Il Viadotto Verrand - Spea Ingegneria Europea SpA

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Autostrada Aosta-Monte Bianco
Il viadotto Verrand
Aspetti innovativi di gestione e controllo delle indagini
geognostiche, del monitoraggio e del progetto geotecnico
Antonio Malgeri, Giorgio Fabriani, Tiziano Collotta, Mario Pignatelli, Alberto Selleri
Nell'articolo vengono descritte
le attività d'indagine e di monitoraggio connesse
con l'attraversamento in viadotto di un versante
acclive (pendenze dell'ordine di 50°) in ambiente
morenico, già in passato coinvolto da movimenti
gravitativi anche di notevole entità e sul quale
insiste un'importante struttura viaria in esercizio.
Sono, inoltre, descritti gli interventi adottati
per la soluzione delle problematiche
di stabilità del versante, nelle fasi provvisorie
e per l'esercizio, nonché per le fondazioni
delle pile e delle spalle del viadotto.
Il viadotto Verrand, oggetto dello studio,
è situato nel tratto
Morgex-Courmayeur, di circa otto chilometri,
che è stato aperto al traffico in direzione nord
in data 13 agosto 2002.
The paper dea/s with the investigation
and monitoring aetivities eoneerning
the viaduet crossing of a steep s/ope
(s/opes of 50 degrees)
in a morainie environment, whieh
in the past was invo/ved in /ands/ides even
of a /arge extension and on whieh stands
an operating state/y road strueture.
Furthermore, the paper describes
the interventions adopted to avoid s/ope
instabi/ity prob/ems, both in the provisiona/
and operating stages, as we// as interventions
for the foundations of the viaduet piers and abutments.
The Verrand viaduet under discussion
is /oeated in the Morgex-Courmayeur seetion,
about eight ki/ometers in /ength, whieh was
opened to northwards traffie on 13 August 2002.

1. Introduzione
In prossimità dell'abitato di Courmayeur il tracciato
dell'Autostrada Monte Bianco-Aosta, Tronco Traforo
Monte Bianco-Morgex, corre in viadotto, su un versante
fortemente acclive (con pendenze dell'ordine di 45-50°), in
sponda orografica sinistra della Dora Baltea; il versante,
costituito da depositi detritici prevalentemente morenici,
presenta evidenze morfologiche di vecchi dissesti, anche di
notevoli dimensioni.
Il viadotto Verrand (fig.1) attraversa il versante con cinque
campate di luce 100-130 m; le pile presentano un'altezza
massima di == 50 metri.
Nell'articolo vengono descritte le scelte tipologiche delle
indagini e del monitoraggio geotecnico, le opere di fondazione
delle pile e gli interventi di presidio del versante.
Tenuto conto:
• della notevole estensione dell'area di interesse (fronte di
lunghezza L == 600 m per un'altezza pari a H == 100 m ­
fig.1)
Km 27 In esercizIo
53

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Fig. 1 - Panoramica del viadotto nella fase finale di realizzazione
del/'impalcato. Ai piedi del versante si osserva la
costruzione per fasi successivedel rilevato in terra rinforzata
{
• delle complesse problematiche connesse con la caratterizzazione
geologica, idrogeologica e geotecnica dell'area
nonché delle evidenze di instabilità del versante
• della notevole entità dei carichi indotti sulle strutture di
fondazione, per effetto di un unico impalcato (L=21 m)
con luci di =;130m
la Società concessionaria RAV ha ritenuto opportuno che le
attività di progettazione delle opere fossero individuate dal
Progettista e discusse nell'ambito di un Comitato Tecnico di
Esperti rappresentante le diversi componenti coinvolte nei
lavori, Committente, Società Progetti sta, Impresa esecutrice
dei lavori. Hanno partecipato al Comitato i rappresentanti
dell'ANAS del Compartimento di Aosta e dell'Ufficio
Speciale ANAS di Genova. Inoltre, il progetto è stato ogget­
to del parere del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici. Tale
innovativo approccio metodologico ha consentito di mobili­
tare, sin dalle prime fasi progettuali, tutte le risorse tecniche
in grado di contribuire ad identificare le problematiche progettuali
ed esecutive, definendo i vari "step" progettuali e le
fasi di controllo.
Alle attività di indagine e monitoraggio è stata riconosciuta
un'importanza progettuale primaria, conferendo al
Comitato i seguenti compiti:
• valutazione degli elementi disponibili a carattere geolo­
gico, geomorfologico, geotecnico, geomeccanico ed
idrogeologico, allo scopo di verificarne l'adeguatezza ai
fini progettuali e fornire gli elementi per il progetto
delle indagini integrative e del monitoraggio;
• analisi dei risultati via via disponibili, allo scopo di definire
le tipologie delle opere di presidio/consolidamento del
versante, di fondazione delle pile nonché aggiornare le
fasi e le tempistiche progettuali e dei lavori.
2. Inquadramento geologico
e geomorfologico
La porzione di pendice attraversata dal viadotto autostradale
s'inquadra, poco a valle dell'abitato di Verrand (Comune di
Pré St. Didier), nel settore della Valle Dora Baltea altimetrica­
mente più depresso e che ha risentito dei rinnovati processi
erosivi conseguenti al ritiro dei ghiacciai quaternari (fig. 2).
I processi di ringiovanimento, attivi a partire dal Pleistocene
inferiore, sono documentati dalla presenza, lungo i fianchi
Fig. 2

Fig. 3 -Spalla lato Aosta del viadotto; nicchia di distacco di un
recente movimento franoso dovuto all'erosione della Dora
Baltea {
vallivi, di lembi residui di diversi ordini di terrazzi, dovuti alla
alternanza di fasi d'erosione a fasi di sedimentazione. Questi
antichi fondovalle sono peraltro testimoniati anche da
cumuli residui di antiche conoidi ormai stabilizzate.
Il versante impegnato dalle diverse lavorazioni è modellato
da un accumulo, di oltre 100 metri di potenza, di depositi
quaternari prevalentemente di natura morenica. Nei livelli
più superficiali si riscontrano materiali di paleofrana e di
conoide, a loro volta ricoperti da prodotti detritici di derivazione
naturale ed antropica.
Litologicamente l'accumulo detritico è caratterizzato da una
marcata eterogeneità granulometrica, dove blocchi e tro­
vanti (anche maggiori di 10m3) risultano caoticamente
immersi in un'abbondante matrice sabbioso-limosa.
In profondità l'ammasso risulta addensato e dotato di una
modesta coesione prodotta da sostanze carbonatiche.
Il versante è interessato dalla presenza di livelli di falda relativamente
alta, che si colloca a profondità dell'ordine di 10
metri dal piano campagna, in asse tracciato, per affiorare
nella parte basale del versante ad una quota di :::::20-30m al
di sopra del letto della Dora Baltea, dando origine a diffuse
evidenze geomorfologiche d'instabilità locale.
Nella parte meridionale del versante, l'azione combinata
della falda e l'azione erosiva della Dora hanno dato origine
ad un fenomeno di instabilità globale di ampie dimensioni,
del quale nella figura 3 si coglie la nicchia di distacco.
3. Indagini geognostiche e monitoraggio
Le attività geognostiche e di monitoraggio tensio-deforma­
tivo sono state dimensionate, per consistenza, tipologia e
tempistica esecutiva, alla luce della complessità delle proble­
matiche geologiche, geomorfologiche, idrogeologiche e
geotecniche del versante, considerando l'importanza degli
interventi da eseguirsi sul pendio.
3.1. Indagini geognostiche
Contestualmente all'esecuzione di un dettagliato rilievo
geologico e geomorfologico del sito, si è proceduto ad ese­
guire una campagna d'indagine geotecnica, finalizzata alla
determinazione delle caratteristiche meccaniche e di defor­
mabilità dell'ammasso detritico, così articolata:
• n.14 sondaggi geotecnici, di cui n. 7 a carotaggio conti­
nuo, con esecuzione di prove SPT,prove di permeabilità
tipo Lefranc e prove pressiometriche; prove di tipo DAC
test sono state eseguite in alcune perforazioni a distruzione
di nucleo. Considerata la natura prevalentemente
granulare dei terreni indagati, i campioni prelevati nel
corso dei sondaggi sono stati di tipo rimaneggiato;
• stendimenti di sismica a rifrazione, per complessivi
1.300 m;
• esecuzione di n. 2 prove cross-holes, per complessivi 160
m, al fine della valutazione delle velocità delle onde di
taglio e di compressione dei terreni e, conseguentemen­
te, dei valori iniziali dei moduli di taglio;
• rilievi termografici e multispettrali, finalizzati all'indivi­
duazione della aree del versante caratterizzate da mag­
giore grado di umidità/saturazione;
55

56
• foto aeree da elicottero, allo scopo di censire e contri­
buire a valutare la stabilità dei massi presenti a monte
della strada di servizio e di cantiere. La stabilizzazione
preventiva di porzioni di versante interessati da accumuli
di blocchi e trovanti, alcuni dei quali vistosamente in
precario equilibrio, si è resa necessaria per garantire la
sicurezza operativa delle maestranze preposte ad iniziare
i sottostanti lavori, anche a seguito di recenti fenomeni
di dissesto;
• prelievo ed analisi delle acque, per accertare l'eventuale
aggressività chimica delle stessenei confronti delle opere
in corso d'esecuzione.
3.2. Monitoraggio del versante
• Realizzazione di rete geodetica, su un'area d'estensione
pari a circa 70 ettari, interessante tutto il pendio. Il relativo
rilievo planoaltimetrico, restituito alla scala 1:500, ha
previsto l'utilizzo di strumentazione topografica di precisione,
con sistemi automatici di puntamento;
• esecuzione di n.12 verticali piezometriche, in parte
attrezzate con celle opportunamente predisposte con
sensori elettrici di tipo estensimetrico e relativi acquisitori
remoti per il rilevamento continuo ed automatico dell'escursione
della falda acquifera nel tempo;
• posa, in perfori orizzontali, di due estensimetri incre­
mentali tipo "sliding micrometer", L= 50 e 70 m, finalizzati
a monitorare eventuali spostamenti orizzontali del
terreno in corrispondenza della parte alta del versante
interessata dal tracciato della SSn. 26 dir;
• installazione di quattro verticali inclinometriche, con
profondità massima di 85 m, per la registrazione dei
movimenti superficiali e/o profondi del versante.
4. Caratteristiche delle opere
e problematiche progettuali
Le attività propedeutiche alla scelta tipologica e al dimen­
sionamento delle opere sono state rappresentate da:
• caratterizzazione geotecnica del versante, con particola-
re riferimento ai parametri di resistenza delle coltri e alla
deformabilità del "substrato";
• caratterizzazione del regime idrologico del versante;
• studio idraulico della Dora Baltea.
Gli aspetti più strettamente progettuali hanno comportato
l'analisi dei fenomeni d'instabilità e dei relativi interventi di
presidio del versante, la definizione tipologica e il dimensionamento
delle strutture di fondazione delle spalle e pile.
Un ultimo ma non secondario aspetto, considerata l'acclività
del versante, è stato rappresentato dal dimensionamento
degli interventi di presidio dei fronti di scavo per l'esecuzione
delle strade di servizio di accessoalle pile e dal progetto
delle "edicole" per la realizzazione dei piani di lavoro per le
fondazioni delle pile stesse.
Con riferimento allo schema di fig. 5, si illustrano nel seguito
gli interventi eseguiti sul versante:
4.1. Opere di presidio dei fronti
servizio
di scavo delle strade di
• Placcaggio al piede dei fronti di scavo necessari all'esecuzione
delle edicole mediante piastre in c.a., dell'altezza
di =3.0 m, tirantate con un doppio ordine di tiranti.
• Consolidamento dei livelli più superficiali del terreno
Fig. 4 - Consolidamento superficiale con sistema tipo
HPentifix-Geobrugg H

mediante l'adozione di una chiodatura con ancoraggi
pretesi, della lunghezza di 6-8 m, disposti secondo una
maglia 2.2x2.2 m, nello spirito di un intervento di "soil
nailing". Il consolidamento ha previsto, inoltre, la posa di
pannelli in rete di funi metalliche, intrecciate diagonalmente,
aventi maglie 250x250 mm (fig. 4).
4.2. Edicole
Le edicole, necessarie alla costruzione delle strutture di fon­
dazione delle pile, sono state progettate con geometrie fina­
lizzate a creare il minore disturbo possibile alla pendice, per
1200
1175
1150
1125
1100
1075
1050 -,
1
Berlinese
con
Pozzo
cavo
evitare ripercussioni alla viabilità ordinaria presente alla
sommità del versante (S.S.26 dir). In tal senso, i piani di lavo­
ro per l'esecuzione delle fondazioni delle pile sono stati previsti
a due quote diverse; inoltre si è imposto che le aree
necessarie alla movimentazione dei mezzi d'opera fossero
ottenute anche attraverso la realizzazione di rilevati in terra
rinforzata, alleggeriti con argilla espansa (fig. 5).
4.3. Opere di stabilizzazione del versante e fondazioni
delle pile
I dati acquisiti sulla base del programma di indagine e di
Impalcato in acciaio con
lastra .
/
Rilevato alleggerito
Scarico di fondo
drenagg
Rilevato in terra rinforzata
/
Difesa spondale
/
Dora Baltea
------~------- T
- -- - - - --~- - - -- - - - ----- ~---- -- ~- ------ -- - - -- - - - ----- - -- - - -- --- - - ---- -- -- -- - - - - - - - - - - - - - - - - ---- - -- --- - - ---- --- - -- --- - - --- -~~- --- -- - -- - -- - - - -- --- - --------
Fig. 5 - Schema riassuntivo degli interventi
57

58
• I 12QO{ì ---
Fig. 6 - Planimetria e sezione edicola pila 1
monitoraggio, predisposto dal Comitato Tecnico, hanno con­
sentito di giungere alla conclusione che la morfologia attuale
del versante nella parte basale è sostanzialmente vincolata
dall'andamento dei livelli di falda e localmente dall'azione
erosiva della Dora Baltea.
Sulla base delle conclusioni di cui sopra, gli interventi di sta­
bilizzazione superficiale e profonda del versante sono stati
orientati verso opere drenanti.
La decisione di affidare l'incremento delle condizioni di
stabilità del versante ad interventi di drenaggio si è trasferita
alla fase di elaborazione delle tipologie delle
opere di fondazione (pozzi di fondazione), che nel caso
specifico svolgono la duplice funzione di trasferire i cari­
chi e di garantire, attraverso il sistema di drenaggio, la
stabilità degli stessi e l'aumento dei coefficienti di sicurezza
nei confronti della stabilità superficiale e globale
del versante. I pozzi, che presentano diametro utile varia­
bile tra 10 m e 13 m e lunghezza di 30+35 m, hanno pertanto
struttura cava in modo da consentire la realizzazio­
ne dei dreni dal loro interno e la possibilità del loro controllo
nel tempo.
La realizzazione dei pozzi ha previsto la realizzazione di
coronelle di micropali e in jet-grouting, secondo lo schema di
figura 6.
Una doppia coronella di micropali d=220 mm armati con tubi
d=168.3 mm sp=12.5 mm si estende da testa pozzo sino alla
profondità di 16 m. A partire da quota 10.5 m la protezione
degli scavi è stata realizzata mediante una doppia coronella
di colonne di jet-grouting d=800 mm; la coronella più interna
è stata riperforata ed armata con tubi d=168.3 mm
sp=12.5 mm.
A fondo pozzo è stato realizzato un tampone in jet-grouting
dello spessore complessivo di 6.0 m, di cui 3.0 m all'interno
del pozzo .
In ogni pozzo è stata prevista l'esecuzione di 2-3 ordini di
dreni microfessurati, del diametro di 4" e della lunghezza di
50-70 m; lo scarico delle acque drenate è stato previsto a gravità.
Il dimensionamento dei pozzi di fondazione ha comportato
l'esecuzione di analisi tensio-deformative in condizioni 3D.

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SEZIONE VERTICALE POZZO
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Fig. 7 - Schema dei pozzi di fondazione
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vedere il comportamento deformazionale dell'opera, con
particolare riguardo alla risposta alle sollecitazioni orizzontali.
In tal senso, si è operato secondo due linee di intervento:
• realizzazione dell'impalcato con una struttura in lastra
ortotropa, in grado di ridurre l'entità delle azioni orizzontali
del 15-20% rispetto ad una soluzione mista
(acciaio - calcestruzzo);
Fig. 8 - Pozzo di pila 3: realizzazione dei dreni microfessurati alla profondità di 25 m
• esecuzione di un rilevato di appesantimento in terra
rinforzata, al piede del versante. Nelle sezioni di massi­
ma altezza (fig.1 - fig. 3) il rilevato è costituito da tre
blor:chi (H == 9 m), ciascuno armato con diversi ordini di
teli, variabili per interasse, lunghezza e caratteristiche
di resistenza.

-
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-PRECIPITAZIONI
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16
18
20
11/03/1997
{11/03/1998
11/03/1999
10/03/2000
10/03/200 l
10/03/2002
10/03/2003
Fig. 9 - Andamenti pluviometrici e dei livelli di falda del piezometro PZ3M2, posto a 40 m dal pozzo della pila 3
5. Monitoraggio delle opere
e dei manufatti esistenti
Il monitoraggio nella fase esecutiva e nell'esercizio dell'opera
è consistito in:
• messa in opera di 3 estensimetri multi base, ciascuno a 5
basi d'ancoraggio e lunghezza pari a 25 m, in corrispondenza
di tre diversi livelli della berlinese dell'edicola della
pila 3. La strumentazione è stata dotata di trasduttori
elettrici e di idonee scatole di centralizzazione;
• posa, in corrispondenza delle pile di sostegno dell'attigua
galleria artificiale presente sulla soprastante SS26
dir, di n. 3 clinometri biassiali da parete a sensori elettrolitici.
Il controllo deformativo della struttura e di un
ampio tratto di strada statale viene eseguito con il contributo
di una diffusa serie di deformometri e fessurime-
Tempo
100
80
40
20
o
09/03/2004
tri e con capisaldi topografici;
• installazione di celle dinamometriche toroidali atte a
registrare le variazioni di tensione degli ancoraggi delle
berlinesi delle edicole;
• controllo delle azioni interne presenti nelle strutture
provvisionali (coronelle di micropali e/in colonne di jet
grouting), necessarie al sostegno degli scavi dei pozzi di
fondazione, mediante la predisposizione d'estensimetri
elettrici "strain gauges" vincolati sia sulle armature centi
nate (n. 4 strumenti su complessivi n. 8 centine interessanti
i pozzi 4 e 2), sia sui ferri d'armatura costituenti una
trave in cemento armato del pozzo n. 2.
Tutto il sistema viene sistematicamente rilevato, con idonei e
certificati mezzi d'acquisizione, con frequenza mensile a partire
dall'aprile '97.
Vista l'importanza progettuale rivolta al sistema di drenag-
61

62
gio predisposto, il rilievo automatizzato della falda acquifera
verrà costantemente mantenuto in funzione anche duran­
te il successivo esercizio dei manufatti autostradali, allo
scopo di verificare l'opportunità o meno di eventuali interventi
di manutenzione.
Quest'ultima attività prosegue con sistematicità e il monito­
raggio viene sviluppato con l'acquisizione, l'interpretazione
e l'elaborazione dei dati, secondo specifiche preventivamente
definite.
I risultati del monitoraggio vengono periodicamente ripro­
dotti e riportati alla conoscenza e all'esame del Comitato
d'Esperti. Attualmente, dopo l'entrata in esercizio del viadotto,
non si segnalano deformazioni e sollecitazioni superiori
ai limiti giudicati ammissibili.
Le misurazioni topografiche forniscono valori che rientrano
nell'ambito degli errori strumentali statisticamente calcolati,
in analogia con quanto registrato da tutti
installati.
gli altri strumenti
Il grafico della figura 9, a riscontro della validità degli interventi
realizzati, mohra il progressivo abbattimento della
falda, registrato dalla verticale piezometrica PZ3M2 ubicata
a 40 m circa dal pozzo n. 3, prodotto dall'attivazione progressiva
dei tubi drenanti e dalla realizzazione degli scavi di
sottofondazione.
6. Conclusioni
La particolare attenzione rivolta alla pianificazione delle
indagini e al conseguente monitoraggio, individuati dal
Progetti sta con il contributo di un Comitato d'Esperti rappresentante
le diverse figure professionali coinvolte nei
lavori, ha consentito una dettagliata valutazione di tutte le
problematiche presenti, permettendo l'adozione di soluzioni
e di fasi costruttive più confacenti alle complessità che
caratterizzano l'acclive pendice del Verrand, nel rispetto del
contesto programmatico prestabilito per portare in esercizio
il tratto autostradale in costruzione.
Antonio Malgeri
RAV Raccordo Autostradale Valle d'Aosta
Giorgio Fabriani
Autostrade
Tiziano Collotta, Mario Pignatelli, Alberto Selleri
Spea - Ingegneria Europea