Propagation and impact of a dense snow avalanche : from the small-scale experiments to the Val di Zocca event

Snow avalanches are a major hazard to people and man-made structures in the Alps region. A better understanding of the propagation mechanism and the interaction of snow with the structures is crucial for the prediction of hazard zoning and the optimization of the mitigation measures. To this end, this thesis has the aim to use a numerical approach called MPM, extensively used in geomechanics, and adapt it to the snow avalanches. The introduction of the work contains a state of the art about avalanche morphologies, snow rheologies and flow models. In the second chapter, the MPM has been calibrated and validated with laboratory experiments on granular flows performed by Hutter (1995) and then extended to medium scale chute with dense snow (A. Upadhyay, 2010). The MPM 2D was employed to model the real scale propagation of a past event in Val di Zocca (Masino) and to compare the results with the commercial 3D code RAMMS. A scenario-based approach has been adopted to overcome the lack of data about the event and the many simplifying assumptions in modelling such a complex geomaterial. The last part of the work is dedicated to the impact analysis of the flow against a wall. MPM simulations have been employed to capture the dynamic behaviour of the impact, find the actions on the structure and compare the findings with the current Italian and Swiss guidelines.

Le valanghe di neve sono una seria minaccia a persone e strutture nella regione Alpina. Una migliore conoscenza del fenomeno di propagazione e dell'interazione della neve con le strutture è di fondamentale importanza per la perimetrazione delle zone di rischio e l'ottimizzazione delle misure di mitigazione. A tale fine, questa tesi ha l'obiettivo di utilizzare il metodo numerico MPM, estensivamente utilizzato nel campo geotecnico, ed adattarlo alle valanghe di neve. L'introduzione del lavoro contiene lo stato dell'arte riguardante la morfologia delle valanghe, la reologia della neve ed i modelli di propagazione. Nel secondo capitolo, l'MPM è stato calibrato e validato con esperimenti di laboratorio su materiale granulare effettuati da Hutter (1995) e poi esteso alla media scala con prove di neve densa (A.Upadhyay, 2010). Il metodo MPM 2D è stato impiegato per modellare la propagazione alla scala reale di un evento passato in Val di Zocca (Masino) e i risultati sono stati comparati con quelli del codice commerciale 3D RAMMS. Un approccio basato sugli scenari è stato utilizzato in modo da ovviare alla mancanza di dati dell'evento e le molte ipotesi semplificative fatte durante la modellazione di un cosi' complesso geomateriale. L'ultima parte del lavoro è dedicata all' analisi di impatto del flusso contro una parete. Le simulazioni MPM sono state utilizzate per cogliere il comportamento dinamico dell'impatto, per trovare le azioni sulla struttura e paragonare i risultati con le attuali linee guida Italiane e Svizzere.