Aspetti delle caratteristiche prestazionali di barriere stradali tipo New Jersey Parte 2...

download Aspetti delle caratteristiche prestazionali di barriere stradali tipo New Jersey Parte 2 – Confronto tra tipologie diverse

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    05-Dec-2014
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  • 1. Aspetti delle caratteristiche prestazionali di barriere stradali tipo New Jersey Parte 2 Confronto tra tipologie diverse 1
  • 2.
  • 3. !! "
  • 4. " # Nel prima parte dellarticolo, pubblicato sul numero 25 di INGENIO, si sono considerati aspetti elementari ma fondamentali dei sistemi di ritenuta composti da barriere prefabbricate tipo New Jersey. Se ne sono evidenziate le essenziali caratteristiche geometriche e meccaniche e attraverso una modellazione numerica ad elementi finiti si sono sviluppate delle simulazioni dinamiche che hanno permesso di evidenziarne le caratteristiche prestazionali. In questo secondo articolo saranno invece prese in considerazione due diverse tipologie di barriere, una tipologia pi recente denominata TIPOLOGIA A confrontata con una sviluppata allinizio degli Anni 90, denominata TIPOLOGIA B. Per questultima, sar considerata accanto alla configurazione nominale una configurazione degradata come presumibilmente si ha dopo circa ventanni di assenza di manutenzione. MODELLAZIONE I modelli realizzati sono di due tipologie: A. La tipologia di New Jersey classe H4b della fine degli Anni 90, dotato di vano tasselli, detta TIPOLOGIA A e il modello verr denominato MODELLO A; B. La tipologia di New Jersey dei primi Anni 90, in cui assente il vano tasselli e di conseguenza si ha un comportamento pi rigido, detta TIPOLOGIA B e il modello verr denominato MODELLO B. La geometria, i materiali e i collegamenti orizzontali sono i medesimi per entrambi i modelli (Fig. 14). Dettagli specifici delle varie parti strutturali sono presentati nelle Figg.15, 16, 17, 18 e 19. Complessivamente, il singolo modulo di barriera New Jersey ha qualche centinaia di migliaia di gradi di libert. Relativamente ai legami costitutivi, il calcestruzzo stato ritenuto elastico mentre per le varie parti metalliche si sono considerati legami costitutivi elasto-plastici al fine di valutarne la dissipazione. Questa scelta basata sul fatto che la gran parte delle non linearit, e quindi proprio della dissipazione, avviene negli inserti metallici, mentre danneggiamenti, e quindi dissipazioni di energia, nel calcestruzzo sono limitati. Ai fini di simulare le dissipazioni, sono invece essenziali i fenomeni di attrito fra le differenti parti costituenti la barriera e fra questa e il piano di appoggio dellimpalcato del ponte. Si sono considerati, quindi, i contatti tra le superfici dei vari elementi finiti, a contatto tra loro per costruzione o che possono venire a contatto a seguito dellurto agente sulla barriera, con appropriati valori di coefficienti di attrito. Si hanno in particolare:
  • 5. 2 Contatto tra cordolo del ponte e New Jersey; Contatto tra le testate maschio-femmina dei New Jersey; Contatto tra la piastra bullonata al piede e il New Jersey; Contatto tra il piede del New Jersey e piastra del tassello; Contatto tra il tassello e il New Jersey; Contatto tra il tassello e la camera di espansione; Contatto tra la piastra di base del montante e il New Jersey. Su entrambi i modelli stata applicata una forza di tipo impulsivo equivalente ad un veicolo pesante (autoarticolato) di massa pari a 38 tonnellate che urta contro la barriera con angolo di impatto pari a 20 e velocit pari a 65 km/h. Questa configurazione durto quella prevista dai crash test full scale ai fini dellomologazione delle barriere di classe H4b. Gli aspetti specifici di modellazione della forza durto sono presentati in Fig. 20. In tale figura in particolare evidenziata limpronta della barriera su cui si ipotizza avvenga applicata la forza dimpatto. Dal punto di vista computazionale, si affronta un problema dinamico veloce che richiede integrazione con schema esplicito capace di tenere in conto non linearit di materiale e di contatto oltre a grandi spostamenti [7, 8, 9, 10, 11, 12]. Figura 14 Modellazione complessiva del sistema di ritenuta.
  • 6. 3 Figura 15 Modellazione solida del singolo modulo di New Jersey con particolari delle testate. Figura 16 Modellazione solida del singolo modulo di New Jersey con dettagli dei vani tassello per la tipologia A e B.
  • 7. 4 Figura 17 - Dettagli del modello relativi al tassello di ancoraggio al cordolo. Figura 18 - Dettagli del modello relativi alla barra rullata e alla piastra al piede.
  • 8. 5 Figura 19 - Dettagli del modello relativi al mancorrente anti-ribaltamento. Figura 20 - Dettagli della modellazione della forza durto e della sua zona di impatto.
  • 9. SIMULAZIONI DELLE TIPOLOGIE DI BARRIERE Con i modelli visti precedentemente si sono svolte differenti simulazioni. Scopo primario di queste analisi verificare che la forza durto applicata non determinasse la rottura, bens spostamenti della barriera accettabili in termini di larghezza operativa. Infatti, si presume che qualsiasi barriera omologata abbia superato positivamente le prove di crash full scale previste dalla normativa e sia pertanto in grado di contenere lenergia durto in maniera efficiente. Un aspetto preliminare delle analisi la scelta del numero di moduli da considerare. Per il MODELLO A, si scelta una stesa di barriera pari a 30 m, composta da cinque moduli di New Jersey (Fig. 21), accertatosi che il comportamento deformativo fosse circoscritto ai tre moduli centrali, risultando nulle le traslazioni dei moduli di estremit. Per il MODELLO B invece, essendo questo caratterizzato da una rigidezza di gran lunga maggiore rispetto al MODELLO A in quanto non dotato del vano tasselli al piede, si scelta una stesa di 18 m ovvero tre moduli di New Jersey (Fig. 22). Tale configurazione risultata accettabile in quanto lo spostamento del modulo centrale interessato dall'urto risultato di pochi centimetri e le traslazioni dei due moduli di estremit trascurabili. Figura 21 Serie di 5 New Jersey considerati per la simulazione durto su 30 m di barriera di TIPOLOGIA A. 6
  • 10. Figura 22 Serie di 3 New Jersey considerati per la simulazione durto su 18 m di barriera di TIPOLOGIA B. Simulazione per la TIPOLOGIA A. Un sintesi della simulazione dellurto sulla barriera di questa tipologia si legge nella Fig. 23. Considerando i vari punti sullaltezza della barriera, si nota una traslazione laterale con valore massimo pari a 100 mm. Si individua inoltre intorno a 0.3 s lentrata in tensione dei tasselli. Infatti, facendo riferimento alla Fig. 24 dove sono rappresentati i tasselli di tutta la stesa di barriera considerata (complessivamente 20 tasselli, ovvero 4 tasselli per i 5 moduli di New Jersey), si nota che i 4 tasselli relativi al modulo centrale della barriera si plasticizzano. Da osservare che fino a circa 0.3 s, le deformazioni assiali dei tasselli sono modeste. Altre plasticizzazioni si possono osservare nella Fig. 25: qui si nota la formazione di cerniere plastiche nella barra rullata e le deformazioni plastiche per flessione delle piastre al piede dei New Jersey. 7 Figura 23 Spostamenti laterali della sezione centrale della barriera di TIPOLOGIA A.
  • 11. Figura 24 Tensioni e deformazioni dei tasselli lungo la stesa di 5 moduli della barriera di TIPOLOGIA A. Figura 25 Plasticizzazioni nella barra rullata e nelle piastre bullonate al piede lungo la stesa di 5 moduli della barriera di TIPOLOGIA A. 8
  • 12. Simulazione per la TIPOLOGIA B. Per questa tipologia, dalla Fig. 26 si pu notare come gli spostamenti laterali siano modesti, quasi un decimo di quelli registrati per la TIPOLOGIA A, e come i tasselli entrino subito in funzione come mostrato in Fig. 27. Si ha quindi un unico tipo di comportamento meccanico, non avendo le due fasi della TIPOLOGIA A. 9 Figura 26 Spostamenti laterali della sezione centrale della barriera di TIPOLOGIA B. Figura 27 Tensioni e deformazioni dei tasselli lungo la stesa di 3 moduli della barriera di TIPOLOGIA B.
  • 13. SIMULAZIONE IN PRESENZA DI DEGRADO. E esperienza comune notare il degrado di barriere New Jersey non adeguatamente manutenute. In particolare, lo stato della barriera pu risultare il seguente: TASSELLI DI ANCORAGGIO AL CORDOLO: in avanzato stato di corrosion