Numerical modelling of global warming effects on the stability of rock faces in high Alps

The disappearance of permafrost being invisible to the naked eye, unlike the disappearance of glaciers, was never seriously considered until a few years ago. Permafrost was initially the object of research only in environments close to the Arctic Circle, in particular Scandinavia and North America; however, in recent years, even in the Alps there has been an awareness of how much this factor can affect the mountain ecosystem. An ever increasing number of hazardous rockfalls and rockslides of all magnitudes has been observed in the alpine environment during the last decade. Detachment zones of these rock-ice avalanches indicate thermal disturbances caused by the interaction of permafrost, glacial ice and climate changes. The permafrost degradation, driven by global warming, could be correlated to the increased rockfall activity and slow rock wall deformation, leading to a serious increase in hazard and risk, especially in the alpine area, where the rise of temperatures is higher than that registered on the global scale. The Capanna Regina Margherita, located on the top of Punta Gnifetti in Monte Rosa massif, was selected as study case. This refuge indeed, located on an overhanging rock wall and surrounded by the glacier, well reflects both the issues of the glacier retreat and of the rock wall instabilities. This thesis develops a methodology to improve the understanding and assessment of rock slope stability conditions in high mountain environments where access is difficult due to extreme environmental and climatic conditions. A detailed survey of the rock face is necessary, both in terms of topography and geological structure. The assessments concerning the rock mass characterization are based on the information provided by IMAGEO, supplemented by on-site observations and supported by the study of scientific literature and documents published by GeoSITLab. These data constitute the basis for a numerical modelling with the software 3DEC based on the method of distinct elements. The numerical simulations have made possible firstly to reconstruct the current conditions of Punta Gnifetti and then to define a series of evolutionary scenarios related to the deterioration of the mechanical properties of the joints, taking into account both the presence and the absence of ice in the rock mass.

La scomparsa del permafrost essendo invisibile a occhio nudo, a differenza della scomparsa dei ghiacciai, non è mai stata presa seriamente in considerazione sino a pochi anni fa. Il permafrost fu inizialmente oggetto di ricerche solo in ambienti prossimi al Circolo polare artico, in particolare Scandinavia e America settentrionale; tuttavia, negli ultimi anni, anche sulle Alpi si è giunti alla consapevolezza di quanto questo fattore possa incidere sull’ecosistema montano. Un numero sempre più crescente di crolli e frane delle più svariate magnitudini è sato osservato nell’ambiente alpino durante l’ultimo decennio. Le zone di distacco di queste valanghe di ghiaccio e roccia indicano anomalie termiche causate dall’interazione tra permafrost, ghiaccio glaciale e cambiamenti climatici. La degradazione del permafrost, causata dal riscaldamento globale, potrebbe essere correlata al crescente numero di crolli di roccia e alla lenta deformazione delle pareti rocciose, conducendo a un serio aumento del pericolo e del rischio, soprattutto nelle aree alpine, dove l’aumento di temperatura è più alto rispetto a quello registrato su scala mondiale. La Capanna Regina Margherita, situata sulla Punta Gnifetti nel massiccio del Monte Rosa, è stata scelta come oggetto di studio. Questo rifugio, infatti, localizzato su una parete rocciosa a strapiombo e circondato dal ghiacciaio, riflette bene entrambe le problematiche del ritiro dei ghiacciai e delle instabilità delle pareti rocciose. Questa tesi sviluppa una metodologia atta a migliorare la conoscenza e la valutazione della stabilità dei pendii di roccia negli ambienti di alta montagna dove l’accesso è reso ostico dalle condizioni climatiche e ambientali estreme. Un’indagine dettagliata della parete rocciosa è necessaria, sia in termini topografici che geologici. Le valutazioni relative alla caratterizzazione dell'ammasso roccioso si basano sulle informazioni fornite da IMAGEO, integrate da osservazioni in sito e supportate dallo studio della letteratura scientifica e dei documenti pubblicati da GeoSITLab. Questi dati costituiscono la base per una modellazione numerica con il software 3DEC basato sul metodo degli elementi distinti. Le simulazioni numeriche hanno permesso dapprima di ricostruire le condizioni attuali della Punta Gnifetti e poi di definire una serie di scenari evolutivi relativi al deterioramento delle proprietà meccaniche dei giunti, tenendo in considerazione sia la presenza che l’assenza di ghiaccio nei giunti.