητών ασυνεχειών, η εισαγωγή ανισότροπων και μη γραμμικών καταστατικών μοντέλων, καθώς και η διερεύνηση δυναμικών και χρονικά εξαρτώμενων φαινομένων ερπυσμού.
Λέξεις-κλειδιά: Μικρο-ρωγμάτωση, Ευστάθεια στύλων, Μέθοδος θαλάμων και στύλων, DDM, MATLAB, FLAC2D.
 

Abstract: The subject of this diploma thesis is the investigation and assessment of the effect of micro-cracking on the stability of pillars in underground mining operations using the room-and-pillar method. Rock mass in nature is rarely an ideal, continuous, and homogeneous medium; on the contrary, it is characterized by imperfections such as pores, discontinuities, and micro-cracks, which drastically degrade the mechanical properties of the rock. The aim of the thesis is to understand how this micro-cracking translates into a macroscopic loss of the pillar's load-bearing capacity, one of the most contemporary and demanding problems in rock mechanics. To this end, the study combines two complementary numerical approaches: the analytical Displacement Discontinuity Method (DDM), implemented in the MATLAB environment and oriented toward the geometry and mechani-cal behavior of the crack itself, and large-scale finite-difference simulations in the FLAC2D software, which capture the macroscopic elastoplastic behavior of the rock mass based on the Mohr-Coulomb criterion.
The general framework of underground mining operations and excavation methodologies is presented first, with emphasis on the production cycle of the room-and-pillar method and the role of the width-to-height ratio (W/H) in pillar stability. The theoretical background of the problem is then developed: the linear, isotropic Hooke's law with constant elastic parameters is adopted for the elastic behavior of the material, while plastic deformation is considered permanent and irreversible, beginning at the yield limit; the Mohr-Coulomb, Griffith, and Hoek-Brown failure criteria are also
presented, along with the mechanisms of micro-cracking and progressive rock failure, such as axial splitting and surface spalling. This is followed by a description of the implementation of the numerical models in FLAC2D and the corresponding DDM code in MATLAB, as well as the processing and presentation of the results.
The results of the two methods converge satisfactorily for the reference case without a discontinuity (FS = 3.32 in FLAC2D versus FS = 3.19 in DDM, a deviation of ~4.1%), confirming the validity of the model's assumptions and elastic properties. The sensitivity study of FS with respect to the friction angle of the discontinuity (φ = 10°-45°) confirms the direct effect of the discontinuity's mechanical characteristics on stability: for φ < 17.5°, the pillar lies within a zone of high instability (FS ≤ 1.2); for φ = 25°-35°, FS ranges from 1.85 to 2.25; while for φ > 40°, FS converges asymptotically, without exceeding it, toward the reference value of the intact rock. In parallel, the stochastic analysis of the effect of fracture density f reveals a strongly nonlinear relationship between fracturing and failure risk: for f = 0.25 m/m², the probability of failure is estimated at approximately 15%, while it rises sharply to approximately 40-43% for f = 0.50 m/m² and to 46-47% for f = 0.75 m/m², indicating that increasing micro-crack density does not act merely additively but disproportionately accelerates the risk of total pillar collapse. These findings highlight the need to incorporate probabilistic criteria, beyond traditional deterministic approaches, into the geotechnical design of pillars in fractured rock masses. Finally, directions for future research are proposed, including the use of machine learning and statistical clustering algorithms, experimental and numerical simulation of artificial discontinui-ties, the introduction of anisotropic and nonlinear constitutive models, and the investigation of dynamic and time-dependent creep phenomena.
Keywords: Micro-cracking, Pillar stability, Room-and-pillar method, DDM, MATLAB, FLAC2D.

Τίτλος εργασίας στα αγγλικά: Water balance simulation of artificial wetlands with integration of groundwater flows.

Τίτλος εργασίας: Προσομοίωση του υδατικού ισοζυγίου τεχνητών υγροτόπων με ενσωμάτωση της ροής υπόγειων υδάτων.

Τριμελής εξεταστική επιτροπή

1. Εμμανουήλ Βαρουχάκης, επικ. καθηγ. σχολής ΜΗΧΟΠ (Επιβλέπων)

2. Εμμανουήλ Στειακάκης, καθηγ. σχολής ΜΗΧΟΠ

3. Αγιουτάντης Ζαχαρίας, καθηγ.(Πανεπιστήμιο Kentucky)

Abstract
This thesis evaluates the water balance of a constructed wetland in the Olympiada mining
area, Chalkidiki, using simulations performed with the advanced module of Wetbud, a
software package for constructed wetland design. The objective is to evaluate the
hydrogeological behavior of the system in an active mining environment. The theoretical
background covers the operating principles of wetlands, the characteristics of groundwater
aquifers while potential evapotranspiration is estimated using the Penman-Monteith and
Thornthwaite methods. The study area is characterized by a complex geological setting of
gneiss and marble sequences hosting polymetallic ore deposits. The numerical model was
developed on a 36×52 cell grid with four hydrogeological layers and solved under transient
conditions for 54 time steps using a Newton-Raphson solver. The results reveal spatial
anisotropy in the hydraulic head distribution, with groundwater flow directed from the
Western recharge zones towards the Eastern discharge sector. Calibration at monitoring
point OGW02/OGW110 yielded NSE 0.0525 and RMSE 1.1982 m, confirming the model's
capacity to reproduce the principal spatiotemporal trend of groundwater behavior. The
findings demonstrate that the hydrological function of the wetland depends substantially on
subsurface hydrodynamics and the spatial distribution of hydraulic conductivity, with the
developed model serving as a decision-support tool for wetland management, design and
planning.

Τίτλος εργασίας: Επίδραση Μηχανικής Προεπεξεργασίας στις Αντοχές Ψαθυρών Υλικών.
Τίτλος εργασίας στα αγγλικά: The Effect of Mechanical Processing on the Strength of Brittle Materials.

Τριμελής εξεταστική επιτροπή

1.Γεώργιος Ξηρουδάκης, Επικ. Καθηγητής σχολής ΜΗΧΟΠ (επιβλέπων)
2. Ευαγγελία Γαρίνη, επικ. Καθηγ. σχολής ΜΗΧΟΠ
3. Δρ. Γεώργιος Τριανταφύλλου, μέλος ΕΔΙΠ σχολής ΜΗΧΟΠ (συνεπιβλέπων)

Περίληψη

Η αξιοπιστία των εργαστηριακών μετρήσεων των μηχανικών ιδιοτήτων των ψαθυρών υλικών εξαρτάται καθοριστικά από τον τρόπο προετοιμασίας των δοκιμίων. Παρά τη σημασία της, η επίδραση της μηχανικής προεπεξεργασίας συχνά υποτιμάται. Η παρούσα διπλωματική εργασία διερευνά συστηματικά πώς η μέθοδος διαμόρφωσης των δοκιμίων επηρεάζει τη μετρούμενη μηχανική συμπεριφορά τσιμεντοκονίας, συγκρίνοντας δοκίμια που παρασκευάστηκαν με χύτευση σε καλούπι και με πυρηνοληψία.
Εξετάστηκαν δύο υλικά, λευκή και φαιά τσιμεντοκονία, μέσω δοκιμών μονοαξονικής θλίψης και έμμεσου εφελκυσμού (δοκιμή Brazilian). Για κάθε δοκίμιο προσδιορίστηκαν η αντοχή, το μέτρο ελαστικότητας (τέμνον και εφαπτομενικό), ο λόγος Poisson, η ενέργεια θραύσης (Gic) και η θραυστι-κή στιβαρότητα (Kic) και τα αποτελέσματα υποβλήθηκαν σε στατιστική ανάλυση, συμπεριλαμβανο-μένου ελέγχου σημαντικότητας μεταξύ των μεθόδων διαμόρφωσης.
Τα δοκίμια πυρηνοληψίας εμφάνισαν σημαντικά υψηλότερη θλιπτική αντοχή από τα δοκίμια καλουπιού και για τα δύο υλικά (+56% στο λευκό, +63% στο φαιό·p < 0,01), καθώς και υψηλότερο μέτρο ελαστικότητας. Η διαφορά αποδόθηκε στον συνδυασμό της ποιότητας των επιφανειών έδρασης ,με τα λεία πυρηνοληπτικά δοκίμια να εξασφαλίζουν καλύτερη μεταφορά φορτίου,της πυκνότερης δομής του υλικού και των μικρορωγμών που εισάγει η κοπή, ενώ στα λευκά δοκίμια συνέβαλε επιπλέον ο παράγοντας της αναλογίας νερού. Η επίδραση των επιφανειών φόρτισης επιβεβαιώθηκε από την εμφάνιση τοπικής θραύσης πριν από τη συνολική αστοχία σε πέντε από τα δεκαέξι δοκίμια καλουπιού, έναντι κανενός πυρηνοληπτικού. Στον έμμεσο εφελκυσμό, τα δοκίμια καλουπιού εμφάνισαν υψηλότερη ενέργεια θραύσης και στα δύο υλικά (+13,5% και +16,0%), σε συμφωνία με την αρχική υπόθεση, ενώ η μικρότερη αντοχή των φαιών χυτών δίσκων αποδόθηκε στην ακανόνιστη καμπυλότητα της περιφέρειάς τους.
Συμπερασματικά, η μετρούμενη αντοχή ενός ψαθυρού υλικού δεν είναι ανεξάρτητη από τον τρόπο προετοιμασίας του δοκιμίου· τα ευρήματα, συνεπή με τη διεθνή βιβλιογραφία, αναδεικνύουν τη μεθοδολογική σημασία της προσεκτικής προετοιμασίας των επιφανειών και του ελέγχου ποιότητας των δεδομένων στον αξιόπιστο χαρακτηρισμό ψαθυρών υλικών.
Λέξεις-κλειδιά: Τσιμεντοκονία, ψαθυρά υλικά, μηχανική προεπεξεργασία, μονοαξονική θλίψη, δοκιμή Brazilian.
 

Abstract: The reliability of laboratory measurements of the mechanical properties of brittle materials depends critically on the way specimens are prepared. Despite its importance, the effect of mechanical preprocessing is often underestimated. This thesis systematically investigates how the specimen-forming method influences the measured mechanical behaviour of cement mortar, by comparing specimens prepared by casting in a mould and by coring.
Two materials, white and grey cement mortar, were examined through uniaxial compression and indirect tensile (Brazilian) tests. For each specimen, the strength, the modulus of elasticity (secant and tangent), Poisson's ratio, the fracture energy (Gic) and the fracture toughness (Kic) were determined,
and the results were subjected to statistical analysis, including a significance test between the forming methods.
Cored specimens exhibited significantly higher compressive strength than moulded specimens for both materials (+56% for the white, +63% for the grey; p < 0.01), as well as a higher modulus of elasticity. The difference was attributed to a combination of factors: the quality of the loading surfaces —the smooth cored specimens ensuring better load transfer— the denser material structure, and the microcracks introduced by cutting; in the white specimens, the water-to-cement ratio contributed additionally. The effect of the loading surfaces was confirmed by local failure before global failure in five of the sixteen moulded specimens, compared with none of the cored ones. In the indirect tensile test, moulded specimens showed higher fracture energy for both materials (+13.5% and +16.0%), in line with the initial hypothesis, whereas the lower strength of the grey cast discs was attributed to the irregular curvature of their perimeter.
In conclusion, the measured strength of a brittle material is not independent of the way the specimen is prepared. The findings, consistent with international literature, highlight the methodological importance of careful surface preparation and of data quality control for the reliable characterization of brittle materials.
Keywords: Cement mortar, brittle materials, mechanical preprocessing, uniaxial compression, Brazilian test.

Τίτλος εργασίας: Εξαγωγή λιθίου μετά από μηχανική ενεργοποίηση – πύρωση πηγματίτη με Na₂SO₄.

Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή:

1. Καθηγητής Κων/νος Κομνίτσας, σχολής ΜΗΧΟΠ (Επιβλέπων)

2.Καθηγητής Μιχαήλ Γαλετάκης, σχολής ΜΗΧΟΠ

3.Δρ. Βασιλική Καρμάλη, μέλος ΕΔΙΠ σχολής ΜΗΧΟΠ

Περίληψη

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η εξαγωγή λιθίου (Li) από πηγματίτη, μέσω συνδυασμού μηχανικής ενεργοποίησης παρουσία θειικού νατρίου (Na₂SO₄) και πύρωσης και στη συνέχεια εκχύλισης. Παρασκευάστηκαν μείγματα πηγματίτη και Na₂SO₄ με αναλογία μάζας 1:1, τα οποία υποβλήθηκαν σε μηχανική ενεργοποίηση για 1 και 3h σε πλανητικό σφαιρόμυλο και στη συνέχεια πυρώθηκαν στους 900 και 1000°C για 1h. Τα πρότυπα XRD των προϊόντων πύρωσης έδειξαν ότι η αντίδραση μεταξύ πηγματίτη και Na₂SO₄ οδηγεί στον σχηματισμό των φάσεων LiNaSO₄, αλβίτη και σποδουμένη, με την αύξηση της θερμοκρασίας πύρωσης να ευνοεί τον σχηματισμό LiNaSO₄. Τα προϊόντα της πύρωσης υποβλήθηκαν σε εκχύλιση με 2mol/L (M) H₂SO₄, σε θερμοκρασίες 40 και 95°C και χρόνους 30, 120 και 240min, με λόγο στερεού προς υγρό (S/L) 0.10. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η εξαγωγή Li ευνοείται από την υψηλότερη θερμοκρασία πύρωσης (1000°C), την υψηλότερη θερμοκρασία εκχύλισης (95°C) και τη χρήση 2M H₂SO₄, ενώ η μηχανική ενεργοποίηση αποδείχθηκε καθοριστική παράμετρος. Χωρίς μηχανική ενεργοποίηση, η εξαγωγή Li παρέμεινε κάτω από 40%, ενώ μετά από 1h ενεργοποίηση αυξήθηκε σε 85.3% και μετά από 3h σε 89.2%. Η υψηλότερη τιμή εξαγωγής Li (89.2%) επιτεύχθηκε για μηχανική ενεργοποίηση 3h, πύρωση στους 1000°C για 1h και εκχύλιση με 2M H₂SO₄ στους 95°C για 120min. Η παρούσα διπλωματική εργασία επιβεβαίωσε ότι η συνδυασμένη εφαρμογή μηχανικής ενεργοποίησης, πύρωσης πηγματίτη με Na₂SO₄ και κατάλληλων συνθηκών εκχύλισης μπορεί να οδηγήσει σε υψηλό βαθμό εξαγωγής λιθίου, παρέχοντας βάση για περαιτέρω βελτιστοποίηση της διεργασίας με στόχο τη μείωση των ενεργειακών, οικονομικών και χημικών απαιτήσεων.
Το μετάλλευμα που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα διπλωματική προέρχεται από δείγμα που στάλθηκε στο Πολ. Κρήτης στα πλαίσια του έργου Horizon Europe LITHOS, “Cost-effective processing and refining of lithium into lithium hydroxide from strategic European multi-mineral lithium hard-rock projects”, https://lithos-horizon.eu/, Grant Agreement No. 101138112.

Λέξεις κλειδιά (Ελληνικά): πηγματίτης, θειικό νάτριο, θειικό οξύ, εκχύλιση, εξαγωγή λιθίου
Λέξεις κλειδιά (Αγγλικά): pegmatite, sodium sulfate, sulfuric acid, leaching, lithium extraction