La pericolosità da valanga calcolata e visualizzata. Un modello numerico-geografico

La pericolosità da valanga calcolata e visualizzata
Un modello numerico-geografico
Luca Iacolettig
Prefazione
Le valanghe hanno da sempre rappresentato un pericolo per l’uomo.
Negliultimianni, conlamaggiorfrequentazionedellamontagnaascoporicreativo,
ad ogni stagione invernale veniamo puntualmente raggiunti da notizie di incidenti
dovuti a valanghe. Nel marzo 2016 sei scialpinisti persero la vita nelle Alpi Pusteresi;
nel gennaio 2017, una grande valanga seppellì l’Hotel Rigopiano, in comune di
Farindola (Pescara), col tragico bilancio di 29 morti. Solo per citare due casi di
grande risonanza mediatica. Ci si potrebbe domandare: «possibile che nessuno gli
abbia avvisati? Non hanno letto le previsioni?». Purtroppo non è così semplice...
Sebbene le valanghe siano degli eventi deterministici, ancor oggi non è possibile
prevedere se, dove e quando avverrà un distacco.
Durante il tirocinio che ho svolto presso l’ufficio valanghe della Regione Autonoma
Friuli-Venezia Giulia è sorta l’idea, grazie al coordinatore Daniele Moro, di sviluppare
uno strumento per consentire ai previsori valanghe di visualizzare la pericolosità da
valanga in maniera più dettagliata rispetto a come viene fatto negli attuali bollettini.
Ciò che segue nelle prossime pagine è un tentativo di rendere realtà questa idea.
xi
Capitolo 1
Introduzione
Curiosamente la norma ISO 5966 richiede che
l’introduzione non sia numerata o che sia numerata
come capitolo 0. Da noi questa raccomandazione viene
disattesa quando non si tratta di rapporti internazionali.
Marco Parsini
Q
uesto capitolo introduce alla lettura. Il paragrafo 1.1 fornisce la motivazione
del lavoro svolto. Il paragrafo 1.2 illustra lo stato attuale delle conoscenze su
valanghe e bollettini valanghe, in particolare sulla classificazione morfologica delle
valanghe (1.2.1), illustrando i contenuti dei bollettini (1.2.2) ed esponendo i principali
modelli esistenti a base GIS per la previsione e lo studio delle valanghe (1.2.3). Il
paragrafo 1.3 chiude il capitolo, dichiarando l’obiettivo del lavoro e delinandone la
struttura.
1.1 Motivazione
I bollettini di avviso valanghe sono strumenti per informare ed allertare qualsiasi
soggetto potenzialmente esposto al pericolo di valanghe.
I bollettini valanghe in Europa sono formati, generalmente, da una parte icono-
grafica ed una testuale, con simboli e glossario uniformi e condivisi tra i servizi di
avviso valanghe europei (European Avalanche Warning Services, EAWS). L’informa-
zione più importante del bollettino è quella sul pericolo di valanghe, informazione
sintetizzata dal grado di pericolo della scala europea del pericolo da valanga, in
maniera generalmente iconografica. La parte testuale riporta informazioni scritte
riguardanti, ad esempio, quote, versanti, esposizioni geografiche e morfologie critiche
per il distacco di valanghe per un certo territorio in un dato momento.
Tuttavia, queste aree vengono solamente espresse a parole ed il grado di pericolo,
uniformemente assegnato ad un’area estesa, non consente di localizzare le zone
pericolose. In altre parole: non vi è evidenza geografica di pendii, esposizioni e
quote identificate come potenzialmente pericolose, né esiste una loro quantificazione
numerica, rimanendo queste informazioni espresse in maniera iconografica e testuale.
1
1.2 Stato dell’arte 2
Attualmente i previsori dei servizi di avviso valanghe si basano in gran parte
sulla propria esperienza e non esiste un modello che consenta loro di calcolare e
visualizzare geograficamente le aree pericolose da essi previste nei bollettini.
La Struttura stabile centrale per l’attività di prevenzione del rischio da valanga
(ufficio valanghe) della Regione Autonoma Friuli-Venezia Giulia ha espresso l’esigenza
di visualizzare e calcolare tali aree per supportare il compito dei previsori.
1.2 Stato dell’arte
1.2.1 Valanghe
Definizione
Esistono diverse definizioni del termine valanga.
Il vocabolario di Devoto e Oli [1987] scrive: «massa di neve che, staccatasi
dall’alto di un pendio e rotolando verso il basso, assume dimensioni sempre mag-
giori trascinando e sommergendo quanto incontra lungo il percorso». L’utilizzo di
pendio sembra circoscrivere l’evento ad ambienti naturali; tuttavia, una valanga può
mantenere le stesse dimensioni durante il suo percorso e non rotolare affatto.
McClung e Schaerer [1996] definiscono valanghe come «masse
1
di neve in
caduta, a volte contenenti rocce, terra o ghiaccio». Questa definizione, di carattere
volutamente molto ampio, comprende sia le gigantesche valanghe himalayane, che la
caduta a terra di neve da un tetto: entrambe sono infatti masse di neve in caduta.
Schweizer, Jamieson e Schneebeli [2003] offrono questa definizione:
Le valanghe sono masse nevose che discendono rapidamente pendii scoscesi.
Possono contenere rocce, terra, vegetazione, o ghiaccio.
2
L’avverbio rapidamente è importante, in quanto caratteristica peculiare delle va-
langhe: la durata del movimento di una valanga è dell’ordine dei secondi. Esistono
movimenti, sempre di masse nevose, che possono tuttavia durare mesi, come la
reptazione del manto nevoso.
A volte, con una sineddoche, capita di impiegare il terminevalanga per riferirsi
all’intero processo di movimentazione delle masse nevose, o al loro accumulo. Ad
esempio, la Carta di Localizzazione Probabile delle Valanghe (CLPV), non è una
carta dove sono riportate delle masse nevose, bensì una carta dove viene cartografato
l’intero perimetro interessato dal loro movimento.
I termini slavina e lavina vengono considerati sinonimi di valanga e identificano
il medesimo fenomeno naturale [Pegani 1997].
1
Il termine massa va qui inteso nell’accezione di insieme di materia di forma non definita,
considerata un tutto unico [vedi Devoto e Oli 1987; Sabatini e Coletti 2003]. Altrimenti, con
l’accezione fisica di quantità di materia si può ottenere un bizzarro sillogismo...
Una massa di neve in caduta è una valanga;
una nevicata è una massa di neve in caduta;
una nevicata è una valanga.
2
«Snow avalanches are snow masses that rapidly descend steep slopes. They can contain rocks,
soil, vegetation, or ice.»
1.2 Stato dell’arte 3
Tabella 1.1: Classificazione morfologica delle valanghe [unesco 1981, modificato]
Zona Criterio Caratteristiche Denominazione
Distacco
Modalità d’innesco
Da un punto Val. a debole coesione
Da una linea Valanga a lastrone
Posizione strato debole
Nel manto nevoso Valanga di superficie
Al suolo Valanga di fondo
Acqua liquida nella neve
Assente Valanga di neve asciutta
Presente Valanga di neve bagnata
Scorrimento Morfologia del percorso
Pendio aperto Valanga non confinata
Gola o canalone Valanga incanalata
Forma del movimento
Nube di neve polverosa Val. di neve polverosa
Scorrimento al suolo Valanga radente
Accumulo
Scabrezza in superficie
Grossolana Accumulo grossolano
Fine Accumulo fine
Acqua liquida nella neve
Assente Accumulodival. asciutta
Presente Acc. di val. bagnata
Altri materiali
Non apparenti Valanga pulita
Detriti rocciosi, terra,
rami, alberi
Valanga contaminata
Classificazione
Ogni valanga presenta una zona di distacco, una di scorrimento ed una di
accumulo. La zona di distacco è l’area in cui la neve instabile si frattura e comincia
a muoversi. La zona di scorrimento è l’area sottostante la zona di distacco che
collega quest’ultima con l’area dove si accumula la valanga. La zona di accumulo (o
deposito) è l’area dove avviene una rapida decelerazione, la neve si accumula e la
valanga si arresta [McClung e Schaerer 1996].
Basandosi su queste tre zone, la Commissione Internazionale Neve e Ghiaccio
dell’unesco ha classificato le valanghe secondo criteri morfologici (tab. 1.1): vengono
considerati, tra gli altri, il meccanismo d’avvio (cioè il tipo di distacco), la forma
di movimento, il contenuto di acqua nella neve e la posizione della superficie di
scorrimento. Questa classificazione è illustrata graficamente dalla figura 1.1.
Viene ora approfondita la suddivisione delle valanghe secondo il tipo di distacco:
valanghe a debole coesione e valanghe a lastroni.
Valanghe a debole coesione Una valanga di neve a debole coesione (fig. 1.2a)
prende avvio da un punto situato in uno strato superficiale del manto; la neve, che
può essere sia asciutta che bagnata, ha una coesione bassa o nulla [Schweizer,
Jamieson e Schneebeli 2003]. Il meccanismo iniziale del collasso è analogo allo
scivolamento rotazionale di sabbie o suoli senza coesione, ma avviene con volumi
minori (< 1 m
3
) rispetto a quelli necessari per l’innesco di frane [Perla 1977].
Le valanghe a debole coesione si formano negli strati superiori e all’inizio trasci-
nano con sé neve in superficie. Iniziato lo scorrimento della valanga, la neve degli
strati interni, soprattutto se bagnata, può mettersi in movimento assieme a quella
di superficie. Le valanghe di neve bagnata a scarsa coesione possono essere molto
più grosse di quelle a neve asciutta [McClung e Schaerer 1996].
Figura 1.1: Classificazione delle valanghe. Secondo il tipo di distacco (type of release), si
hanno valanghe a lastrone (slab avalanche) o a debole coesione (loose snow
avalanche); secondo il movimento (motion), valanghe polverose (air), radenti
il terreno (ground) o miste (mixed); secondo il contenuto di acqua (free water),
valanghe asciutte (dry), bagnate (wet), ed eventualmente umide (damp);
secondo la superficie di scorrimento (sliding base), valanghe di superficie
(surface) o di fondo (ground).
[www.avalanche.org]
4
1.2 Stato dell’arte 5
(a) Debole coesione (b) Lastrone
Figura 1.2: Valanghe secondo il tipo di distacco.
[www.avalanches.org], [www.anchorageavalanchecenter.org]
Figura 1.3: Modello concettuale del distacco di una valanga a lastrone di neve asciutta
[Schweizer e Jamieson 2004]. Il collasso della neve (failure of snow) inizia
con un processo di danno (damage process) alla micro-scala che forma una
fessura (crack formation). Il distacco della valanga (avalanche release) avviene
grazie alla propagazione della frattura (fracture propagation) generata nelle
fasi precedenti, portando infine al distacco del lastrone (slab release).
Valanghe a lastroni Una valanga a lastroni (fig. 1.2b), la più pericolosa per
l’incolumità delle persone [McClung e Schaerer 1996], è causata dal distacco
di un lastrone coeso su un esteso piano stratigrafico di debolezza [Gaume et al.
2016; Schweizer, Jamieson e Schneebeli 2003]; un esempio di strato debole è
la brina di superficie prodotta durante una notte fredda ed inglobata nel manto da
una nevicata. Nella figura 1.3 è schematizzato il processo di collasso della neve che
porta al distacco di una valanga a lastroni.
Il rapporto osservato tra larghezza e spessore di un lastrone varia tra 10 e 10
3
:
ciò vuol dire che un lastrone alto 50cm può essere largo da 5 a 500m. Lo spessore
di un normale lastrone è mediamente < 1 m [Schweizer e Jamieson 2001]; Perla
[1977], in un campione di 193 misurazioni, ha rilevato uno spessore massimo di 4.2 m
ed uno minimo di 0.08 m.
Questo genere di valanghe presenta analogie col collasso planare di pendii rocciosi,
1.2 Stato dell’arte 6
Figura 1.4: Zonizzazione di una valanga a lastrone. Essa prende origine da una zona
d’avvio (starting zone) dove si possono riconoscere un coronamento (crown)
e la sua fronte (crown face), una superficie di scorrimento (bed surface), un
fianco (flank) ed un piede del lastrone (Stauchwall), il limite inferiore della
zona di distacco; la valanga prosegue lungo un percorso (track) e si esaurisce
in una zona di deposizione o fine corsa (deposition zone or runout), composta
dall’accumulo (debris) e dal piede della valanga (toe of avalanche).
[www.snowboarditalia.it]
come ad esempio la frana del monte Toc del 1963 nell’invaso del Vajont [Paronuzzi
e Bolla 2012]: in entrambi i casi, il movimento non avviene per ribaltamento
rotazionale, bensì per scivolamento planare. Inoltre, sia per questo tipo di frane che
per le valanghe a lastrone, è necessaria la presenza di uno strato di debolezza per
innescare il movimento [Schweizer, Jamieson e Schneebeli 2003].
3
Le principali zone di una valanga a lastroni, coerenti con la letteratura scientifica
[McClung e Schaerer 1996; Perla 1977; Schweizer, Jamieson e Schneebeli
2003], sono schematizzate nella figura 1.4.
Il distacco di una valanga a lastrone può avvenire per:
1. rapido sovraccarico della superficie (persone, esplosivi...);
2. sovraccarico graduale ed uniforme (es. precipitazioni);
3. modifiche delle caratteristiche del manto, senza sovraccarico (es. riscaldamento
della superficie).
La differenza principale tra questi meccanismi è la maggior o minor importanza del
sovraccarico a provocare il distacco [Schweizer, Jamieson e Schneebeli 2003].
3
Nel caso del Vajont, questo fu uno strato di argille spesso 5–15cm [Kilburn e Petley 2003].
1.2 Stato dell’arte 7
Il sovraccarico è qualunque forza che grava sul manto nevoso: può essere rappre-
sentato da un animale, un masso che cade, uno scialpinista in salita... Tutti questi
sovraccaricano il manto proporzionalmente alla propria forza-peso. Lo stesso peso
della neve superficiale grava sugli strati sottostanti del manto e, secondo l’acclività
del pendio, favorisce maggiormente la componente normale o la componente tangen-
ziale del vettore forza-peso. La prima determina la compressione (assestamento) del
manto, la seconda è la deformazione di taglio. I veri responsabili della formazione
delle valanghe sono quest’ultima e le sollecitazioni di taglio: esse sono le forze desta-
bilizzanti, mentre le forze normali di compressione (assestamento) contribuiscono
alla stabilità del manto [McClung e Schaerer 1996]. Föhn [1987] ha formalizzato
questi concetti formulando un indice di stabilità S corretto secondo l’equazione
S =
τ
s
τ
xz
=
2(c + tanφσ
z
)
ρgh· sin 2ψ
(1.1)
dove τ
s
è la resistenza media al taglio dello strato più debole, τ
xz
la componente
dello sforzo di taglio parallela al pendio, c la resistenza al taglio misurata (coesione,
in Pa), φ l’angolo di attrito interno dello strato più instabile, ρ la densità della
neve, ψ l’angolo d’inclinazione del pendio e σ
z
=ρgh· cosψ la pressione normale
al pendio. Lo stesso Föhn [1987] ha definito un ulteriore indice di stabilità S
0
che
integra l’influenza di sovraccarichi esterni secondo l’equazione
S
0
=
τ
s
τ
xz
+ Δτ
xz
(1.2)
dove Δτ
xz
è il massimo sforzo di taglio nello strato debole a causa di sovraccarichi
esterni.
Gaume et al. [2016] hanno proposto, per le valanghe provocate da sciatori, un
nuovo indice di stabilità S
p
che considera non le tensioni, bensì le lunghezze per
l’avvio e la propagazione della frattura secondo l’equazione
S
p
=
a
c
l
sk
(1.3)
dove a
c
è la lunghezza critica della frattura per la sua propagazione e l
sk
è la
lunghezza della frattura provocata dallo sciatore. Alti valori di l
sk
e/o bassi valori
di a
c
portano a bassa stabilità e viceversa.
I fattori che influenzano tanto il rafforzamento quanto il sovraccarico del manto
nevoso sono le caratteristiche del terreno, quali acclività ed esposizione dei pendii,
altitudine, presenza di bosco e scabrezza del terreno, e fattori meteorologici come
le precipitazioni (in particolare la nuove nevicate), il vento e la temperatura [Mc-
Clung e Schaerer 1996; Schweizer, Jamieson e Schneebeli 2003]. Si rimanda
all’appendice A per approfondimenti.
Una precisazione riguardo al distacco: con un manto nevoso particolarmente
instabile, è possibile provocare il distacco a distanza di un lastrone anche quando ci
si trova fuori dal suo perimetro, ad esempio su una superficie piana o poco inclinata.
Sono frequenti casi di valanghe a lastroni provocate da sciatori che percorrono
una zona apparentemente sicura, a poi la frattura per trazione si verifica a monte
di costoro: questo significa che il cedimento interno si è propagato verso l’alto
[McClung e Schaerer 1996].
1.2 Stato dell’arte 8
1.2.2 Bollettino valanghe
Il bollettino valanghe è uno strumento informativo.
Esso ha le caratteristiche tipiche di un avviso: indica infatti il pericolo di
valanghe in un determinato territorio e fornisce al pubblico un quadro sinottico
dell’innevamento, dello stato del manto nevoso e delle condizioni meteorologiche
[AINEVA 2011]. Se intercorre più di un giorno tra l’emissione di due bollettini,
possono essere riportate delle previsioni sull’andamento del pericolo; la previsione
viene effettuata su base meteorologica, ipotizzando il possibile sviluppo del manto
nevoso.
Il bollettino si rivolge a tutte le persone che possono essere esposte al pericolo A chi
si rivolge
di valanga e/o sono responsabili della sicurezza di altre persone: residenti in centri
abitati di montagna, personale dei servizi di sicurezza degli impianti di risalita, guide
alpine, personale del soccorso, sciatori, scialpinisti, alpinisti, ...
Precisazione Si definisce pericolo l’evento calamitoso che può colpire una certa
area [Valsecchi et al. 2015]. Un terremoto, un’eruzione vulcanica, una frana, una
valanga... rappresentano dei pericoli. Il pericolo viene descritto dalla probabilità che
l’evento si verifichi (pericolosità) e dalle sue dimensioni previste [SLF 2015]. Il rischio
rappresenta le possibili conseguenze del pericolo, cioè il danno che si può attendere
(effetto) [Valsecchi et al. 2015]: il rischio dipende dalla pericolosità dell’evento
e dalla vulnerabilità del sistema. Per questo, il rischio presuppone l’esistenza di
persone o beni esposti al pericolo [SLF 2015].
Il bollettino valanghe descrive il pericolo, cioè il solo fenomeno naturale, e la sua
probabilità di accadimento (pericolosità), non il rischio.
Storia I primi bollettini valanghe d’Europa furono emessi in Svizzera nel 1936
dalla Federazione svizzera di sci, basandosi su osservazioni della Commissione per
lo studio della neve e delle valanghe. Nel 1945 [SLF 2015] il servizio di prevenzione
valanghe, e con questo l’emissione dei bollettini, passò all’Istituto per lo studio della
neve e delle valanghe SLF (wsl — Institut für Schnee- und Lawinenforschung slf)
di Davos, tutt’ora uno dei massimi centri di riferimento in questo campo.
In Italia, la pubblicazione sistematica dei bollettini valanghe iniziò nell’autunno
del 1967 ad opera della Commissione neve e valanghe del Club Alpino Italiano (cai);
nel 1969, con l’istituzione del Servizio Valanghe Italiano del cai, venne pubblicato
il primo bollettino valanghe nazionale [Silvestri 1973]. Nel 1983 venne fondata
l’Associazione Interregionale di coordinamento e documentazione per i problemi
inerenti alla NEve e alle VAlanghe (AINEVA); da allora, l’AINEVA coordina il lavoro
dei centri regionali e provinciali che si occupano di pericolo valanghe ed emettono i
bollettini.
Contenuti
Il bollettino funge da base per valutare il pericolo di valanga. I suoi contenuti
sono strutturati secondo la piramide dell’informazione (fig. 1.5): dapprima vengono
fornite le informazioni più semplici e rilevanti (grado di pericolo, punti pericolosi...)
e successivamente quelle più specialistiche e dettagliate.
Le informazioni contenute nel bollettino valanghe riguardano [SLF 2015]: