La progettazione geotecnica delle barriere di sicurezza stradali su terreno. Analisi dinamica e delle forze d'impatto

Nel corso degli ultimi anni sono in atto numerosi interventi di riqualificazione delle barriere di sicurezza stradali da parte dei principali enti gestori, quali ANAS, AutoStrade Per l’Italia, Provincie, ecc.

Nel caso di installazione su terreno (rilevato o arginello), molto frequentemente il progettista si limita a individuare, in funzione dei requisiti progettuali e del livello di contenimento, un modello di barriera omologato che adempia, in sede di omologazione, a tali requisiti.

Raramente si osservano nei capitolati prove di controllo del funzionamento della barriera e/o delle sue parti (crash-test e/o prove di push-pull sui pali di supporto, o montanti), sebbene tali convalide sperimentali sarebbero indispensabili per verificare la correttezza della scelta e dell’installazione.

A questo proposito, l’Ufficio Tecnico UNICMI [2021] nelle sue LINEA GUIDA PER LA VALIDAZIONE DEL CORRETTO FUNZIONAMENTO DELLE BARRIERE DI SICUREZZA INSTALLATE SUL BORDO DEI RILEVATI STRADALI, suggerisce che “La verifica del corretto funzionamento della barriera installata presuppone l’effettuazione di controlli in cantiere che, nel caso dell’installazione sul bordo rilevato, sono finalizzati a verificare l’idoneità del supporto (terreno nella sua stratificazione) e l’interazione della barriera con il medesimo.”

Nelle Linee Guida sono illustrate, anche in base al Rapporto Tecnico UNITR 11785:2020 e alla norma UNI EN 1317-5:2012, le metodologie e i test da effettuare in laboratorio e in opera (caratterizzazione del terreno e della resistenza del terreno con prova di push in regime quasi statico).

Inoltre, la UNI/TR 11785 chiarisce che le prestazioni del terreno, presente nel sito di impianto su strada, quasi sempre non corrispondono a quelle del terreno usato nei crash di certificazione, ragione per cui le suddette verifiche assumono un ruolo fondamentale.

Dispone inoltre che le prove di controllo siano finalizzate alla:

• caratterizzazione del solo terreno in relazione alle loro specifiche proprietà meccaniche (rigid, hard, medium, soft);
• caratterizzazione dell’insieme paletto-terreno;
• valutazione delle possibili modifiche per ottenere in sito la corrispondenza con il crash.

Si rammenta che, secondo le specifiche di cui al punto 5.1.6.3. della prEN1317:2013, il terreno di supporto può essere classificato come segue (caso di palo HEB120 in acciaio S355JR alto minimo 2 metri e con profondità di infissione pari a 1 m):

• Rigid: quando la forza applicata è > 35 kN per uno spostamento < 0,05 m;
• Hard: quando la forza applicata è > 35 kN per uno spostamento di 0,20 m;
• Medium: quando la forza applicata è compresa tra 2535 kN per uno spostamento di 0,20 m;
• Soft: quando la forza applicata è inferiore a 20 kN per uno spostamento di 0,20 m.

Ancora, PIARC Italia [2021] nelle sue “Linee Guida per la verifica in sito dell’interazione palo/terreno di barriere di sicurezza stradali a nastri e paletti, mediante prove dinamiche con il metodo della “Capacità di Dissipazione dell’Energia” chiarisce che “Le condizioni dei crash test non sono sempre pienamente rappresentative delle situazioni reali, ciò soprattutto per la presenza (in molti casi) di una scarpata dietro i montanti delle barriere …omissis…” elencando una serie di fattori per i quali si possono evidenziare tali differenze di comportamento, tra i quali, per esempio:

• la differente topografia del terreno di supporto delle barriere nei test rispetto alle reali condizioni di installazione;
• la differente costipazione e addensamento del terreno tra condizioni del test e condizioni reali e la sua evoluzione nello spazio e nel tempo;
• la presenza, nelle condizioni reali, di una coltre di terreno vegetale che è causa del peggioramento delle caratteristiche geotecniche del tratto di infissione superficiale.

Per tali motivi, espressi sinteticamente, nel presente articolo si illustrano i principali concetti di analisi dinamica e energetica del comportamento della barriera durante il suo funzionamento, al fine di ricavare una procedura semplificata atta a guidare il Progettista nella validazione pratica dei dati di omologazione e nella programmazione dei test di controllo preliminari e in corso d’opera.

Criteri di calcolo di una barriera stradale

Premessa

In generale, le finalità del calcolo di una barriera di sicurezza consistono nello sviluppare, in fase di progettazione, schemi di “sistemi di forze orizzontali” (schemi statici equivalenti) atti a configurare le sollecitazioni in capo alla barriera (§ 5.1.3.10 NTC 2018) secondo la classe di contenimento richiesta, alternativi, per esempio, a schemi empirici precostituiti o alle interpretazioni statiche arbitrarie.

In particolare detti schemi si configurerebbero come quelli richiamati al citato punto delle NTC: “Tale sistema di forze orizzontali potrà essere valutato dal progettista, alternativamente, sulla base:

• Delle risultanze sperimentali… omissis;
• Del riconoscimento del sistema di forze e alle azioni trasmesse alla struttura, a causa di urti su barriere della stessa tipologia e della classe di contenimento previste in progetto, laddove tale equivalenza risulti da valutazioni teoriche e/o modellazioni numerico-sperimentali.”

Gli schemi statici equivalenti di calcolo permetterebbero di “…tenere conto della eventuale sovrapposizione delle zone di diffusione di tale sistema di forze, in funzione della geometria della barriera e delle sue condizioni di vincolo.”

Lo studio di tali sistemi equivalenti dovrebbe essere sviluppato secondo due fasi:

1) Fase di INTERAZIONE URTO VEICOLO IN SVIO-REAZIONE MONTANTE (analisi dinamica teorica)

2) Fase di DEFORMAZIONE E REAZIONE DELLA BARRIERA come composta da “n” pali o montanti di supporto posti ad intervalli regolari, per una deflessione massima pari a quella stabilita dalla classe di contenimento (L_m) (analisi delle forze).

Analisi dinamica teorica

Generalità

Per un livello di contenimento H₂ la prova di crash dell’omologazione porta ai seguenti parametri dinamici in direzione trasversale all’asse strada, con nota conoscenza dei termini ed essendo la velocità finale dell’impatto (Vf), all’istante t del reindirizzamento del veicolo, pari a 0:

Il valore medio della funzione nell’intervallo è:

Velocità del mezzo

Il mezzo in svio, ipotizzato come elemento puntuale a massa concentrata in urto sulla barriera e privo di sviluppo longitudinale, possiede una velocità V caratterizzata da due componenti secondo gli assi x e y, funzione dell’angolo di incidenza nei confronti dell’asse della barriera:

• Vx = V • cos Θ = in direzione x = direzione longitudinale, ossia parallela all’asse strada

• Vy = V • sen Θ = in direzione y = direzione trasversale, ossia ortogonale all’asse strada. Ad ogni direzione compete una corrispondente dose di energia cinetica.

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