Investigating Rockfall Fragmentation from Numerical and Experimental Perspectives

This research project, titled "Rockfall Volume Distribution, Fragmentation, and Frequency in the Context of Climate Change," aimed to explore various aspects of rockfall phenomena. The investigation included the analysis of real case studies to understand fragment distribution in relation to volume and topography, numerical simulations to assess the impact of fragmentation on hazard analysis, and in-situ and laboratory experiments to enhance the understanding of fragmentation dynamics. This multidisciplinary approach sought to provide some insights into how rockfalls behave, how fragmentation occurs, and the implications for hazard assessment and risk management in mountainous regions. Specifically, the thesis attempted to focus on four main objectives: 1. The analysis of real case studies of rockfalls, with a specific focus on examining the distributions of block sizes in the final deposit of rockfall fragments. This approach aimed to propose some indicators that could provide information about the dynamics of fragmentation during rockfall events. 2. The quantification and evaluation of fragmentation in rockfall dynamics and hazard assessment through detailed modeling and analysis of real case studies. This approach aimed to examine how fragmentation processes influence rockfall hazard and the importance of explicitly modeling fragmentation for accurate hazard assessment. 3. The analysis of the fragmentation process through experiments conducted at different scales (full-scale and laboratory-scale) to investigate behaviors observed in real case studies, focusing on dispersion, deposition, and mobility of rockfalls, as well as the effects of discontinuities. Despite the complexities and challenges in this area of study, the analysis of fragmentation in rockfalls remains of significant importance for various reasons. This work aimed to contribute to the enrichment of the understanding of this topic, impacting context of risk assessment and management in mountainous regions.

Questo progetto di ricerca, ha affrontato una vasta gamma di aspetti relativi ai fenomeni di crollo roccioso. L'indagine ha compreso l'analisi di casi di studio reali con l'obiettivo di comprendere la distribuzione dei frammenti in relazione al volume e alla topografia. Inoltre, sono state condotte simulazioni numeriche allo scopo di valutare l'impatto della frammentazione sull'analisi della pericolosità. Allo stesso tempo, sono stati condotti esperimenti in situ e di laboratorio al fine di approfondire la comprensione delle dinamiche di frammentazione. Questo approccio multidisciplinare ha fornito intuizioni sul comportamento dei crolli rocciosi, la frammentazione e le relative implicazioni per la valutazione della pericolosità e la gestione del rischio in regioni montuose. In particolare, la tesi si è concentrata su quattro obiettivi principali: L'analisi di casi di studio di crolli rocciosi, con un focus specifico sull'esame delle distribuzioni delle dimensioni dei blocchi nel deposito finale dei frammenti dei crolli. Questo approccio ha consentito di proporre indicatori che forniscono informazioni dettagliate sulle dinamiche di frammentazione durante gli eventi di crollo. Nello specifico, nel Capitolo 1 sono stati descritti tre indicatori chiave correlati alla frammentazione nei crolli rocciosi: la distanza percorsa rispetto alle dimensioni dei frammenti, la relazione di scala di potenza tra il deposito e le dimensioni dei frammenti, l'angolo di copertura e la dispersione laterale. Questi indicatori forniscono importanti informazioni sulla presenza di frammentazione dinamica durante gli eventi di crollo, permettendo di distinguere tra le caratteristiche del deposito primario e quelle dei blocchi/frammenti, mentre evidenziano la mobilità e il consumo di energia associati alla frammentazione. La quantificazione e la valutazione della frammentazione nelle dinamiche e nella pericolosità dei crolli rocciosi attraverso una modellazione dettagliata e l'analisi di casi di studio reali. Questo approccio, descritto nel Capitolo 2, ha esaminato come i processi di frammentazione, quali deviazioni nella traiettoria, dispersione e variazioni nell'energia cinetica, influiscano sulla pericolosità dei crolli rocciosi, sottolineando l'importanza di modellare esplicitamente la frammentazione per valutare in modo accurato la pericolosità. L'analisi del processo di frammentazione attraverso esperimenti condotti a diverse scale (scala reale e scala di laboratorio) al fine di investigare i comportamenti di frammentazione osservati nei casi di studio reali, concentrandosi sulla dispersione, la deposizione e la mobilità dei crolli rocciosi. Inoltre, si sono esplorati gli effetti delle discontinuità sulla frammentazione. Questa ricerca, presentata nel Capitolo 3, ha messo in luce la necessità di comprendere le leggi fondamentali che regolano la frammentazione al fine di migliorare i modelli esistenti. Nonostante la complessità del fenomeno, lo studio dei rockfalls e della frammentazione è di estrema importanza, soprattutto data la crescente presenza di popolazioni in zone ad alto rischio: a capacità di prevedere con precisione le caratteristiche delle frane, come la loro estensione, il potenziale danno, l'energia coinvolta e la traiettoria, diventa sempre più cruciale dal punto di vista pratico. La creazione di modelli predittivi accurati può avere un impatto significativo sulla salvaguardia delle vite umane e della proprietà. Questa tesi compie progressi in questa direzione, contribuendo all'arricchimento della nostra comprensione del tema in esame.