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 dβurto 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 dβurto 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 dβurto 3.2. Comportamento superplastico 4.Conclusioni Evidenze sperimentali di indebolimento dinamico: il coefficiente di attrito π diminuisce da ~ 0.7 a ~ 0.1 a velocità di scivolamento sismiche (1 m/s). Coefficiente di attrito π π= ππ 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, altrimentiβ¦plasma!!!. Profondità = 7 km Densità = 2750 kg/m3 ππ = 75 MPa πΏ (rigetto) = variabile πΏ (velocità scivolamento) = 1 m/s ππ (calore spec. per unità vol.) = 2,7 MPa/°C πΌπ‘β (diffusività termica) = 0,0000007 m2/s βπ = πππ ππ 8293 Rice, 2006 1184 40 cm Rigetto (m) πΏπΏ ππΌπ‘β INDICE 1. Anatomia di un terremoto 2. Evidenze sperimentali e teoriche di indebolimento dinamico 3. Indebolimento dinamico nei carbonati 3.1. Onde dβurto 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 β 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 dβurto (Molecular Dynamics Simulations). 2 nm Kai Kadau et al., 2002 Sequenza degli eventi nei campioni di Marmo di Carrara Accelerazione iniziale β Onda dβurto β Formazione aggregato nanocristallino β Diminuzione di π (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 dβurto 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 dellβesperimento: grani di calcite ricristallizzata 1 πm 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 πm Diffusion creep controlla il comportamento superplastico. ππ π3 πΊ = strain rate π¨ = preesponenziale π― = energia di attivazione per innesco πΉ = costante dei gas π» = temperatura π = granulometria π = sforzo di taglio π~1,7 β non-Newtoniano ππ = π» π π π π π= ππ ππ3 π΄ Coefficiente di attrito Il comportamento superplastico è un processo di indebolimento dinamico. Se aumenta π per attrito β diminuisce π. 400oC 20oC Temperatura media superficie di scivolamento Rigetto (m) Velocità scivolamento (m/s) π= π» β π΄π π π Sequenza degli eventi nel campione di Marmo di Carrara Formazione aggregato nanocristallino β Comportamento superplastico β Diminuzione di π Coefficiente di attrito Marmo: dalle onde dβurto 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 dβurto 3.2. Comportamento superplastico 4.Conclusioni β’ Esperimenti riproducono le condizioni di deformazione tipiche di un terremoto. β’ 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. β’ Nel caso dei carbonati lβindebolimento dinamico è attribuito a meccanismi di tipo (1) plastico, associato al passaggio di onde dβurto, e (2) superplastico. β’ I microprocessi associati ai terremoti non sono di tipo fragile??? πΊπππ§ππ πππ β² π ππ‘π‘πππ§ππππ !
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