DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELLA TERRA Via G. La Pira, 4 50121 FIRENZE
Tel. 055/2757523 Fax: 055/2756296 Web: http://www.geo.unifi.it C.F. Part.IVA 01279680480
Integrazione di tecniche di monitoraggio per la
definizione del modello geotecnico relativo al
versante settentrionale di Monte alle Croci (Firenze)
CONTIBUTO DI RICERCA RAPPORTO FINALE
ENTE COMMITTENTE:
Amministrazione Comunale di Firenze
FIRENZE, NOVEMBRE 2009
RESPONSABILE DELLA RICERCA:
Prof. Nicola Casagli [email protected]
GRUPPO DI LAVORO:
Dott. Pietro Vannocci [email protected]
Dott. Riccardo Fanti [email protected]
Dott. Giovanni Gigli [email protected]
TAVOLA DEI CONTENUTI
1 INTRODUZIONE ........................................................................................................................................ 1
2 LA RETE DI MONITORAGGIO .............................................................................................................. 6
DATI DELL’ESTENSIMETRO IN FORO ..................................................................................................................... 7
DATI DELLA RETE INCLINOMETRICA .................................................................................................................. 10
Inclinometro 27 ............................................................................................................................................ 12
Inclinometro 28 ............................................................................................................................................ 14
Inclinometro 17 ............................................................................................................................................ 15
Inclinometro B .............................................................................................................................................. 15
Inclinometro C ............................................................................................................................................. 16
Inclinometro E .............................................................................................................................................. 17
DATI PIEZOMETRICI DI PRECEDENTI CAMPAGNE ................................................................................................ 18
3 MODELLAZIONE ANALITICA E NUMERICA .................................................................................. 20
4 PROPOSTE PER AZIONI FUTURE. CONCLUSIONI ........................................................................ 30
PROSECUZIONE DEL MONTORAGGIO ESISTENTE .............................................................................. 30
MONITORAGGIO PIEZOMETRICO .......................................................................................................... 30
STAZIONE METEOROLOGICA .................................................................................................................. 30
MODELLO DI ALLERTAMENTO ............................................................................................................... 31
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 1
1 INTRODUZIONE
Il presente rapporto è relativo al Contributo di Ricerca 2008-2009 concesso al Dipartimento di
Scienze della Terra dell’Università di Firenze (Centro di Competenza del Dipartimento
Nazionale della Protezione Civile – Presidenza del Consiglio dei Ministri)
dall’Amministrazione Comunale di Firenze, nel quadro della pluriennale attività di ricerca
relativa alle condizioni di instabilità del versante settentrionale della collina di Monte alle
Croci (o collina di San Miniato).
Negli anni, numerosi rapporti contenenti la descrizione delle indagini effettuate sono stati
prodotti e a tali rapporti si rimanda per un dettaglio sulle pregresse attività: in questa sede si
desidera tuttavia schematizzare per punti le principali conclusioni a cui detti studi sono giunti
fino ad oggi.
1. Le notizie storiche sui dissesti nell’area risalgono fino al XV secolo, in concomitanza
con l’avvio della costruzione del Convento e della Chiesa di San Salvatore: occorre
tuttavia precisare che si tratta di notizie talora frammentarie, non del tutto
riconducibili a dissesti generalizzati della collina (come fatto in passato da alcuni
Autori), ma spesso connesse a problemi strutturali degli edifici e, nel caso del periodo
Rinascimentale, addirittura collegate a danni susseguenti ad eventi bellici (assedio di
Firenze, 1530). In aggiunta, è da notare che la reputazione di instabilità della collina si
è accresciuta nei secoli anche attraverso eventi avvenuti in versanti vicini, ma
fisiograficamente indipendenti (Costa de’ Magnoli). Ciò deve essere premesso nel
quadro dell’ipotesi di un unico movimento franoso interessante buona parte del
versante nord, in coincidenza con l’area attualmente occupata dal Giardino dell’Iris e
dal Campeggio comunale, movimento i cui indizi sarebbero riconoscibili nella
cronologia dei dissesti anzidetta e nella morfologia concoide dell’area.
2. Al riguardo di tale morfologia e delle possibili cause di tale movimento, appare
rilevante il considerare l’esistenza, probabilmente fin dall’epoca romana e sicuramente
attestata nel Cinquecento, di una cava di argilla in detto versante. In virtù dell’assetto
geologico è da ritenere ragionevolmente che detta cava sia stata coltivata dal basso
verso l’alto secondo un metodo a gradone unico, con retrogressione progressiva in
funzione del raggiungimento di livelli calcarenitici particolarmente potenti: in passato,
molti Autori hanno ritenuto che il fronte ultimo della cava (cioè quello a cui
l’estrazione si sarebbe arrestata al momento dell’abbandono della coltivazione) fosse
da individuarsi in corrispondenza della rottura di pendio a quota 60 m ca. (dunque al
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 2
piede del versante), mentre ad una più attenta analisi non è da escludere che tale fronte
sia da riconoscere molto più in alto, a quota 100 m ca., ovvero al di sotto dell’attuale
rilevato stradale del Viale Michelangelo. A sostegno della prima ipotesi vi è la
toponomastica stradale (Via della Fornace, Figura 1), ma non è da escludere, in
assenza di ulteriori indagini d’archivio, che il fronte si sia progressivamente
allontanato dall’originale opificio. Se così fosse, assumerebbero una diversa
connotazione sia la morfologia del versante (non dunque di origine naturale – la frana
“grande” –, ma parzialmente antropica), sia l’osservazione di Leonardo da Vinci che
nel 1499 collegò i problemi di stabilità dell’allora edificio di San Salvatore con lo
scalzamento al piede operato dall’attività estrattiva: se il fronte era immediatamente
sottostante la chiesa e il convento tale collegamento apparirebbe più immediato,
rispetto a quello tra un dissesto strutturale e un’attività di scavo effettuata a circa 300
m in linea d’aria (Figura 1).
Figura 1 – Possibili ubicazioni della cava di argilla in epoca rinascimentale: linea rossa:
rottura di pendio a quota 60 m ca.; linea gialla: rottura di pendio a quota 100 m ca.; disco
bianco/azzurro: Via della Fornace (Immagine: Google Maps ©)
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 3
3. È da ritenersi consolidata l’assunzione che i dissesti della chiesa di San Salvatore
abbiano subito un sensibile rallentamento a seguito degli interventi di incatenamento
realizzati dall’Ing. Gori nel 1881 su indicazione della Commissione Giordano. Ciò
conduce a ritenere che i problemi precedentemente riscontrati fossero di natura
essenzialmente strutturale, così come sottolineato già nel 1695 dalla Commissione
Nelli-Ferri: ciò, tuttavia, non esclude la compresenza di fenomeni più profondi e
connessi con la dinamica del versante, seppur ad essi dovrebbe imputarsi un ruolo
secondario.
4. A seguito del reperimento di alcuni documenti fotografici risalenti al periodo della
Seconda Guerra Mondiale, è oggi da escludere l’ipotesi, precedentemente accreditata,
che il versante del Campeggio (detto anche, in epoca ottocentesca, Proprietà Frullini)
sia stato interessato nei secoli da un progressivo abbandono dei sistemi di drenaggio e
che ciò abbia contribuito significativamente alla recrudescenza della dinamica del
movimento (o dei movimenti). Questa ipotesi, pur sostenuta da alcuni passaggi della
Relazione Finale della Commissione Giordano (che tuttavia ne fa solo una indiretta
menzione), appare infatti smentita dalla comparazione tra le immagini suddette e il
progetto della rete di drenaggio (c.d. “acquidocci”) realizzato dalla Commissione
Cecchi-Parigi-Silvani ben 400 anni prima (Figura 2).
Figura 2 – L’area del Piazzale e della Proprietà Frullini negli anni ’40 del XX secolo e, nel
riquadro, il sistema di drenaggio progettato dalla Commissione Cecchi-Parigi-Silvani nel
1652
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 4
5. Molti dei dissesti strutturali osservati in passato e tutt’oggi osservabili sono quasi
certamente da ricondursi a fenomeni di movimento superficiale delle coltri detritiche,
con particolare riferimento a quelle generatesi a seguito degli interventi urbanistici
realizzati sotto la direzione del Poggi nella seconda metà del XIX secolo. Le indagini
eseguite in passato hanno a più riprese condotto a determinare l’esatta distribuzione di
tali depositi superficiali e, in alcuni settori della collina, anche il loro spessore: è il
caso, ad esempio, dell’area delle Rampe, ove spessori fino a 6-8 m di materiale di
riporto sono osservabili (Figura 3).
È comunque da rimarcare che movimenti superficiali e uno o più movimenti profondi
possono coesistere e manifestarsi indipendentemente e in tempi diversi.
Figura 3 – Mappa delle aree di riporto e di scavo derivanti dagli interventi del Poggi
nell’area delle Rampe.
6. È da ribadire come, fin dal momento della loro installazione, sussistano incertezze
sull’affidabilità dei tubi inclinometrici installati nella prima metà degli anni ’90, sia
per la loro verticalità che, soprattutto, per la loro effettiva cementazione in profondità:
purtroppo ciò rende difficile interpretare in modo univoco le letture effettuate in questi
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 5
anni su tali tubi (si tratta di quelli contraddistinti da codice numerico a una o due
cifre), per quanto, in caso di movimento significativo, essi dovrebbero manifestare un
comportamento comunque riconoscibile. Viceversa, i tubi installati nel 2002-2003
(codice alfabetico da A a C) sono da considerare realizzati in modo del tutto corretto e
le loro risultanze assumono il ruolo di eventuale ‘prova privilegiata’.
Tutto ciò premesso, si ribadisce che le attività di ricerca fin ad adesso realizzate sono
conformate alle seguenti ipotesi:
a) Presenza di un principale movimento profondo, ubicato nell’area del campeggio: per il
controllo di esso, suppostane l’esistenza, sono presenti e attivi i sistemi di
monitoraggio estensimetrico in foro e inclinometrico;
e/o
b) Presenza di movimenti superficiali, maggiormente probabili nelle aree caratterizzate
da spessori significativi di riporto.
La presente relazione contiene pertanto i risultati delle attività realizzate al fine di ottenere
informazioni di validazione delle suddette ipotesi, con particolare riferimento a quella
inerente l'esistenza di un movimento profondo generalizzato, la cui riattivazione o
accelerazione rappresenterebbe un reale fattore di incremento significativo del rischio di frana
nell'area di studio.
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 6
2 LA RETE DI MONITORAGGIO
Come diffusamente illustrato nelle precedenti relazioni, l'area è connotata da un vasto e
complesso sistema di monitoraggio, caratterizzato dalla presenza di strumenti per il controllo
delle deformazioni strutturali (deformometri) e dei movimenti profondi (inclinometri ed
estensimetro in foro), oltre che da una serie di piezometri a tubo aperto e di tipo Casagrande.
Per quanto concerne i deformometri, essi hanno sempre evidenziato normali oscillazioni
stagionali, non fornendo pertanto informazioni particolarmente utili per la descrizione del
quadro fessurativo, anche in virtù del fatto che il loro posizionamento (complessi di San
Salvatore e di San Miniato) è solo in parte coincidente con le aree di maggior interesse dal
punto di vista degli eventuali movimenti superficiali: sicuramente, infatti, dati di maggior
rilievo potrebbero derivare da strumenti analoghi posizionati nell'area delle Rampe o lungo i
riporti stradali del Viale dei Colli. Per questo motivo, è stato preferito nel corso dell'ultimo
anno soprassedere alla misurazione di tali strumenti, anche in considerazione del fatto che
essa avrebbe dovuto essere affidata all'impresa terza detentrice delle informazioni necessarie
alla prosecuzione delle letture e che ciò avrebbe comportato un significativo onere
economico, con sfavorevole rapporto costo/benifici. Ciò non significa tuttavia che tale tipo di
monitoraggio non possa essere ripreso in futuro, su parte degli strumenti esistenti e/o su altri
di nuova installazione che potrebbero essere realizzati: si veda a tal proposito il paragrafo
conclusivo, dedicato alle possibili future attività.
Relativamente alla rete piezometrica, è purtroppo da registrare la perdita di informazioni utili
alla efficace lettura dei piezometri Casagrande, di cui non è nota la profondità di installazione:
per quanto concerne i piezometri a tubo aperto, in passato essi hanno consentito di
evidenziare la posizione mediamente profonda della superficie piezometrica e le normali
oscillazioni stagionali. Per tali motivi, anche in questo caso si è soprasseduto dalla
prosecuzione o dalla ripresa delle letture, rinviando eventualmente ciò ad una successiva
futura fase delle attività. In considerazione dell’uso dell’informazione relativa alla
piezometria nella realizzazione della modellazione numerica, più oltre nel presente paragrafo
sono comunque sviluppate alcune considerazioni relative alle risultanze delle misure
piezometriche effettuate durante precedenti campagne di misura.
La campagna di monitoraggio dell'ultimo anno si è pertanto concentrata sulla strumentazione
profonda, mantenendo attivo il sistema di controllo in tempo reale dell'estensimetro in foro e
realizzando nuove letture di alcuni dei tubi inclinometrici presenti nell'area, opportunamente
selezionati.
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 7
A questo riguardo, occorre precisare che la scelta dei tubi oggetto di controllo è stata ispirata
ai seguenti criteri:
1. affidabilità del tubo: in primo luogo, quindi, i tubi di più recente installazione e, in
subordine, i tubi di precedente realizzazione che non hanno manifestato in passato
comportamenti troppo anomali collegabili a rilevanti difetti di cementazione e
verticalità.
2. significatività della posizione, con particolare riferimento alle aree maggiormente
sensibili (zona del campeggio e area delle Rampe).
In base a tali criteri sono stati scelti 7 tubi inclinometrici per i quali sono state programmate
letture a distanza di tempo significativa, considerata la cinematica dei possibili movimenti;
ciò spiega tra l'altro il ritardo nella chiusura delle attività e nella conseguente stesura e
consegna del presente documento: si è infatti voluto attendere un lasso di tempo ampio e la
ripresa delle precipitazioni autunnali prima di effettuare una lettura di chiusura del periodo di
osservazione, in modo da massimizzarne l'efficacia. È da notare che tra i tubi selezionati è
presente il tubo A che, tuttavia, è stato sepolto da interventi di risistemazione della copertura
ghiaiosa delle piazzole del campeggio, con conseguente impossibilità di riesumazione. In due
occasioni è stata effettuata una ricerca approfondita in sito, anche con l'uso di metal detector
(la copertura della testa del tubo è in ferro), con risultati negativi: in futuro tale ricerche
potranno essere nuovamente eseguite, ma al momento non è da escludere la possibile perdita
definitiva di tale punto di controllo.
Dati dell’estensimetro in foro
L'estensimetro a tre basi in foro suborizzontale, ubicato tra il Viale Michelangelo e il
complesso di San Salvatore (Figura 4), rappresenta il fulcro dell'attuale sistema di
monitoraggio, sia grazie al sistema di rilevazione dei dati in continuo e trasmissione in tempo
reale del dato su piattaforma web, che per la sua significatività in caso di riattivazione di un
eventuale movimento profondo.
Relativamente alle risultanze strumentali si rileva quanto segue:
1. le basi EP2 ed EP3 (rispettivamente posizionate a 45 e 30 m lungo il foro e, quindi a
circa 40 e 28 m di profondità dal piano di campagna rispetto alla loro verticale),
mostrano di fatto solo marginali variazioni stagionali e diurne connesse con il regime
termico, con ciò escludendo l'esistenza di movimenti entro dette profondità (Figura 5,
Figura 6, Figura 7).
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 8
2. la base EP1, a profondità di 60 m lungo il tubo e, quindi, a circa 50 m di profondità
sulla verticale, mostra, oltre al comportamento anzidetto, alcune variazioni più
repentine, per quanto comunque limitati nella loro entità, in corrispondenza con i mesi
più caldi (Figura 8). Tali variazioni, per altro successivamente riassorbite, potrebbero
essere dovute, oltre che al regime termico, ad una serie di fattori connessi con i
movimenti della falda o ad altre variazioni locali, ma comunque, dato il loro
riassorbimento nel ciclo stagionale, non sembrano da collegarsi con movimenti di
versante o con l'esistenza di superfici di scivolamento attive. In ogni caso è da
mantenere inalterato il livello di attenzione nell'osservazione del comportamento di
questa base, a cominciare dalla verifica dell'effettivo 'rientro' nei prossimi mesi
dell'allungamento registrato a partire da luglio 2009 a tutt'oggi ancora non esaurito e di
entità più grande rispetto a quello analogo dell'anno precedente.
Figura 4 – Schema dell’estensimetro in foro suborizzontale: 1, 2 e 3 rappresentano ipotetiche
superfici di scivolamento a diversa profondità.
In virtù di quanto osservato è da considerarsi altamente utile il mantenimento del sistema di
monitoraggio e la prosecuzione della raccolta dati con trasmissione in tempo reale delle
informazioni acquisite in continuo: a tal proposito è da segnalare che, a partire da ottobre
2009, la frequenza di campionamento è stata variata al fine di garantire migliori trasmissione
e immagazzinamento del dato.
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 9
Figura 5 – Dati della base EP2 (45 m) dal giugno 2007 ad oggi.
Figura 6 – Dati della base EP3 (30 m) dal giugno 2007 ad oggi.
Figura 7 – Dati di temperatura dal giugno 2007 ad oggi.
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
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Figura 8 – Dati della base EP1 (60 m) dal giugno 2007 ad oggi.
Dati della rete inclinometrica
All’inizio del periodo di attività di cui al presente rapporto, si è riesaminata l’intera rete
inclinometrica, al fine di individuare i tubi che possano costituire la rete di sorveglianza
essenziale, per i quali realizzare almeno due letture a sufficiente distanza di tempo nel periodo
di riferimento del contributo di ricerca.
In pratica, considerata la necessità di dover limitare il numero di letture possibili per esigenze
di dimensionamento dell’impegno previsto in funzione delle risorse disponibili, si è proceduto
ad una scelta dei tubi maggiormente significativi per posizione, lunghezza, affidabilità delle
precedenti misure, ecc.: nel periodo di riferimento e nell’eventuale prosecuzione dell’attività
(si veda in proposito il paragrafo conclusivo) tali tubi costituiscono la rete di monitoraggio in
condizioni di assenza di allarmi, che, in caso di significative risultanze di movimento, può
essere integrata da letture su altri tubi opportunamente scelti tra i rimanenti.
A partire dalla consistenza complessiva della rete inclinometrica (Figura 9) e da una prima
selezione già operata in precedenza, si sono identificati in tal senso gli inclinometri A, B, C,
17, 27 e 28, cui va aggiunto il tubo recentemente posizionato nell’area del Cimitero
Monumentale delle Porte Sante, identificato con la lettera E (o X). Come già detto, tuttavia,
l’inclinometro A non è al momento più localizzabile ed è stato pertanto escluso da tale giro di
letture, ipotizzando sufficienti le informazioni derivanti dal vicino inclinometro B.
L’ubicazione e la lunghezza dei tubi oggetto di letture sono indicati in Figura 10.
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
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Figura 9 – Ubicazione degli inclinometri utilizzati nel sistema di monitoraggio dell’area di
San Miniato-Monte alle Croci. In rosso gli inclinometri installati agli inizi degli anni ’90,
mentre in azzurro gli inclinometri installati nel 2002.
Tubo inclinometrico Profondità (m) Coordinate Geografiche (UTM)
B 59 0682628 4848193
C 63 0682528 4848036
17 58 0682538 4848111
27 59 0682349 4848313
28 56 0682495 4848308
Figura 10 – Dati degli inclinometri oggetto di letture nel periodo 2008-2009.
Per tutti e cinque gli inclinometri suddetti è stata effettuata una lettura ad inizio del periodo di
riferimento del presente rapporto (autunno 2008) ed alcune nei mesi successivi: al fine di
massimizzare il risultato e anche nell’attesa di significativi apporti pluviometrici che
potessero, in qualche modo, offrire opportunità di comprendere meglio l’esistenza di
eventuali movimenti, è stata programmata una lettura a fine settembre 2009, motivo che ha tra
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 12
l’altro comportato il ritardo nella chiusura dell’attività prevista e nella presentazione del
presente rapporto.
I dati raccolti sono stati integrati con alcune delle letture effettuate in precedenza, in modo da
ottenere curve inclinometriche complessive, relative a lunghi intervalli di tempo: per questo
motivo, al fine di mantenere comunque ben leggibile la rappresentazione grafica, parte delle
letture non sono rappresentate, ivi comprese alcune misure intermedie tra autunno 2008 e
autunno 2009, i cui dati sono comunque a disposizione del Committente.
INCLINOMETRO 27
L’inclinometro 27 è posizionato nel settore occidentale delle Rampe, all’incirca a metà del
versante, in corrispondenza di una zona già riconosciuta come sede di importanti livelli di
terreno di riporto. La significatività dello strumento è legata in particolare proprio a detti
livelli di riporto: i caso di movimenti a loro carico, si attende che lo strumento manifesti
apprezzabili movimenti nella parte superficiale.
La serie di letture (Figura 11) ha manifestato in passato una sostanziale assenza di movimenti
fino al 2006, quando si è registrata una misura di difficile interpretazione con apparenti
movimenti distribuiti in quasi tutta la lunghezza del tubo, con azimuth intorno a 160°, ovvero
in direzione di massima pendenza del versante, ma verso monte. In precedenti rapporti si è
ipotizzato che ciò sia da imputare a un possibile disturbo causato dal cambio di sonda
inclinometrica e che quindi la ricostruzione dell’intera serie non sia praticabile. In questa sede
si conferma che tale ipotesi è plausibilmente la più probabile e che quindi vada
ragionevolmente esaminato solo il comportamento del tubo dal 2006 al 2009.
In esso (Figura 12) si osserva ancora un certo movimento generalizzato di tutto il tubo, seppur
di modesta entità (circa 1 cm in tre anni), ma anche una deformazione nei primi metri di
terreno con azimuth correttamente orientato verso la massima pendenza del versante che può
essere correlata ad alcuni movimenti lenti del terrapieno stradale di cui sono osservabili anche
sul manto stesso le evidenze. Conseguentemente, la prosecuzione delle osservazioni
sull’inclinometro 27 potrà risultare di utilità al fine del controllo di tale dinamica superficiale.
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Spostamento (m)
02/04/1997
02/10/1997
30/04/1998
28/10/1998
14/05/1999
18/11/2002
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Profondità (m)
Azimut (° rispetto al Nord in senso antiiorario)
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18/11/2002
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25/09/2009
Figura 11 – Inclinometro 27: dati 1997-2009.
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Spostamento (m)
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Profondità (m)
Azimut (° rispetto al Nord in senso antiiorario)
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Figura 12 – Inclinometro 27: dati 2009 riferiti a lettura 2006.
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
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INCLINOMETRO 28
L’inclinometro 28 presenta forti analogie con il 27, sia per quanto concerne il significato da
attribuire ai dati ad esso relativi (evidenziazione di eventuali fenomeni di dissesto superficiale
da collegare a movimenti dei livelli di riporto nell’area orientale delle Rampe), sia per quanto
riguarda le difficoltà di ricostruzione della serie storica di osservazioni (Figura 13).
Anche in questo caso, infatti, più che considerare l’intera serie che presenta caratteri troppo
contraddittori soprattutto su azimuth ed entità degli eventuali spostamenti registrati, è
probabilmente più utile concentrare l’attenzione solo sugli ultimi tre anni di misure che
testimonierebbero di uno spostamento pressoché complessivo del tubo, comunque di difficile
interpretazione e che necessita di un approfondimento di indagine, realizzabile attraverso una
prosecuzione delle misure: essa sarà in ogni caso utile a mettere in luce eventuali movimenti
superficiali, analoghi a quelli registrati nell’inclinometro 27, al momento non evidenziabili.
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Profondità (m)
Spostamento (m)
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02/10/1997
29/04/1998
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05/05/1999
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Profondità (m)
Azimut (° rispetto al Nord in senso antiorario)
03/04/1997
02/10/1997
29/04/1998
27/01/1999
05/05/1999
18/12/2002
28/11/2006
25/09/2009
Figura 13 – Inclinometro 28: dati 1997-2009.
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
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INCLINOMETRO 17
L’inclinometro 17 costituisce da sempre uno dei punti di controllo di maggiore affidabilità
dell’area e, per la sua posizione, esso risulta particolarmente significativo ai fini sia di un
eventuale movimento di profondità, che di un movimento superficiale del sovrastante
terrapieno stradale.
La serie storica (Figura 14) fa deporre per una sostanziale stabilità, fatti salvi iniziali fenomeni
del tutto plausibilmente connessi alla cementazione del tubo: detta stabilità è pienamente
confermata anche dalle misure effettuate nel corso del 2008-2009, di cui nel grafico viene
presentata l’ultima (2 ottobre).
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Profondità (m)
Spostamento (m)
09/04/1997
25/09/1997
24/08/1998
19/10/1998
12/05/1999
16/12/2002
29/11/2006
02/10/2009
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Profondità (m)
Azimuth (° dal Nord in senso antiorario)
09/04/1997
25/09/1997
24/08/1998
19/10/1998
12/05/1999
16/12/2002
29/11/2006
02/10/2009
Figura 14 – Inclinometro 17: dati 1997-2009.
INCLINOMETRO B
L’inclinometro B, posizionato al centro dell’ipotetica area di movimento generalizzato
profondo (‘frana del campeggio’), non mostra movimenti particolarmente apprezzabili nel
periodo di osservazione (Figura 15). Si osservi come anche questo tubo abbia manifestato un
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iniziale comportamento apparentemente deformativo connesso con la sua cementazione
(misura del 2003 rispetto allo zero di fine 2002), mentre per quanto concerne il periodo di
riferimento del presente rapporto non vi siano sostanziali movimenti. Ad un esame di
dettaglio, tuttavia, non può non menzionarsi il fatto che le curve 2006 e 2009 tendano a
divergere da una profondità di circa 30 m fino in superficie, con una deriva del tubo verso
nord (quindi lungo la linea di massima pendenza) ed un’entità massima di 5 mm in tre anni:
quest’ultima è troppo vicina all’errore strumentale per essere evidenziata come possibile
indizio di un movimento a tale profondità, tuttavia anche in questo caso si ravvisa la piena
utilità della prosecuzione delle misure al fine di mantenere sotto controllo il comportamento
fin qui evidenziato, anche in rapporto alle evidenze della modellazione numerica oltre
illustrata.
0
10
20
30
40
50
60
0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025
Profondità (m)
Spostamento (m)
04/04/2003
29/11/2006
25/09/2009
0
10
20
30
40
50
60
0,000 90,000 180,000 270,000 360,000
Profondità (m)
Azimuth (° rispetto al Nord in senso antiorario)
04/04/2003
29/11/2006
25/09/2009
Figura 15 – Inclinometro B: dati 2003-2009.
INCLINOMETRO C
L’inclinometro C è posizionato nella zona di corona della ipotetica ‘frana del campeggio’ e
quindi in posizione privilegiata per evidenziarne la sua eventuale esistenza e/o riattivazione.
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 17
Nel corso della campagna di misura si è manifestato il fatto che le guide del tubo in direzione
di massima N-S non sono più percorribili ad una profondità di circa 31 m e ciò ha comportato
il dover effettuare la lettura nella direzione perpendicolare con una ricostruzione della serie
con metodi indiretti passibili di errore. In ogni caso le risultanze (Figura 16) non evidenziano
alcun significativo movimento alla profondità di 30 m (il fenomeno registrato sulle guide N-S
è dunque probabilmente da imputarsi a un problema su un punto di giunzione dei tubi):
casomai è significativo il comportamento dei primi 10 m di tubo, con apparente significativo
spostamento (fino a 3 cm negli ultimi 3 anni), ma in direzione totalmente incongruente
rispetto alla pendenza del versante. Ciò raccomanda prudenza nell’interpretazione dei risultati
e nel considerarli affidabili e suggerisce di proseguire le letture con auspicabile futura
integrazione di letture del cavo TDR esistente nello stesso foro di sondaggio.
0
10
20
30
40
50
60
70
0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050
Profondità (m)
Spostamento (m)
04/04/2003
29/11/2006
28/09/2009
0
10
20
30
40
50
60
70
0,000 90,000 180,000 270,000 360,000
Profondità (m)
Azimuth (° rispetto al Nord in senso antiorario)
04/04/2003
29/11/2006
28/09/2009
Figura 16 – Inclinometro C: dati 2003-2009.
INCLINOMETRO E
L’inclinometro dell’area cimiteriale delle Porte Sante (inclinometro E o inclinometro X) è
stato regolarmente letto nel corso del periodo di cui al presente rapporto: la modestissima
profondità del tubo (6 m) rende tuttavia assai poco significativi i risultati di tali letture, che
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
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peraltro manifestano una apparente sostanziale stabilità nel tempo. È comunque da notare che
proprio il fatto di essere il tubo posizionato praticamente all’interno del solo terreno di riporto
del bastione cimiteriale, anche qualora esso dovesse muoversi per fenomeni di scorrimento
sul sottostante terreno in posto, nessuna risultanza si manifesterebbe nel tubo che
plausibilmente continuerebbe a traslare parallelo a se stesso.
In ogni caso la prosecuzione delle letture può essere utilmente mantenuta, al fine di
evidenziare eventuali deformazioni differenziali all’interno del suddetto terreno di riporto.
Dati piezometrici di precedenti campagne
Come specificato nella parte introduttiva, nel corso del periodo di cui al presente rapporto non
sono state effettuate letture sulla rete piezometrica. Tuttavia può essere utile, anche al fine
della modellazione di cui al paragrafo successivo, richiamare alcuni dati in merito, con
riferimento a quelli dell’ultima campagna regolare di misure, effettuata nel periodo 1997-
1999, ipotizzando in modo ragionevole che i dati di allora siano indicativi del comportamento
generale della superficie piezometrica anche attuale, fatte salve normali differenze connesse
con la distribuzione stagionale e gli ammontare annuali delle precipitazioni.
Con riferimento alla rete dei piezometri a tubo aperto (Figura 17), si può asserire il particolare
interesse dei piezometri contraddistinti dai numeri 42, 52 e 58 in quanto posizionati nel
settore centro-superiore della ipotetica ‘frana del campeggio’: i livelli minimi e massimi
raggiunti dalla superficie piezometrica freatica in tali piezometri sono riassunti nella seguente
Tabella.
Piezometro Min. (m dal pdc) Max. (m dal pdc)
42 17,65 23,70
52 15,90 19,50
58 21,85 31,10
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
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Figura 17 – Ubicazione dei piezometri a tubo aperto.
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
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3 MODELLAZIONE ANALITICA E NUMERICA
In generale, le varie metodologie utilizzate per l’analisi delle condizioni di innesco dei
fenomeni franosi in terra o in roccia possono essere ricondotte a metodi analitici (il più
diffuso è quello all’equilibrio limite) e metodi numerici di analisi degli sforzi e delle
deformazioni: rientrano in questa categoria i metodi degli Elementi Finiti (FEM), delle
Differenze Finite (FDM) e degli Elementi Distinti (DEM).
Per analizzare in dettaglio le eventuali condizioni di innesco di fenomeni franosi in
corrispondenza del versante settentrionale della collina di Monte alle Croci, sono stati
impiegati entrambi gli approcci, al fine di giungere ad un insieme di informazioni
complementari.
In particolare, è stato dapprima identificata una sezione significativa del versante, coincidente
con la linea di massima pendenza in corrispondenza dell’allineamento tra lo spigolo orientale
del complesso di San Salvatore e il sito dell’inclinometro A: in pratica, si tratta di una sezione
al centro della ipotetica ‘frana del campeggio’ e ciò è stato scelto proprio al fine di controllare
le eventuali condizioni di innesco di tale movimento di instabilità complessivo.
Successivamente sono stati definite le condizioni al contorno, in termini di proprietà dei
materiali e di stato tensionale iniziale dei modelli: tale azione è stata condotta considerando
l’assetto geologico del versante e i risultati delle prove e dei rilievi sul terreno eseguite a più
riprese in passato. In particolare, si è supposto che al c.d. complesso caotico (alternanza di
argille e calcareniti nella zona di studio ad assetto a franapoggio blandamente sinforme) possa
da questo punto di vista essere attribuito un comportamento uniforme (complessivo o di un
livello critico) ipotizzando condizioni di resistenza di picco e di resistenza residua. Tale
assunzione, che prescinde dalla presenza dei livelli calcarenitici, conduce a valutazioni
cautelative e quindi a vantaggio della sicurezza.
Per quanto concerne i livelli piezometrici, si è ipotizzata la condizione media reale (falda a
profondità media coincidente con quella rilevata nel corso delle campagne di misura – vedi
sopra) ed il caso più sfavorevole, rappresentato dal raggiungimento del piano di campagna da
parte della superficie piezometrica.
Determinate quindi le condizioni al contorno, si è provveduto a definire i modelli da
utilizzare, identificate in un modello all’equilibrio limite di ampia diffusione (Slope) e nel
modello numerico FLAC: la scelta di questo metodo è stata dettata dalla possibilità di
eseguire calcoli idro-meccanici per verificare l’effetto della filtrazione di acqua all’interno del
versante, che può essere causata da un imperfetto drenaggio.
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 21
Inoltre, questi metodi di analisi degli sforzi e delle deformazioni sono in grado di individuare
le zone più critiche dal punto di vista della stabilità, senza la necessità di fornire indicazioni
sulla forma o sulla localizzazione dell’eventuale superficie di scorrimento.
Conseguentemente sono risultate quattro situazioni per il metodo all’equilibrio limite (due
livelli piezometrici vs. due condizioni di resistenza generalizzate a tutto il versante) e due per
il metodo numerico (due livelli piezometrici vs. un modello di versante con livelli
differenziati di resistenza in concordanza con l’assetto geologico).
Gli output grafici del metodo all’equilibrio limite sono rappresentati nelle Figure 18-22, quelli
del metodo numerico nelle Figure 22 e 23.
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 22
1
2
1.390
(x 1000)
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 23
Figura
19
1
2
2.909
(x 1000)
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2-300
-200
-100
0
100
Figura 18 – Risultati del modello all’equilibrio limite. Caso A: resistenza di picco e falda
profonda.
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 24
1
2
1.390
(x 1000)
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
Figura 19 – Risultati del modello all’equilibrio limite. Caso B: resistenza residua e falda
profonda.
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 25
1
2
2.260
(x 1000)
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
Figura 20 – Risultati del modello all’equilibrio limite. Caso C: resistenza di picco e falda a
pdc.
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 26
1
2
1.000
(x 1000)
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
Figura 21 – Risultati del modello all’equilibrio limite. Caso D: resistenza residua e falda a
pdc.
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 27
FLAC (Version 5.00)
LEGEND
4-Nov-09 14:03
step 81650
-6.667E+01 <x< 1.267E+03
-7.482E+02 <y< 5.852E+02
Factor of Safety 2.72
Boundary plot
0 2E 2
Water Table
Plasticity Indicator
* at yield in shear or vol.
X elastic, at yield in past
o at yield in tension
slip along ubiq. joints
. ubiq. joints fail in past
-6.000
-4.000
-2.000
0.000
2.000
4.000
(*10^2)
0.100 0.300 0.500 0.700 0.900 1.100(*10^3)
JOB TITLE : LWT_plasticity_indicators
FLAC (Version 5.00)
LEGEND
4-Nov-09 14:03
step 81650
-6.667E+01 <x< 1.267E+03
-7.482E+02 <y< 5.852E+02
Factor of Safety 2.72
Max. shear strain-rate
0.00E+00
1.00E-09
2.00E-09
3.00E-09
4.00E-09
5.00E-09
6.00E-09
7.00E-09
8.00E-09
9.00E-09
Contour interval= 1.00E-09
Boundary plot
0 2E 2
Water Table
-6.000
-4.000
-2.000
0.000
2.000
4.000
(*10^2)
0.100 0.300 0.500 0.700 0.900 1.100(*10^3)
JOB TITLE : LWT_shear_strain_rate
Figura 22 – Risultati del modello numerico. Caso 1: falda profonda.
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 28
FLAC (Version 5.00)
LEGEND
4-Nov-09 10:10
step 102693
-6.667E+01 <x< 1.267E+03
-7.482E+02 <y< 5.852E+02
Factor of Safety 1.14
Boundary plot
0 2E 2
Water Table
Plasticity Indicator
* at yield in shear or vol.
X elastic, at yield in past
o at yield in tension
slip along ubiq. joints
. ubiq. joints fail in past
-6.000
-4.000
-2.000
0.000
2.000
4.000
(*10^2)
0.100 0.300 0.500 0.700 0.900 1.100(*10^3)
JOB TITLE : HWT_plasticity_indicators
FLAC (Version 5.00)
LEGEND
4-Nov-09 10:10
step 102693
-6.667E+01 <x< 1.267E+03
-7.482E+02 <y< 5.852E+02
Factor of Safety 1.14
Max. shear strain-rate
0.00E+00
2.50E-09
5.00E-09
7.50E-09
1.00E-08
1.25E-08
1.50E-08
1.75E-08
2.00E-08
Contour interval= 2.50E-09
Boundary plot
0 2E 2
Water Table-6.000
-4.000
-2.000
0.000
2.000
4.000
(*10^2)
0.100 0.300 0.500 0.700 0.900 1.100(*10^3)
JOB TITLE : HWT_shear_strain_rate
Figura 23 – Risultati del modello numerico. Caso 2: falda a pdc.
Monitoraggio e modello geotecnico di Monte alle Croci - 2009 Relazione finale
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Scienze della Terra 29
L’analisi dei risultati delle due modellazioni conduce alle seguenti considerazioni.
Nel caso della modellazione all’equilibrio limite, il fattore di sicurezza si avvicina a valori di
attenzione solo con falda a piano di campagna, raggiungendo esattamente l’unità solo in
condizioni di resistenza residua. In virtù delle semplificazioni insite nel metodo, la superficie
di scivolamento assume un aspetto marcatamente rotazionale, ma a parte ciò è da rilevare
come essa si situi effettivamente a profondità compatibili con l’ipotesi del movimento
generalizzato del versante.
Anche nel caso della modellazione numerica, condizioni di attenzione in termini di fattore di
sicurezza si osservano solo con falda a piano di campagna (Fs=1,14), mentre con falda
profonda il fattore di sicurezza è elevato (2,72). FLAC è in grado di modellare in modo
estremamente dettagliato le condizioni di filtrazione e di eterogeneità geologica del sottosuolo
e ciò conduce ad una ipotetica superficie di scivolamento più realistica, di tipo rototraslativo,
a profondità media comunque dell’ordine di una ventina di metri.
Entrambe le modellazioni, comunque, evidenziano che condizioni critiche per la formazione o
riattivazione di un movimento profondo a carico dell’intero versante, possono emergere solo
in caso di un assai rilevante innalzamento della superficie piezometrica, evento da ritenersi
oggettivamente molto remoto nelle condizioni attuali, anche considerando la cautelativa
attribuzione di valori di resistenza residua a singoli livelli o all’intero versante.
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