Come la forma dei massi influisce sulla dinamica della frana

Quando i mutamenti climatici causano lo scioglimento del permafrost ad alta quota, dalle masse di detriti e pareti rocciose emerse possono staccarsi pietre e massi. Il pericolo di caduta massi può quindi aumentare nelle regioni di montagna. Solo nell'ultimo anno in Svizzera le frane hanno causato cinque vittime e bloccato numerose strade. Per le autorità, la protezione contro la caduta massi è uno dei compiti più urgenti.

Modellazione di frane

Per valutare il rischio di caduta massi, gli specialisti ricorrono – tra le altre cose – anche a modelli numerici che simulano i singoli fenomeni franosi su diversi tipi di terreno. Sulla base della loro esperienza e dei risultati delle simulazioni, essi sono in grado di valutare a quale velocità cadono i massi, che altezza di rimbalzo possono raggiungere e quanto riescono ad avanzare nei centri abitati.

Un fattore importante per i calcoli con i modelli numerici è la forma dei massi. Sino ad oggi erano stati utilizzati principalmente massi a forma di parallelepipedo o sferica. Nei vecchi modelli, il masso veniva calcolato come punto di massa: per i parametri del suolo dovevano quindi essere specificati valori fittizi per descrivere le proprietà di attenuazione e le rugosità del suolo. I risultati delle simulazioni dovevano quindi essere valutati con molta cautela. Sino ad oggi, nessuno è stato ancora in grado di simulare gli effetti della forma dei massi sul loro movimento all'interno della frana.

Massi di forma diversa

Il progetto di ricerca si è concentrato quindi sullo studio degli effetti esercitati dalle diverse forme dei massi sulla dinamica e sul comportamento di una frana. Esiste una forma specifica che rotola più velocemente o rimbalza più in alto di altre? Quali massi avanzano di più e come si dispongono nella zona di accumulo? Qual è la forza sprigionata durante l'impatto? Simili dati aiutano a comprendere meglio il processo della frana, facilitando così la compilazione delle carte di pericolo e la definizione delle necessarie misure di protezione per le strade e le ferrovie.

Esperimenti sul campo e in laboratorio

Attraverso minuziosi esperimenti sul campo e frane simulate in scala ridotta, i ricercatori osservano quanto avanzano i massi di forma diversa e dove arrestano la loro corsa. Sulla base delle immagini riprese da una fotocamera ad alta velocità è possibile osservare come si muovono i massi e con quale velocità cadono. I sensori di movimento sistemati all'interno dei massi misurano la decelerazione durante l'impatto e la velocità di rotazione.

I primi risultati di questi esperimenti dimostrano ad es. che una superficie sfaccettata, come quella che caratterizza spesso i massi rocciosi, accelera il moto rotatorio del masso facendolo rotolare a una distanza maggiore. 

Nuovo modello di frana disponibile

Le conoscenze derivanti da tutti questi esperimenti confluiscono direttamente nel nuovo modello numerico RAMMS::Rockfall (Rapid Mass MovementS) sviluppato dall'Istituto federale di ricerca per la foresta, la neve e il paesaggio WSL in collaborazione con l'Istituto per sistemi meccanici del Politecnico Federale di Zurigo. I massi e i blocchi utilizzati nelle simulazioni vengono inseriti nel modello sotto forma di politopi tridimensionali convessi. Ciò consente di effettuare simulazioni con massi di qualsiasi forma.