Viene illustrato l'impiego delle analisi delle onde superficiali di Rayleigh per la stima dei parametri meccanici dei terreni interessati dallo scavo con TBM di una galleria per metropolitan

Crova, R.

Sambuelli, Luigi

Strobbia, Claudio Luciano

Italian

PORTO Publications Open Repository TOrino

GNGTS – Atti del 22° Convegno Nazionale / 12.13 
R. Crova (1), C. Strobbia (2) e L. Sambuelli (2)
(1) GTT Gruppo Torinese Trasporti 
(2) Dipartimento di Georisorse e Territorio, Politecnico di Torino 
INDAGINI GEOFISICHE PER LA CARATTERIZZAZIONEDEL 
SOTTOSUOLO INTERESSATO DALLA COSTRUENDA 
METROPOLITANA DI TORINO 
Il segmento di metropolitana che si è studiato consiste nella cosiddetta “Prima 
tratta” che si estende dal Comune di Collegno (Deposito) alla Stazione di Torino Porta 
Nuova per complessivi 9600 m, con una distanza media tra le stazioni di 600 m. Lo 
scavo delle gallerie di linea è effettuato per mezzo di tre TBM (Tunnel Boring 
Machine). Attualmente sono in funzione due macchine Lovat con diametro dello 
scudo di 7.82 m, potenza di taglio 2.1 MW e spinta pari a 74.5 MN che scavano a 
circa 16m di profondità ad una velocità media di circa 10 m al giorno.  Lo scavo si 
svolge per la maggior parte della tratta sopra falda in depositi fluvioglaciali e fluviali 
Rissiani costituiti da ghiaie, ciottoli e sabbie in matrice limosa. All’interno di queste 
formazioni sono presenti notevoli eterogeneità sia verticali sia laterali che hanno 
portato a definire quattro tipologie di terreno sinteticamente descritte nella Tab. 1. 
 
Tab. 1 - Caratteristiche geotecniche delle tipologie di terreno. 
 
Unità e descrizione  (kN/m3) E (Mpa)  (°) C (kPa) 0 (MPa) 
Terreno superficiale 
(riporto e/o limo 
sabbioso argilloso) 
17 -19 10 - 20 30 - 35 0 - 
Ghiaie e sabbie da 
sciolte a debolmente 
cementate 
18 - 21 150 - 170 35 - 37 0 - 15 0.15 - 0.3 
Ghiaie e sabbie con 
cementazione da debole 
a media 
19 - 22 170 - 200 35 - 40 10 - 40 0.15 - 0.3 
Ghiaie e sabbie con 
cementazione da media 
ad elevata 
19 - 22 200 - 260 35 - 47 25 - 120 0.15 - 0.3 
 
L’eterogeneità spaziali delle litologie presenti ed il loro sostanzialmente diverso 
comportamento meccanico possono essere fonte sia di alcuni problemi in fase di 
scavo, sia di difficoltà nella previsione di eventuali subsidenze. Da qui la opportunità 
di stimare, oltre a quanto già stato fatto in fase di progetto, in alcuni punti particolari 
del percorso, le caratteristiche dei terreni interessati dallo scavo (Luna e Jadi, 2000) 
ed individuare le eterogeneità presenti. 
Le indagini geofisiche intendono da un lato contribuire alla caratterizzazione 
geotecnica dei materiali per stimare, in condizioni indisturbate a grande scala, le 
caratteristiche delle formazioni presenti con particolare interesse verso la 
cementazione; d’altra parte di grande interesse è anche la caratterizzazione in chiave 
GNGTS – Atti del 22° Convegno Nazionale / 12.13 
dinamica del sottosuolo, dal punto di vista della velocità e dell’attenuazione,  per la 
messa a punto di modelli previsionali delle vibrazioni indotte dallo scavo. 
Sono stati quindi selezionati cinque siti lungo il tracciato dell’opera, 
considerando le informazioni preesistenti per indagare le diverse unità litotecniche.  
La scelta delle tecniche impiegate è stata anche condizionata dai limiti legati 
all’ambito urbano: presenza di pavimentazione stradale e di numerosi sottoservizi, 
elevati livelli di rumore sismico ed elettromagnetico, dimensioni limitate per gli 
stendimenti di misura. Sono state sperimentate tomografie elettriche di resistività, 
sezioni bidimensionali GPR, sismica a rifrazione per onde P, sismica per onde 
superficiali. Obiettivo delle indagini elettriche è la caratterizzazione geometrica delle 
unità: la presenza di sottoservizi, in particolare elementi metallici conduttivi produce 
delle distorsioni delle immagini di resistività, che sono difficilmente eliminabili e 
rendono poco efficace la tomografia elettrica alla scala di interesse. 
Le caratteristiche dei primi metri di terreno, estremamente variabili e spesso 
costituiti da materiali di riporto o fortemente rimaneggiati, limitano drammaticamente 
la profondità di indagine del radar: le profondità raggiunte, con antenne da 100 a 500 
MHz, sono variabili da 2 a 5 metri, comunque insufficienti per gli obiettivi posti. 
Le indagini sismiche sono state ottimizzate per raggiungere le profondità di 
interesse con una adeguata risoluzione, limitando gli effetti del rumore e delle diffuse 
pavimentazioni stradali in conglomerato bituminoso e lastricato. La sismica a 
rifrazione è stata acquisita con stendimenti di 24 geofoni verticali appoggiati sulla 
pavimentazione con basette e una mazza da 5 kg come sorgente: la natura speditiva 
delle indagini ha consentito una acquisizione con soli tre scoppi per una 
interpretazione semplificata. La presenza di pavimentazione ed elevato rumore 
sismico non ha pregiudicato la qualità dei dati acquisiti, consentendo di individuare le 
caratteristiche delle formazioni. Le indagini per onde superficiali con approccio 
multicanale hanno utilizzato dati acquisiti sugli stessi stendimenti: i sismogrammi 
adeguatamente campionati sono stati trasformati in dominio f-k, dove le onde di 
Rayleigh sono state identificate e le caratteristiche dispersive stimate in termini di 
velocità di fase in funzione della frequenza. Le curve di dispersione sono state 
invertite per la determinazione dei profili della velocità delle onde di taglio.  
Gli stessi dati sono stati elaborati anche per una stima delle caratteristiche 
dissipative dei materiali: sono state ottenute una stima dell’attenuazione globale con 
la distanza delle velocità di vibrazione e sono state stimate le curve di Damping in 
funzione della frequenza. 
Le misure di vibrazioni hanno avuto lo scopo di valutare il possibile disturbo alle 
strutture esistenti derivato dallo scavo e di verificare, con i dati di energia registrati 
alla TBM (Fig. 2), le stime di attenuazione dei terreni ottenute con misure per onde 
superficiali. Le misure sono state effettuate con un vibrometro triassiale MR 2002-
16CE della GEOCOMP con frequenza di campionamento di 800 S/s, fondo scala +- 
114 mm/s e 16bit di dinamica. In accordo con la scarsa letteratura sulle vibrazioni 
prodotte da TBM sono stati trovati valori massimi molto ridotti (circa 0,015 mm/s)  in 
una banda di frequenza da 10 a 50 Hz registrando a circa 15 m sulla verticale della 
testa di scavo. 
L’elaborazione dei dati raccolti con le misure sismiche ha permesso di definire 
nei vari siti esaminati le principali caratteristiche geotecniche dinamiche dei terreni 
fino ad una profondità stimata di 10-12 m (Tab. 2). 
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Fig. 1 - Sismogramma (a), spettro f-k (b), curve modali calcolate e sperimentali (c). 
 
 
 
Fig. 2 - Esempio di registrazione della potenza alla testa di scavo. 
 
Tab. 2 - Caratteristiche geofisiche e geotecniche dinamiche nei siti studiati. 
 
Sito Strato Z top 
[m] 
Vp  
[m/s] 
Vs  
[m/s] 
densità 
[t/m^3]
Poisson
E  
[MPa] 
G  
[MPa] 
1 Strato superiore 0.5 650 340 1.6 0.31 485 185 
1 Strato inferiore 5 1350 750 1.8 0.28 2585 1013 
2 Strato superficiale  670 310 1.6 0.36 419 154 
2 Strato intermedio 2.5 990 460 1.8 0.36 1038 381 
2 Strato inferiore 7.5 1700 650 2 0.414 2390 845 
3 Strato superiore  500 240 1.6 0.35 249 92 
3 Strato inferiore 5.5 1150 550 1.8 0.35 1472 545 
4 Strato superficiale  500 230 1.6 0.37 231 85 
4 Strato intermedio 3 790 370 1.8 0.36 670 246 
4 Strato inferiore 9 1700 670 2 0.41 2528 898 
 
Si sono anche stimati  i valori del fattore di damping D in 4 bande di frequenza 
comprese tra 10-50 Hz (Tab. 3), al fine di provare a prevedere l’entità delle vibrazioni 
prodotto dallo scavo supposta costante la sorgente (la TBM). 
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Tab. 3 - Caratteristiche di attenuazione (Damping) nei siti studiati. 
 
Sito 10 Hz – 20 Hz 20 Hz – 30 Hz 30 Hz – 40 Hz 40 Hz – 50 Hz 
1 - 0.01 0.03 – 0.05 0.03 – 0.04 
2 0 – 0.02 0 – 0.02 0 – 0.02 0.01 – 0.03 
4 - 0.005 0.01 – 0.02 0.02 – 0.04 
5 - 0 – 0.02 0 – 0.03 0.02 – 0.04 
 
 
Ringraziamenti. Si ringrazia per le autorizzazioni all’accesso ai cantieri la GTT; per la 
collaborazione in fase di raccolta ed elaborazione dati: Elisa Carantoni, Giuseppe Vaira, Andrea 
Dall’Ara, Gianluca De Bacco, Stefano Festa, Emanuele Bena.  
BIBLIOGRAFIA 
Luna, R. and H. Jadi, 2000:”Determination of Dynamic Soil Properties Using Geophysical Methods,” 
Proceedings of the First International Conference on the Application of Geophysical and NDT 
Methodologies to Transportation Facilities and Infrastructure, St. Louis, MO. 


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