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

Parte 2 – Confronto tra tipologie diverse

Nel prima parte dell’articolo, 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 più recente denominata TIPOLOGIA A confrontata con una sviluppata all’inizio degli Anni ‘90, denominata TIPOLOGIA B. Per quest’ultima, sarà considerata accanto alla configurazione nominale una configurazione degradata come presumibilmente si ha dopo circa vent’anni 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, è detta “TIPOLOGIA A” e il modello verrà denominato “MODELLO A”;
B. La tipologia di New Jersey dei primi Anni ’90, in cui è assente il vano tasselli e di conseguenza si ha un comportamento più rigido, è detta “TIPOLOGIA B” e il modello verrà 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 libertà.
Relativamente ai legami costitutivi, il calcestruzzo è stato ritenuto elastico mentre per le varie parti metalliche si sono considerati legami costitutivi elasto-plastici al fine di valutarne la dissipazione. Questa scelta è basata sul fatto che la gran parte delle non linearità, 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 dell’impalcato 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 dell’urto agente sulla barriera, con appropriati valori di coefficienti di attrito. Si hanno in particolare:
• 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 è 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 velocità pari a 65 km/h. Questa configurazione d’urto è quella prevista dai crash test full scale ai fini dell’omologazione delle barriere di classe H4b. Gli aspetti specifici di modellazione della forza d’urto sono presentati in Fig. 20. In tale figura è in particolare evidenziata l’impronta della barriera su cui si ipotizza avvenga applicata la forza d’impatto.
Dal punto di vista computazionale, si affronta un problema dinamico veloce che richiede integrazione con schema esplicito capace di tenere in conto non linearità di materiale e di contatto oltre a grandi spostamenti [7, 8, 9, 10, 11, 12].

Figura 14 – Modellazione complessiva del sistema di ritenuta.

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”.

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.

Figura 19 - Dettagli del modello relativi al mancorrente anti-ribaltamento.

Figura 20 - Dettagli della modellazione della forza d’urto e della sua zona di impatto.

All'interno dell'articolo, la simulazione delle barriere, anche in presenza di degrado.