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LA DIMINUZIONE DEL COEFFICIENTE DI ATTRITO DURANTE UN TERREMOTO: PROCESSI DI INDEBOLIMENTO DINAMICO NEI CARBONATI Laureando: Carlo Sommacampagna Relatore:

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1 LA DIMINUZIONE DEL COEFFICIENTE DI ATTRITO DURANTE UN TERREMOTO: PROCESSI DI INDEBOLIMENTO DINAMICO NEI CARBONATI Laureando: Carlo Sommacampagna Relatore: Prof. Giulio Di Toro

2 INDICE 1.Anatomia di un terremoto 2.Evidenze sperimentali e teoriche di indebolimento dinamico 3.Indebolimento dinamico nei carbonati 3.1. Onde d’urto 3.2. Comportamento superplastico 4.Conclusioni

3 INDICE 1.Anatomia di un terremoto 2.Evidenze sperimentali e teoriche di indebolimento dinamico 3.Indebolimento dinamico nei carbonati 3.1. Onde d’urto 3.2. Comportamento superplastico 4.Conclusioni

4 Propagazione della rottura e formazione di zona di scivolamento sismico (spessore < 1 cm). Swanson, 1992

5 Specchio di faglia in dolomie: deformazione localizzata. Fondriest et al., 2014

6 INDICE 1.Anatomia di un terremoto 2.Evidenze sperimentali e teoriche di indebolimento dinamico 3.Indebolimento dinamico nei carbonati 3.1. Onde d’urto 3.2. Comportamento superplastico 4.Conclusioni

7 Di Toro et al., 2011 Coefficiente di attrito Velocità di scivolamento (m/s)

8 Evidenze teoriche di indebolimento dinamico: il coefficiente di attrito diminuisce durante lo scivolamento cosismico, altrimenti…plasma!!!. Aumento di temperatura (°C) Rigetto (m) 40 cm Rice, 2006

9 INDICE 1.Anatomia di un terremoto 2.Evidenze sperimentali e teoriche di indebolimento dinamico 3.Indebolimento dinamico nei carbonati 3.1. Onde d’urto 3.2. Comportamento superplastico 4.Conclusioni

10 Marmo di Carrara (CaCO 3 ).Esperimenti interrotti a rigetti crescenti. Forte diminuzione del coefficiente di attrito. Forte accelerazione iniziale. coeff. attrito vel. scivolamento Velocità scivolamento (m/s) Rigetto (m) Coefficiente di attrito

11 Dopo gli esperimenti i campioni sono analizzati (Focus Ion Beam – SEM)

12 Area investigata con HRTEM

13 HRTEM Da singoli cristalli di calcite ad aggregati nanocristallini. (I granuli originali di calcite erano di 130  m)

14 Formazione di un aggregato nanocristallino per passaggio di onde d’urto (Molecular Dynamics Simulations). Kai Kadau et al., nm

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16 Sequenza degli eventi nei campioni di Marmo di Carrara Formazione aggregato nanocristallino Accelerazione iniziale Onda d’urto

17 INDICE 1.Anatomia di un terremoto 2.Evidenze sperimentali e teoriche di indebolimento dinamico 3.Indebolimento dinamico nei carbonati 3.1. Onde d’urto 3.2. Comportamento superplastico 4.Conclusioni

18 Marmo di Carrara (CaCO 3 ). Esperimento interrotto dopo un rigetto di 50 mm. Progressiva diminuzione del coefficiente di attrito dopo un rigetto di più di 7 mm. coeff. attrito vel. scivolamento Velocità scivolamento (m/s) Rigetto (m) Coefficiente di attrito

19 Al termine dell’esperimento: grani di calcite ricristallizzata Immagine SE-FESEM

20 Comportamento superplastico = grain boundary sliding e diffusion creep.

21 Superficie di scivolamento Esperimenti: nanostrutture tipiche da comportamento superplastico.

22 Immagine SE-FESEM Il campione di Marmo di Carrara ha mostrato un comportamento superplastico.

23 Diffusion creep controlla il comportamento superplastico. coeff. attrito vel. scivolamento Velocità scivolamento (m/s) Rigetto (m) Coefficiente di attrito Temperatura media superficie di scivolamento 400 o C 20 o C

24 Formazione aggregato nanocristallino Comportamento superplastico Sequenza degli eventi nel campione di Marmo di Carrara

25 20 o C 400 o C Marmo: dalle onde d’urto al comportamento superplastico. Spagnuolo et al., in prep. Temperatura media superficie di scivolamento Coefficiente di attrito

26 INDICE 1.Anatomia di un terremoto 2.Evidenze sperimentali e teoriche di indebolimento dinamico 3.Indebolimento dinamico nei carbonati 3.1. Onde d’urto 3.2. Comportamento superplastico 4.Conclusioni

27 Esperimenti riproducono le condizioni di deformazione tipiche di un terremoto. Indebolimento dinamico si osserva in tutte le litologie, ma i processi responsabili sono diversi e se ne possono susseguire di diversi durante un singolo terremoto. Nel caso dei carbonati l’indebolimento dinamico è attribuito a meccanismi di tipo (1) plastico, associato al passaggio di onde d’urto, e (2) superplastico. I microprocessi associati ai terremoti non sono di tipo fragile???

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