Η πτυχιακή εργασία αφορά στην μελέτη της σχέσης της μικροδομής ψαμμιτών και της μηχανικής τους συμπεριφοράς. Αναλύονται μηχανικές, φυσικές και γεωτεχνικές ιδιότητες σε σχέση με το πορώδες, διαπερατότητα, δομική ωριμότητα και γενικά όλες τις πετρογραφικές ιδιότητες ιζηματογενών πετρωμάτων. / This BSc thesis is about the studying of the relationship of the sandstone microstructure as it is influenced by their mechanical behaviour. We review the mechanical, physical and geotechnical behaviour in comparison to the porosity, the permeability, structural maturity and in general all the sedimentary petrographic characters.

Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει τα φυσικά και μηχανικά χαρακτηριστικά του βραχώδους υλικού δύο διαφορετικών πετρωμάτων και συγκεκριμένα ψαμμιτών και γρανιτών. Οι ψαμμίτες προέρχονται από πέντε (5) επιλεγμένες θέσεις δειγματοληψίας σε αντίστοιχες θέσεις της Δ. Ελλάδας, από την ακολουθία του φλύσχη που ανήκει και στις τρεις αντιπροσωπευτικές γεωτεκτονικές ζώνες της ευρύτερης περιοχής. Η δειγματοληψία έγινε σε βραχώδη δείγματα μεγάλων διαστάσεων (block samples) και στη συνέχεια διαμορφώθηκαν κυλινδρικά δείγματα με εργαστηριακή καροταρία. Οι γρανίτες προέρχονται από δείγματα σημαντικού αριθμού δειγματοληπτικών γεωτρήσεων που εκτελέστηκαν στα πλαίσια της γεωτεχνικής έρευνας θεμελίωσης αιολικού πάρκου (ανεμογεννητριών) στην περιοχή Πισοδερίου Φλώρινας. Η εργαστηριακή έρευνα περιλάμβανε την προσέγγιση κυρίως της φυσικής συμπεριφοράς των ψαμμιτών με «μη καταστρεπτικές δοκιμές» σε 16 κυλινδρικά διαμορφωμένα δείγματα, ενώ για τους γρανίτες και συγκεκριμένα σε 120 κυλινδρικά δείγματα, έμφαση δόθηκε στις μηχανικές ιδιότητες η οποίες και απαιτούνται για τον ορθολογικό σχεδιασμό του συγκεκριμένου τεχνικού έργου. Οι ψαμμίτες ήταν κυρίως χαλαζιακοί, ασβεστιτικοί – χαλαζιακοί και αρκόζες. Τις χαμηλότερες τιμές ταχύτητας υπερήχων και σκληρότητας παρουσιάζουν οι αρκόζες, ενώ αντίθετα οι χαλαζιακοί ψαμμίτες εμφανίζονται σαν μέτρια σκληροί και με αρκετά χαμηλά πορώδη. Οι γρανίτες εμφανίζονται συνήθως σκληροί, υψηλής – πολύ υψηλής αντοχής με τιμές λόγου μέτρου (MR) να κυμαίνονται από περίπου 600 μέχρι <50. Ο σημαντικός αριθμός εργαστηριακών μετρήσεων κυρίως των παραμέτρων αντοχής επέτρεψε την στατιστική επεξεργασία τους και τη διατύπωση εμπειρικών σχέσεων γενικής εφαρμογής που χαρακτηρίζουν το συγκεκριμένο πέτρωμα. / This thesis examines the physical and mechanical characteristics of the rocky material of two different rocks and specifically sandstones and granites. The sandstones come from five (5) selected sampling sites in corresponding locations of Western Greece, from the sequence of flysch that belongs to all three representative geotectonic zones of the surrounding area. The sampling was done in large rock samples (block samples) and then formed cylindrical samples with laboratory karotaria. The granite samples come from a large number of sample drillings that carried out under the geotechnical research foundation of a wind farm (wind turbines) in Pissoderi Florina. The laboratory investigation included the main approach of the physical behavior of sandstones with "non-destructive testing" in 16 cylindrical shaped samples, while for the granite and specifically for 120 cylindrical samples, emphasis was placed on the mechanical characteristics which are necessary for the rational design of this specific technical project. The sandstones were mainly quartz, limestone - quartz and arkozes. The lowest ultrasound speed value and hardness show the arkozes, while the quartz sandstones appear as medium hard and relatively low porous. The granites usually appear tough, high - very high resistance to ratio value measure (MR) ranging from about 600 to <50. The large number of laboratory measurements of the parameters, mainly resistance’s, allowed the statistical processing and the formulation of empirical relationships of general application that characterize this rock.

Θεματικός πυρήνας της συγκεκριμένης εργασίας είναι η αναγνώριση, ιεράρχηση και ερμηνεία των παραμορφωτικών χαρακτηριστικών ενός τμήματος του καλύμματος της Όχης, που καταλαμβάνει τα υψηλότερα τεκτονοστρωματογραφικά επίπεδα της ενότητας κυανοσχιστολίθων Εύβοιας (EBU). Μολονότι θεματικό πυρήνα της εργασίας αποτελεί η τεκτονική ανάλυση τμήματος του καλύμματος της Όχης, έμφαση δίνεται και στους μηχανισμούς που έχουν προταθεί για τον εκταφιασμό λιθοτεκτονικών ενοτήτων που έχουν υποστεί συνθήκες υψηλών και υπερ - υψηλών πιέσεων. Καταληκτικά, εκτίθενται επίσης τεκτονοστρωματογραφικά δεδομένα, τεκτονικά δεδομένα και πετρολογικά δεδομένα απο την ευρύτερο τμήμα της Νοτίου Ευβοίας δίνοντας έμφαση στην μεταμορφική πληροφορία που εσωκλείουν τα πετρώματα που υπέστησαν τις συνθήκες ενός καναλιού καταβύθισης. / The core subject of the present study is the recognition, relative dating and structural interpretation of the deformational characterestics of a part of the Ochi nappe. The Ochi nappe possess the highest tectonostratigraphic levels between the stacked nappes which constitute the Evia Bluschist Unit (EBU). Emphasis in this study is given to the mechanisms which have been proposed that contribute to the exhumation of (U)HP metamorphic terranes. In general, this study expose the to date published information about the stratigraphy, structural geology and metamorphic petrology of Southern Evia blueschist belt.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη του μηχανισμού καταβύθισης ανόργανων αλάτων μέσω της επί τόπου (in-situ) καταβύθισής τους σε πορώδη μέσα και η ανάπτυξη μιας περιβαλλοντικά φιλικής μεθόδου που θα οδηγήσει στη στεγανοποίηση και ενδυνάμωση (θεραπεία) των μηχανικών ιδιοτήτων των πετρωμάτων. Οι εφαρμογές στη βιομηχανία μπορεί να είναι ποικίλες, όπως για τη στεγανοποίηση σηράγγων και άλλων υπόγειων έργων, για τη σταθεροποίηση των κυματοθραυστών, για την προστασία των κατασκευών από τη διάβρωση εξ αιτίας της υγρασίας, για την προστασία των μνημείων πολιτισμικής κληρονομιάς. Πιο συγκεκριμένα, το σύστημα που μελετάται είναι το σύστημα των πυριτικών αλάτων. Έγινε μελέτη της αυθόρμητης καταβύθισης του πυριτικού ασβεστίου σε αντιδραστήρα διαλείποντος έργου. Επιπλέον, μελετήθηκε η επίδραση συγκεκριμένης ποσότητας κονιοποιημένης σκόνης (10γραμμάρια) πετρώματος στο μηχανισμό καταβύθισης του πυριτικού ασβεστίου. Κατά τη διάρκεια της πειραματικής διαδικασίας συλλέγονταν δείγματα από τον αντιδραστήρα σε τακτά χρονικά διαστήματα για να διαπιστωθεί η μείωση των ιόντων πυριτίου και ασβεστίου από το διάλυμα με τη μέθοδο του φωτομέτρου και της ατομικής απορρόφησης αντίστοιχα. Από τη μείωση της συγκέντρωσης των ιόντων υπολογίστηκε ο ρυθμός καταβύθισης και κατόπιν η φαινόμενη τάξη της αντίδρασης. Επίσης, με τη χρήση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης και της περιθλασιμετρίας των ακτίνων Χ ανιχνεύθηκαν οι καταβυθιζόμενες φάσεις στις διαφορετικές πειραματικές συνθήκες. Αυτές ήταν κυρίως το άμορφο διοξείδιο του πυριτίου, το ένυδρο πυριτικό ασβέστιο και ο βολλαστονίτης. Κατά την αυθόρμητη καταβύθιση του πυριτικού ασβεστίου ο κύριος μηχανισμός που την ελέγχει βρέθηκε ότι είναι το πολυπυρηνικό πρότυπο. Η εργασία χωρίζεται σε 6 κεφάλαια. Το πρώτο αναφέρεται γενικότερα στο πρόβλημα των διαβρώσεων και των προβληματικών κατασκευών, το δεύτερο δίνει πληροφορίες σχετικά με το στοιχείο του πυριτίου, τις ενώσεις που σχηματίζει και τις ιδιότητές του και το τρίτο είναι μια σύντομη αναφορά στη θεωρία της κρυστάλλωσης. Επίσης, αναφέρονται σύντομα οι θεωρίες που έχουν διατυπωθεί για την πυρηνογένεση και την κρυστάλλωση από υπέρκορα διαλύματα. Στη συνέχεια, στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν σε αντιδραστήρα διαλείποντος έργου για διαφορετικές συγκεντρώσεις και τιμές pH. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα σε pH=9 και pH=10 και σε εύρος συγκεντρώσεων 2mM to 50mM, απουσία και παρουσία σκόνης πετρώματος. Τα υδατικά διαλύματα που χρησιμοποιήθηκαν είναι χλωριούχο ασβέστιο (CaCl2) και οξείδιο του πυριτίου (Na2Si3O7). Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η μέθοδος που αναπτύχθηκε με σκοπό να μειωθεί το πορώδες των πετρωμάτων. Χρησιμοποιήθηκαν κυλινδρικά δοκίμια φυσικού πετρώματος (υπόστρωμα), πάνω στα οποία εφαρμόστηκαν διαλύματα πυριτικού ασβεστίου σε διάφορες συγκεντρώσεις. Η επιλογή του πετρώματος ως υπόβαθρο εφαρμογής έγινε γιατί η σταθεροποίηση πετρωμάτων βρίσκει εφαρμογή σε αρκετά πεδία, όπως η προστασία των μνημείων και των έργων τέχνης, η βιομηχανία πετρελαίου και τα τεχνικά έργα. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα υδατικής εισρόφησης (water absorption test) σε διαφορετικές συγκεντρώσεις. Το επιθυμητό προϊόν καταβύθισης ανάμεσα στους πόρους του πετρώματος είναι το Ca-Si-O και η καταβύθιση είναι επιθυμητό να πραγματοποιείται στην επιφάνεια αλλά και μερικά χιλιοστά κάτω από αυτή. Τέλος, στο τελευταίο κεφάλαιο παρατίθενται συνολικά τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από την εργασία. / The main motivation for the present work is the investigation of the precipitation mechanisms through in-situ mixing and the precipitation of soluble salts in porous media. The proposed method may be applicable for the prevention of sand entrainment into well bores during oil production in poorly consolidated oil reservoirs. The work done concerning the development of the methodology of calcium silicate salts involved the following steps: i) investigation of the mechanism via growth rate measurements. ii) treatment of natural rock samples with the application of chemical solutions and testing of the method. In the present study, two series of experiments were conducted in order to investigate the kinetics of calcium silicate precipitation in batch reactors using calcium chloride and sodium trisilicate as the initials reagents in the absence and presence of silica sand and at pH=9 and 10 at 25oC. Different concentrations of the salts were tried, ranging from 2mM to 50mM. In all sets of lab experiments used in the present work the molar concentrations of the supersaturated solutions were equal (1:1). During the experiments, samples were taken, filtered by membrane filters and analyzed for total calcium by AAS (atomic absorption spectroscopy) and for total silica by UV spectrometry. Moreover, at the end of each experiment, the fluid suspension was filtered with a 0.22μm filter and the solid parts were collected, then dried and finally characterized by powder XRD (X-Ray diffraction) method and observed in SEM (scanning electron microscopy) for the identification of the mineral crystalline phases. The analysis of the kinetic data showed that in spontaneous precipitation experiments at pH=10, the crystal growth mechanism is best described by the polynuclear model (n=6) and the main crystalline phase recognized was calcium silicate hydrate. The effect of various parameters, such as temperature, salts concentration, pH, and the presence of sand was studied upon the rate of precipitation and the morphology of the precipitate. It was expected that precipitation would be favored for high concentrations of solutions. Finally, a set of experiments was carried out to test the efficiency of the method when applied inside porous media. The porous media that was used was natural rock that was cut and formalized in small cylindrical samples. The two soluble salts were applied either separately on the rock samples or after having been mixed for different concentrations and repeatedly with brushing or spraying. It was attempted to obtain qualitative and quantitative information concerning the deposition and growth of calcium silicate within the pores of the rock. After the treatment of the samples with the solutions water absorption test took place. It was found that precipitation of calcium silicate happened within porous material and indeed was favored by high concentrations and repeated applications

The Garpenberg mine, owned by the Boliden Mining group, has established a trial area at Dammsjön orebody in order to examine the possibility of increasing the productivity of the mine. The mine uses the rill mining method with a current rill height of 15 m. In order to increase the productivity, the mine is examining the possibility of increasing the height of the rill. The trial area is located at 882 m depth surrounded by dolomite on the hangingwall and quartzitic rock on the footwall side. Rock support arches have been installed, in addition to the regular support pattern, to test their effectiveness on stabilizing the ground around the drifts. The arches have been installed in every 6 m and every 3 m in different parts of the test area. Rock samples from the trial area were brought to the university laboratory for testing. The data gathered from the laboratory tests along with the data from the monitoring of the trial area were used to develop a calibrated numerical model. A three-dimensional (3-D) model was therefore created, by using the FLAC3D numerical code. After the calibration of the model a parametric study was conducted for different rill heights and different arch spacing to investigate the performance of the arches. Specifically, the case of no arch installation along with the cases of an installed arch every 6 m and 3 m were tested, for the rill heights of 15 m, 20 m, 25 m and 30 m. The study concluded that the arches assisted in reducing the ground convergence in the production drift. The results also showed that the total height of the rill bench yields regardless of its height. After the yielding, the rockmass can no longer support itself and caves under its own weight. The larger the rill height, the larger the volume of loose rock that has to be supported and thus, higher the convergence. Furthermore, it was also observed that, significant amount of convergence in the production drift occurred during the drifting of the top drive and less during the stoping of the rill bench. This indicates that, the timely installation of the arches is an important criterion for their performance.