analisi strutturale dei meccanismi di collasso di barriere stradali tipo new-jersey poste a bordo...

Analisi strutturale dei meccanismi di collasso di barriere stradali tipo New-Jersey poste a bordo ponte

Franco Bontempi* - Alessandro Greco* Ordinario di Tecnica delle Costruzioni - Professor of Structural Analysis and Design

Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale - School of Civil and industrial Engineering

UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI ROMA LA SAPIENZA - UNIVERSITY OF ROME LA SAPIENZA

Via Eudossiana 18 - 00184 Roma - ITALIA

www.francobontempi.org

Stro N

GER

15/12/2014 [email protected] 1

1EVENTI


Stro N

GER




Stro N

GER

2OGGETTI


Stro N

GER


http://www.ingenio-web.it/Articolo/2149/Aspetti_delle_caratteristiche_prestazionali_di_barriere_st

radali_tipo_New_Jersey___Confronto_tra_tipologie_diverse.html

http://www.ingenio-web.it/Articolo/2059/Aspetti_delle_caratteristiche_prestazionali_di_barriere_stra

dali_tipo_New_Jersey____Descrizione_generale.html



Stro N

GER

http://www.ingenio-web.it/Articolo/2149/Aspetti_delle_caratteristiche_prestazionali_di_barriere_stradali_tipo_New_Jersey___Confronto_tra_tipologie_diverse.html

http://www.ingenio-web.it/Articolo/2059/Aspetti_delle_caratteristiche_prestazionali_di_barriere_stradali_tipo_New_Jersey____Descrizione_generale.html

htt

p:/

/ww

w.a

bes

ca.c

om

/new

jers

ey.h

tm


http://www.abesca.com/newjersey.htm

htt

p:/

/ww

w.a

bes

ca.c

om

/bar

rier

e.h

tm


http://www.abesca.com/barriere.htm

CARATTERISTICHE STRUTTURALI

6 m

Barra rullata ϕ 28in acciaio C45

Manicotto a doppia filettatura

Piastre bullonate al piede in acciaio Fe 360

Testate Maschio-Femmina



Mancorrente tubolare antiribaltamento

d=157,3 mm; s=8 mmin acciaio Fe510

Montante porta mancorrente

in acciaio Fe510

4 barre rullate ϕ 20L=435 mm

in acciaio C45

Giunto tra mancorrenti d=168,3 mm; s=11 mm

in acciaio Fe510+

2 Bulloni M24; L=200 mmin acciaio grade 10.9



CAMERA DI ESPANSIONEFORO d=100 mm, H=70 mm

MANTO STRADALE

FORO PER TASSELLO ANCORAGGIO

d=30 mm, H=190 mm

SOLETTA VIADOTTO

CORDOLO VIADOTTO

1,5 m 1,5 m1,5 m

BARRIERA

CORDOLO

6 m

TASSELLO LIEBIG ULTRAPLUS M16

In acciaio grade 10.9

Piastra 60x80x8 mmin acciaio grade 10.9


DIFFERENZA TRA LE DUE TIPOLOGIE DI NEW JERSEY

CONFIGURAZIONE INDEFORMATA

CONFIGURAZIONE DOPO L’URTO

Il tassello entra in tensione al tempo

t0 di inizio urto

Il tassello entra in tensione in

RITARDO rispetto al tempo t0 di

inizio urto

TIPOLOGIA “A”

Vano Tasselli

TIPOLOGIA “B”

Tipo Irpinia

ASOLA IN ACCIAIO

Vano Tasselli50x100x90mm

Foro carotatodi diametro

30 mm


COMPORTAMENTO GLOBALE DEL NEW JERSEY DA BORDO PONTE

FUNZIONAMENTO A CERNIERA

TASSELLI DI ANCORAGGIO AL CORDOLO

MANCORRENTE ANTIRIBALTAMENTO

BARRE RULLATE

PIASTRE AL PIEDE


3MODELLI


Stro N

GER


ELEMENTI FINITI UTILIZZATI

• SOLID• BEAM• SHELL• ALGORITMI DI CONTATTO (contatto tra superfici)

Corpo del NJ

Cordolo del viadotto

Piastre bullonate al piede

Ancoraggio al cordolo

Barra rullata

Mancorrente antiribaltamento

MODELLO IN LS-DYNA


Dettagli modello: CORDOLO DEL VIADOTTO

CAMERE DI ESPANSIONE PER I TASSELLI

FORO ϕ 100 mmL=70 mm

NODI DECENTRATI RISPETTO AL BARICENTRO DEL FORO E ALLINEATI CON IL TASSELLO DI ANCORAGGIO


Testate “MASCHIO-FEMMINA”

Rastremazione per la piastra al piede


TIPOLOGIA “A”(con Vano Tasselli)

TIPOLOGIA “B”(senza Vano Tasselli)


Dettagli modello: TASSELLO DI ANCORAGGIO AL CORDOLO

TASSELLO ADELEMENTI BEAM

d=16 mmGambo tassello

d=30 mmCartuccia in testa

PIASTRA AD ELEMENTI SHELL

PARTEELASTICA

(dado tassello)

PARTE ELASTO-PLASTICA

NODI DEI BEAM BLOCCATI AI NODI DEI SOLID DEL CORDOLO

TASSELLO LIBERO NELLA CAMERA DI ESPANSIONE

del CORDOLO

ΔT = -90 °C(σ=0,2σy)

PER IL MODELLO A(con Vano Tasselli)

COPPIA SERRAGGIO


Dettagli modello: BARRA RULLATA E PIASTRA AL PIEDE

PIASTRA AD ELEMENTI SHELL s=10 mm

BARRA RULLATA ϕ=28 mmAD ELEMENTI BEAM

NODI BEAM BLOCCATI AI NODI SOLID DEL NJ

BULLONI M24; L=50 mmAD ELEMENTI BEAM

NODI BEAM BLOCCATI AI NODI SOLID DEL NJ

PARTEESAGONALE ELASTICA

(dado tassello)

PARTE ELASTO-PLASTICA


Dettagli modello: MANCORRENTE ANTI-RIBALTAMENTO

TUBOLARE ϕ 157,3 mm, sp. 8 mm AD ELEMENTI SHELL RETTANGOLARI

GIUNTO ϕ 168,3 mm, sp. 11 mm AD ELEMENTI SHELL RETTANGOLARI

BULLONI M24 ϕ, L=200 mmAD ELEMENTI BEAM SEZ. CORCOLARE

Ala: s=8 mmAnima: s=8 mm

Anello: s= 11 mmCostole: s=8 mm

Piastra: s=15 mm

4 BARRE RULLATEϕ=20 mm

AD ELEMENTI BEAM

MONTANTE AD ELEMENTI SHELLProfili a doppio T curvo


4 m

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

500000

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80

Forz

a [

N]

Tempo [s]

ϴ=20°Massa veicolo M = 38 ton

Velocità v = 65 km/h

Angolo di impatto θ = 20°

Energia E= ½ M (v*senϴ)2 = 724 KJ

Tempo d’urto 0,8 s

Impulso rettoImpulso semi-sinusoidale equivalente

β293 330 N

460 761 N

AZIONE DI URTO


4ANALISI


Stro N

GER


1 2 3 4 5

FORZA D’URTO

18 m

1 2 3

FORZA D’URTO

TIPOLOGIA “A”(con Vano Tasselli)

TIPOLOGIA “B”(Tipo Irpinia)PIU’ RIGIDO

Stesa di 5 NEW JERSEY: tutte le connessioni integre Stesa di 3 NEW JERSEY: tutte le connessioni integre

MENO RIGIDO

QUADRO DELLE ANALISI

30 m

Verifica Non

RotturaTIPO B

(Irpinia)

TIPO A (vano

tassselli)1 MODULO DI NEW JERSEY

CON TASSELLI

ROTTURA

ANALISI STATO DEGRADODELLE BARRIERE SULL’A16

RESISTENZA INSUFFICIENTE

ASSENZA/CORROSIONECONNESSIONI


New Jersey “Vano Tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni


0

200

400

600

800

1000

1200

0 0.2 0.4 0.6 0.8

σ[N

/m

m2

]

Tempo [s]

TENSIONI DI VON MISES

TASSELLO A

TASSELLO B

TASSELLO C

TASSELLO D

Sigma snervamento

Sigma rottura

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0 0.2 0.4 0.6 0.8

ε

Tempo [s]

DEFORMAZIONI ASSIALI

TASSELLO A

TASSELLO B

TASSELLO C

TASSELLO D

Epsylon snervamento

A B C D

PLASTICIZZAZIONI NEI TASSELLI DEL NEW JERSEY CENTRALE

Limite di Snervamentoε =εy = 0,0044



Barra rullataAcciaio C45

Piastre bullonate al piede dei New Jersey

Acciaio Fe 360

Von Mises

Von Mises

PLASTICIZZAZIONI NELLA BARRA RULLATA E NELLE PIASTRA AL PIEDE



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

Sp

ost

am

en

to d

ir. X

[m

m]

Tempo [s]

SPOSTAMENTI TRASVERSALI NEL TEMPO D’URTO

BASE LATO STRADA

TESTA LATO STRADA

TESTA LATO BORDO PONTE

BASE LATO BORDO PONTE

MANCORRENTE

D = 100 mm MASSIMA

DEFLESSIONE DINAMICA

t=0,3 sI TASSELLI ENTRANO

IN TENSIONE(punto di flesso curve)

SEZIONE MEZZERIA New jersey Centrale



New Jersey Tipo Irpinia: 3 moduli con tutte le connessioni

Amp. = 10



Amp. = 10


0

3

5

8

10

13

15

18

20

23

25

28

0.02 0.12 0.22 0.32 0.42 0.52 0.62 0.72 0.82

Sp

ost

am

en

to d

ir. x

[m

m]

Tempo [s]

SPOSTAMENTI TRASVERSALI NEL TEMPO D’URTO

BASE LATO STRADA

TESTA LATO STRADA

TESTA LATO BORDO PONTE

BASE LATO BORDO PONTE

MANCORRENTE



0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045

0.05

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

ε

Tempo [s]

DEFORMAZIONE ASSIALE

0

200

400

600

800

1000

1200

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

σ[N

/m

m2]

Tempo [s]

TENSIONE DI VON MISES

Tassello ATassello BTassello CTassello Dε – σ snervamentoσ rottura = 1040 N/mm2

ε rottura = 0,09

A

DC

B



New Jersey Tipo Irpinia: 1 modulo ancorato al cordolo con i tasselli


STATO DI DEGRADO DELLE BARRIERE NEW JERSEY SULL’ A16

Ipotesi dello stato di degrado

• Assenza piastre al piede in vari tratti

• Barre rullate completamente arrugginite e disconnesse

• Degrado del calcestruzzo

• Tasselli corrosi per via dei sali anti-ghiaccio utilizzati nel corso degli anni


New Jersey Tipo Irpinia3 moduli: Tasselli corrosi al 20%, assenza piastre al piede, assenza barre rullate


New Jersey Tipo Irpinia3 moduli: Tasselli corrosi al 20%, assenza piastre al piede, assenza barre rullate

DISCONTINUITA’ DELLA SUPERFICIE DEL NEW JERSEY: il veicolo non riesce a reindirizzarsi in carreggiatat = 0,6


CONCLUSIONI

• Importanza della concezione strutturale di questi sistemi di ritenuta e dei meccanismi elementari e loro accoppiamento.

• Confronto di due diverse tipologie di connessioni, una sviluppata agli inizi degli Anni ’90 (TIPOLOGIA B), una successiva di uso corrente (TIPOLOGIA A).

• Importanza del degrado per corrosione delle connessioni fra moduli sulle capacità dell’intero sistema di ritenuta.

• Utilità e importanza di simulazioni numeriche che permettano di prevedere il comportamento complessivo del sistema di ritenuta, ovvero di risalire alle cause di malfunzionamento dello stesso in un evento incidentale nei procedimenti di ingegneria forense.


[email protected]

Stro N

GERwww.stronger2012.com

15/12/2014 44

mailto:[email protected]

RINGRAZIAMENTI

• Ing. Pietro Pavesi di ABESCA per le informazioni fornite,

• Ing. Alessandra Lo Cane del MIT costante ispiratrice anche del presente lavoro,

• Supporto parziale fondo “FILAS - POR FESR LAZIO 2007/2013 - Support for the researchspin off” fornito a StroNGER s.r.l..


Forensic Engineering

• It is the investigation of materials, products, structures or components that fail or do not operate or function as intended, causing personal injury or damage to property.

• The consequences of failure are dealt with by the law of product liability. The field also deals with retracing processes and procedures leading to accidents in operation of vehicles or machinery.

• Generally, the purpose of a forensic engineering investigation is to locate cause or causes of failure with a view to improve performance or life of a component, or to assist a court in determining the facts of an accident. 15/12/2014 [email protected] 47



Stro N

GER

analisi strutturale dei meccanismi di collasso di barriere stradali tipo new-jersey poste a bordo...

Documents