Qualche mese fa, in una intervista pubblicata su Lo Scarpone, avevamo anticipato alcune delle maggiori evidenze relative agli studi effettuati dal Politecnico di Milano in concerto con il CAI a Capanna Margherita, sul Monte Rosa.

Pubblichiamo oggi, a seguire, l'articolo dello stesso Francesco Calvetti, ordinario di geotecnica dell'ateneo presso il dipartimento di architettura: un bilancio ragionato delle ricerche effettuate per il comitato scientifico centrale del CAI, inserito nel contesto di un cambiamento climatico sempre più manifesto negli eventi di cronaca di questa estate.

Tre anni di monitoraggio geotecnico e strutturale

di Francesco Calvetti

Le attività di ricerca presso la Capanna osservatorio Regina Margherita, sulla Punta Gnifetti del Monte Rosa, rispondono a una domanda molto attuale: capire come la roccia e la struttura interagiscano a 4.554 metri di quota, in un periodo di rapido aumento delle temperature. Questo lavoro commissionato dal CAI costituisce, oltre all'interesse specifico per il sito, un quadro di riferimento in via di applicazione ad altri contesti alpini.

Per citare un esempio, il rifugio Marco e Rosa è da questa estate monitorato in maniera analoga, nel quadro del progetto Interreg Italia-Svizzera Amalpi More. La raccolta di dati in contesti diversi per quota ed esposizione (e quindi a temperature diverse) permette di costruire un quadro interpretativo fondamentale per la tutela dei rifugi e la prevenzione del rischio nelle strutture e infrastrutture d’alta montagna.

Il contesto storico e geografico

In questo periodo storico è stata individuata una fascia di quote, tra i 3000 e i 3500 metri nelle Alpi, dove il riscaldamento del permafrost sta provocando una serie di danni ed eventi, tra cui le enormi (milioni di metri cubi) valanghe di roccia e ghiaccio del Cengalo (2017), dello Scerscen (2024) e quella che ha colpito Blatten (2025). Lo stesso evento dello scorso agosto al confine tra Nepal e Cina rientra nella medesima categoria, caratterizzata da una quota di innesco cui corrisponde una temperatura media annuale della superficie della roccia vicina agli zero gradi centigradi. Questa fascia di confine, al limite inferiore del permafrost, si sta spostando più in alto a causa del riscaldamento globale. 

All'aumento delle temperature medie si sommano le variazioni stagionali e le oscillazioni giornaliere: nei periodi intermedi dell'anno la temperatura in questa fascia oscilla ripetutamente attorno allo zero e l'acqua presente sotto forma di ghiaccio subisce ripetuti cicli di fusione e rigelo. Quando si forma, il ghiaccio aumenta di volume, danneggiando la roccia; quando fonde, il materiale perde resistenza. Nel lungo periodo, gli ammassi rocciosi, a cui il ghiaccio conferiva resistenza, si indeboliscono; l'acqua non contribuisce più alla resistenza e anzi, con le sue spinte, ha un effetto destabilizzante.

La Capanna Margherita sorge circa mille metri più in alto rispetto alla fascia critica ed è quindi protetta da temperature medie molto più basse. La ricerca in atto, avviata nel 2019 dopo episodi di temperature eccezionalmente elevate, non parte quindi dall’idea di un pericolo imminente. Tuttavia, il rifugio sorge in sommità di una parete rocciosa molto esposta, dove l'effetto del riscaldamento dell’aria e dell’elevato irraggiamento solare meritano di essere tenuti sotto controllo. Una serie di ricognizioni preliminari ha portato quindi all'installazione di un sistema di monitoraggio multiparametro geomeccanico, in funzione dal settembre 2023, che è stato integrato dal monitoraggio della struttura a partire dal luglio 2024.

Dalla ricognizione alle misure nella roccia

La prima fase della ricerca ha ricostruito la geometria 3d della cima e delle sue fratture grazie a una nuvola di punti ricavati dal rilievo fotogrammetrico e tramite laser scanner. Sono state poi realizzate due perforazioni: una verticale profonda 20 metri presso la piazzola di fronte alle scale di accesso al rifugio; una orizzontale lunga 10 metri a partire dalla parete est poco sotto la balconata, che di fatto attraversa interamente la cresta sommitale al disotto del rifugio. I sondaggi sono stati quindi ispezionati con telecamera Optv, che effettua una ripresa a 360 gradi in grado di ricostruire una "carota virtuale" della roccia e permette di analizzare lo stato di fratturazione anche in profondità.

All’interno dei fori sono state installate due colonne di monitoraggio multiparametriche Dms, costituite da una sequenza di moduli rigidi, lunghi un metro, collegati da snodi che consentono alla colonna di adattarsi perfettamente al profilo del foro e di registrarne ogni variazione nel tempo. Ogni modulo è dotato di una serie di sensori. Innanzitutto, un inclinometro, che misura l'inclinazione rispetto alla verticale in entrambe le direzioni e un termometro. Poiché i fenomeni che osserviamo sono causati principalmente da variazioni di temperatura, e in particolare dalla sua deriva nel tempo, disporre contemporaneamente delle misure di inclinazione e di temperatura ci consente di stabilire una relazione di causa-effetto. Completano la strumentazione gli accelerometri, che registrano le vibrazioni che si accompagnano ad eventuali evoluzioni brusche e, rispettivamente nella colonna verticale e in quella orizzontale, un piezometro e due estensimetri.

I dati sono trasmessi ad un server dedicato da una centralina tramite rete gprs, con una alimentazione affidata a pannelli fotovoltaici.

Anche il rifugio viene osservato

A partire da luglio 2024 il sistema di monitoraggio è stato progressivamente esteso alla struttura in legno della capanna con sensori Dms collocati in punti significativi, fra cui un pilastro di sostegno del balcone e una serie di travi portanti al piano terra, principalmente nella sala pranzo. Ogni modulo registra temperatura, inclinazioni e vibrazioni. I dati strutturali hanno permesso di tenere sotto controllo i fenomeni evolutivi anche nel periodo in cui, a seguito di un violento temporale con tempesta di fulmini, i moduli installati nella roccia sono stati gravemente danneggiati ed hanno richiesto una laboriosa riparazione.

Cosa mostrano i dati

I dati raccolti forniscono per prima cosa un quadro delle condizioni dell'ammasso caratterizzato da un grado di fratturazione che si attenua rapidamente andando in profondità, dall'assenza sia di acqua in pressione che di ghiaccio visibile nelle fessure. Anche in corrispondenza dei sondaggi, ispezionati più volte per la riparazione delle colonne danneggiate dalla fulminazione, si è osservata la formazione di ghiaccio solo all'imbocco dei medesimi, per infiltrazione dalla superficie. Le temperature misurate della roccia si mantengono sempre al disotto dello zero, salvo che in brevi periodi dell'anno e solo in una limitata fascia superficiale della parete est, esposta ad un intenso irraggiamento solare. A confortare queste considerazioni sta il fatto che anche dal punto di vista morfologico nemmeno questa zona potenzialmente critica mostra segnali evolutivi visibili, né da una comparazione di dettaglio di foto storiche, né da osservazioni fatte negli ultimi anni.

Quanto alle informazioni fornite dai moduli e sensori Dms installati nella roccia e dentro la struttura, a oggi le misure descrivono una situazione di stabilità e l'evoluzione del sistema, in questi tre anni di misura, si è attestata su spostamenti che non superano l'ordine di grandezza dei millimetri. Le deformazioni misurate sono quindi prevalentemente reversibili e determinate dalle variazioni di temperatura, una sorta di respiro dell'ammasso roccioso e della struttura stessa.

Dati reali e modelli per interpretare i segnali

Le misure vengono confrontate con un modello tridimensionale della cresta, costruito a partire dalla nuvola di punti 3D e dalle fratture osservate all'interno delle perforazioni. Il modello è basato su di una analisi termomeccanica, grazie alla quale è possibile riprodurre con precisione l'andamento delle temperature misurate all'interno dell'ammasso a partire dai soli dati registrati dalla stazione meteo di Capanna Margherita (temperatura dell'aria ed irraggiamento solare). Questo approccio è quindi utilizzabile anche per prevedere l'evoluzione futura delle temperature a fronte di vari scenari.

Il modello termico mostra tra le altre cose il ruolo fondamentale dalla copertura di ghiaccio e neve sul versante ovest, che agisce come schermo alla radiazione solare e contribuisce a mantenere le temperature dell'ammasso ampiamente sotto lo zero anche in estate. La componente meccanica del modello viene utilizzata in maniera accoppiata alla precedente, riproducendo quindi le conseguenze nel breve e nel lungo periodo delle dilatazioni indotte dalla variazione di temperatura, oppure in maniera più tradizionale per esplorare l'evoluzione delle condizioni di stabilità in funzione del degrado dell'ammasso o dell'aumento di temperatura.

Valore della ricerca

Il metodo adottato combina osservazione diretta, rilievi strumentali, monitoraggio geomeccanico e strutturale e modellazione. Questo approccio costituisce quindi lo strumento per riconoscere

precocemente i cambiamenti, interpretarli e sostenere le decisioni relative alla manutenzione e alla sicurezza delle opere alpine. Nel loro insieme, le informazioni ricavate presso la Capanna Margherita costituiscono un caso unico, a quote così elevate. Ma il metodo adottato è applicabile anche, e con ricadute concrete ancora più rilevanti, a quote più basse, in particolare in corrispondenza di strutture situate dento o al margine della fascia critica ove il degrado del pemafrost è più evidente.