Monitoraggio della stabilità dei versanti della collina fiorentina

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



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 ©)



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



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



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.



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.



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).



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.



Figura 5 – Dati della base EP2 (45 m) dal giugno 2007 ad oggi.


Figura 7 – Dati di temperatura 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.



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



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.



0

10

20

30

40

50

60

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 0,060 0,070 0,080Profondità (m)

Spostamento (m)

02/04/1997

02/10/1997

30/04/1998

28/10/1998

14/05/1999

18/11/2002

28/11/2006

25/09/2009

0

10

20

30

40

50

60

0 90 180 270 360

Profondità (m)

Azimut (° rispetto al Nord in senso antiiorario)

02/04/1997

02/10/1997

30/04/1998

28/10/1998

14/05/1999

18/11/2002

28/11/2006

25/09/2009

Figura 11 – Inclinometro 27: dati 1997-2009.

0

10

20

30

40

50

60

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050

Profondità (m)

Spostamento (m)

25/09/2009

0

10

20

30

40

50

60

0 90 180 270 360

Profondità (m)

Azimut (° rispetto al Nord in senso antiiorario)

25/09/2009

Figura 12 – Inclinometro 27: dati 2009 riferiti a lettura 2006.



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.

0

10

20

30

40

50

60

0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100

Profondità (m)

Spostamento (m)

03/04/1997

02/10/1997

29/04/1998

27/01/1999

05/05/1999

18/12/2002

28/11/2006

25/09/2009

0

10

20

30

40

50

60

0 90 180 270 360

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




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).

0

10

20

30

40

50

60

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 0,050

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

0

10

20

30

40

50

60

0,000 90,000 180,000 270,000 360,000

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


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



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.



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



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



Figura 17 – Ubicazione dei piezometri a tubo aperto.



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.



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.



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

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.



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.



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.



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.



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


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.



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


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


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.



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.

Monitoraggio della stabilità dei versanti della collina fiorentina

Documents

Transcript of Monitoraggio della stabilità dei versanti della collina fiorentina