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LA DIMINUZIONE DEL COEFFICIENTE DI ATTRITO DURANTE UN TERREMOTO:

LA DIMINUZIONE DEL COEFFICIENTE DI ATTRITO DURANTE UN TERREMOTO: PROCESSI DI INDEBOLIMENTO DINAMICO NEI CARBONATI. Laureando: Carlo Sommacampagna. Relatore: Prof. Giulio Di Toro. INDICE. Anatomia di un terremoto Evidenze sperimentali e teoriche di indebolimento dinamico

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LA DIMINUZIONE DEL COEFFICIENTE DI ATTRITO DURANTE UN TERREMOTO:

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Presentation Transcript

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

  3. INDICE • Anatomia di un terremoto • Evidenze sperimentali e teoriche di indebolimento dinamico • 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). 3 km /s 1 m/s Swanson, 1992

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

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

  7. Evidenze sperimentali di indebolimento dinamico: il coefficiente di attrito diminuisce da 0.7 a 0.1 a velocità di scivolamento sismiche (1 m/s). 0.7 Coefficiente di attrito 0.1 Velocità di scivolamento (m/s) Di Toro et al., 2011

  8. 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 (diffusività termica) 0,0000007 m2/s 0,7 Aumento di temperatura (°C) Rice, 2006 8293 0,1 1184 Rigetto (m) 40 cm

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

  10. Marmo di Carrara (CaCO3).Esperimentiinterrotti a rigetticrescenti.Forte diminuzione del coefficiente di attrito. Forte accelerazioneiniziale. vel. scivolamento Coefficiente di attrito Velocità scivolamento (m/s) coeff. attrito Rigetto (m)

  11. Dopo gli esperimenti i campioni sono analizzati (Focus IonBeam – SEM)

  12. Area investigata con HRTEM

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

  14. Formazione di un aggregato nanocristallino per passaggio di onde d’urto (MolecularDynamics Simulations). 2 nm KaiKadau et al., 2002

  15. 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?)

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

  17. Marmo di Carrara (CaCO3). Esperimentointerrottodopo un rigetto di 50 mm. Progressivadiminuzione del coefficiente di attritodopo un rigetto di più di 7 mm. vel. scivolamento Coefficiente di attrito Velocità scivolamento (m/s) coeff. attrito Rigetto (m)

  18. Immagine SE-FESEM Al termine dell’esperimento: grani di calcite ricristallizzata 1m

  19. Comportamento superplastico = grainboundarysliding e diffusioncreep.

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

  21. Il campione di Marmo di Carrara ha mostrato un comportamento superplastico. Immagine SE-FESEM 1m

  22. Diffusioncreep controlla il comportamento superplastico. costante dei gas temperatura granulometria sforzo di taglio non-Newtoniano strain rate preesponenziale energia di attivazione per innesco vel. scivolamento Il comportamento superplastico è un processo di indebolimento dinamico. Se aumenta per attrito diminuisce . Coefficiente di attrito Velocità scivolamento (m/s) coeff. attrito 400oC Temperatura media superficie di scivolamento 20oC Rigetto (m)

  23. Sequenza degli eventi nel campione di Marmo di Carrara Formazione aggregato nanocristallino Comportamento superplastico Diminuzione di

  24. Marmo: dalleonded’urto al comportamentosuperplastico. 400oC Coefficiente di attrito Temperatura media superficie di scivolamento 20oC Spagnuolo et al., in prep.

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

  26. 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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