Come reagisce il granito a colpi ripetuti di diversa intensità?

Il granito, una roccia molto usata in costruzioni e gallerie, non è indistruttibile. Quando subisce colpi ripetuti, come quelli generati da vibrazioni sismiche o da macchinari pesanti, può indebolirsi in modo sorprendente. Un team di ricercatori ha messo alla prova blocchi di granito usando una barra di pressione modificata, capace di lanciare impatti a diverse energie in sequenza.

I risultati mostrano che, all’aumentare dell’energia dell’impatto, la roccia resiste meglio all’inizio: cresce lo stress dinamico massimo e la deformazione. Però, più l’impatto è forte, più la “rigidità” della fase di carico diminuisce, segno che la roccia si sta danneggiando. Le immagini ad alta velocità hanno rivelato che le crepe di trazione si allungano più velocemente quando il colpo più energico arriva per primo, mentre una sequenza di energie crescenti o decrescenti produce schemi di crepe diversi.

Con un microscopio elettronico, i ricercatori hanno osservato microcricche e striature di fatica, soprattutto quando le energie variavano tra i colpi. In pratica, un carico non lineare genera più fratture superficiali rispetto a colpi di energia costante. Questo studio aiuta ingegneri e geologi a prevedere quanto una roccia possa resistere in ambienti reali, dove le sollecitazioni non sono mai uguali.

L’esperimento è stato condotto con un sistema di split Hopkinson pressure bar (SHPB) modificato per consentire impatti ciclici a più livelli energetici. La barra è costituita da un generatore di onde d’urto, un campione di roccia e due trasduttori di pressione che registrano le onde incidenti e trasmesse. La deformazione del campione è stata calcolata mediante la differenza di tempo tra le onde, permettendo di estrarre il modulo di deformazione dinamica (E_d) in ogni fase di carico.

Le analisi SEM hanno evidenziato microcricche perpendicolari alla direzione di compressione, tipiche di fratture di trazione, e striature di fatica dovute a cicli di carico‑scarico. La densità di microcricche è aumentata in modo non lineare con la variazione dell’energia di impatto, suggerendo un meccanismo di accumulo di danno che dipende dalla sequenza temporale degli eventi energetici.

Il parametro di dissipazione cumulativa di energia (E_cum) è stato introdotto per quantificare la frazione di energia assorbita dal campione rispetto all’energia totale impartita. Un valore più alto di E_cum corrisponde a una maggiore area di frattura e a una riduzione della capacità portante residua. Questi risultati supportano l’adozione di modelli di danno basati su funzioni di energia variabile, utili per simulazioni numeriche di fratturazione in scenari geotecnici complessi, come frane indotte da attività sismiche o scavi sotterranei.