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).
~3 km /s
~1 m/s
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
Evidenze sperimentali di indebolimento dinamico: il
coefficiente di attrito  diminuisce da ~ 0.7 a ~ 0.1 a
velocità di scivolamento sismiche (1 m/s).
Coefficiente di attrito

=

Di Toro et al., 2011
~0.7
~0.1
Velocità di scivolamento (m/s)
Aumento di temperatura (°C)
Evidenze teoriche di indebolimento dinamico: il
coefficiente di attrito diminuisce durante lo scivolamento
cosismico, altrimenti…plasma!!!.
Profondità = 7 km
Densità = 2750 kg/m3
 = 75 MPa
 (rigetto) = variabile
 (velocità scivolamento) = 1 m/s
 (calore spec. per unità vol.) = 2,7 MPa/°C
ℎ (diffusività termica) = 0,0000007 m2/s
∆ =


8293
Rice, 2006
1184
40 cm
Rigetto (m)

ℎ
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
Coefficiente di attrito
Velocità scivolamento (m/s)
Marmo di Carrara (CaCO3).Esperimenti interrotti a
rigetti crescenti. Forte diminuzione del coefficiente di
attrito. Forte accelerazione iniziale.
Rigetto (m)
Dopo gli esperimenti i campioni sono analizzati
(Focus Ion Beam – SEM)
HRTEM
Da singoli
cristalli
di calcite ad
aggregati
nanocristallini.
(I granuli
originali di
calcite erano di
130 mm)
Formazione di un aggregato nanocristallino per
passaggio di onde d’urto (Molecular Dynamics Simulations).
2 nm
Kai Kadau et al., 2002
Sequenza degli eventi nei campioni di Marmo di Carrara
Accelerazione iniziale
↓
Onda d’urto
↓
Formazione aggregato nanocristallino
↓
Diminuzione di 
(per collasso strutturale di tipo plastico?)
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
Coefficiente di attrito
Velocità scivolamento (m/s)
Marmo di Carrara (CaCO3). Esperimento interrotto
dopo un rigetto di 50 mm. Progressiva diminuzione
del coefficiente di attrito dopo un rigetto di più di 7
mm.
Rigetto (m)
Immagine SE-FESEM
Al termine
dell’esperimento:
grani di calcite
ricristallizzata
1 m
Comportamento superplastico = grain boundary
sliding e diffusion creep.
Esperimenti: nanostrutture tipiche da comportamento
superplastico.
Superficie di scivolamento
Immagine SE-FESEM Il campione di Marmo di
Carrara ha mostrato un
comportamento
superplastico.
1 m
Diffusion creep controlla il comportamento superplastico.

3
 = strain rate
 = preesponenziale
 = energia di
attivazione per
innesco
 = costante dei gas
 = temperatura
 = granulometria
 = sforzo di taglio
~1,7 → non-Newtoniano
 =

 

=

3

Coefficiente di attrito
Il comportamento superplastico è un processo di
indebolimento dinamico. Se aumenta  per attrito →
diminuisce .
400oC
20oC
Temperatura media
superficie di
scivolamento
Rigetto (m)
Velocità scivolamento (m/s)
=

−
 
Sequenza degli eventi nel campione di Marmo di Carrara
Formazione aggregato nanocristallino
↓
Comportamento superplastico
↓
Diminuzione di 
Coefficiente di attrito
Marmo: dalle onde d’urto al comportamento superplastico.
400oC
20oC
Temperatura media
superficie di
scivolamento
Spagnuolo et
al., in prep.
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???


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