Τα δείγματα που μελετήθηκαν στην παρούσα διπλωματική εργασία προέρχονται από τη θέση Τούμπα - Ανθοβούνι, στις ΒΔ-Δ-ΝΔ υπώρειες του όρους Βαρνούντα του νομού Φλώρινας. Στην περιοχή αυτή κατασκευάστηκε Αιολικό Πάρκο, όπου πραγματοποιήθηκαν συνολικά τριάντα τέσσερις γεωτρήσεις για την εγκατάσταση ανεμογεννητριών. Η ευρύτερη περιοχή τη Φλώρινας ανήκει γεωλογικά στην Πελαγονική Ζώνη και δομείται γενικά από γνευσίους και ημι-μεταμορφωμένα πετρώματα. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας εκτελέστηκαν εργαστηριακές δοκιμές σε δείγματα βραχωδών σχηματισμών. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται αναλυτικά οι δοκιμές που χρησιμοποιήθηκαν. Μετά τη συλλογή τους, τα βραχώδη δείγματα διαμορφώθηκαν σε κυλινδρικό σχήμα, διαμέτρου 53 mm με εργαστηριακή καροταρία. Τα άκρα των δοκιμίων κόπηκαν σε μήκη ανάλογα των προβλεπόμενων εργαστηριακών δοκιμών. Οι βάσεις τους λειάνθηκαν ώστε να είναι κάθετες προς τον μεγάλο άξονα του δοκιμίου. Στο επόμενο κεφάλαιο αναφέρεται η δειγματοληψία των γρανιτών. Η θέση δειγματοληψίας εντοπίζεται στην περιοχή Πισοδερίου, που βρίσκεται στο νομό Φλώρινας. Επίσης, στην ενότητα αυτή περιγράφονται και οι δύο τρόποι διαμόρφωσης των δειγμάτων μετά από τη δειγματοληψία με το δειγματοληπτικό γεωτρύπανο. Στο εργαστήριο εξετάστηκαν τα φυσικά και τα μηχανικά χαρακτηριστικά των γρανιτών. Οι εργαστηριακές αυτές δοκιμές βραχομηχανικής γίνονται για τον προσδιορισμό της πυκνότητας, του λόγου κενών, του πορώδους, και της αντοχής των γρανιτών σε μοναξονική ανεμπόδιστη θλίψη. Στο κεφάλαιο αυτό, τα αποτελέσματα από κάθε εργαστηριακή δοκιμή προβάλλονται σε πίνακες, καθένας από τους πίνακες αυτούς αναφέρεται και σε μία άλλη δοκιμή. Ο αριθμός των δοκίμια που χρησιμοποιήθηκαν για κάθε δοκιμή είναι ο εξής: για τον προσδιορισμός των φυσικών παραμέτρων οκτώ (8) δοκίμια, για τον προσδιορισμός των δυναμικών παραμέτρων έξι (6) δοκίμια και για τον προσδιορισμός των παραμέτρων αντοχής χρειάστηκαν δέκα (10) δοκίμια. Στο έκτο κεφάλαιο συγκεντρώνονται σε ένα πίνακα όλα τα αποτελέσματα από όλες τις δοκιμές που εκτελέστηκαν. Οι δοκιμές αυτές πραγματοποιήθηκαν στους γνεύσιους, γρανίτες και γρανιτογνεύσιους. / The samples that have been studied in the current diplomatic project come from Toumpa-Anthovouni, at the NW-W-SW foot of the mountain Varnouda of county Florina. At these area was built a wind park, where had taken place thirty-four drilling for the installing of the wind turbines. The wider area of Florina geologically belongs to the Pelagonian zone and is generally structured by gneisses semi-transformed stones. Within the project laboratory testing have taken place on samples of rock formations. In the third chapter the testing that were used are described in depth. After their collection, the rock samples were reformed into cylindrical shape, diameter 53mm by laboratory karotaria. The ends of the samples were cut into lengths as the planned laboratory tests. Their bases were planished to be perpendicular to the long axis of the specimen. In the next chapter the sampling of the granites are mentioned. The place of the sampling is located in the area of Pisoderio, which belongs to the county Florina. Also, on that section both two ways of forming the samples after the sampling by sampling rig are described. At the laboratory the natural and mechanical characteristics of the granites were examined. These laboratory tests on rock mechanics have been done for the determination of the density, the ratio of spaces, the porosity and the durability of the granites under uniaxial unconfined compression. In this chapter, the results from each laboratory test are displayed on tables, each one of them mentions a different test. The number of the samples that were used for each test are the following; for the determination of the natural parameters eight (8) samples, for the determination of the dynamic parameters six (6) samples and for the determination of the durability parameters were used ten (10) samples. In the sixth chapter all the results from all the tests that have been executed are gathered in one table. These tests took place in gneiss and granites.

Στη συγκεκριμένη εργασία γίνεται περιγραφή και ανάλυση ενός τμήματος του ορύγματος που κατασκευάζεται στη χιλιομετρική θέση από 18 + 540 έως 18 + 840 της Ιόνιας Οδού. Συγκεκριμένα κατά την μελέτη αυτή περιγράφεται μακροσκοπικά το πρανές, μετρούνται και προσδιορίζονται οι μηχανικές παράμετροι των ασυνεχειών του πρανούς (προσανατολισμός, απόσταση, συνέχεια, τραχύτητα, άνοιγμα, υλικό πλήρωσης), εκτιμούνται οι δυνητικές ολισθήσεις των βραχωδών τεμαχών, χαρακτηρίζεται ποιοτικά η βραχομάζα και εκτιμούνται τα ποιοτικά χαρακτηριστικά της (συνοχή, γωνία τριβής) με βάση το σύστημα ταξινόμησης RMR. / In my thesis I describe and analyze one of the parts of the trench that is being constructed at the chainage from 18+540 to 18+840 of the Ionian Highway. More specifically during this study the slope is being described macroscopically , the mechanical aspects of the discontinuities of the slope (orientation, spacing, continium, roughness, aperture, filling), are being measured and identified, the possible slips of the rocky blocks are being estimated, the quality of the rocky mass is being defined and its quality characteristics( consistency and friction angle)are being evaluated based on the RMR classification system.

Στη παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε ανάπτυξη αισθητήρων που αποτελούνται από μαγνητοελαστικό έλασμα τύπου Metglas στην επιφάνεια του οποίου έγινε επικάλυψη με ευαίσθητο εκλεκτικό υμένιο. Στη μεγάλη πλειοψηφία των περιπτώσεων ως τέτοιο υμένιο χρησιμοποιήθηκε ζεόλιθος. Διαφορετικοί τύποι ζεόλιθων συνετέθησαν έπειτα από υδροθερμική σύνθεση και προσκολλήθηκαν ισχυρά στην εξωτερική επιφάνεια (και από τις δύο πλευρές) των Metglas. Ένας τέτοιος αισθητήρας συνδυάζει τις ροφικές ικανότητες του εκλεκτικού υμενίου με την ιδιότητα του Metglas να μετατρέπει φορτίσεις μάζας και αλλαγές των ελαστικών ιδιοτήτων του σε μετρούμενες μεταβολές της συχνότητας συντονισμού του. Η συνδυασμένη αυτή ικανότητα του αισθητήρα χρησιμοποιήθηκε για την ανίχνευση Πτητικών Οργανικών Ουσιών (VOC’s). Πιο συγκεκριμένα για τον ίδιο σκοπό χρησιμοποιήθηκαν υμένια ζεόλιθων (FAU, MFI και LTA) και πολυμερούς (Bayhydrol-110). Τα VOC’s των οποίων η ανίχνευση εξετάστηκε με τους παραπάνω αισθητήρες είναι: αιθυλεστέρας, πάρα-ξυλόλιο, όρθο-ξυλόλιο, βενζόλιο, κυκλο-εξάνιο, κανονικό-εξάνιο, προπάνιο και προπυλένιο. Δεύτερος στόχος της διατριβής ήταν ο υπολογισμός μηχανικών ιδιοτήτων των ζεόλιθων. Στη βιβλογραφία έχει αποδειχθεί ότι η ρόφηση αερίων επηρεάζει (εκτός από τη μάζα του) και τις μηχανικές ιδιότητες των ζεόλιθων μέσω της μεταβολής του μεγέθους της μοναδιαίας κυψελίδας των. Επομένως η ρόφηση αναμένεται να επηρεάζει εφαρμογές τους (π.χ ζεολιθικές μεμβράνες), των οποίων η απόδοση εξαρτάται άμεσα από τις μηχανικές τους ιδιότητες. Για το λόγο αυτό αναπτύχθηκε πειραματική μεθοδολογία με την οποία υπολογίζονται το μέτρο ελαστικότητας Ε των ζεολιθικών φιλμ, και οι τάσεις/παραμορφώσεις που αναπτύσσονται στο ζεολιθικό υμένιο κατά τη ρόφηση αερίων. Ο υπολογισμός για την εύρεση του μέτρου ελαστικότητας βασίζεται στη καταγραφή των μεταβολών της συχνότητας συντονισμού fR πολλαπλών αισθητήρων Metglas/ζεόλιθος διαφορετικού πάχους υμενίου ο καθένας. Η συγκεκριμένη μέθοδος γενικεύεται και βρίσκει εφαρμογή για τον υπολογισμό του μέτρου ελαστικότητας E του Young οποιαδήποτε μικροπορώδους ομοιόμορφου και καλά προσκολλημένου στην επιφάνεια του Metglas υμενίου. Ο υπολογισμός των τάσεων που αναπτύσσονται στο φιλμ κατά τη ρόφηση επιτυγχάνεται με χρήση δύο διαφορετικών μεθόδων. Η πρώτη μέθοδος, εφαρμόζεται σε αισθητήρες στους οποίους επικάλυψη με συνεχές υμένιο ζεόλιθου υπήρχε και από τις δύο πλευρές του Metglas. Με συνδυασμένη χρήση κατάλληλης θεωρίας και μαθηματικού μοντέλου της βιβλιογραφίας για τα μαγνητοελαστικά υλικά υπολογίζονται οι τάσεις που αναπτύσσονται στους ζεόλιθους FAU, LTA και σιλικαλίτη-1 κατά τη ρόφηση υγρασίας. Η δεύτερη μέθοδος υπολογισμού τάσεων εφαρμόστηκε σε αισθητήρα Metglas/MFI, στον οποίο επικάλυψη με συνεχές υμένιο ζεόλιθου υπήρχε μόνο από τη μία πλευρά του ελάσματος. Η μέθοδος εφαρμόζεται σε αισθητήρα Metglas/MFI κατά τη ρόφηση VOC’s, και βασίζεται στην ευκαμψία και ελαστικότητα που επιδεικνύει ο συγκεκριμένος αισθητήρας κατά τη διεργασία αυτή. Η διαφοροποίηση των δύο επιφανειών ως προς την ομοιομορφία του φιλμ του αισθητήρα, σε συνδυασμό με τη ρόφηση προκαλούν τη κάμψη του, ορατή ακόμα και με γυμνό μάτι, από το μέγεθος της οποίας υπολογίζονται οι τάσεις που αναπτύσσονται στο φιλμ του ζεόλιθου. Σε όλες τις περιπτώσεις ακολουθεί σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων μας με τη βιβλιογραφία. / In the current thesis the development of sensors comprised of magnetoelastic ribbon (Metglas) its surface was coated with selective sensitizing layer was examined. In most cases, zeolites were selected as sensitive layers. Different types of zeolites were synthesized and bounded in both outer surfaces of Metglas using the hydrothermal synthesis technique. Such a sensor combines the adsorptive abilities of sensitizing layer with the inner ability of Metglas to convert mass loadings and changes in the elastic properties in corresponding changes of the measured resonance frequency of the ribbon. That combined ability has been used for the detection of Volatile Organic Compounds (VOC’s). More particularly, for the same purpose zeolite layers (FAU, MFI and LTA) and polymer (Bayhydrol-110) have been used. The detected VOC’s are: ethyl-acetate, para-xylene, ortho-xylene, benzene, cyclohexane, n-hexane, propane and propylene. The second target of the current thesis was the calculation of mechanical properties of zeolites. In the literature has been proved that gas adsorption upon zeolites affects not only its mass but also its mechanical properties through the unit cell changes. Thus, adsorption is expected to affect applications such as zeolite membranes the performance of which is directly affected by their mechanical properties and possible changes. Hence, a new method is proposed which unable the calculation the Young modulus of zeolite films, and the stresses/deformations induced in the zeolite film upon adsorption. The calculation of Young modulus is based on the recording of resonance frequency changes of multiple sensors with different zeolite thickness each. The methodology is general and can be used for measuring Young modulus of any microporous film as long as it can be deposited as uniform layer on a magnetoelastic ribbon. The calculation of adsorption induced stresses is succeeded with two different methods. The first method is applied in sensors in which zeolite coating existed on both surfaces of Metglas ribbon. Combined use of appropriate theory and mathematical model from the literature for the magnetoelastic materials, stresses induced on FAU, LTA and silicalite-1 zeolites upon humidity adsorption were calculated. The second method was applied in Metglas/MFI sensor in which uniform polycrystalline MFI layer existed only from the one side of the ribbon. The method was applied during the adsorption of VOC’s and is based on the bending and elasticity shown by the sensor during the adsorption process. The differentiation of the two surfaces concerning the cohesion of the film, combined with adsorption phenomena cause remarkable bending, visible even with a naked eye, from the magnitude of which stresses induced on zeolite film are calculated. In all cases there is a comparison of our experimental results with corresponding from the literature.

Ο κύριος σκοπός της διπλωματικής εργασίας αυτής είναι η εξοικείωση με τα γραφιτικά υλικά και τις μηχανικές τους ιδιότητες. Στο πρώτο μέρος της εργασίας, γίνεται μια εισαγωγή στους νανοσωλήνες άνθρακα και διεξάγεται μια βιβλιογραφική ανασκόπηση στο θέμα, με έμφαση στη μικροσκοπία Laser Raman ως μη-καταστρεπτική τεχνική μέτρησης μηχανικών ιδιοτήτων. Στο δεύτερο τμήμα, μελετώνται οι μηχανικές τους ιδιότητες με πειράματα εφελκυσμού σε πρωτότυπα ινίδια νανοσωλήνων, σε συσκευή δυναμικής μηχανικής ανάλυσης (DMA) και επίσης διεξάγονται μετρήσεις σε άλλα υλικά, όπως buckypapers και ίνες γραφίτη αλλά και αραμιδικές ίνες Kevlar®. Δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στη διαδικασία παραγωγής ινιδίων νανοσωλήνων άνθρακα μονού τοιχίου με διηλεκτροφόρηση, την οποία ελπίζουμε να αναπαράγουμε στο μέλλον. / The main purpose of this thesis is to get acquainted with graphitic materials and their mechanical properties. The first part of the thesis is an introduction in carbon nanotubes and emphasis is put on Laser Raman spectroscopy as a non-destructive method to measure mechanical properties. In the second part, the mechanical properties of prototype carbon nanotube fibrils are measured in a dynamic mechanical analysis (DMA) machine and also measurements are carried out on other graphitic materials like buckypapers, graphitic fibres and aramidic polymer (Kevlar®) fibres. The production process of these carbon nanotubes fibrils via dielectrophoresis, which we hope to reproduce in the future, is specially stressed.

Στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, αρχικά γίνεται μια σύντομη περιγραφή της γεωλογίας της μελετούμενης περιοχής που εντοπίζεται σε τμήμα της ε.ο Πατρών- Τριπόλεως περί της χ.θ 84 + 000. Αναφέρονται οι γεωλογικές συνθήκες της ευρύτερης περιοχής και η γεωτεκτονική εξέλιξη της γεωτεκτονικής ζώνης Ωλονού- Πίνδου. Η σπουδαιότητα των στοιχείων αυτών έγκειται στην κατανόηση του ευρύτερου τεχνικογεωλογικού περιβάλλοντος που ανήκουν οι ασβεστολιθικοί σχηματισμοί. Ακολουθεί η περιγραφή- αξιολόγηση των εργαστηριακών δοκιμών που εκτελέστηκαν σύμφωνα με τις ισχύουσες προδιαγραφές και περιγράφονται ο τρόπος δειγματοληψίας, η διαμόρφωση δειγμάτων και ο προσδιορισμός των φυσικών και μηχανικών παραμέτρων των ληφθέντων βραχώδων δειγμάτων ασβεστολίθου. / In the context of this thesis, first a brief description of the geology of the studied area is located in a part of the National Road Patras Tripoli on KP 84 + 000. Describe the geological conditions of the region, and the tectonic evolution of the geotectonic zone Olonou - Pindos. The importance of these data lies in understanding the wider geotechnical environment belonging calcareous formations. Here's a description - evaluation of the laboratory tests carried out in accordance with the applicable specifications and described the method of sampling the configuration samples and determination of physical and mechanical properties of the obtained samples rocky limestone.

Τα συμπολυμερή κατά συστάδες (block copolymers) έχουν κεντρίσει το ενδιαφέρον αρκετών ερευνητών όχι μόνο για το γεγονός ότι τα τμήματα από τα οποία αποτελούνται βρίσκονται στην νάνο-κλίμακα, αλλά και λόγω των ποικίλων φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων που εμφανίζουν, εξαιτίας της ικανότητας τους να αυτό-οργανώνονται (self assembly materials) σε διάφορες μορφολογίες. Η όχι και τόσο εύκολη διαδικασία παρασκευής συμπολυμερών κατά συστάδες πραγματοποιείται εμπλέκοντας σε αυτή παράγοντες, ανάλογα με το επιθυμητό αποτέλεσμα, όπως το μοριακό βάρος, τη νανοδομή και τη σύσταση. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν και συγκρίθηκαν οι δυναμικές και στατικές ιδιότητες πρωτότυπων συμπολυμερών δύο και τριών συστάδων, γραμμικής και ετεροκλαδικής αστεροειδούς αρχιτεκτονικής ΑΒ, ΑΒC, AnBn και An(B-C)n, καθώς και η επίδραση διαφόρων παραγόντων στις παραπάνω ιδιότητες. Τα συμπολυμερή παρασκευάστηκαν μέσω «ζωντανού» ανιονικού πολυμερισμού, όπου οι κλάδοι των αστεροειδών συμπολυμερών ήταν συνδεδεμένοι σε ένα πυρήνα. Η Α φάση ήταν πολυστυρόλιο (PS), η Β φάση ήταν ανάλογα την περίπτωση πολυμεθακρυλικός εξυλεστέρας (ΡΗΜΑ) ή πολυμεθακρυλικός αιθυλεστέρας (ΡΕΜΑ) και η C φάση ήταν πολυμεθακρυλικός μεθυλεστέρας (PMMA). Με την ολοκλήρωση της παρούσας διπλωματικής εργασίας, συμπεραίνουμε ότι ο προσεκτικός έλεγχος της μακρο-μοριακής χημείας και ο συνδυασμός της με την μακρο-μηχανική δοκιμή επιτρέπει τον προσδιορισμό όλων των σημαντικών παραμέτρων που επηρεάζουν τη μηχανική συμπεριφορά. Η κατανόηση της επίδρασης των μοριακών παραμέτρων, όπως η επιλογή των κατάλληλων πολυμερών - φάσεων, το ποσοστό συμμετοχής τους καθώς και η αρχιτεκτονική, γραμμική και αστεροειδής διαμόρφωση, στη μηχανική συμπεριφορά είναι δυνατή. Η αστεροειδής αρχιτεκτονική εμφανίζει καλύτερη μηχανική συμπεριφορά από τη γραμμική. Έπειτα, η παρουσία δύο ψαθυρών φάσεων στο ΑnDn, προσδίδουν υψηλό μέτρο ελαστικότητας και αντοχή καθώς και ικανοποιητική ολκιμότητα. Ακόμα, η προσθήκη του PHMA, ως φάση Β επέφερε αυξημένη ολκιμότητα και ικανοποιητική αντοχή / μέτρο ελαστικότητας, ενώ η εισαγωγή του PMMA, ως φάση C στα αστεροειδή συμπολυμερή δεν επέφερε σημαντικές αλλαγές στις μηχανικές ιδιότητες. Τέλος ο αριθμός των κλάδων είχε θετική επίδραση στη μηχανική συμπεριφορά των αστεροειδών. / Block copolymers have recently received much attention not only for the fact that their components are in nano-scale size but also for the various natural and mechanical properties that they present because of their self-organization ability in various morphologies (self–assembly materials). The production process of block copolymers is realized easily, involving factors as the molecular weight, the nanostructure and the composition. In present work were studied and compared the dynamic and static mechanical properties of new copolymers with two and three blocks having linear and star architecture , AB, ABC, AnBn and An(B-b-C)n, as well as the effect of various factors in the properties above. Block copolymers were prepared via “living” anionic polymerization, where the arms of star block copolymers were connected in one core. The phase A was PS, the B phase was PHMA or PEMA proportionally the case and the C phase was PMMA. Finishing of present work, we conclude that the careful control of macromolecular chemistry and her combination with macro-mechanical test allow the determination of all important parameters that influence the mechanical behavior. The comprehension of effect of molecular parameters such as the choice of suitable polymers – phases, the percent of each component and the architecture, linear and star configuration, in the mechanical properties are possible. Star architecture shows better mechanic behavior than linear. Also, the presence of two glassy phases in AnDn gives high strength/ modulus and reasonable ductility. The addition of PHMA as phase B gave an increase in ductility and reasonable strength modulus. Finally, the addition of PMMA, as phase C in star copolymers did not have an important changes while the number of arm had positive effect in the mechanical properties.

Σκοπός της παρούσας Πτυχιακής Εργασίας είναι ανάπτυξη μιας διαδικασίας παρασκευής νανοσύνθετων εποξικής ρητίνης/ πολλαπλών νανοσωληνίσκων άνθρακα (MWCNT) σε ένα εύρος περιεκτικοτήτων από 0.1 έως και 1 % κατά βάρος (κ.β) MWCNT. Τα εμποτισμένων δοκίμια έναντι αυτών της καθαρής ρητίνης παρουσίασαν ενισχυμένες μηχανικές ιδιότητες όπως αντοχή σε εφελκυσμό και αυξημένο μέτρο ελαστικότητας. Η αύξηση αυτή μπορεί να αποδοθεί στο υψηλό λόγο μήκους /διαμέτρου καθώς και στην μεγάλη ελεύθερη επιφάνεια των νανοσωληνίσκων (CNTs). Επίσης από τα πειράματα δυναμικής ανάλυσης παρατηρήθηκε αύξηση της θερμοκρασίας υαλώδους μετάβασης με την αύξηση της περιεκτικότητας των CNTs. Στα πλαίσια της ίδιας εργασίας μελετήθηκαν οι ηλεκτρικές ιδιότητες καθώς και οι αισθητήριες ιδιότητες των MWCNT και εξερευνήθηκε η χρήση τους ως νανοαισθητήρες για την παρακολούθηση βλάβης στην εμποτισμένη εποξική ρητίνη. Για τον σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν πειράματα φόρτισης-αποφόρτισης μονοαξονικού εφελκυσμού με ταυτόχρονη παρακολούθηση της ηλεκτρικής αντίστασης του δοκιμίου. Από την παραπάνω διαδικασία παρατηρήθηκε πως όσο μεγαλύτερη είναι η περιεκτικότητα CNTs στην ρητίνη, τόσο μεγαλύτερη είναι η ευαισθησία της ηλεκτρικής αντίστασης στις αλλαγές του εφαρμοζόμενου φορτίου. Σημειώνεται επίσης πως η εμποτισμένη σε CNTs εποξική ρητίνη παρουσιάζει ηλεκτρική αγωγιμότητα παρουσιάζοντας σε περιεκτικότητα 1% κ.β συμπεριφορά αγωγού, γεγονός που οφείλεται στην αγώγιμη φύση των CNTs. Από τις μετρήσεις ηλεκτρικής αγωγιμότητας παρατηρήθηκε πως το «κατώφλι» αγωγιμότητας επιτυγχάνεται σε περιεκτικότητα 0.3% κ.β MWCNT ενώ, επιβεβαιώνεται η ισχύς της θεωρίας «διήθησης» : σ~ (V-Vc)t δίνοντας τιμή «κρίσιμου» εκθέτη t ίση με 2.05. / The goal of the present study is the development of a manufacturing process of epoxy resin compounds with several multi-wall carbon nanotube (MWCNT) contents per weight. Enhanced mechanical properties of the doped specimens epoxy against the neat epoxy testpieces e.g. tensile strength and modulus of elasticity was achieved and attributed to the high surface area and high aspect ratio of the nanotubes. Moreover the dynamic properties of the nano-doped epoxy polymers were investigated and the relation of glass transition temperature with increasing CNT content was found to be inverse. Another goal of the present work was to use the electrical/sensing properties of MWCNTs as a nano-sensor for the damage detection within the doped matrix material. Therefore loading-unloading tensile tests were performed, along with on-line conductivity monitoring for the nano-doped epoxy polymers. It was noted that all the nano-doped samples were more sensitive to load changes and thus resistance changes. The higher the CNT content per weight was, the higher the sensitivity in load changes. The conductive nature of CNTs has produced conductive epoxy polymers, which exhibit “percolation threshold” at the content of 0.3% wt. MWCNT and enhanced sensing properties. The measurements of electrical conductivity confirm the validity of “percolation” theory: σ~ (V-Vc)t with the critical exponent t equal to 2.05.

Η παρούσα διατριβή διερευνά τη μηχανική συμπεριφορά των γεωλογικών σχηματισμών που αναφέρονται ως σκληρά εδάφη-μαλακοί βράχοι και αποτελούν μεταβατική ενότητα υλικών με χαρακτηριστικά αντοχών που τα κατατάσσουν ενδιάμεσα των εδαφικών και των βραχωδών υλικών. Εξετάζει δε τις εμφανίσεις τους σε περιοχές της Πελοποννήσου και ειδικότερα στους Νομούς Κορινθίας, Αχαΐας, Ηλείας και Λακωνίας. Η συγκέντρωση της Διεθνούς και της Ελληνικής βιβλιογραφίας πάνω στο θέμα αυτό αποτέλεσε την αρχική καταγραφή των ιδιοτήτων των σχηματισμών αυτών, όπως έχουν αναγνωριστεί από προηγούμενες έρευνες. Η παρούσα έρευνα διευρύνει τη διερεύνηση των υλικών αυτών στον Ελληνικό χώρο με την εξέταση των μηχανικών παραμέτρων ακολουθώντας τη μεθοδολογία της Βραχομηχανικής. Για την επίτευξη του παραπάνω στόχου αυτού έγινε κατ' αρχήν μελέτη και τροποποίηση των μεθόδων διερεύνησης με σκοπό την προσαρμογή των σχετικών διαδικασιών στην ιδιαίτερη φύση των υλικών που εξετάζονται. Έτσι προτείνεται ολοκληρωμένη διαδικασία και τεχνικές εξέτασης από την απόληψη των υλικών στο πεδίο έως την εκτέλεση δοκιμών προσδιορισμού των μηχανικών παραμέτρων. Η δειγματοληψία των σχηματισμών, επικεντρώθηκε στις λεκάνες ιζηματογένεσης του Κορινθιακού και του Πατραϊκού κόλπου, του Πύργου και της Καλαμάτας και αφορά ιζηματογενή πετρώματα Νεογενούς κυρίως ηλικίας από 28 διαφορετικά σημεία. Για τη συσχέτιση των μηχανικών χαρακτηριστικών των υλικών με τις περιοχές δειγματοληψίας, καταγράφονται και περιγράφονται συστηματικά οι θέσεις αυτές στο ευρύτερο γεωλογικό και τεχνικογεωλογικό περιβάλλον που εντάσσονται. Στη συνέχεια, ο προσδιορισμός των μηχανικών παραμέτρων πραγματοποιείται με την υλοποίηση και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων από 31 δοκιμές τριαξονικής φόρτισης, ενώ η εργαστηριακή έρευνα επεκτείνεται και στον προσδιορισμό των δυναμικών παραμέτρων καθώς και των φυσικών χαρακτηριστικών. Επίσης, εξετάζεται η ορυκτολογία των υλικών αυτών με τη μέθοδο της περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ και δίνονται ημιποσοτικοί προσδιορισμοί, στοιχεία απαραίτητα για την εξέταση της επίδρασης της ορυκτολογικής σύστασης στη μηχανική συμπεριφορά. Με βάση τα αποτελέσματα της εργαστηριακής έρευνας προσδιορίζεται κατ' αρχήν το πλαίσιο της συμπεριφοράς και των χαρακτηριστικών των υλικών αυτής της κατηγορίας. Εξετάζονται επίσης οι συσχετίσεις μεταξύ των μεγεθών και καθορίζονται οι μαθηματικές σχέσεις που τις ορίζουν. Επιπλέον διερευνάται και η εφαρμογή των δύο κύριων κριτηρίων θραύσης, Mohr-Coulomb και Hoek-Brown, μέσω της αξιοπιστίας τους στην απόδοση των πραγματικών εντατικών καταστάσεων, όπως αυτές προσδιορίστηκαν εργαστηριακά. Σημειώνεται πως όλες οι παραπάνω έρευνες πραγματοποιούνται με τη θεώρηση των υλικών ως μια ομάδα αλλά και διαχωρισμένα σε δύο επιμέρους κατηγορίες με βάση τη λιθολογική φάση τους, την ψαμμιτική και τη λεπτομερέστερη. Για τον καθορισμό, τέλος, της αντιστοιχίας της συμπεριφοράς των ενδιάμεσων αυτών υλικών με καθαρά βραχώδη υλικά, γίνεται η εξέταση των συσχετίσεων των μηχανικών τους παραμέτρων, αφού πρώτα συγκεντρώθηκαν όλα τα δεδομένα. Τα αποτελέσματα της συσχέτισης αυτής επιτρέπουν τη σύγκριση της συμπεριφοράς μεταξύ βράχων και ενδιάμεσων υλικών και αναδεικνύουν τη σημασία της εξέτασης των σκληρών εδαφών-μαλακών βράχων στην κατανόηση της συμπεριφοράς του πλήρους γεωτεχνικού φάσματος. / This thesis aims to the determination of the mechanical behaviour of geological formations which are classified as hard soils-soft rocks and are considered the intermediate transition from soil to rock. Formations of this type from Peloponnesus, Greece are examined. The first boundaries of this research have been set by recording the parameters of this type of geological formations as reported by previous researchers on this subject from the International and Greek experience. In the framework of this research, the ineluctability of examining in Greece hard soil-soft rock material behaviour by determining its mechanical properties based on a rock mechanics approach has been realized. Given the specific physis of hard soils-soft rocks there has been the need to focus on the methodology of sampling and laboratory testing and assess alterations in order to adjust them to the specialties of these certain formations. A complete sequence of methods and techniques is suggested, in order to achieve examination of the mechanical behaviour of these formations, including the steps from on site sampling to laboratory testing of mechanical properties. Sampling focused on the Peloponnesus area and more specifically on Korinth, Patras, Pyrgos and Kalamata sedimentary basins and refers to soft rocks of Neogene age from 28 different sites. Recording and systematic geological and geotechnical description of these sites of investigation has been conducted and the formations examined have been classified in their corresponding environment as far as their characteristics are concerned. 31 triaxial tests have been executed in order to determine the mechanical parameters of hard soils-soft rocks as part of a widened laboratory research which included all the mechanical and dynamical properties of these formations as well as physical parameters. Moreover, XRD testing has been included in order to provide information about the sample mineralogy and semi-quantitative analyses results were used as a means of evaluating the impact of mineralogy to the mechanical behaviour. The results of laboratory testing are used for addressing their range and typical values to the corresponding material type. Relationships between the parameters are also evaluated, resulting in empirical equations for the most strongly depended. Mohr-Coulomb and Hoek-Brown failure criteria were applied and their failure envelope fits to the true laboratory data are evaluated in order to compare them in terms of the best fit. All of the above are examined by considering the data as of corresponding to one (soft) rock type and also by considering the lithological differentiation of the sandy and finer types. Finally, the interdependence of the parameters describing mechanical behaviour was examined after taking in consideration data that refer to pure rock formations in order to reveal the equivalence in mechanical behaviour of the soft rocks to pure rocks. The results provide comparison between the intrinsic characteristics of these rock types and thus project the importance of hard soil-soft rock examination into understanding the mechanical behaviour of the full geotechnical spectrum.

Αντικείμενο της εργασίας είναι η αποτίμηση των φυσικών και μηχανικών παραμέτρων του βραχώδους υλικού από μερικά μαγματικά πετρώματα (δακίτης, περιδοτίτης και γρανίτης), καθώς και κάποιων μεταμορφωμένων πετρωμάτων (γνεύσιος). Η δειγματοληψία των γεωϋλικών έγινε στις περιοχές (α) Αγίων Θεοδώρων και Σχίνου Κορινθίας και (β) Πισοδερίου Φλώρινας. Στην πρώτη περιοχή πάρθηκαν μεγάλων διαστάσεων δείγματα (block samples), ενώ στη δεύτερη (Πισοδέρι) τα δείγματα προέρχονται από δειγματοληπτικές γεωτρήσεις, που έγιναν στα πλαίσια της γεωτεχνικής μελέτης θεμελίωσης ανεμογεννητριών (Αιολικό πάρκο). Από κάθε θέση δειγματοληψίας διαμορφώθηκαν, με εργαστηριακό αδαμαντοτρύπανο (απλή καροταρία), αδαμαντοτροχό και συσκευή λείανσης, σημαντικός αριθμός κυλινδρικών δοκιμίων για τον εργαστηριακό προσδιορισμό των φυσικών, δυναμικών και μηχανικών παραμέτρων του βραχώδους υλικού. Συνολικά, οι εργαστηριακές δοκιμές που εκτελέστηκαν ήταν: • Πενήντα πέντε (55) δοκιμές προσδιορισμού του πορώδους n (%), της ξερής πυκνότητας ρd (kN/m3), της κορεσμένης πυκνότητας ρsat (kN/m3), του λόγου κενών e και του δείκτη κενών Iν (%). • Είκοσι τέσσερες (24) δοκιμές προσδιορισμού της ταχύτητας διάδοσης των επιμήκων κυμάτων Vp (m/sec). • Τριάντα οκτώ (38) δοκιμές προσδιορισμού της σκληρότητας SHV με τη χρήση της σφύρας Schmidt (τύπου L). • Είκοσι τρεις (23) δοκιμές προσδιορισμού του δείκτη σημειακής φόρτισης Ιs(50) (MPa). • Επτά (7) δοκιμές προσδιορισμού της αντοχής σε μονοαξονική θλίψη σc (MPa) με σύγχρονη μέτρηση και προσδιορισμό του μέτρου ελαστικότητας (Εt) και τoυ λόγου Poisson (v). • Δέκα (10) δοκιμές προσδιορισμού της αντοχής σε τριαξονική θλίψη. Μετά την ολοκλήρωση των εργαστηριακών δοκιμών ακολούθησε στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων των παραμέτρων που προσδιορίστηκαν, με τη σχεδίαση των ιστογραμμάτων κατανομής των τιμών και την εκτίμηση των βασικών στατιστικών παραμέτρων. Επίσης, έγινε η εφαρμογή απλών στατιστικών μοντέλων συσχετισμών και διατυπώθηκαν εμπειρικές σχέσεις που περιγράφουν την αλληλεξάρτηση των διαφόρων παραμέτρων του βραχώδους υλικού για τα συγκεκριμένα πετρώματα. / The aim of this thesis is the valuation of physical and mechanical properties of the rocky material, some of igneous rocks (dacite, peridotite and granite), as well as some of metamorphic rocks (gneiss). The sampling was held in the districts of (a) Agion Theodore and Schinos Korinthos (b) Pissoderi Florina. In the first district was collected large rock samples (block samples), while in the second site (Pissoderi), the samples come from research drillings that carried out under the geotechnical research foundation of a wind farm (Wind Turbines). In every sampling site, five to six cylindrical samples were formed on average, by using laboratory core drill (laboratory karotaria), diamond drill and grinding apparatus, so as to define the physical, dynamical and mechanical properties of intact rock. More specifically the following laboratory tests were conducted:  Fifty five (55) tests for porosity, n (%), dry density, ρd (kN/m3), saturated density, ρsat (kN/m3), void ratio, e, and void index, Iν (%).  Twenty four (24) tests for sound velocity of primary waves, Vp (m/sec).  Thirty eight (38) SHV tests.  Twenty three (23) point load tests.  Seven (7) uniaxial compressive tests with determination of modulus of deformation Et (MPa) and Poisson ratio, ν.  Ten (10) triaxial tests of rock material constant mi determination. After the completion of the laboratory tests statistics, elaboration was followed of the results examined in this thesis, by designing histograms of the results and the evaluation of basic statistical parameters. Also, application of simple statistical models has become and so were formulated empirical relations, which describe the interdependence of the parameters of the rocky material for these types of rocks.

Small concentrations of graphene can significantly alter the phase behavior and the mechanical and electrical characteristics of polymeric materials. In this Masters thesis, we present results from a hierarchical simulation methodology that leads to the prediction of the thermodynamic, conformational, structural, dynamic and mechanical properties of polymer nanocomposites. As a model system, we have chosen syndiotactic poly(methyl methacrylate) or sPMMA reinforced with uniformly dispersed graphene sheets. How graphene functionalization affects the elastic constants of the resulting nanocomposite is also examined. The simulation strategy entails three steps: 1) Generation of an initial structure which is subjected to potential energy minimization and detailed molecular dynamics (MD) simulations at T=500K and P=1atm, to obtain well relaxed melt configurations of the nanocomposite and to extract any interested properties. Furthermore, for the sPMMA/graphene nanocomposite: 2) Gradual cooling of selected configurations down to room temperature to obtain a good number of structures representative of its glassy phase, and 3) Molecular mechanics (MM) calculations of its mechanical properties following the method originally proposed by Theodorou and Suter. The MD simulations have been executed with the LAMMPS code using the all-atom DREIDING force-field. By analyzing MD trajectories under constant temperature and pressure, all nanocomposite systems were found to exhibit slower terminal and segmental dynamics than the unfilled ones. The addition of a small fraction of graphene sheets in the polymer matrix led to the enhancement of its elastic constants especially when functionalized graphene sheets were used. / Μικρές συγκεντρώσεις γραφενίου μπορούν να τροποποιήσουν σημαντικά τη φασική συμπεριφορά και τα μηχανικά και ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των πολυμερικών υλικών. Στη παρούσα εργασία παρουσιάζουμε αποτελέσματα από μία ιεραρχική μεθοδολογία προσομοίωσης που οδηγεί στη πρόβλεψη των θερμοδυναμικών, δομικών, δυναμικών και μηχανικών ιδιοτήτων πολυμερικών νανοσύνθετων υλικών. Σαν σύστημα μοντελοποίησης, επιλέξαμε τον συνδιοτακτικό πολυμεθακρυλικό μεθυλεστέρα, syndiotactic poly(methyl methacrylate), ή sPMMA, ενισχυμένο με ομοιόμορφα διεσπαρμένα φύλλα γραφενίου. Επίσης εξετάζεται και το πώς η χημική τροποποίηση του γραφενίου επηρεάζει τις ελαστικές ιδιότητες του νανοσύνθετου υλικού. Η στρατηγική της προσομοίωσης των συστημάτων συνοψίζεται σε τρία βήματα: 1) Δημιουργία αρχικών απεικονίσεων οι οποίες υποβάλλονται σε ελαχιστοποίηση της δυναμικής τους ενέργειας και στη συνέχεια σε λεπτομερείς προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής (MD) σε T=500K και P=1atm, ώστε να εξαγάγουμε πλήρως χαλαρωμένες διαμορφώσεις τήγματος του νανοσύνθετου υλικού και να υπολογίσουμε ιδιότητες που μας ενδιαφέρουν. Επιπλέον για τα νανοσύνθετα υλικά sPMMA/γραφενίου συνεχίζουμε με 2) Σταδιακή ψύξη επιλεγμένων ατομιστικών διαμορφώσεων σε θερμοκρασία δωματίου με σκοπό την εξαγωγή ενός ικανοποιητικού αριθμού δομών, αντιπροσωπευτικών της υαλώδους φάσης τους, και 3) Εφαρμογή της μεθόδου της Μοριακής Μηχανικής (MM) για τον υπολογισμό των μηχανικών ιδιοτήτων τους ακολουθώντας τη μέθοδο που προτάθηκε από τους Θεοδώρου και Suter. Οι προσομοιώσεις της Μοριακής Δυναμικής πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση του κώδικα LAMMPS, εφαρμόζοντας το DREIDING πεδίο-δυνάμεων και υιοθετόντας το μοντέλο των διακριτών ατόμων για την περιγραφή των ατομιστικών αλληλεπιδράσεων των συστημάτων. Αναλύοντας τις τροχιές των ατόμων από τις προσομοιώσεις της Μοριακής Δυναμικής υπό σταθερή θερμοκρασία και πίεση, τα υπό μελέτη νανοσύνθετα συστήματα βρέθηκαν να παρουσιάζουν βραδύτερη ολική και τοπική δυναμική σε σχέση με το καθαρό πολυμερές. Η προσθήκη μικρών κλασμάτων φύλλων γραφενίου στην πολυμερική μήτρα οδήγησε στην ενίσχυση των ελαστικών ιδιοτήτων της και σε μία περαιτέρω βελτίωση αυτών, όταν χρησιμοποιήθηκαν χημικώς τροποιημένα φύλλα γραφενίου.