Nuovo modello di simulazione delle valanghe

Fig. 1: Valanga nel "Vallée de la Sionne"

Per gli edifici che si trovano all'interno delle aree a rischio e per la compilazione delle carte del pericolo di valanghe devono essere noti determinati dati come velocità, pressione, altezza e distanza d'arresto delle probabili valanghe. Per il calcolo di questi dati esiste un modello sviluppato da A.Voellmy dopo gli inverni catastrofici del 1951 in Svizzera e del 1955 in Austria.

Ieri come oggi, il problema principale che affligge gli studiosi di dinamica delle valanghe è la formulazione matematica dell'attrito. Questo dato determina infatti la velocità della valanga e la distanza d'arresto. Voellmy immaginava la neve in movimento come una miscela formata da componenti liquide e solide ed era consapevole che l'attrito della componente solida veniva attenuato dal fattore "vibrazione". Egli non fu però in grado di considerare esplicitamente questo effetto nel proprio modello matematico, ma cercò di rappresentarlo con diversi parametri di attrito. Nonostante l'approssimazione, il modello era più che sufficiente per simulare la realtà ed era interessante soprattutto per valanghe estreme, i cui parametri di attrito potevano essere determinati dai dati di eventi noti.

Fig. 2: L'energia di fluttuazione condiziona la velocità di una valanga.

Questa semplificazione, tuttavia, non era in grado di spiegare altre caratteristiche della valanga, come p.es. la formazione della tipica nuvola di polvere o la distribuzione dei depositi nel cono, e la modellazione di eventi valanghivi più piccoli continuava sempre a rappresentare un problema. Questa situazione insoddisfacente ha indotto gli studiosi di dinamica delle valanghe dell'Istituto SLF a considerare esplicitamente - grazie a nuove riflessioni teoriche - il fattore "vibrazione", senza tuttavia allontanarsi troppo dall'ormai affermato modello Voellmy. In fisica, la vibrazione si rappresenta con l'energia di fluttuazione. Con l'aiuto di numerosi esperimenti di laboratorio e sul campo, nella traiettoria delle valanghe sul Weissfluhjoch, i ricercatori sono riusciti a descrivere in modo matematicamente più esatto l'energia di fluttuazione all'interno di una valanga. La neve di una valanga è un materiale granulare, formato cioè da granuli. Ogni singolo granulo ha una velocità differente e, in seguito alla collisione con altri granuli, si muove in direzioni diverse. Quando un granulo prende una direzione diversa da quella di caduta si genera energia di fluttuazione. La somma di questi movimenti di deviazione rappresenta l'energia di fluttuazione della valanga (Fig. 2). Nella testa della valanga, dove si forma la nuvola di polvere, l'energia di fluttuazione è molto alta. Sulla base di queste riflessioni, gli studiosi hanno sviluppato un nuovo bilancio energetico, in cui sono esplicitamente inclusi fattori come la produzione e il crollo dell'energia di fluttuazione, osservando come questi fattori dipendono dalla rugosità del terreno e dalle proprietà della neve.

Fig. 3: RAMMS

Gli effetti di questa estensione del modello di Voellmy sono stati del tutto inattesi: con il nuovo modello non solo è possibile simulare valanghe di diverse dimensioni, ma anche determinare se una frattura nel manto nevoso si "assesterà" semplicemente, provocherà solo una piccola valanga che si arresterà subito o causerà una valanga di grandi dimensioni. Il vantaggio principale di questo nuovo bilancio energetico è che la formula matematica può essere considerata nei programmi di simulazione come RAMMS (Fig. 3), rendendola così disponibile in futuro al mondo scientifico e pratico.