LA DIMINUZIONE DEL COEFFICIENTE DI ATTRITO DURANTE UN TERREMOTO: PROCESSI DI INDEBOLIMENTO DINAMICO NEI CARBONATI Laureando: Carlo Sommacampagna Relatore: Prof. Giulio Di Toro
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
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
Propagazione della rottura e formazione di zona di scivolamento sismico (spessore < 1 cm). Swanson, 1992
Specchio di faglia in dolomie: deformazione localizzata. Fondriest et al., 2014
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
Di Toro et al., 2011 Coefficiente di attrito Velocità di scivolamento (m/s)
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
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
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
Dopo gli esperimenti i campioni sono analizzati (Focus Ion Beam – SEM)
Area investigata con HRTEM
HRTEM Da singoli cristalli di calcite ad aggregati nanocristallini. (I granuli originali di calcite erano di 130 m)
Formazione di un aggregato nanocristallino per passaggio di onde d’urto (Molecular Dynamics Simulations). Kai Kadau et al., nm
Sequenza degli eventi nei campioni di Marmo di Carrara Formazione aggregato nanocristallino Accelerazione iniziale Onda d’urto
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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
Al termine dell’esperimento: grani di calcite ricristallizzata Immagine SE-FESEM
Comportamento superplastico = grain boundary sliding e diffusion creep.
Superficie di scivolamento Esperimenti: nanostrutture tipiche da comportamento superplastico.
Immagine SE-FESEM Il campione di Marmo di Carrara ha mostrato un comportamento superplastico.
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
Formazione aggregato nanocristallino Comportamento superplastico Sequenza degli eventi nel campione di Marmo di Carrara
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
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
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???