Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται τις παραμένουσες μετακινήσεις κατασκευών υπό σεισμικές δράσεις, με στόχο την πληρέστερη κατανόηση και ποσοτικοποίησή τους. Για τον υπολογισμό των παραμενουσών μετακινήσεων πραγματοποιήθηκαν μη-γραμμικές δυναμικές αναλύσεις μονοβάθμιων συστημάτων, δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση στη μορφή του νόμου υστέρησης, ώστε να έχει τα χαρακτηριστικά που προσιδιάζουν σε κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος. Συγκεκριμένα, υιοθετήθηκε η κατηγοριοποίηση των κατασκευών ΟΣ κατά Erberik (2011) σε τρεις βασικές Κατηγορίες, ανάλογα με την υστερητική τους συμπεριφορά: (α) νέα κτίρια, σχεδιασμένα με σύγχρονους αντισεισμικούς κανονισμούς, (β) κτίρια που δεν καλύπτουν πλήρως τους σύγχρονους αντισεισμικούς κανονισμούς και (γ) παλαιά κτίρια που δεν διαθέτουν σεισμική αντοχή. Για λόγους σύγκρισης εξετάστηκε και η ιδανική υστερητική συμπεριφορά. Η παραμένουσα μετακίνηση κάθε συστήματος, Ures, κανονικοποιήθηκε ως προς τη μέγιστη μετακίνηση που θα είχε λάβει το σύστημα αν η απόκρισή του ήταν ελαστική, με 5% απόσβεση, Sd, αλλά και ως προς τη μέγιστη ανελαστική μετακίνηση του συστήματος, Umax. Οι λόγοι Ures/Sd και Ures/Umax μελετήθηκαν εκτενώς και αναπτύχθηκαν πιθανοτικά προσομοιώματα για τα φάσματα ανηγμένων παραμενουσών μετακινήσεων που προέκυψαν. Επιπλέον, διαπιστώθηκε η επίδραση της ύπαρξης παλμού στην εδαφική κίνηση στους λόγους Ures/Sd και Ures/Umax, και διερευνήθηκαν οι λόγοι της επιρροής του. Περαιτέρω, οι πειραματικές παραμένουσες μετακινήσεις πέντε τριώροφων επίπεδων πλαισίων ΟΣ που υποβλήθησαν σε ψευδοδυναμικές δοκιμές με εξωτερικά επιβαλλόμενα κατακόρυφα φορτία στο METU (Middle East Technical University) συσχετίστηκαν με τις αναλυτικές από μη-γραμμικές δυναμικές αναλύσεις χρονοϊστορίας. Εξετάστηκε αν τα διαθέσιμα υπολογιστικά εργαλεία ανάλυσης δύνανται να υπολογίσουν ικανοποιητικά τις παραμένουσες μετακινήσεις, αλλά και ποιοι παράγοντες ευθύνονται για τις ασυμφωνίες μεταξύ πειραματικών και αναλυτικών τιμών. Τέλος, οι λόγοι Ures/Sd και Ures/Umax που προέκυψαν από την ανάλυση των δοκιμίων και από την επεξεργασία των πειραματικών αποτελεσμάτων συγκρίθηκαν με τα φάσματα ανηγμένων παραμενουσών μετακινήσεων μονοβάθμιων συστημάτων. / The present study aims to evaluate and quantify seismic residual displacements. In order to compute residual displacements, non-linear dynamic analyses were conducted for single degree of freedom systems with cyclic force-deformation relations typical of reinforced concrete structures. To this end, the versatile modeling approach of Erberik (2011) was adopted, which was tuned to three different categories of RC structures, ranging from new earthquake resistant ones to existing substandard construction, with an intermediate situation. The ideal hysteretic behavior was also examined. For each single degree of freedom system, residual displacement, Ures, was expressed as ratio to the peak inelastic, Umax or the 5%-damped elastic displacement of the response, Sd. Ratios Ures/Sd and Ures/Umax were thoroughly studied and normalized residual displacements response spectrums were created. Moreover, it was noted that the existence of a distinct velocity pulse in the ground motion affects the magnitude of these ratios, and the reasons of this influence were further investigated. Furthermore, experimental residual displacements from five three-story reinforced concrete frames, which were subjected to pseudo-dynamic tests in METU (Middle East Technical University), were compared to analytical residual displacements from non-linear time-history analyses. The study focused on whether modern analysis tools can accurately predict residual displacements and which factors create the observed discrepancies between analytical and experimental values. Lastly, ratios Ures/Sd and Ures/Umax from experiments and time-history analyses were compared to the normalized residual response spectrums of single degree of freedom systems.

Στόχος της εργασίας αυτής είναι η δημιουργία ενός συγκεντρωτικού χάρτη, ο οποίος απεικονίζει βαρυτικά γεγονότα στην περιοχή του Κορινθιακού κόλπου. Με βάση τα δεδομένα που πάρθηκαν από την έρευνα που πραγματοποιήθηκε το 1983 με το σκάφος Discovery με τη χρήση του τομογράφου υποδομής πυθμένα και του ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης, καθώς και την επεξεργασία αυτών με το λογισμικό πρόγραμμα GIS, δημιουργήθηκε ένας χάρτης ταξινόμησης των υποθαλάσσιων βαρυτικών γεγονότων. Βάσει αυτού οδηγούμαστε σε συμπεράσματα ως προς τη συχνότητα εμφάνισης, τη γεωγραφική κατανομή αλλά και το είδος των βαρυτικών γεγονότων που εντοπίστηκαν στις καταγραφές. / This work deals with the gravitative submarine mass movements in the seismically active graben; the Gulf of Corinth. The main objective of this work is to create a detailed map of the submarine mass movements of the Gulf of Corinth based on seismic data. The seismic data, consisting of side scan sonar and subbottom profiling records, was collected in 1983 in the framework of a research cruise of the research vessel Discovery. The interpretation of the seismic data was based on certain acoustic criteria and the results were processed with GIS software led to the construction of a classified map. This paper tries to demonstrate the frequency of display, the geological distribution and the type of mass movements, based on the collected seismic data.

Το βασικό αποτέλεσμα της παρούσας διατριβής η οποία εντάσσεται στην έρευνα που εκπονείται στο Εργαστήριο Γεωδαισίας και Γεωδαιτικών Εφαρμογών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών είναι ότι το GPS και ο ρομποτικός θεοδόλιχος (RTS), και κυρίως ο συνδυασμός τους, έχουν τη δυνατότητα μέτρησης ταλαντώσεων όχι μόνο μέχρι 1 Hz, όπως τεκμηριώνεται βιβλιογραφικά, αλλά ενός πολύ μεγαλύτερου φάσματος (μέχρι και 4Hz), ως προς ανεξάρτητο σύστημα αναφοράς της μελετούμενης κατασκευής. Η δυνατότητα αυτή καλύπτει μια σημαντική ανάγκη της σύγχρονης μηχανικής στον τομέα του ελέγχου της δομικής ακεραιότητας (Structural Health Monitoring) των κατασκευών (A’ μέρος της Διατριβής). Τα συμπεράσματα αυτά προέκυψαν με βάση πειράματα και αναλυτική επεξεργασία των δεδομένων των πειραμάτων (B μέρος της Διατριβής) και εφαρμογή της τεχνικής σε δύο δύσκαμπτες μεταλλικές γέφυρες (Γ και Δ μέρη της Διατριβής). Ειδικότερα, με βάση μεγάλο (>350) αριθμό πειραμάτων σε συσκευή προκαθορισμένων γραμμικών ταλαντώσεων, έγινε ταυτόχρονη καταγραφή ταλαντώσεων γνωστού εύρους και συχνότητας από γεωδαιτικούς δέκτες GPS και RTS, με το τελευταίο να έχει αναβαθμιστεί για λεπτομερέστερη χρονική ανάλυση των καταγραφών. Εν συνεχεία συγκρίθηκαν οι εκτιμήσεις εύρους και συχνότητας που προέκυψαν από την ανάλυση των καταγραφών των GPS, RTS με τα πραγματικά προκαθορισμένα μεγέθη των ταλαντώσεων. Η επεξεργασία και αξιολόγηση των δεδομένων επέτρεψε να εκτιμηθούν τα όρια εφαρμογής κάθε οργάνου GPS/RTS και η απόδοσή τους. Η ανάλυση βασίστηκε σε στατιστικές μεθόδους (φίλτρα) και ειδικές φασματικές μεθόδους ανάλυσης στο πεδίο συχνοτήτων και χρόνου που επιτρέπουν επεξεργασία χρονικά ανισαπέχοντων και περιορισμένων σε πλήθος δεδομένων (σε αντίθεση με την FFT), αλλά και υπέρβαση των περιορισμών των οργάνων, όπως αστάθεια ρυθμού δειγματοληψίας (‘jitter’) και απώλεια κύκλων ταλάντωσης (“clipping”) του RTS. Διαπιστώθηκε ότι κυρίως σε υψίσυχνες ταλαντώσεις το GPS προσδιορίζει την κυματομορφή και τη συχνότητα των ταλαντώσεων ενώ το RTS προσδιορίζει με μεγαλύτερη ακρίβεια το εύρος ταλάντωσης. Ο συνδυασμός των δύο οργάνων επιφέρει το πλήρη προσδιορισμό των χαρακτηριστικών (εύρος και συχνότητα) της ταλάντωσης. Η όλη τεχνική εφαρμόστηκε σε δύο σχετικά δύσκαμπτες γέφυρες. Πρώτον, μεταλλική πεζογέφυρα μήκους ~60m στη Λεωφ. Κηφισού στην Αθήνα με προβλεπόμενο εύρος μετακίνησης <30mm και ιδιοσυχνότητα >3Hz. Με χρήση υπερστατικού καταγραφικού δικτύου GPS, RTS κατεγράφησαν οι μετακινήσεις του μέσου του ανοίγματος λόγω περιοδικής διέγερσης από ομάδα ανθρώπων. Από την ανάλυση των καταγραφών των οργάνων και το συνδυασμό των αποτελεσμάτων τους προέκυψε ότι η απόκριση της γέφυρας ήταν 4-6mm και οι συχνότητες που εμφανίστηκαν ήταν 1, 2.3 και 4.3 Hz (κύρια ιδιοσυχνότητα), συμφωνόντας και με καταγραφές επιταχυνσιογράφου που χρησιμοποιήθηκε κατά τη διάρκεια των πειραμάτων. Η δεύτερη περίπτωση εφαρμογής της μεθόδου αποτελεί η καταγραφή της κίνησης ενός από τα 7 ανοίγματα της σιδηροδρομικής γέφυρας του Γοργοποτάμου. Χρησιμοποιήθηκε υπερστατικό καταγραφικό δίκτυο GPS, RTS για την καταγραφή των μετακινήσεων του άκρου και μέσου ανοίγματος κατά τη διέλευση συρμών. Οι μετρήσεις του GPS επηρεάστηκαν από φαινόμενο πολυανάκλασης κατά τη διάρκεια της διέλευσης του τραίνου, οδηγώντας σε κυματομορφή η οποία χαρακτηρίζεται από σφάλμα κλίμακας το οποίο τεκμηριώθηκε από επεξεργασία των δεδομένων και πειράματα. Από τη συνολική ανάλυση των δεδομένων των δύο οργάνων και το συνδυασμό τους προέκυψε ότι η μετακίνηση της γέφυρας στη διέλευση του τραίνου ήταν ~6-7mm και η κύρια ιδιοσυχνότητα της ~3.1-3.2Hz. Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι η κυματομορφή της απόκρισης παρουσιάζει διακριτή μορφή που εκφράζει το πλήθος των βαγονιών του συρμού. Το τελικό συμπέρασμα της διατριβής (Μέρος Ε) είναι ότι η τεκμηρίωση των νέων ορίων εφαρμογής και ποιότητας των καταγραφών GPS, RTS (>5mm, <5Hz) δεν επιτρέπει τη χρήση τους μόνο σε εύκαμπτες κατασκευές (καλωδιωτές γέφυρες, κλπ.) όπως εκτιμάτο μέχρι πρόσφατα, αλλά και σε πιο δύσκαμπτες κατασκευές (δικτυωτές γέφυρες, κλπ.), κάνοντας αυτά πολύτιμο εργαλείο στον έλεγχο της δομικής ακεραιότητας (Structural Health Monitoring) ευρέως τύπου κατασκευών. Η όλη έρευνα στόχευσε σε όργανα, λογισμικά και τεχνικές προσιτές σε ευρύ φάσμα ερευνητών, ώστε η μέθοδος να μην περιορίζεται σε μερικούς ειδικούς, αλλά εκτιμάται ότι τυχόν χρήση βελτιωμένων λογισμικών, οργάνων εξελιγμένων προδιαγραφών και ειδικών υπολογιστικών τεχνικών θα επιτρέψει στο εγγύς μέλλον βελτίωση της απόδοσης των δύο γεωδαιτικών οργάνων. / The main topic of this dissertation is the assessment of the performance of GPS and RTS in monitoring movements of rigid structures, such as those with main modal frequencies higher than 2Hz. This study was based on experiments of computer-controlled oscillations which were recorded simultaneously by GPS and RTS. These experiments proved that GPS was accurate in definition of the waveform of the oscillation and its frequency, while RTS was more accurate in amplitude definition. The analysis of GPS, RTS data were based on adaptive filter and spectral analysis technique developed in the Geodesy Lab. of PAtras University, which make possible to overcome data problems such as the gaps of GPS data and the jitter and clipping effect of RTS data. In the second part of this study, GPS and RTS and the developed methodology are adopted for the definition of the dynamic characteristics of two rigid structures a steel pedestrian bridge and a steel train bridge. Based on the combination of the results of GPS and RTS data the main vertical movement and the main modal frequencies of the structures were defined, proving that the combination of these instruments and by using appropriate the definition of the dynamic characteristics even of rigid structures is possible

Στην εργασία αναφέρονται διεξοδικά οι τύποι των υποθαλάσσιων βαρυτικών μετακινήσεων καθώς και τα περιβάλλοντα στα οποία αποτίθονται τα ιζήματα. Επιπλέον περιγράφονται τόσο οι τρόποι εμφάνισης των αποθέσεων σε τομογραφίες όσο και διαδικασία καταγραφής και αναγνώρισης τους. Τέλος γίνεται μια περιγραφή σχετικά με την περιοχή έρευνας καθώς επίσης γίνεται παρουσίαση των τρόπων συλλογής και επεξεργασίας των δεδομένων και η ανάλυσή τους. / -

Ο Κορινθιακός κόλπος αποτελεί ένα φυσικό εργαστήριο για την παρακολούθηση ιζηματολογικών διεργασιών μεταφοράς ιζημάτων από το περιβάλλον της υφαλοκρηπίδα σε αυτό της λεκάνης. Η μορφολογία και η δομή του Κορινθιακού κόλπου φέρουν τα χαρακτηριστικά ενός ενεργού ηπειρωτικού περιθωρίου με βάθη από 100 μέχρι ~850 m όπου αναπτύσσονται ένα πλήθος διεργασιών που δρουν μεταβάλλοντας το ανάγλυφο και διαμορφώνουν το ιζηματογενές κάλυμμα. Στο βόρειο περιθώριο του Κεντρικού Κορινθιακού Κόλπου πραγματοποιείται από το 1970, η υποθαλάσσια έκχυση μεταλλευτικών απόβλητων που σχηματίζονται κατά την επεξεργασίας βωξίτη για την παραγωγή αλουμίνας. Τα μεταλλευτικά απόβλητα, γνωστά και ως ερυθρά ιλύς, απορρίπτονται στην υφαλοκρηπίδα του κόλπου της Αντίκυρας, στην βόρια ακτή του Κορινθιακού Κόλπου. Η παρούσα διδακτορική διατριβή διαπραγματεύεται το σημαντικό, για τον ελληνικό θαλάσσιο χώρο, περιβαλλοντικό θέμα της εξάπλωσης της βωξιτικής ερυθράς ιλύος στον Κεντρικό Κορινθιακό κόλπο. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στις διεργασίες διασποράς και μεταφοράς της ερυθράς ιλύος στην περιοχή έρευνας. Η μελέτη του θέματος της διατριβής στηρίχθηκε σε ένα ευρύ φάσμα πρωτογενών δεδομένων που συλλέχθηκαν από το Εργαστήριο Θαλάσσιας Γεωλογίας & Φυσικής Ωκεανογραφίας του Τμήματος Γεωλογίας, Πανεπιστήμιο Πατρών. Η συλλογή των δεδομένων πραγματοποιήθηκε σε τέσσερις χρονικές περιόδους από το 1994-2007. Κατά την διάρκεια των ωκεανογραφικών αποστολών εκτελέσθηκαν θαλάσσιες γεωφυσικές έρευνες με χρήση τομογράφου υποδομής πυθμένα και ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης, οπτικές παρατηρήσεις του πυθμένα με χρήση κατευθυνόμενου υποβρύχιου οχήματος και συλλέχθηκε ένας μεγάλος αριθμός δειγμάτων ιζήματος. Κατά την εκπόνηση της παρούσας διδακτορικής διατριβής εκτελέστηκαν μία σειρά αναλύσεων για τις φυσικές, χημικές και ορυκτολογικές ιδιότητες των δειγμάτων. Η επεξεργασία των γεωφυσικών δεδομένων οδήγησε στην λεπτομερή αποτύπωση της βαθυμετρίας και μορφολογίας της περιοχής έρευνας. Η κατωφέρεια του βόρειου περιθωρίου του Κορινθιακού Κόλπου διασχίζεται από πολυάριθμες χαραδρώσεις. Συνολικά αναγνωρίστηκαν είκοσι οκτώ (28) χαραδρώσεις. Δεκαεφτά (17) από αυτές αναπτύσσονται στην κατωφέρεια του Κόλπου της Αντίκυρας. Η ερυθρά ιλύς εκχύνεται στην υφαλοκρηπίδα του Κόλπου της Αντίκυρας διαμέσου ενός συστήματος υποβρύχιων αγωγών οι οποίοι τερματίζουν σε βάθος νερού 100-120 m. Το μεταλλευτικά απόβλητα αποτελούν ένα μείγμα λεπτόκοκκων υποπροϊόντων (ιλύς και λεπτόκοκκη άμμος) με θαλασσινό νερό που απορρίπτεται σε μορφή λάσπης στον πυθμένα της υφαλοκρηπίδας. Στην περιοχή εξόδου των αγωγών, στην υφαλοκρηπίδα, η ερυθρά ιλύς σχημάτισε συγκεντρώσεις σημαντικού πάχους. Μέχρι το 1994 σχηματίστηκαν τρεις υποθαλάσσιοι λοβοί. Ο λοβός Α, στα δυτικά, έχει μέγιστο ύψος 14 m. Ο κεντρικός λοβός Β έχει μέγιστο ύψος 27 m. Ο ανατολικός λοβός Γ έχει μέγιστο ύψος 23 m. Οι τρεις λοβοί συνενώνονται σε μία ενιαία λοβοειδή κύρια απόθεση. Η ερυθρά ιλύς διασπείρεται από την κύρια λοβοειδή απόθεση. Η οπτική διασκόπηση του πυθμένα έδειξε ότι προς τα ανάντη των λοβών οι υποβρύχιοι αγωγοί έχουν θαφτεί από ερυθρά ιλύ σε βάθος νερού ~53 m. Προς τα κατάντη η ερυθρά ιλύς διασπείρεται σε Ν-ΝΔ διεύθυνση. Δημιουργείται έτσι ένα επιφανειακό στρώμα ερυθράς ιλύος πάχους 27 έως 1 m, το οποίο αποτελεί την ευρύτερη απόθεση ερυθράς ιλύος. Δείγματα ιζήματος από την υφαλοκρηπίδα παρουσίασαν ότι ο πυθμένας καλύπτεται από ένα επιφανειακό στρώμα ερυθράς ιλύος ελάχιστου πάχους ενός εκατοστού. Επιπλέον υποβρύχιες εικόνες επιβεβαίωσαν την κάλυψη του φυσικού πυθμένα της υφαλοκρηπίδας από ένα λεπτό επίχρισμα ερυθράς ιλύος σε βάθος νερού 265 m, στο υφαλόριο. Στην λεκάνη του κεντρικού Κορινθιακού Κόλπου η ερυθρά ιλύς σχημάτισε επάλληλα επιφανειακά και υπο-επιφανειακά στρώματα τα οποία εναλλάσσονται με φυσικά ιζήματα. Τη δεκαετία του 1990 η μέση ετήσια παραγωγή ερυθράς ιλύος ήταν 640,000 τόνοι. Μέχρι το 1994 οι αποθέσεις της ερυθράς ιλύος στον πυθμένα της υφαλοκρηπίδας εκτείνονται σε 36.5 km2, και ανέρχονται σε όγκο που εκτιμάται στους 40.8 εκατ. τόνους. Η οπτική διασκόπηση έδειξε ότι ένα λεπτό επιφανειακό στρώμα ερυθράς ιλύος να καλύπτει τον φυσικό πυθμένα της υφαλοκρηπίδας μέχρι το υφαλόριο, σε βάθος νερού 265 m. Στην κεντρική λεκάνη του Κορινθιακού κόλπου οι αποθέσεις της ερυθράς ιλύος συνολικά καλύπτουν 288 km2 του πυθμένα. O όγκος των αποθέσεων της ερυθράς ιλύος στη λεκάνη εκτιμήθηκε στους 1.96 εκατ. τόνους. Ο συνολικός όγκος της ερυθράς ιλύος που έχει απορριφθεί από το 1970-1994 στο βόρειο περιθώριο του Κορινθιακού Κόλπου αγγίζει τους 43 εκατ. τόνους. Από αυτό το υλικό μόλις το 4.5 % μεταφέρεται στην κεντρική λεκάνη του Κορινθιακού Κόλπου, ενώ το 95.5 % παραμένει στην υφαλοκρηπίδα του Κόλπου της Αντίκυρας. Δύο μηχανισμοί κυρίως ευθύνονται για τη διασπορά της ερυθράς ιλύος από την κύρια απόθεση στην υφαλοκρηπίδα. Ο υψηλός ρυθμός ιζηματογένεσης στους λοβούς εξαιτίας της μεγάλης ποσότητας υλικού που απορρίπτεται από τους αγωγούς, προκαλεί αύξηση στους πόρους των ιζημάτων και οδηγεί σε αστοχίες στα πρανή των λοβών. Ο έτερος μηχανισμός, οποίος είναι και ο πιο σημαντικός, αφορά στην έντονη σεισμικότητα της περιοχής έρευνας. Ένας αριθμός σεισμών που έχουν εκδηλωθεί στην ευρύτερη περιοχή του Κόλπου της Αντίκυρας, για την χρονική περίοδο που μελετήθηκε η ερυθρά ιλύς (1994-2007), είχαν μέγεθος (Ms>5) ικανό να προκαλέσει υποθαλάσσιες βαρυτικές μετακινήσεις μαζών. Επιπλέον το σεισμικό τους επίκεντρο βρισκόταν σε απόσταση μικρότερη των 60 km από την περιοχή της απόθεσης της ερυθράς ιλύος. Οι σεισμοί αυτοί δυνητικά έπληξαν τους λοβούς της ερυθράς ιλύος και πυροδότησαν υποθαλάσσιες κατολισθήσεις. Οι κατολισθήσεις από τα πρανή των λοβών μετασχηματίζονται σε ροή μάζας που διασπείρουν την ερυθρά ιλύ στον πυθμένα της υφαλοκρηπίδας, μέχρι το υφαλόριο. Στο υφαλόριο η αύξηση της κλίσης του πρανούς μετασχηματίζει τις ροές μάζας σε τουρβιδιτικά ρεύματα που μεταφέρουν την ερυθρά ιλύ στην κεντρική λεκάνη του Κορινθιακού Κόλπου. Στα ανώτερα 20 cm των επιφανειακών ιζημάτων της κεντρικής λεκάνης του Κορινθιακού Κόλπου, αναγνωρίστηκαν οκτώ (8) ιζηματολογικές ενότητες οι οποίες αποτελούν αποθέσεις λεπτόκοκκων τουρβιδιτών. Οι ενότητες σχηματίστηκαν από ισάριθμα τουρβιδιτικά ρεύματα που διέσχισαν την κατωφέρεια και μετάφεραν ερυθρά ιλύ, φυσικά ιζήματα ή και τα δύο. Διαπιστώθηκε μάλιστα ότι τα τουρβιδικά ρεύματα που σχημάτισαν τις επιφανειακές αποθέσεις της λεκάνης, διέσχισαν διαφορετικές χαραδρώσεις κάθε φορά, αλλά περισσότερες από μία χαράδρωση ενεργοποιήθηκαν σε κάθε τουρβιδιτικό γεγονός. Ο ρυθμός ιζηματογένεσης για τα ανώτερα 20 cm των ιζημάτων της κεντρικής λεκάνης υπολογίστηκε στην παρούσα εργασία και εκτιμάται από 0.8 έως 3.3 mm/yr. Είναι σημαντικά υψηλότερος από το ρυθμό ημιπελαγικής ιζηματογένεσης κατά τη διάρκεια του Ολοκαίνου στο Ιόνιο και το Αιγαίο αλλά κοντά στο μέσο ρυθμό ιζηματογένεσης που προέκυψε από τις πρόσφατες ενστρωμένες ακολουθίες τουρβιδιτών στη λεκάνη του Κορινθιακού Κόλπου, όπως αναφέρεται από προηγούμενες έρευνες. Η ερυθρά ιλύς εξαιτίας του μητρικού πετρώματος και της διεργασίας παραγωγής αποτελεί ένα ίζημα εμπλουτισμένο σε βαρέα μέταλλα καθώς χαρακτηρίζεται από υψηλές συγκεντρώσεις των βαρέων μετάλλων: Ag, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, V, Al, Fe, Ti. Οι συγκεντρώσεις αυτές είναι πολύ υψηλότερες από τις αντίστοιχες του υποβάθρου (δείκτες εμπλουτισμού >>1). Παρατηρήθηκε ωστόσο αραίωση των συγκεντρώσεων των παραπάνω μετάλλων στις αποθέσεις της υφαλοκρηπίδας και της λεκάνης σε σχέση με την ερυθρά ιλύ στις επίγειες δεξαμενές στο εργοστάσιο επεξεργασίας (δείκτες αραίωσης <1). Πιθανώς η ανάμειξη της ερυθράς ιλύος με το θαλασσινό νερό κατά την απόρριψη από τους αγωγούς να προκαλεί μείωση των συγκεντρώσεων των μετάλλων. Οι βαρυτικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στην περιοχή του Κορινθιακού Κόλπου και ευθύνονται για τη μεταφορά της ερυθράς ιλύος από τους λοβούς προς τα κατάντη επιδρούν στη σύσταση του μεταλλοφόρου ιζήματος. Κατά την μεταφορά προκαλείται ανάμειξη της ερυθράς ιλύος με το φυσικό ίζημα του πυθμένα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να μειώνονται οι συγκεντρώσεις των βαρέων μετάλλων και η ερυθρά ιλύς να εμπλουτίζεται σε στοιχεία που αφθονούν στα φυσικά ιζήματα. / Corinth Gulf constitutes a natural laboratory for the study of sedimentary processes that control the sediment transport from the shelf to the deep basin floor. The gulf comprises an active continental margin which reaches a maximum depth of about 870 m and hosts a number of processes that alter the seafloor morphology and form the sedimentation regime. On the northern coast of the central Gulf of Corinth operates since 1970, a Submarine Tailings Disposal System. The tailings, also known as red mud, are the by-product of the bauxite processing for the aluminum production. Red mud is discharged on the shelf of the Antikyra Gulf. The present PhD research thesis studies the important environmental issue of the red mud tailings distribution and dispersion in the central Corinth Gulf. The study was based on a wide spectrum of primordial and original data collected by the Laboratory of Marine Geology & Physical Oceanography, in Department of Geology, University of Patras. Data collection was performed in four marine surveys from 1994 to 2007. The surveys comprised of marine geophysical exploration using Sub-bottom Profiler, Echo-sounder and Side Scan Sonar systems and visual inspection of the seafloor using an remotely operated vehicle (ROV). Furthermore, a dense grid of sediment samples using Day grab and also a gravity core, were collected. A series of laboratory analyses were performed for the physical, chemical and mineralogical characterization of the marine sample sediments. The geophysical dataset presented the detailed bathometry and morphology of the study area. The slope of the northern coast of the Corinth Gulf is incised by numerous of submarine canyons. Twenty eight canyons were identified and measured in terms of dimensions, dip of the walls and thickness of sediment cover. Seventeen of these are developed on the slope southwards from Antikyra Gulf. Red mud is being discharged on the shelf floor of Antikyra Gulf, at a water depth of 100-120 m through a submarine pipeline system. Red mud is a sludge which consists of fine-grained sediment particles (mud and sand) mixed with sea water. At the pipeline outfall site, on the shelf, red mud has formed a surface layer of significant thickness. By 1994 three submarine sediment lobes were formed. Lobe A, on the west, has maximum height of 14 m. Lobe B, in the center, rises 27 m above the seafloor. Lobe C, on the east has maximum elevation of 23 m. The three lobes merge into a common lobe-shape main red mud deposit. Red mud is dispersed from the main lobe-shape deposition. Visual inspection of the shelf seafloor has shown that the submarine pipelines are buried under a layer of red mud northwards from the lobes, in a water depth of about 53 m. Downhill from the lobes red mud disperse in a S-SW direction. Thus, a surface layer of red mud with minimum thickness of 1 m has formed and constitutes the wider red mud deposit, which encompass the main red mud deposit. Sediment samples presented that the shelf floor is covered by a thin surface layer of red mud with minimum thickness of few to 1 cm. Furthermore visual inspection showed a thin veneer of red mud covers the natural seafloor at the water depth of 265 m, at the shelf break. On the basin floor red mud has formed surface and sub-surface layers that intercalate with the natural sediments. During the '90s the mean annual red mud production was 640,000 tones. In 1994 the red mud deposits on the shelf floor cover 36.5 km2 and the total volume was estimated at 40.8 million tones. On the basin floor red mud layers cover 288 km2. The volume of the materials was estimated to be 1.96 million tones. The total volume of red mud that has been discharged from 1970 to 1994 is estimated to be 43 million tones. 4.5 % of the total volume of this material is being transported to the basin floor while the majority (95.5 %) lays on the shelf floor. The dispersion of red mud from the main deposition is attributed mainly to two processes. The high sedimentation rate at the lobes due to the ample supply of red mud from the pipelines, can cause excess sediment pore pressure and induce sediment failures from the lobes. The other process is associated with the high seismicity of the Corinth Gulf. During the period of the data collection (1994-2007) a number of earthquakes shocked the study area and had magnitudes (Ms>5) that were able to cause submarine sediment failures. Also the epicentral area laid in a distance of less than 60 km from the area of red mud deposits on the shelf. These earthquakes potentially stroke the lobe-shape deposit of the red mud and caused submarine sediment failures and landslides. The initial landslides at the lobes are transformed into mass flows that disperse the red mud on the shelf, floor as far as the shelf break. At the shelf break due to the dip increase, turbidity currents are triggered, cross the slope and carry the red mud at the central basin of the Corinth Gulf, where they finally deposit. In the upper 20 cm of the sedimentary cover of the basin floor were recognized eight discrete sedimentary units. These units bear characteristics of fine-grained turbidites and have been formed by different tourbidity currents that crossed the slope. The currents curried either red mud, or natural sediments or both. Each turbidity current that formed the sedimentary units on the basin floor, crossed more than one canyon on the slope each time. However each tourbiditic event crosses different canyons each time. The sedimentation rate for the upper sedimentary cover of the basin floor which consist of the red mud layers and the intercalating natural sediments, is estimated for the present study and ranges from 0.8 to 3.3 mm/y. This rate is higher than the hemipelagic sedimentation rate during the Holocene in Ionian and Aegean Sea. However is close to the mean sedimentation rate that has been estimated by the recent tourbiditic sequences in the central Corinth Gulf basin by previous works. Red mud due to the parental material and the production process is highly enriched in heavy metals such as Ag, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, V, Al, Fe, Ti. The concentrations of these metals are extremely higher than the background values. However red mud deposits on the shelf and the basin floor are depleted in the heavy metal concentration comparing to the red mud in a onshore pool, prior to the submarine discharge. Mixing of red mud with seawater during the discharge from the pipelines decreases the levels of heavy metals. Also a depletion in metal concentration is observed in the basin floor red mud deposits comparing to the main red mud deposition at the lobes and this may be attributed to the gravitational processes that come about and transport the red mud from the source (lobes) to the sink (basin floor). During the transport takes place mixing between the red mud and the natural sediments. On the basin floor the red mud has decreased concentrations of metals and shows elevated concentrations in elements that abound in natural sediments.

Η παρούσα διατριβή ανήκει στο γενικότερο θεματικό πεδίο της σεισμικής αποτίμησης, σχεδιασμού ή ανασχεδιασμού κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος με βάση τις μετακινήσεις. Οι σύγχρονες μέθοδοι αυτού του τύπου, στηρίζονται σε έλεγχο και σύγκριση της σεισμικής απαίτησης με την ικανότητα των μελών της κατασκευής σε όρους μετακινήσεων παρά σε όρους δυνάμεων. Δημιουργείται επομένως η ανάγκη για απλό και αξιόπιστο υπολογισμό της συμπεριφοράς μελών οπλισμένου σκυροδέματος σε κάμψη και διάτμηση, σε όρους μετακινήσεων. Το αντικείμενο της παρούσης διατριβής είναι η ανάπτυξη προσομοιωμάτων για τον υπολογισμό των βασικών χαρακτηριστικών της συμπεριφοράς καμπτόμενων μελών οπλισμένου σκυροδέματος και συγκεκριμένα: της ροπής διαρροής, της παραμόρφωσης στη διαρροή, της ενεργού δυσκαμψίας, της παραμόρφωσης στην αστοχία, της διατμητικής αντοχής σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση, της αντοχής μελών με χαμηλό λόγο διάτμησης και της συμπεριφοράς υπό διαξονική καταπόνηση. Εξετάζονται μέλη διαφόρων τύπων και διαφορετικής διατομής, μέλη με ενίσχυση μανδύα οπλισμένου σκυροδέματος ή μανδύα σύνθετων υλικών, καθώς επίσης και μέλη με μάτιση του διαμήκους οπλισμού στην περιοχή πλαστικής άρθρωσης. Για την ανάπτυξη των προσομοιωμάτων, καθώς και για τον έλεγχο άλλων παλαιότερων, αναπτύχθηκε και αξιοποιήθηκε βάση πειραματικών δεδομένων μελών οπλισμένου σκυροδέματος με περισσότερα από 2800 πειράματα από τη διεθνή βιβλιογραφία. Για τον υπολογισμό της ροπής και της καμπυλότητας στη διαρροή, αναπτύσσονται απλές σχέσεις υπολογισμού, βασιζόμενες σε ανάλυση σε επίπεδο διατομής και καθορίζονται τα κατάλληλα κριτήρια διαρροής. Αναπτύσσονται ακολούθως σχέσεις υπολογισμού της παραμόρφωσης στη διαρροή, και συγκεκριμένα της γωνίας στροφής χορδής του μέλους στη διαρροή, θy, ως άθροισμα τριών όρων: καμπτικής παραμόρφωσης, διατμητικής παραμόρφωσης και παραμόρφωσης λόγω ολίσθησης των ράβδων διαμήκους οπλισμού από την περιοχή αγκύρωσης. Προτείνονται δε δύο εναλλακτικοί τρόποι υπολογισμού της ενεργού δυσκαμψίας, ένας θεωρητικός και ένας καθαρά εμπειρικός. Στη συνέχεια εξετάζεται η παραμόρφωση στην αστοχία και προτείνονται δύο εναλλακτικοί μέθοδοι υπολογισμού της γωνίας στροφής χορδής στην αστοχία, θu. Η 1η βασίζεται στον υπολογισμό της καμπυλότητας στην αστοχία, φu, με εφαρμογή του κατάλληλου προσομοιώματος περίσφιγξης του σκυροδέματος, και στην εφαρμογή της φu σε μήκος πλαστικής άρθρωσης ίσο με Lpl, ενώ η 2η σε καθαρά εμπειρικές εξισώσεις. Εξετάζεται ακολούθως η διατμητική αντοχή σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση και προτείνονται προσομοιώματα για αστοχία σε διαγώνιο εφελκυσμό ή αστοχία σε λοξή θλίψη, μετά την καμπτική διαρροή. Στη συνέχεια εξετάζεται η συμπεριφορά μελών οπλισμένου σκυροδέματος υπό διαξονική καταπόνηση. Εξετάζονται επίσης μέλη με χαμηλό λόγο διάτμησης και προτείνονται νέα αντιπροσωπευτικότερα κριτήρια για τον χαρακτηρισμό ενός μέλους ως “κοντό μέλος”, καθώς και νέα μεθοδολογία υπολογισμού της αντοχής των μελών αυτών, με κατάλληλο συνδυασμό του προσομοιώματος των Shohara and Kato, 1981 και των Φαρδής και συνεργάτες 1998. Ακολούθως εξετάζονται μέλη ενισχυμένα με μανδύα σύνθετων υλικών και προτείνονται προσομοιώματα υπολογισμού της γωνίας στροφής χορδής στη διαρροή και την καμπτική αστοχία, καθώς και προσομοίωμα υπολογισμού της διατμητικής αντοχής. Στη συνέχεια εξετάζεται η συμπεριφορά μελών με μάτιση του διαμήκους οπλισμού στην περιοχή πλαστικής άρθρωσης, καθώς και η εφαρμογή μανδύα σύνθετων υλικών για την ενίσχυση της περιοχής αυτής. Τέλος εξετάζεται η συμπεριφορά στη διαρροή και στην αστοχία, μελών ενισχυμένων με μανδύα οπλισμένου σκυροδέματος. Η ανάπτυξη όλων των προτεινόμενων προσομοιωμάτων της διατριβής βασίζεται στην καλύτερη δυνατή συμφωνία με τα πειραματικά αποτελέσματα της βάσης δεδομένων, χωρίς όμως να θυσιάζεται η απλότητα και η ευχρηστία αυτών. / The present Thesis belongs in the general field of seismic assessment, design and redesign of concrete structures with displacement based procedures. Modern methods of this kind are based in controlling and comparing seismic demand with structural elements capacity in terms of displacements rather than forces. This leads in the need of estimating reinforced concrete elements performance under bending and shear, in terms of displacements. The object of the Thesis is development of models for calculating the basic performance characteristics of reinforced concrete elements under bending, in particular: yield moment, deformation at yielding, effective stiffness, deformation at ultimate, shear strength under cyclic loading, maximum strength of members with low shear ratio and behavior under biaxial loading. Members with various types of section and various characteristics are included, as also members retrofitted with FRP jacket or concrete jacket and members with lap-splice of longitudinal reinforcement in plastic hinge region. In order to develop new models and check older ones, a database of more than 2800 experiments from international literature on reinforced concrete elements was created and used here. Simple equations and procedures are suggested for calculating yield moment and corresponding curvature, based on section analysis, by specifying the appropriate yield criteria. Equations for calculating deformation at yielding, in particular chord rotation at yielding, θy as the sum of deformations due to bending, due to shear and due to slippage of longitudinal reinforcement from anchorage zone, are also developed. Calculation of effective stiffness is based on two alternative models, one theoretical and one purely empirical. Deformation at ultimate is then examined where two methods for calculating chord rotation at ultimate are suggested. 1st one is based on ultimate curvature, φu, where an appropriate concrete confinement model is used, and plastic hinge length Lpl, while 2nd one is based on purely empirical equations. Shear strength under cyclic loading is also examined and new models for calculating shear strength for shear tension and shear compression failure after flexural yield are developed. Behavior of reinforced concrete elements under biaxial loading is then examined. Elements with low shear ratio are also covered and new, more representative, criteria to characterize an element as a “short element” are suggested. A procedure based on an appropriate combination of Shohara and Kato 1981 model and Fardis et al. 1998 model is then suggested for calculating maximum strength of such “short elements”. Retrofitted members with FRP jacket are then examined and models for chord rotation at yielding and ultimate, as well as for shear strength are suggested. Behavior of members with lap-splice of longitudinal reinforcement inside plastic hinge region is then examined, including also retrofitting of this region with FRP jacket. Performance at yielding and ultimate of retrofitted members with concrete jacket is also examined. Development of all the suggested models of the Thesis is based on best fit with experimental results of the database, without sacrificing simplicity and applicability of the models.