Aspetti delle caratteristiche prestazionali di barriere stradali tipo New Jersey – Descrizione generale

Parte 1 – Descrizione generale

In questo articolo sono considerati i sistemi di ritenuta stradale costituiti da elementi prefabbricati in calcestruzzo armato, indicati comunemente come New Jersey.
Al contrario di quanto possa essere semplicisticamente supposto, questi sistemi di ritenuta, in funzione delle loro connessioni in direzione longitudinale fra i diversi moduli e in verticale fra i singoli moduli e il piano di appoggio, possono sviluppare comportamenti prestazionali altamente differenziati, in particolare per quanto riguarda la capacità di dissipare l’energia dovuta all’urto di veicoli. Il loro progetto e verifica prestazionale, oltre a necessarie prove sperimentali, può utilmente sfruttare le capacità di simulazione numerica proprie della meccanica computazionale.
Nello specifico, attraverso questo ed un secondo articolo si vuole evidenziare:
a) l’importanza della concezione strutturale di questi sistemi di ritenuta sottolineandone i meccanismi elementari e il loro accoppiamento;
b) confrontare due diverse tipologie di connessioni, una sviluppata agli inizi degli Anni ’90 (TIPOLOGIA B), una successiva di uso corrente (TIPOLOGIA A);
c) valutare l’importanza del degrado per corrosione delle connessioni fra moduli sulle capacità prestazionali dell’intero sistema di ritenuta;
d) sottolineare l’utilità e l’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
Proprio quest’ultima considerazione risulta, purtroppo, di attualità a seguito di recenti eventi che hanno funestato il traffico, primo fra tutti quello del luglio del 2013 sull’autostrada A16 Napoli-Canosa che ha visto un pullman precipitare dal viadotto di Acqualonga all’altezza di Monteforte Irpinio (AV), causando la morte di 40 persone.

GENERALITÀ SUI DISPOSITIVI DI RITENUTA STRADALE
I dispositivi di ritenuta stradale sono elementi strutturali aventi lo scopo di realizzare il contenimento di quei veicoli che durante la marcia dovessero tendere, per un qualsiasi motivo, ad uscire dalla sede stradale, contendendo al minimo i danni per gli occupanti del veicolo [1, 2, 3, 4 ,5 6].
Per ottenere queste finalità è necessario che l'urto non provochi il rovesciamento del veicolo e che non imprima una decelerazione tale da provocare danni agli occupanti. Il cervello umano, infatti, rimane lesionato permanentemente se si superano valori di decelerazione di 80 g (dove g è l'accelerazione di gravità pari a 9,81 m/s2) per una durata di 3 millisecondi, così come cuore e polmoni non possono sopportare valori superiori ai 60 g per più di 3 millisecondi. Il veicolo, inoltre, dovrà essere riportato su una traiettoria tale da non essere esso stesso un pericolo per gli altri veicoli sopraggiungenti sulla stessa carreggiata. Ciò significa che dopo la fase d'urto dovrà allontanarsi rimanendo in prossimità del dispositivo e riguadagnando la traiettoria originaria.
Pertanto le principali funzioni che devono assolvere i dispositivi di ritenuta sono riassumibili come segue:
• non essere superato o sfondato dal veicolo urtante;
• evitare che il veicolo si ribalti a causa dell'urto;
• determinare delle decelerazioni nei passeggeri che non superino i valori limite ammissibili dal corpo umano;
• reindirizzare il veicolo all'interno della carreggiata senza che esso collida con i veicoli sopraggiungenti.
Deve inoltre essere sottolineato il fatto che l'urto di un veicolo può avvenire in un qualsiasi punto del dispositivo di ritenuta e pertanto si deve essere certi che in ogni punto questo abbia i requisiti richiesti: ciò implica che la posa in opera deve essere fatta a regola d'arte e particolare attenzione si deve prestare alla sistemazione delle parti terminali.
Considerando la varietà dei veicoli in circolazione e le diversità dei luoghi e delle posizioni in cui i dispositivi di ritenuta si collocano all'interno dello spazio stradale, vi è il dubbio che vi possa essere un unico tipo di barriera ideale e polivalente. E' evidente che la progettazione di una barriera di sicurezza presenta una notevole complessità dettata dall'aleatorietà dei parametri che intervengono nell'urto di un veicolo contro di essa, quali comportamenti degli utenti, condizioni ambientali, caratteristiche e comportamento del veicolo, caratteristiche e stato di usura della pavimentazione stradale.
In generale si può affermare che un dispositivo di ritenuta a comportamento ideale deve potersi deformare molto, ove le condizioni al contorno lo concedano, cosi da assorbire grandi quantitativi di energia e da rendere possibile il rientro in carreggiata del veicolo.
In passato i dispositivi di ritenuta venivano utilizzati in maniera abbastanza sistematica come protezione dei margini stradali soltanto in casi particolari, quali ponti, rilevati alti o altri punti ritenuti pericolosi in caso di svio dei veicoli. Quasi sempre tali dispositivi erano rappresentati da muri di sostegno a tutta altezza (all'incirca 60-65 cm) e solo a partire dagli Anni '50 si è riconosciuta la necessità di adottare protezioni meno rigide, in modo da limitare, per quanto possibile, i danni agli occupanti del veicolo/i incidentato/i.
Per la prima volta, quindi, si è introdotto il concetto di duttilità all'interno del tema dispositivi di ritenuta. Infatti, a partire da quegli anni ad oggi, si sono compiuti numerosi studi teorici e sperimentali per definire materiali, forme, resistenza, deformabilità, luoghi e modalità di installazione.
Tuttavia, ancora oggi la problematica non è un capitolo chiuso e sono tanti i gruppi di ricerca che negli Stati Uniti d'America e in Europa cercano di trovare soluzioni migliori, a dimostrazione della complessità dell'argomento. Di pari passo con gli studi pervenuti nell'arco degli anni dal mondo scientifico, si è inevitabilmente avuta una evoluzione notevole delle normative, sia italiane che internazionali, atte a dare le giuste indicazioni in merito a progettazione, realizzazione, omologazione e installazione dei dispositivi di ritenuta.

BARRIERE PREFABBRICATE IN CALCESTRUZZO ARMATO NEW JERSEY
Le barriere di sicurezza stradale in calcestruzzo sono denominate barriere New Jersey, dallo stato degli Stati Uniti d'America in cui sono nate nel 1955. Tali barriere sono anche dette "safety shape" (profilo di sicurezza) per il particolare profilo che le contraddistingue dalle altre tipologie di barriere. La superficie laterale del profilo infatti è sagomata a "gradini" ed è volta a minimizzare i danni al veicolo (e di conseguenza ai conducenti dello stesso) in caso di impatto accidentale, mantenendo al contempo la capacità di prevenzione dei salti nella corsia opposta e favorendo il rendirizzamento in carreggiata. Il risultato è ottenuto permettendo alle ruote del veicolo di salire sul piede a base inclinata, la cui pendenza obbliga la ruota e quindi il veicolo ad allontanarsi dalla barriera. Inoltre tali barriere (composte da più moduli connessi con speciali elementi) si sviluppano nella direzione parallela all'asse della strada in maniera costante, sia per le caratteristiche geometriche, sia per le caratteristiche di rigidezza, rugosità e natura del materiale, per cui viene meno il pericolo esistente per le altre tipologie di barriere dell'urto dei veicoli contro elementi più rigidi e robusti (ad esempio i paletti dei guardrail).
Se l'energia d'urto è più elevata, la barriera subisce anche uno spostamento che dissipa energia per attrito con il supporto su cui è appoggiata. Tale spostamento dà luogo ad un'ansa nella linea di protezione (più o meno accentuata a seconda dell'entità dell'urto) inducendo l'affiancamento del veicolo alla barriera ed evitando che rimbalzi verso il centro della carreggiata come accade negli urti elastici privi di spostamento.

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