Un nuovo strumento di simulazione 3D sviluppato dai ricercatori dell’ETH e dell’SLF consente di prevedere con maggiore precisione i complessi movimenti delle masse alpine e può quindi supportare la gestione del rischio alpino.
Le recenti valanghe di roccia e ghiaccio di grandi dimensioni nelle Alpi svizzere - in particolare i drammatici crolli nei pressi di Brienz e Blatten - evidenziano la necessità di approcci di modellazione più avanzati. Modelli più accurati non solo consentono una comprensione più approfondita e una previsione più precisa di questi rischi naturali, ma contribuiscono anche a una gestione ancora più efficace e sicura di questi rischi nelle regioni montane popolate.
"I modelli classici sono molto utili per le valutazioni iniziali. Tuttavia, molti di essi raggiungono i loro limiti quando il terreno, come nel caso di Blatten, è molto accidentato e irregolare. In questi terreni, la massa franosa si muove in più direzioni contemporaneamente, il che diventa rapidamente troppo complesso per i semplici calcoli" Questa è la conclusione a cui è giunto Johan Gaume, professore di movimenti di massa alpini presso il Politecnico di Zurigo e l’Istituto WSL per lo studio della neve e delle valanghe SLF. I modelli classici sono i cosiddetti modelli mediati in profondità. Questi non calcolano ogni singolo movimento all’interno di una valanga o di una frana, ma una sorta di "flusso medio", e descrivono la velocità e l’altezza dell’intera massa e la direzione in cui si muove sul terreno.
Johan Gaume e i suoi colleghi hanno pubblicato nel 2022 un documento scientifico innovativo intitolato Towards a Predictive Model for Alpine Mass Movements and Process Cascades.
Utilizzando il loro strumento di simulazione 3D di nuova concezione, sono stati in grado di simulare realisticamente diversi disastri montani, tra cui la valanga di roccia e ghiaccio sul Piz Cengalo nel 2017, la valanga di roccia e neve sul Flüela Wisshorn nel 2019, la famigerata frana del Vajont del 1963 con conseguente onda di piena nel bacino idrico e la valanga di ghiaccio e neve di Whymper nel 2020.
Anche se queste simulazioni hanno dimostrato la potenza del modello, sono state effettuate solo dopo gli eventi, rendendo difficile attribuire loro un reale potere predittivo per il caso reale.
Brienz - il primo vero test di accuratezza
La prova pratica è arrivata nel 2023, quando il villaggio di Brienz è stato evacuato a causa della minaccia di una frana sul versante della montagna sopra il paese. Sulla base del loro modello, i ricercatori hanno effettuato le cosiddette "simulazioni cieche": ciò significa che hanno eseguito il modello esattamente come lo avevano sviluppato in origine, senza prima regolare le impostazioni in modo specifico per la frana che si è verificata successivamente.
Questo approccio ha dimostrato che il modello funzionava in modo affidabile e non era solo adattato a una situazione specifica. Hanno stimato la quantità di materiale in distacco in base ai movimenti e ai cambiamenti temporali della superficie della montagna. Hanno stimato con attenzione la resistenza allo scivolamento della roccia sulla base di test sulla roccia.
"La nostra simulazione ha previsto che la valanga risultante si sarebbe arrestata a poche decine di metri dalle prime case. Questi risultati sono stati condivisi in modo informale con le autorità cantonali e alla fine corrispondevano molto bene all’effettiva portata della frana", spiega Johan Gaume.
Un’altra situazione critica si è verificata a Blatten lo scorso maggio, quando è emerso che il villaggio vallesano avrebbe dovuto essere evacuato perché il rischio di una massiccia caduta di ghiaccio e di rocce era aumentato.
Anche senza un mandato ufficiale o un contatto diretto con le autorità vallesane, Gaume e i suoi colleghi hanno effettuato simulazioni anche qui. L’intenzione era quella di testare il loro modello di previsione in uno scenario ancora più complesso e instabile di quello di Brienz: a Blatten, infatti, il ghiaccio gioca un ruolo importante insieme alla roccia e all’acqua, e il terreno è molto complesso.
Valanga di roccia e ghiaccio a Blatten modellata con precisione
"Data la situazione drammatica di Blatten e la novità del nostro approccio modellistico, abbiamo proceduto con molta cautela e sottoposto il modello a un rigoroso processo di revisione per garantirne l’accuratezza e l’affidabilità", sottolinea Gaume. I ricercatori hanno modellato il rilascio di una miscela di 10 milioni di metri cubi di roccia e ghiaccio. Hanno ipotizzato che la caduta di roccia avrebbe trascinato il ghiacciaio o ne avrebbe causato il collasso.
La stima del volume si è basata sulle stime degli esperti, che hanno valutato il volume della roccia tra i 3 e i 5 milioni di metri cubi, e sulle dimensioni note del ghiacciaio, stimate in 5 milioni di metri cubi. Questa stima è in buon accordo con il volume di 9,3 milioni di metri cubi di roccia, detriti e ghiaccio determinato dai glaciologi del Politecnico di Zurigo e dell’SLF sotto la direzione di Daniel Farinotti nell’analisi successiva all’evento (si veda la scheda informativa in ETH News del 4 giugno 2025).
Per il cosiddetto coefficiente di attrito, che indica la facilità con cui una massa in caduta scivola sul terreno, i ricercatori hanno scelto un valore di 0,2: si tratta di una stima prudente, ben supportata dall’esperienza di passate valanghe di roccia e di ghiaccio (vedi grafico). Sebbene questo valore sia leggermente inferiore a quello che meglio si adatta agli eventi reali precedenti (0,25), i ricercatori giustificano la loro scelta con la gamma storica e con il fatto che alcune valanghe precedenti avevano una resistenza allo scivolamento ancora più bassa.
Il modello cattura anche gli effetti dell’onda d’urto
Nelle ultime settimane, il team ha riesaminato le simulazioni originali, non pubblicate, e ha scoperto che un valore del coefficiente di attrito leggermente più alto, pari a 0,23, ha migliorato ulteriormente l’accordo. Inoltre, ha dimostrato ancora una volta che il modello è in grado di modellare realisticamente le catene di processi in terreni complessi e scoscesi.
"Nel complesso, abbiamo raggiunto un’accuratezza di previsione che consentirà al nostro modello di effettuare valutazioni più accurate dei complessi movimenti di massa alpini in futuro, sia in termini di quanto possono diffondersi lungo il pendio che di quanta superficie possono coprire il fondovalle", spiega Gaume.
"Ora disponiamo di uno strumento affidabile e pronto all’uso che possiamo utilizzare per supportare le autorità con simulazioni per valutare le potenziali conseguenze di imminenti movimenti di massa alpini", aggiunge, sottolineando che queste simulazioni scientifiche non sono state condivise con le autorità vallesane, né fanno parte delle indagini ufficiali in corso e della gestione del rischio.
Come nella realtà, i risultati della simulazione mostrano che la maggior parte di Blatten sarà distrutta e che la frazione di Weissenried sarà appena risparmiata dalla caduta di masse di roccia e ghiaccio. Il modello mostra una propagazione molto precisa della massa franosa di 1,2 chilometri sul lato sud-ovest della valle e di 700 metri sul lato nord-est - valori che si dimostrano molto accurati rispetto al disastro reale.
Un fattore chiave nel caso del ghiacciaio delle Betulle sopra Blatten è stata la complessità del terreno: Il flusso di ghiaccio e detriti è iniziato in un’area relativamente aperta, per poi restringersi bruscamente e terminare in una gola che non si trovava nella direzione originale del movimento. Questo ha creato un effetto onda d’urto che ha spinto in aria alcuni dei detriti in movimento (come si può vedere nelle riprese video dell’evento) - un fenomeno che i modelli convenzionali non sono generalmente in grado di catturare. Secondo quanto riferito, alcune particelle hanno raggiunto un’altezza di oltre 100 metri dal suolo.
Gli strumenti ampiamente utilizzati nella pratica ingegneristica per la modellazione di valanghe di neve, valanghe di roccia e colate detritiche si basano generalmente su metodi bidimensionali, "mediati dalla profondità". Questi presuppongono che il flusso di roccia e acqua sia poco profondo e rimanga in costante contatto con il terreno, con conseguente attrito continuo.
"Al contrario, il nostro modello 3D consente alle particelle di staccarsi dalla superficie. Questo riduce l’attrito con il terreno e le fasi in cui il materiale vola in aria possono essere catturate con precisione. Questo è un fattore decisivo per simulare il comportamento del flusso e la propagazione delle frane in terreni ripidi o complessi", spiega Gaume.
Modelli più precisi per la gestione dei rischi
Questi modelli forniscono una visione più realistica delle dinamiche di flusso, delle zone di impatto e delle distanze di deflusso, consentendo in ultima analisi di prendere decisioni più informate e di minimizzare i rischi in modo più efficace. "Il nostro obiettivo non è quello di sostituire gli strumenti 2D esistenti, ma di offrire una soluzione complementare quando i modelli classici raggiungono i loro limiti. Stiamo lavorando attivamente per rendere il nostro modello accessibile e utilizzabile da professionisti e autorità", spiega Gaume.
"Abbiamo il massimo rispetto per l’eccellente modo in cui le autorità della Lötschental e di Brienz hanno gestito - e continuano a gestire - il disastro, e proviamo profonda solidarietà per i residenti che hanno perso le loro case e i loro beni", sottolinea Gaume. "Tragicamente, il crollo del ghiacciaio ha provocato anche la morte di un uomo: un doloroso promemoria del fatto che le catastrofi naturali possono avere conseguenze molto reali per le persone" Questo incoraggia ancora di più il ricercatore a fare tutto il possibile per rendere la previsione e l’allarme precoce di questi eventi ancora più efficaci in futuro.
Quando ripensa alle prime fasi di modellazione della valanga di roccia e ghiaccio, Gaume ricorda lo stupore opprimente che ha provato quando le simulazioni hanno indicato per la prima volta la possibile distruzione del villaggio: "I risultati iniziali mi sembravano piuttosto irrealistici, soprattutto a causa del forte flusso ascendente sul pendio verso Weissenried. Se avessi avuto l’opportunità di visitare il sito prima della simulazione, probabilmente questi risultati sarebbero sembrati ancora meno plausibili, data l’altitudine del villaggio rispetto alla Lonza. Ho quindi ritenuto essenziale discuterne con i miei colleghi prima di intraprendere ulteriori passi formali"
Con il nuovo modello sviluppato, i ricercatori dell’ETH e dell’SLF hanno compiuto un passo importante per rendere gli strumenti di simulazione 3D ancora più precisi per le future valutazioni dei pericoli - soprattutto in terreni alpini complessi - e contribuire così a ridurre l’entità dei danni e delle perdite in futuro.
Riferimenti
Cicoira, A, Blatny, L, Li, X, Trottet, B, Gaume,J. Towards a predictive multi-phase model for alpine mass movements and process cascades. In: Engineering Geology, Vol. 310, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2022.106866.
Blatny L, Gray JMNT, Gaume J. A critical state u(I)-rheology model for cohesive granular flows. Journal of Fluid Mechanics. 2024; 997: A67. DOI: 10.1017/jfm.2024.643
