Analisi strutturale dei meccanismi di collasso di barriere stradali tipo New-Jersey poste a bordo...
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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
15/12/2014 [email protected] 3
15/12/2014 [email protected] 4
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
15/12/2014 [email protected] 9
www.francobontempi.org
Stro N
GER
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
15/12/2014 [email protected] 12
CARATTERISTICHE STRUTTURALI
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
15/12/2014 [email protected] 13
CARATTERISTICHE STRUTTURALI
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
15/12/2014 [email protected] 14
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
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COMPORTAMENTO GLOBALE DEL NEW JERSEY DA BORDO PONTE
FUNZIONAMENTO A CERNIERA
TASSELLI DI ANCORAGGIO AL CORDOLO
MANCORRENTE ANTIRIBALTAMENTO
BARRE RULLATE
PIASTRE AL PIEDE
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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
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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
15/12/2014 [email protected] 19
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
15/12/2014 [email protected] 22
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
15/12/2014 [email protected] 23
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
15/12/2014 [email protected] 24
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
15/12/2014 [email protected] 25
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
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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
New Jersey “Vano Tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni
15/12/2014 [email protected] 31
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
New Jersey “Vano Tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni
15/12/2014 [email protected] 32
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 “Vano Tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni
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New Jersey Tipo Irpinia: 3 moduli con tutte le connessioni
Amp. = 10
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New Jersey Tipo Irpinia: 3 moduli con tutte le connessioni
Amp. = 10
15/12/2014 [email protected] 35
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
New Jersey Tipo Irpinia: 3 moduli con tutte le connessioni
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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: 3 moduli con tutte le connessioni
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New Jersey Tipo Irpinia: 1 modulo ancorato al cordolo con i tasselli
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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
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New Jersey Tipo Irpinia3 moduli: Tasselli corrosi al 20%, assenza piastre al piede, assenza barre rullate
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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
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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.
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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..
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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
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