From Deep Seated Gravitational Movements to Rock Avalanches: the role of failure mechanism in sudden rock collapse

This project is focused on understanding the processes of failure evolution (from triggering to propagation) and deformation mechanisms of Deep Seated Gravitational Movement (DSGSD) and Rock Avalanches (RA) in massive brittle rock slopes. In particular, the focus of this work is directed to the failure mechanism of these phenomena, the influence of failure mechanisms on the slope stability and dynamics of the collapse. This research aims to improve the understanding and modeling of brittle fracture and progressive failure in massive metamorphic rock slopes though a combination of structural geology, geomechanics, geomorphology, numerical and experimental modeling. Triggering factors and failure mechanisms were study on one mass wasting phenomena in the Easten Alps (Ridnaun Valley Rock Avalanche). The left slope of the Ridnaun Valley (Sterzing/Vipiteno, South Tyrol, Italy), set on the crystalline units of the Austoalpine Nappe of the alpine orogenic wedge, shows evidence of quaternary gravitational evolution which highly depends on the brittle/ductile structural setting of the slope. Detailed field work and LiDAR-derived digital elevation model analysis clearly revealed different gravitational movements. A fully evolved gravitational collapse, having the typical features of a Rock Avalanche (RA), characterizes the central part of the slope; whereas to the east and west of the RA, deep - seated gravitational slope deformations, pointed out for the first time with this research, still involve the slope. Making use of different approaches, such as geomorphology, structural geology and geomechanical analysis, and numerical modeling, the present work shows how the brittle/ductile tectonic setting acts on one hand as primary controlling factors of the detected large mass movements; on the other hand, can control the evolutionary type of failure (i.e.: rock avalanche). It is expected that the findings obtained through this investigation will enhance our fundamental knowledge on DSGSD evolutionary type on poly - deformed metamorphic masses, particularly with regard to understanding the key stages of the progressive evolution of rock slope failures from a secondary creep stage to the sudden collapse.Questo progetto di ricerca ha come focus la comprensione dei meccanismi di deformazione e di collasso (dall'innesco alla prpagazione della rottura) che governano Deformazioni Gravitative Profonde di Versante (DGPV) e valanghe di roccia (rock avalanches) in versanti rocciosi. In particolare, l'attenzione primaria di questo lavoro è indirizzata ai meccanismi di propagazione della rottura, alla loro influenza sulla stabilità dei versanti ed alle dinamiche del collasso. Lo scopo principale è migliorare le conoscenze ed i modelli relativi ai meccanismi di fratturazione e di rottura progressiva in ammassi rocciosi foliati, attraverso un approccio multidisciplinare che prevede l'analisi delversante con tecniche geologico - strutturali, geomorfologhiche, geomeccaniche e di modellazione numerica. Cause innascanti e meccanismi di rottura progressiva sono stati analizzati prendendo come caso studio un collasso gravitativo di grandi dimensioni nelle Alpi orientali (la rock avalanche della Val Ridanna). Il versante sinistro della Val Ridanna (Sterzing/Vipiten, Alto Adige, Italia), collocato geologicamente nelle unità cristalline della falda Austroalpina del prisma orogenetico delle Alpi, mostra evidenze un'evoluzione gravitativa quaternaria di tipo differenziale, la quale è fortemente controllata dall'assetto geologico duttile/fragile delle unità metamorfiche costituenti il versante. Indagini di terreno, unita ad una dettagliata analisi del modello digitale del terreno ottenuti da acquisizioni LiDAR, ha permesso di riconoscere differenti deformazioni gravitative all'interno del versante studio. La parte centarle della valle è caratterizzata da un evidente accumulo derivante da un collasso gravitativo di tipo rock avalanche; lungo il verante, ad ovest ed ad est dell'area sorgente della rock avalanche, due DGPV, riconosciute per la prima volta grazie a questo lavoro, coinvolgono il versante. Il presente lavoro mostra come l'assetto duttile/fragile agisca da un lato come fattore predisponente alle deformazioni gravitative riconosciute; dall'altro controlla direttamente le modalità evolutive delle deformazioni stesse. Si ritiene che i risultati ottenuti da questa tesi di dottorato possano contribuire al miglioramento delle conoscenze sull'evoluzione di DGPV in rocce metamorfiche polideformate, in particolare per quanto concerne i meccanicsmi che governano l'evoluzione parossistica di un ammasso roccioso in deformazione lenta