Η μελέτη της νιτροποίησης στα φυσικά εδαφολογικά συστήματα είναι σημαντική όχι μόνο για αγρονομικούς λόγους αλλά και λόγω των αποτελεσμάτων της στο περιβάλλον. Δεδομένου ότι τα λιπάσματα της ουρίας και αμμωνίου περιλαμβάνουν τον συνολικό όγκο των λιπασμάτων που χρησιμοποιούνται στην παγκόσμια γεωργία, το ποσοστό νιτροποίησης είναι ένας βασικός παράγοντας που καθορίζει τις πιθανές απώλειες του Ν. Συσσωρευμένο NO3 μπορεί να μειωθεί από το εδαφικό οικοσύστημα μέσω της διύλισης και της διάσπασης νιτρικών, οι οποίες προκαλούν τη ρύπανση των υδάτων εδάφους και επιφάνειας και τις αεριώδεις εκπομπές στη ατμόσφαιρα Η παρούσα εργασία ασχολήθηκε με την νιτροποίηση, (βιολογική οξείδωση της αμμωνίας) που υλοποιείται από δύο διαφορετικές κατηγορίες αυτότροφων βακτηριών. Η πρώτη ομάδα (νιτρωδοποιητές) μετατρέπει την αμμωνία ( ) σε νιτρώδη ( ) και στη συνέχεια η δεύτερη ομάδα, οι νιτρικοποιητές, οξειδώνει περαιτέρω το ενδιάμεσο προϊόν σε νιτρικά. Ακολούθως προαιρετικά αερόβιοι ετερότροφοι μικροοργανισμοί με τη βοήθεια οργανικής πηγής άνθρακα σε αναερόβιο περιβάλλον μετατρέπουν το νιτρικό άζωτο σε αέριο άζωτο (απονιτροποίηση). Το στάδιο της απονιτροποίησης δεν θα μας αποασχολήσει στην παρούσα εργασία. Τα βακτήρια που είναι υπεύθυνα για την οξείδωση της αμμωνίας είναι τα (ammonium oxidizing bacteria) ή νιτρωδοβακτήρια, ενώ τα βακτήρια που οξειδώνουν τα νιτρώδη σε νιτρικά είναι τα νιτρικοβακτήρια. Βακτήρια των γενών Nitrosomonas συμμετέχουν στο πρώτο στάδιο της νιτροποίησης. Στο δεύτερο στάδιο περιλαμβάνεται το γένος Nitrobacter. Με μια σειρά πειραμάτων φυσικού και τεχνητού χώματος, με την παρουσία ή μη μικροοργανισμών, μελετάμε την κινητική της νιτροποίησης και τους παράγοντες που ενδεχομένως επιδρούν στην κινητική αυτή, καθώς και τους παράγοντες που παρεμποδίζουν την νιτροποίηση. / The study of nitrification in the natural soil' systems is important not only for agronomic reasons but also because of its potentials effects on the environment. Since urea and ammonium fertilizers comprise the bulk of total fertilizer N uzed in world agriculture, the rate of nitrification is a basic factor determining potential losses of N. Accumulated NO3 can be depleted from the grassland ecosystem via leaching and denitrification, which cause ground and surface water pollution and gaseous emissions to the atmosphere. The present work is about the nitrification, (biological oxidation of ammonia) that is materialized by two different categories of autotrophic bacteria. The first group (ammonia oxidizers) converts ammonium ( ) to nitrite ( ), then the second group, nitrite oxidizers, oxidizes further the intermediate product to nitrate. Denitrification is the biological process, which is responsible for the removal of nitrogen in the form of nitrate and/or nitrite by conversion to nitrogen gas. The stage of denitrification won’t occupy us in the present work. The bacteria responsible for biological oxidation of ammonia are (ammonium oxidizing bacteria), while the bacteria that oxidize nitrite to nitrate are nitrite oxidizers. Bacteria of genders Nitrosomonas participate in the first stage of nitrification. In the second stage the gender Nitrobacter is included. With a row of experiments including natural and artificial soil, and with the presence or not of micro-organisms, we study the kinetics of nitrification and the factors that potential influence this kinetics, as well as the factors that impede the nitrification.

- / -

Έγιναν 12 αβαθείς γεωτρήσεις (μέγιστο βάθος 1,5m) και λήφθηκαν δείγματα ανά 10 εκατοστά, στο νότιο τμήμα της λεκάνης Δαμασίου στη Θεσσαλία. Το σύνολο των δειγμάτων (36 δείγματα) αναλύθηκαν στο εργαστήριο και έγινε επί τόπου περιγραφή των πυρήνων των γεωτρήσεων. Έπιπλέον έγινε λεπτομερής χαρτογράφηση των εδαφών σε κλίμακα 1:5000. Ο στόχος της διατριβής ήταν να υπολογισθεί ο ρόλος των εδαφικών τύπων στην κατείσδυση του νερού στο καρστικό σύστημα Αμυγδαλέας - Τυρνάβου. Τα στοιχεία που προέκυψαν από τις αναλύσεις δείχνουν ότι μόνο κατά θέσεις ενισχύεται το καρστικό σύστημα, αφού η περατότητα΄που υπολογίσθηκε ήταν μικρή. Το μεγαλύτερο μέρος του ύψους της βροχής απορρέει προς τον Τιταρήσιο ποταμό, που βρίσκεται πλησίον της λεκάνης στο βόρειο τμήμα αυτής. / This study is based on a series of 12 shallow boreholes at a maximum depth of about 1,5m, within the southermost part of Damasion basin, Thessaly. From the boreholes we collected 36 soil samples for laboratory analysis while the entire borehole were described in the field using Mansel Index and lithology description. in the laboratoty samples were analysed for grain size analysis, moisture, plasticity, liquid limiti and placticity. In addition the study area were mapped in a scale of 1:5000. In this study, we have taken the opportunity to investigate the role of the soil in the infiltration of water to the karst system Amugdalea - Tyrnabou. The results showed that only in same places water contributed in the underground movement of the karst system. The hydraulic contuctivity had poor to medium values.

Στην εργασία αυτή αρχικά πραγματοποιείται μια σύντομη περιγραφή της γεωλογίας του νομού Αχαΐας με παράθεση στοιχείων της σεισμικότητάς της ευρύτερης περιοχής καθώς και παράθεση υδρομετεωρολογικών στοιχείων. Η σπουδαιότητα των στοιχείων αυτών έγκειται στην κατανόηση του ευρύτερου γεωλογικού περιβάλλοντος στο οποίο ανήκουν και οι σχηματισμοί των οποίων οι ιδιότητες διερευνήθηκαν. Ακολουθεί η περιγραφή των εργαστηριακών δοκιμών που εκτελέστηκαν, σύμφωνα με τις προδιαγραφές της ισχύουσας νομοθεσίας αλλά και της διεθνούς πρακτικής. Στη συνέχεια σχολιάζονται θέματα σχετικά με την δειγματοληψία και την περιγραφή των γεωλογικών σχηματισμών που απασχολούν την εργασία αυτή. Παρουσιάζονται αναλυτικά ο τρόπος και οι θέσεις λήψεως δειγμάτων, ενώ παρέχονται και στοιχεία από τη γεωλογία της εκάστοτε περιοχής σε μια προσπάθεια να συγκεντρωθούν κατά το δυνατόν περισσότερα δεδομένα που συσχετίζονται με τους εδαφικούς σχηματισμούς που μελετήθηκαν. Δίνονται, τέλος, τα αποτελέσματα των εργαστηριακών δοκιμών και παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν, ενώ παρατίθενται και τα πλήρη στοιχεία που αφορούν στην εκτέλεσή τους. Στα πλαίσια του στόχου της πλήρους ανάλυσης και της απόδοσης μιας ολοκληρωμένης εικόνας των σχηματισμών, εκτελέστηκαν, πλέον των εργαστηριακών δοκιμών προσδιορισμού των παραμέτρων διατμητικής αντοχής και δοκιμές προσδιορισμού των αντίστοιχων παραμέτρων που σχετίζονται με τις φυσικές τους ιδιότητες. Με τα στοιχεία που προέκυψαν έγινε μια απόπειρα συσχετισμού των μεγεθών μεταξύ τους, ώστε να διαφανούν πιθανές εξαρτήσεις και να εξηγηθούν διαφοροποιήσεις στα αποτελέσματα των δοκιμών. / In this essay there is initially presented a short description of the geology of prefecture Achaia with apposition of data of it’s wider region seismicity as well as apposition of hydrometeorological data. The importance of presenting this data lies in the comprehension of the wider geological environment in which the formations of this work’s interest belong. Then there follows the description of laboratorial tests that were executed, according to the specifications as presented in effect legislation but also set by international practice. There are also presented subjects with regard to the sampling methods and the description of geological formations that occupy this work’s area of interest. There are analytically presented the way and the sites of reception of samples, while there is also analyzed information regarding to the geology of each site in order to collect as much data connected to the soils that were studied as possible. There are finally presented the results of laboratorial tests (and also the conclusions that resulted). In the objective of complete analysis and the understanding of the marl-type soils that were investigated, along with the elements that resulted, there was an attempt of correlation between shear strength parameters and soil properties, so that should emerge likely dependences and would be explained differentiations in the results of laboratory testing.

Η ρύπανση από τα Υγρά Απόβλητα Ελαιοτριβείων (OMW) αποτελεί περιβαλλοντικό πρόβλημα με ιδιαίτερη σημασία όχι μόνο για την Ελλάδα, αλλά και για όλες τις ελαιοπαραγωγικές χώρες. Η διατάραξη που προκαλούν τα OMW, στα φυσικά οικοσυστήματα, οφείλεται κυρίως στο πολύ υψηλό οργανικό φορτίο που φέρουν, με τιμές του BOD5 να κυμαίνονται στα 20-50 g/l και του COD στα 60-150 g/l. Στην παρούσα εργασία εξετάσθηκε αρχικά, η επίδραση της ενσωμάτωσης στο έδαφος (S) του εξαντλημένου υποστρώματος καλλιέργειας του εδώδιμου μακρομύκητα Pleurotus ostreatus (SMS), το οποίο αποτελείται από άχυρο αποικισμένο από το μυκήλιο του μύκητα, και του άχυρου σιταριού (WHS), στην αποδόμηση των OMW μετά την εφαρμογή τους στο μίγμα. Η ανάμιξη με έδαφος έγινε σε συγκεντρώσεις 0, 10, 50 g SMS και WHS αντίστοιχα, ανά 500 g αμμοπηλώδους S. Στη συνέχεια τα μίγματα S + SMS και S + WHS ποτίστηκαν με OMW, σε ποσότητα ίση με το 60% ή το 100% της υδατοϊκανότητας του εδάφους, και επωάστηκαν για 40 ημέρες. Στο υδατικό εκχύλισμα των μιγμάτων πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις Ολικών Φαινολικών, Αποχρωματισμού, και του Δείκτη Βλαστικότητας (GI) σπερμάτων κάρδαμου, μετά την παρέλευση χρόνου T=0, 20, 40 ημέρες από την εφαρμογή των OMW στα μίγματα. Παρατηρήθηκε ότι στο χρόνο Τ=0 ημέρες (άμεση εκχύλιση φαινολικών μετά την εφαρμογή OMW) δεν υπήρξαν σημαντικές διαφοροποιήσεις της τιμής των Ολικών Φαινολικών και για τα δύο επίπεδα εφαρμογής OMW (60% και 100% της υδατοϊκανότητας του εδάφους), με εξαίρεση μια ελαφρά μείωση των επανακτούμενων φαινολικών στη μεγάλη δόση εφαρμογής του SMS (S + SMS 50). Στο χρόνο T=20 ημέρες η μεγάλη δόση εφαρμογής WHS (S + WHS 50) έδωσε τις μικρότερες τιμές επανακτούμενων φαινολικών (μικρότερες κατά 75% τουλάχιστον σε σύγκριση με το μάρτυρα S και στις δύο δόσεις εφαρμογής των OMW). Τέλος στο χρόνο T=40 ημέρες, όλες οι επεμβάσεις παρουσίαζαν μειωμένη επανάκτηση φαινολικών σε σύγκριση με το μάρτυρα (S) με την εφαρμογή WHS να δίνει τις μεγαλύτερες μειώσεις για την χαμηλή εφαρμογή OMW (60%) αλλά να μη διαφοροποιείται του SMS στη υψηλή δόση εφαρμογής (100%). Aποχρωματισμός των υδατικών εκχυλισμάτων δεν παρατηρήθηκε στα μίγματα S + SMS και S + WHS σε σχέση με το S. Παρατηρήθηκε μόνο μια ελαφρά μείωση (10-20%) αμέσως μετά την εφαρμογή OMW (T=0) στις επεμβάσεις με WHS. Οι δύο δόσεις εφαρμογής SMS και η μικρή δόση εφαρμογής WHS εμφάνισαν Δείκτη Βλαστικότητας υψηλότερο και από το μαρτύρα (S) στο χρόνο Τ=40, όχι όμως και η μεγάλη δόση WHS. Επίσης στην παρούσα εργασία εξετάστηκε η συμβολή της φυσικής μικροβιακής χλωρίδας του εδάφους και των OMW, στην αποδόμηση των OMW μετά την εφαρμογή τους στο έδαφος. Το έδαφος αποστειρώθηκε θερμικά, ενώ τα OMW αποστειρώθηκαν με τη χρήση φίλτρων Nalgene 0,2μm. Η δοκιμή περιλάμβανε επεμβάσεις με αποστειρωμένο έδαφος και αποστειρωμένο OMW (AS - AOMW), αποστειρωμένο S και μη αποστειρωμένο OMW (AS - OMW), μη αποστειρωμένο S και αποστειρωμένο OMW (S - AOMW) και μη αποστειρωμένο S και OMW (S - OMW). Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις των Ολικών Φαινολικών στους χρόνους Τ=0, Τ=3, Τ=30 ημέρες, και της Αναπνευστικής Δραστηριότητας (CO2-C) στους χρόνους Τ= 1, 3, 6, 12, 30 ημέρες από την προσθήκη των OMW στο έδαφος. Παρατηρήθηκε ελαχιστοποίηση της επανάκτησης φαινολικών από το έδαφος από το χρόνο Τ=3 ημέρες και μετά. Η εφαρμογή μη αποστειρωμένων OMW αποκατέστησε κατά το 1/3 την αναπνευστική δραστηριότητα του αποστειρωμένου εδάφους. Η αναπνευστική δραστηριότητα ήταν μεγαλύτερη στις επεμβάσεις όπου δεν αποστειρώθηκε το έδαφος και/ η τα OMW, και δεν συσχετίστηκε με μεγαλύτερη μείωση των φαινολικών, οδηγώντας στο συμπέρασμα ότι η βιολογική αποικοδόμηση έχει δευτερεύοντα ρόλο στη μείωση των φαινολικών των OMW στο έδαφος. Τέλος στα μίγματα S+SMS και S+WHS όπου εφαρμόστηκαν τα OMW παρατηρήθηκε επιφανειακή ανάπτυξη αποικιών μυκήτων. Πραγματοποιήθηκε απομόνωση τους σε καθαρές καλλιέργειες και διερευνήθηκε η ικανότητα τους να αποδομούν τα OMW. Αρχικά αξιολογήθηκε η μυκηλιακή αύξηση τους σε τριβλία Petri που περιείχαν ως υπόστρωμα αποστειρωμένα OMW. Στη συνέχεια εξετάστηκαν 19 επιλεγμένα στελέχη μυκήτων ως προς την ικανότητα τους να αποδομούν αποστειρωμένα OMW σε υγρές καλλιέργειες. Μετά από επώαση για τριάντα ημέρες σε ελεγχόμενες συνθήκες 25° C, παρατηρήθηκε μείωση των ολικών φαινολικών των υγρών καλλιεργειών στις καλλιέργειες των στελεχών 5.1, 4.15 και 3.5 όπου πέτυχαν να μειώσουν τα ολικά φαινολικά κατά 12,84, 10,06, και 13,3% αντίστοιχα σε σχέση με αυτά του μάρτυρα (καθαρό OMW 100 %). Σημαντική μείωση του χρώματος του OMW δεν επιτευχθεί από κανένα στέλεχος. Το 4.22 πέτυχε οριακά να αποχρωματίσει κατά 9,63 % το OMW. Ενδιαφέρον παρουσίασε η ικανότητα σημαντικής μείωσης της Φυτοτοξικότητας από το στέλεχος 5.2 (κατά 59%) χωρίς παράλληλα να επιτύχει αντίστοιχη μείωση των Ολικών Φαινολικών. / Pollution caused by Olive Mill Wastewaters (OMW) constitutes an environmental problem of particular importance not only for Greece, but also for all other olive-oil production countries. The perturbation that OMW cause in the natural ecosystems is mainly due to their very high organic charge (BOD5 20-50 g/l and COD in 60-150 g/l). In the present work, the effect of incorporation in soil of wheat straw (WHS) and exhausted Pleurotus ostreatus cultivation substrate (straw colonized by the mycelium of mushroom, SMS), was examined as a means to improve the decomposition of OMW after their application in the soil (S). WHS and SMS were mixed with soil at concentrations of 0, 10, and 50 g per 500 g of soil. Then the mixes were irrigated with two doses of OMW at 60% and 100% of soil water holding capacity respectively and were subsequently incubated for 40 days. In the water extract of mixes the following measurements were performed: Total phenolics, decoloration and germination index (GI) determinations using seeds of cardamon at T= 0, 20 and 40 days from the application of OMW in the mixes. At T=0 recovery of phenolics was already small and similar for all treatments with a trend for greater reduction in the high application level of SMS. After 20 days (T=20) the high level of WHS application resulted in the smaller values of recovered phenolics (about 75% of the control S, in both doses of OMW). Finally after 40 days, all the treatments presented decreased recovery of phenolics compared to the control (S). At that time the application of WHS gave the smallest recovery for the small dose of OMW (60%) but did not differ from the SMS application in the high OMW dose (100%). Decoloration of OMW was not observed in any mixes with SMS or WHS The two levels of SMS application and the small level of WHS application presented igermination indexes higher than the control (S) at time T=40, but the high level of WHS did not. The contribution of the microbial flora of soil and OMW, in the degradation of OMW following their application in the soil was also tested. The soil was autoclaved twice whereas the OMW was sterilized by the use of filters (Nalgene 0,2mm). The trial included treatments with (a) sterilized soil and sterilized OMW (AS - AOMW), (b) sterilized S and not sterilized OMW (AS - OMW), (c) not sterilized S and sterilized OMW (S – AOMW) and (d) not sterilized S and OMW (S - OMW). Measurements of total phenolics at times T=0, T=3, T=30 and of respiratory activity (CO2-C) at times T = 1, 3, 6, 12, 30 days after the addition of OMW in the soil were performed. Minimisation of recovered phenolics from the soil was observed from time T = 3 days and afterwards in the treatments. The application of non-sterilized OMW in sterilized soil restored about 1/3 of the respiratory activity of the non-steilized control treatment. The respiratory activity was greater in the opposite treatment where sterilized OMW was applied in non-sterilized soil but was not connected to greater reduction of total phenolics, leading to the conclusion that the biological degradation has a secondary role in the reduction of OMW phenolics, in soil. In the mixes of soil with SMS and WHS surface fungal growth was observed following the application of OMW. They were isolated in pure cultures and their ability to degrade OMW was investigated. Initially their mycelial growth in Petri dishes that contained solidified sterilized OMW was tested. Based on this screening 19 fungal strains were selected and tested for their ability to degradate sterilized OMW in liquid cultures. After incubation for 30 days at 25° C reduction of total phenolics was observed in the cultures of three strains (5.1, 4.15 and 3.5), that decreased total phenolics by 12,84, 10,06, and 13,3% respectively compared to the control (non-inoculated OMW). Significant reduction of OMW colour was not achieved by any strain, (4.22 achieved marginal decolorisation by 9,63% compared to control). Interestingly significant reduction of phytotoxicity was observed for strain 5.2 (reaching 59%) without a parallel reduction in total phenolics.

- / -

- / -

The problem of pile - soil interaction is examined in the Thesis at hand by means of both theoretical analyses and experimental investigations. Pile foundations in seismically prone areas are subjected to both direct loading, such as axial and lateral forces imposed at their heads, resulting from a phenomenon known as inertial interaction, and indirect loading along their body, such as imposed displacements due to the passage of various types of seismic waves, resulting from a phenomenon known as kinematic interaction. Along this vein, a family of analytical models of the Tajimi type are presented in the framework of linear elastodynamic theory to explore the effects of axial and lateral pile - soil interaction in homogeneous and inhomogeneous soil under static and dynamic (kinematic and inertial) loading. Apart from simplified two-dimensional models of the Baranov - Novak type, few analytical solutions are available to tackle these problems in three dimensions, the majority of which are restricted to the analysis of an elastic half space under static conditions. The proposed models are based on a continuum solution pioneered by Japanese investigators (notably Matuso & Ohara and Tajimi) in the 1960’s. In the realm of this approach the soil is modelled as a continuum, while the pile is conveniently modelled as a rod or a beam by strength-of-materials theory. Displacements and stresses are expressed through Fourier series in terms of the natural modes of the soil medium. Fundamental to the analysis presented in this study is that the influence of horizontal soil displacement on axial pile response and vertical displacement on lateral response, respectively, are negligible. However, their effect on stresses is not negligible which differentiates the proposed models from the classical Tajimi solutions in which the aforementioned displacements are set equal to zero. The above approximations are attractive, as they lead to a straightforward uncoupling of the equations of motions, even in inhomogeneous media, unlike the classical elastodynamic theory where the uncoupling is generally impossible in presence of inhomogeneity. Although approximate, the proposed models are advantageous over available analytical models and rigorous numerical schemes, as they require relative simple computations and provide excellent predictions of pile response at the frequency ranges of interest in earthquake engineering and geotechnics. In addition, they are advantageous over existing simplified analytical approaches of the Winkler type, as they are more accurate, self - standing, free of empirical constants and provide more realistic simulation of the problem. The main advantage over numerical methods (finite and boundary elements) lies in the derivation of the solution in closed form and the elucidation of complex mechanisms related to the dynamic interaction phenomenon, such as radiation damping and wave propagation in in homogeneous media. The main goal of the theoretical effort lies in the derivation of solutions in closed - form for: (i) the static stiffness and the dynamic impedances (dynamic stiffness and damping coefficients) at the pile head, (ii) translational and rotational kinematic response factors (pile head displacement or rotation over free-field response), (iii) actual, depth- dependent, Winkler moduli (spring and damping coefficients), (iv) corresponding average, depth- independent, Winkler moduli to match the pile head stiffness. In addition, simple approximate formulae for Winkler moduli to be used in engineering practice are proposed, to improve the predictions of Winkler models. Pile-to-pile interaction is investigated on the basis of the superposition method for axially loaded piles. Closed-form expressions for attenuation functions are derived to be used individually or in conjunction with more elaborate methods providing more accurate predictions for static and dynamic interaction factors to assess the vertical stiffness of pile groups. New dimensionless frequency ratios controlling pile response are introduced. Finally, new solutions are added in the context of analytical Winkler models for investigating the behaviour of piles under kinematic loading due to vertically-propagating S waves. Emphasis is given on the influence of boundary conditions of the pile. With reference to kinematic pile bending, insight into the physics of the problem is gained through a rigorous superposition scheme involving an infinitely-long pile excited kinematically, and a pile of finite length excited by a concentrated force and a moment at the tip. Contrary to the classical elastodynamic theory where pile response is governed by six dimensionless ratios, in the realm of Winkler theory three only ratios suffice to fully describe the interaction problem, from which the mechanical slenderness and the effective dimensionless frequency are introduced for the first time. The selection of an appropriate value for the Winkler modulus in the accuracy of the kinematic Winkler model is demonstrated. The theoretical results are compared to new experimental data obtained from a series of tests on piles carried out on scaled models performed on the shaking table at University of Bristol Laboratory (BLADE) within the framework of the Seismic Engineering Research Infrastructures (SERIES) program, sponsored by FP7, and contribute in the investigation of pile - soil interaction. / Στην παρούσα διατριβή εξετάζεται το πρόβλημα της αλληλεπίδρασης πασσάλου - εδάφους μέσω συνδυασμένης θεωρητικής ανάλυσης και πειραματικής διερεύνησης. Οι πάσσαλοι, ως μέσο θεμελίωσης σε σεισμογόνες περιοχές, υπόκεινται σε άμεση φόρτιση στην κεφαλή, μέσω δυνάμεων και ροπών, ως αποτέλεσμα του φαινομένου της αδρανειακής αλληλεπίδρασης, αλλά και σε έμμεση φόρτιση σε όλο τους το μήκος, μέσω επιβαλλόμενων εδαφικών μετακινήσεων, ως αποτέλεσμα του φαινομένου της κινηματικής αλληλεπίδρασης. Στην κατεύθυνση αυτή παρουσιάζεται η ανάπτυξη οικογένειας αναλυτικών προσομοιωμάτων τύπου Tajimi, στο πλαίσιο της γραμμικής ελαστοδυναμικής θεωρίας, για τη διερεύνηση της αξονικής και πλευρικής αλληλεπίδρασης πασσάλου - εδάφους σε ομοιογενείς και ανομοιογενείς εδαφικούς σχηματισμούς, υπό στατική και δυναμική φόρτιση κινηματικής και αδρανειακής μορφής. Εκτός από απλοποιημένα διδιάστατα προσομοιώματα τύπου Baranov - Novak, ελάχιστες αναλυτικές λύσεις είναι διαθέσιμες σε τρεις διαστάσεις, οι περισσότερες των οποίων περιορίζονται στην ανάλυση ελαστικού ημίχωρου υπό στατικές συνθήκες. Τα προτεινόμενα προσομοιώματα βασίζονται σε μια πρωτοποριακή λύση συνεχούς μέσου (κατά Matsuo & Ohara και Tajimi) η οποία αναπτύχθηκε στη δεκαετία του 1960, αλλά δεν επεκτάθηκε ουσιαστικά μέχρι την παρούσα εργασία. Στο πλαίσιο αυτής της προσέγγισης το έδαφος προσομοιώνεται ως συνεχές μέσο και ο πάσσαλος ως ράβδος ή δοκός σύμφωνα με τη τεχνική θεωρία της κάμψης (παραδοχή επιπεδότητας των διατομών), ενώ οι μετακινήσεις και οι τάσεις εκφράζονται μέσω αναπτυγμάτων Fourier σε όρους των φυσικών ιδιομορφών του εδαφικού μέσου. Θεμελιώδης παραδοχή της προτεινόμενης ανάλυσης είναι ότι η επιρροή της οριζόντιας εδαφικής μετακίνησης στην αξονική απόκριση του πασσάλου, αλλά και η επιρροή της κατακόρυφης μετακίνησης στην πλευρική απόκριση θεωρούνται αμελητέες, ωστόσο η επίδρασή τους στις τάσεις είναι μη μηδενική, πράγμα που τις διαφοροποιεί από τις κλασσικές λύσεις τύπου Tajimi στις οποίες οι ανωτέρω μετακινήσεις μηδενίζονται. Οι ανωτέρω προσεγγίσεις κρίνονται ως ιδιαίτερα ελκυστικές καθώς οδηγούν στην άμεση απόζευξη των εξισώσεων της κίνησης, ακόμη και σε ανομοιογενή μέσα, αντίθετα με την κλασσική ελαστοδυναμική θεωρία, η απόζευξη είναι γενικώς αδύνατη παρουσία εδαφικής ανομοιογένειας. Παρά τον προσεγγιστικό τους χαρακτήρα, τα προτεινόμενα αναλυτικά προσομοιώματα πλεονεκτούν ως προς διαθέσιμα αναλυτικά προσομοιώματα και αυστηρά αριθμητικά σχήματα, καθώς απαιτούν σχετικά απλούς υπολογισμούς και παρέχουν εξαιρετικές προβλέψεις της απόκρισης του πασσάλου για το εύρος συχνοτήτων που παρουσιάζει ενδιαφέρον στη σεισμική μηχανική και τα γεωτεχνικά. Επιπρόσθετα, υπερτερούν ως προς υφιστάμενες αναλυτικές προσεγγίσεις τύπου Winkler, καθώς είναι ακριβέστερα, αυτόνομα, απαλλαγμένα από εμπειρικές σταθερές και προσφέρουν ρεαλιστικότερη προσομοίωση του προβλήματος. Το κύριο πλεονέκτημα έναντι των αριθμητικών μεθόδων (πεπερασμένα και συνοριακά στοιχεία) έγκειται στην εξαγωγή της λύσης σε κλειστή μορφή και στη διερεύνηση πολύπλοκων φαινομένων που σχετίζονται με την αλληλεπίδραση πασσάλου - εδάφους, όπως αυτό της απόσβεσης ακτινοβολίας και της διάδοσης κυμάτων στο έδαφος - ειδικά παρουσία ανομοιογένειας. Ο κύριος στόχος της θεωρητικής διερεύνησης υλοποιείται με την εξαγωγή λύσεων σε κλειστή μορφή για: (i) τη στατική και δυναμική στιφρότητα και απόσβεση στην κεφαλή του πασσάλου, (ii) τους συντελεστές κινηματικής απόκρισης σε μετάθεση και στροφή, (iii) τους πραγματικούς, συναρτήσει του βάθους, συντελεστές Winkler (συντελεστής στιφρότητας ελατηρίων και συντελεστής απόσβεσης), (iv) τους αντίστοιχους μέσους, ανεξάρτητους από το βάθος, συντελεστές Winkler. Επιπρόσθετα, παρουσιάζονται ακριβέστερες των διαθέσιμων στη βιβλιογραφία απλές προσεγγιστικές σχέσεις για τον υπολογισμό του συντελεστή Winkler με σκοπό τη βελτίωση της ακρίβειας των προσομοιωμάτων Winkler. Διερευνάται η αλληλεπίδραση πασσάλου προς πάσσαλο στην περίπτωση αξονικά φορτισμένων πασσάλων με βάση την αρχή της επαλληλίας. Εξάγονται λύσεις σε κλειστή μορφή για τις συναρτήσεις εξασθένισης ώστε να χρησιμοποιηθούν αυτόνομα ή σε συνδυασμό με πιο εκλεπτυσμένες λύσεις δίνοντας με στόχο ακριβέστερες προβλέψεις για τους συντελεστές αλληλεπίδρασης, οδηγώντας έτσι σε πιο ρεαλιστικές εκτιμήσεις της κατακόρυφης στιφρότητας ομάδας πασσάλων. Εισάγονται νέοι αδιάστατοι λόγοι συχνοτήτων που καθορίζουν την απόκριση του πασσάλου. Τέλος, παρουσιάζονται νέες λύσεις σε αναλυτικά προσομοιώματα Winkler για τη διερεύνηση της συμπεριφοράς πασσάλων υποκείμενων σε φόρτιση λόγω της κατακόρυφης διάδοσης διατμητικών κυμάτων στο έδαφος, με έμφαση στην επίδραση των οριακών συνθηκών του προβλήματος. Σε αντίθεση με την κλασσική ελαστοδυναμική θεωρία που η απόκριση του πασσάλου καθορίζεται από έξι αδιάστατους λόγους, στο πλαίσιο της θεωρίας Winkler επαρκούν μόνο τρεις για την πλήρη περιγραφή της αλληλεπίδρασης πασσάλου - εδάφους, εκ των οποίων η μηχανική λυγηρότητα και η ενεργός αδιάστατη συχνότητα παρουσιάζονται για πρώτη φορά. Καταδεικνύεται η σημασία επιλογής της κατάλληλης τιμής του συντελεστή Winkler στην ακρίβεια των εν λόγω προσομοιωμάτων. Προτείνεται σύστημα υπέρθεσης που αποτελείται από ένα απειρομήκη πάσσαλο που διεγείρεται κινηματικά και έναν πάσσαλο πεπερασμένου μήκους που υπόκειται σε αδρανειακή φόρτιση για τη διαλεύκανση της λειτουργίας του θεμελιώδους μηχανισμού που καθορίζει την κινηματική κάμψη του πασσάλου. Τα θεωρητικά αποτελέσματα συγκρίνονται με νέα πειραματικά δεδομένα από σειρά δοκιμών σε διάταξη πασσάλων υπό κλίμακα που εκτελέστηκαν στο σεισμικό προσομοιωτή του Πανεπιστήμιου του Bristol στο πλαίσιο του Ευρωπαϊκού Προγράμματος SERIES, το οποίο χρηματοδοτήθηκε από το κοινοτικό πλαίσιο FP7 που συμβάλλουν στην περαιτέρω διερεύνηση του φαινομένου της κινηματικής αλληλεπίδρασης εδάφους - πασσάλου.

Η σύγχρονη επιστήμη της εξωτερικής βλητικής έχει εξελιχθεί ως εξειδικευμένος κλάδος της δυναμικής των στερεών σωμάτων, που κινούνται υπό την επίδραση της βαρύτητας και των αεροδυναμικών δυνάμεων και ροπών. Στην παρούσα διατριβή μελετάται η προσομοίωση του δυναμικού μοντέλου ατμοσφαιρικής τροχιάς των 6 βαθμών ελευθερίας (6-DOF), εφαρμόζεται για ακριβή πρόβλεψη τροχιών από διάφορες γωνίες βολής σε μικρά και σε μεγάλα βεληνεκή και γίνεται σύγκριση με το γραμμικό μοντέλο τροχιάς, για περιστρεφόμενα ή μη περιστρεφόμενα βλήματα και σφαίρες λαμβάνοντας υπόψη τον αριθμό Mach και τις μεταβολές της συνολικής γωνίας εκτροπής σε σχέση με τους μεταβλητούς και σταθερούς αεροδυναμικούς συντελεστές. Επίσης, μελετώνται τα δύο είδη ευστάθειας του βλήματος: η στατική ή γυροσκοπική ευστάθεια που αφορά τη στατική θέση ισορροπίας του βλήματος και η δυναμική ευστάθεια που αφορά την κινητική του κατάσταση. Η λύση της διαφορικής εξίσωσης για ολοκληρωμένη ή απλοποιημένη κίνηση περιστρεφόμενων αξονοσυμμετρικών βλημάτων, μπορεί να μας περιγράψει την ακρογωνιαία φύση της επικυκλικής κίνησης των βλημάτων. Τέλος, αναπτύσσεται νέα σχέση υπολογισμού της επίδρασης του φαινόμενου της αεροδυναμικής αναπήδησης της ταχύτητας για περιστρεφόμενα βλήματα τα οποία πυροδοτούνται οριζόντια από μεταβλητές γωνίες, μέσα από ιπτάμενο όχημα (ελικόπτερο, πολεμικό αεροπλάνο). / On the battlefield, it is well known that the target effects using artillery systems diminish exponentially with the number of rounds fired at a particular target. To maximize target effects, rounds must be designed to hit a target with a minimum number of rounds that impact the target in rapid succession. The modern science of the exterior ballistics has evolved as a specialized branch of the dynamics of rigid bodies, moving under the influence of gravitational and aerodynamic forces and moments. The six degrees of freedom (6-DOF) simulation flight dynamics model is applied for the accurate prediction of short and long-range trajectories of high and low fin spin-stabilized projectiles and small bullets. Variable coefficients of aerodynamic forces, moments and Magnus effects are taken into account depending on Mach number and total angle of attack variations. The above analysis is compared to the modified linear modified simulation model for rapid trajectory predictions and high accuracy impact point computations for constant and variable aerodynamic coefficients is also applied for the accurate prediction of short and long range trajectories. The computational results of the proposed synthesized analysis give satisfactory agreement with other technical data and recognized exterior atmospheric projectile flight investigations. The variable modified atmospheric flight model can be further coupled to a suitable trajectory tracking control system for current and future control actions applied to projectiles for minimizing the estimated error to target impact area. Epicyclic motion and gyroscopic stability analysis are also examined for spinning and non-spinning projectiles. A new engineering correlation is proposed for the flat-fire disturbance due to aerodynamic jump performance firing at different angles which relative to the helicopter’s flight path motion. The computational results of the generalized aerodynamic jump formula are verified compared to McCoy’s recognized simulation modelling.