Movimenti di massa alpini ¶

Il gruppo di ricerca Movimenti di masse alpini studia la meccanica dei movimenti di masse gravitazionali che si verificano negli ambienti montani e contribuisce alla loro riduzione, così come all’elaborazione di soluzioni di progettazione finalizzate all’utilizzo del territorio. I processi interessati comprendono valanghe, colate detritiche e cadute di massi. Il gruppo sviluppa e applica metodi di calcolo avanzati e approcci orientati alla pratica e basati sulla fisica, supportati da esperimenti di laboratorio e sul campo finalizzati a migliorare la comprensione e a prevedere la fase di innesco e la dinamica dei movimenti di masse. Particolare attenzione viene dedicata alla comprensione e allo studio degli impatti del cambiamento climatico e dei potenziali catastrofici processi a cascata.

Il nuovo gruppo Movimenti di masse alpini copre una delle sei tematiche più importanti del centro di ricerca CERC. È gestito in collaborazione con la cattedra di Movimenti di masse alpini presso il PF di Zurigo nel quadro di una cattedra congiunta detenuta da Johan Gaume. Presso il PF di Zurigo il prof. Gaume si occuperà dei corsi di «Meccanica granulare» (dall'autunno del 2023) e «Movimenti di masse alpini» (dalla primavera del 2025).

Delle instabilità montane eccezionali possono innescare catene di processi complessi che coinvolgono roccia, ghiaccio e valanghe di neve. Per comprendere e simulare meglio tali eventi, stiamo sviluppando un metodo termoidromeccanico denominato MPM (Material Point Method), che simula il comportamento meccanico di diversi materiali e la loro interazione, la dissipazione del calore da attrito, i cambiamenti di fase e l’effetto della fluidizzazione indotta dalla pressione interstiziale.

Per comprendere meglio i meccanismi dietro alle frane superficiali e alle valanghe da lastra di neve, sviluppiamo modelli basati sulle particelle come il metodo degli elementi discreti (DEM), il metodo dei punti di materiale (MPM) o il metodo MPM con media in profondità (DAMPM). Particolare attenzione viene rivolta alla comprensione della relazione tra la dinamica di propagazione delle fessure sul versante, la topografia e le dimensioni della zona di innesco, al fine di proporre soluzioni volte a ridurre il volume delle valanghe.

Studiamo la reologia dei flussi granulari coesivi e i loro impatti sulle infrastrutture o sulle foreste, effettuando diversi tipi di simulazioni DEM su scala mesoscalare. Queste simulazioni possono essere considerate come un laboratorio numerico in grado di supportare lo sviluppo di modelli costitutivi omogeneizzati per i flussi granulari coesivi, finalizzati a implementazioni MPM su larga scala. Inoltre, stiamo sviluppando una pista di scorrimento da laboratorio per esperimenti sui flussi granulari su topografie complesse stampate in 3D.

L’erosione e il trasporto sono processi critici nei flussi di massa guidati dalla forza di gravità come la neve, poiché possono modificare in modo significativo la massa e la quantità di moto del flusso, influenzandone così la dinamica. Studiamo questi processi con l'ausilio di simulazioni DEM, CFD/DEM o MPM per letti granulari non coesivi, coesivi, ma anche saturi (d'aria o d'acqua). Le nostre scoperte contribuiscono a migliorare le relative parametrizzazioni nei modelli di dinamica delle valanghe su larga scala.