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FACOLTA’ DIINGEGNERIA CIVILE E INDUSTRIALE 
TESI DILAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA CIVILE 
(Strutture) 
Relatore: Candidato: 
Prof. Ing. Franco Bontempi Alessandro Greco 
Correlatore 
Ing. Alessandra Lo Cane 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey 
poste a bordo ponte
L’INCIDENTE DELL’IRPINIA DEL 2013 
•28 Luglio 2014 ore 20:30 
•Viadotto di “Acqualonga” –A16 Napoli -Canosa 
•Pullman Gran Turismo con a bordo 49 persone precipita dal viadotto 
•40 MORTI 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco
L’INCIDENTE DELL’IRPINIA DEL 2013 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco
L’INCIDENTE DELL’IRPINIA DEL 2013 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco
LE BARRIERE DISICUREZZA STRADALE 
Schema dell’urto: 4 FASI 
1 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
SICUREZZA STRADALE PASSIVA 
•airbag 
•cinture di sicurezza 
•barriere di sicurezza stradale 
3 
4 
2 
FUNZIONI 
•contenimento decelerazione veicolo 
•non ribaltamento veicolo 
•reindirizzamentoin carreggiata 
IL PROFILO 
“NEW JERSEY” 
1) Dissipazione energia d’urto 
•per attrito con il supporto 
•per deformazione a “cerniera” 
•spostamento grazie al peso ridotto 
2) Superficie regolare lungo l’asse 
CARATTERISTICHE 
Decelerazione verticale 
az 
Decelerazione trasversale 
ax-y
CLASSE T1: 
CLASSE T2: 
CLASSE T3: 
CLASSE N1: 
CLASSE N2: 
CLASSE H1: 
CLASSE H2: 
CLASSE H3: 
CLASSE H4 a: 
CLASSE H4 b: 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
NORMATIVA IN MATERIA DIDISPOSITIVI DIRITENUTA STRADALE 
CEN –UNI-EN 1317 (sistemi di ritenuta stradali) 
Livello di Contenimento: LC= ½ M (v senθ)2 
Classificazione 
Contenimento elevatissimo 
(tratti ad altissimo rischio –bordo ponte) 
Contenimento con angolo d’urto basso 
Contenimento elevato 
Contenimento medio 
CRASH TEST FULL SCALE 
AUTOARTICOLATO 38 ton 
VELOCITA’ 65 km/h 
ANGOLO DIIMPATTO 20° 
ENERGIA D’URTO724 KJ 
θ 
Indici di controllo nei CRASH TEST 
Livello di severità dell'urto 
Valori 
indici 
A 
ASI ≤ 1 
THIV ≤ 33 km/h 
PHD ≤ 20 g 
B 
1 < ASI ≤ 1,4 
C 
1,4 < ASI ≤ 1,9 
Classe larghezza operativa W 
Livelli di larghezza operativa (m) 
W1 
W ≤ 0,6 
W2 
W ≤ 0,8 
W3 
W ≤ 1,0 
W4 
W ≤ 1,3 
W5 
W ≤ 1,7 
W6 
W ≤ 2,1 
W7 
W ≤ 2,3 
W8 
W ≤ 2,5
ANALISI COMPARATIVA DIDUE BARRIERE NEW JERSEY 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
CARATTERISTICHE COMUNI: 
Moduli di lunghezza 6 m 
Calcestruzzo leggero (1800 kg/m3) 
Bordo ponte 
Livello di contenimento 724 KJ 
DIFFERENZE: 
Ancoraggio al cordolo del viadotto 
TIPOLOGIA “B” 
Più rigida 
2 
Barriere 
New Jersey 
Fine anni ‘90 
Progettata da 
Autostrade S.p.a. 
primi anni ‘90 
“tipo IRPINIA” 
TIPOLOGIA “A” 
Meno rigida 
Barriera 
Cordolo viadotto
CARATTERISTICHE PROGETTUALI 
6 m 
Barra rullata ϕ28 
in acciaio C45 
Manicotto a doppia filettatura 
Piastre bullonate al piede in acciaio Fe 360 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
Testate 
Maschio-Femmina
CARATTERISTICHE PROGETTUALI 
Mancorrente tubolare antiribaltamento 
d=157,3 mm; s=8 mm 
in acciaio Fe510 
Montante porta mancorrente 
in acciaio Fe510 
4 barre rullate ϕ20 
L=435 mm 
in acciaio C45 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
Giunto tra mancorrenti 
d=168,3 mm; s=11 mm 
in acciaio Fe510 
+ 
2 Bulloni M24; L=200 mm 
in acciaio grade10.9
CARATTERISTICHE PROGETTUALI 
CAMERA DIESPANSIONE 
FORO 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 m 
1,5 m 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
BARRIERA 
CORDOLO 
6 m 
TASSELLO 
LIEBIG ULTRAPLUS M16 
In acciaio grade10.9 
Piastra 60x80x8 mm 
in acciaio grade10.9
DIFFERENZA TRA LE DUE TIPOLOGIE DINEW JERSEY 
CONFIGURAZIONE 
INDEFORMATA 
CONFIGURAZIONE 
DOPO L’URTO 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
Il tassello entra in tensione al tempo t0di inizio urto 
Il tassello entra in tensione in RITARDOrispetto al tempo t0di inizio urto 
TIPOLOGIA “A” 
TIPOLOGIA “B” 
Tipo Irpinia 
ASOLA IN ACCIAIO 
Vano tasselli 
50x100x90mm 
Foro carotato 
di diametro 
30 mm
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
IL COMPORTAMENTO DEL NEW JERSEY DA BORDO PONTE 
FUNZIONAMENTO A CERNIERA 
TASSELLI DIANCORAGGIO AL CORDOLO 
MANCORRENTE ANTIRIBALTAMENTO 
BARRE 
RULLATE 
PIASTRE 
AL PIEDE
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
ELEMENTI FINITI UTILIZZATI 
•SOLID 
•BEAM 
•SHELL 
•ALGORITMI DICONTATTO (contattotra superfici) 
Corpo del NJ 
Cordolo del viadotto 
Piastre bullonate al piede 
Ancoraggio al cordolo 
Barra rullata 
Mancorrente antiribaltamento 
IL MODELLO IN LS-DYNA
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
Dettagli del modello: IL CORDOLO DEL VIADOTTO 
E.F.SOLID 
CAMERE DIESPANSIONE 
PER I TASSELLI 
FORO ϕ100 mm 
L=70 mm 
NODI DECENTRATI RISPETTO AL BARICENTRO DEL FORO 
E ALLINEATI CON IL TASSELLO DIANCORAGGIO
Dettagli del modello: IL CORPO DEL NEW JERSEY 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
E.F.SOLID 
Testate 
“MASCHIO-FEMMINA” 
Rastremazione 
per la piastra al piede
Dettagli del modello: ANCORAGGIO AL PIEDE DEL NEW JERSEY 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
TIPOLOGIA“A” 
(con vano tasselli) 
TIPOLOGIA“B” 
(senza vano tasselli) 
“Tipo Irpinia”
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
Dettagli del modello: IL TASSELLO DIANCORAGGIO AL CORDOLO 
TASSELLO AD 
ELEMENTI BEAM 
d=16 mm 
Gambo tassello 
d=30 mm 
Cartuccia in testa 
PIASTRA AD 
ELEMENTI SHELL 
PARTE 
ELASTICA 
(dado tassello) 
PARTE 
ELASTO-PLASTICA 
NODI DEI BEAM BLOCCATI AI NODI DEI SOLID DEL CORDOLO 
TASSELLO LIBERO 
NELLA CAMERA DIESPANSIONE 
del CORDOLO 
ΔT = -90 °C 
(σ=0,2σy) 
PER IL MODELLO A 
(con vano tasselli) 
COPPIA SERRAGGIO
Dettagli del modello: LA BARRA RULLATA E LA PIASTRA AL PIEDE 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
PIASTRA AD 
ELEMENTI SHELL s=10 mm 
BARRA RULLATA ϕ=28 mm 
AD ELEMENTI BEAM 
NODI BEAM BLOCCATI AI NODI SOLID DEL NJ 
BULLONI M24; L=50 mm 
AD ELEMENTI BEAM 
NODI BEAM BLOCCATI AI NODI SOLID DEL NJ 
PARTE 
ESAGONALE ELASTICA 
(dado tassello) 
PARTE 
ELASTO-PLASTICA
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
Dettagli del modello: IL MANCORRENTE ANTI-RIBALTAMENTO 
TUBOLARE ϕ157,3 mm, sp. 8 mm 
AD ELEMENTI SHELL RETTANGOLARI 
GIUNTO ϕ168,3 mm, sp. 11 mm 
AD ELEMENTI SHELL RETTANGOLARI 
BULLONI M24 ϕ, L=200 mm 
AD ELEMENTI BEAM SEZ. CORCOLARE 
Ala: s=8 mm 
Anima: s=8 mm 
Anello: s=11 mm 
Costole: s=8 mm 
Piastra: s=15 mm 
4 BARRE RULLATE 
ϕ=20 mm 
AD ELEMENTI BEAM 
MONTANTE AD ELEMENTI SHELL 
Profili a doppio T curvo
Superficie MASTER: meshmeno fitta o densità materiale più alta 
Superficie SLAVE: meshpiù fitta o densità materiale più alta 
1.DEFINIZIONE DEI SEGMENTI DELLE SUPERFICI MASTER E SLAVE 
2.ASSEGNAZIONE DEL COEFFICIENTE DIATTRITO μ 
Contatti di LS-DYNA utilizzati: 
1.AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE: SOLID-SOLID ; SOLID-SHELL 
2.AUTOMATIC_NODES_TO SURFACE: SOLID-BEAM 
METODO DEI VINCOLI CINEMATICI: modellazione del contatto tra due superficie 
ALGORITMI DICONTATTO 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
AUTOMATIC 
CONTACT 
Ls-Dyna 
CLS-CLS 
μ = 0,5 
CLS-ACCIAIO 
μ = 0,3 
ACCIAIO-ACCIAIO 
μ = 0,15 
SURFCAE_TO SURFACE 
•CORDOLO 
(slave) 
BARRIERA 
(master) 
•TESTATA FEMMINA 
(slave) 
TESTATA MASCHIO 
(master) 
•PIASTRE AL PIEDE 
(slave) 
NEW JERSEY 
(master) 
•MONTANTE SUP. 
(slave) 
NEW JERSEY 
(master) 
•GIUNTO MANCORRENTE 
(slave) 
MANCORRENTE 
(master) 
•ANELLO MONTANTE 
(slave) 
MANCORRENTE 
(master) 
AUTOMATIC 
NODES_TO_SURFACE 
MODELLO IRPINIA 
(CON FORO AL PIEDE) 
•TASSELLO AL PIEDE 
(slave) 
FORO NEW JERSEY 
(master) 
•TASSELLO AL PIEDE 
(slave) 
CAMERA ESPANS.CORD. 
(master) 
* MODELLO A 
(CON VANO AL PIEDE) 
•TASSELLO AL PIEDE 
(slave) 
VANO TASSELLI NEW J. 
(master) 
*non avendo modellato l’asola si è applicato un coefficiente diattrito tipico tra due superfici in acciaio
0 
200 
400 
600 
800 
1000 
1200 
0 
3 
5 
8 
10 
13 
15 
18 
20 
23 
25 
28 
Tensione σ[N/mm2] 
Deformazione ε[ %] 
Centinaia 
COMPORTAMENTO DEI MATERIALI UTILIZZATI 
(Legame σ-ε) 
GRADE 10.9 
Fe 360 
Fe 510 
ACCIAIO C 45 
ACCIAIO ELASTICO E=210000 Mpa 
CLS elastico E=44000 Mpa 
CLS ELASTICO E=36050 Mpa 
BARRE RULLATE 
PIASTRE AL PIEDE 
MANCORRENTE 
TASSELLI / BULLONI 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
I MATERIALI
4 m 
0 
50000 
100000 
150000 
200000 
250000 
300000 
350000 
400000 
450000 
500000 
0.00 
0.20 
0.40 
0.60 
0.80 
Forza [N] 
Tempo [s] 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
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 
LA FORZA D’URTO 
Impulso retto 
Impulso semi-sinusoidale equivalente 
β 
293 330 N 
460 761 N
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
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 5NEW JERSEY: tutte le connessioni integre 
Stesa di3 NEW JERSEY: tutte le connessioni integre 
MENO RIGIDO 
LE ANALISI SVOLTE 
30 m 
Verifica Non Rottura 
TIPO B (Irpinia) 
TIPO A (vano tas.) 
1 MODULO DINEW JERSEY 
CON TASSELLI 
ROTTURA 
ANALISI STATO DEGRADODELLE BARRIERE SULL’A16 
RESISTENZA INSUFFICIENTE 
ASSENZA/ 
CORROSIONE 
CONNESSIONI
RISULTATO della SIMULAZIONE 
New Jersey con “vano tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco
RISULTATO della SIMULAZIONE 
New Jersey con “vano tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco
New Jersey con “vano tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
RISULTATO della SIMULAZIONE
New Jersey con “vano tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
RISULTATO della SIMULAZIONE 
0 
200 
400 
600 
800 
1000 
1200 
0 
0.2 
0.4 
0.6 
0.8 
σ[N/mm2] 
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 Snervamento 
ε=εy= 0,0044
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
RISULTATO SIMULAZIONE 
New Jersey con “vano tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni 
Barra rullata 
Acciaio C45 
Piastre bullonate al piede dei New Jersey 
Acciaio Fe 360 
Von Mises 
Von Mises 
PLASTICIZZAZIONI NELLA BARRA RULLATA E NELLE PIASTRA AL PIEDE
RISULTATO SIMULAZIONE 
New Jersey con “vano tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
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 
Spostamento dir. X [mm] 
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 s 
I TASSELLI ENTRANO 
IN TENSIONE 
(punto di flesso curve) 
SEZIONE MEZZERIA 
New jersey Centrale
RISULTATO SIMULAZIONE 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
New Jersey tipo Irpinia: 3 moduli con tutte le connessioni 
Amp. = 10
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
RISULTATO SIMULAZIONE 
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 
Spostamento dir. x [mm] 
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: 3moduli con tutte le connessioni
RISULTATO SIMULAZIONE 
New Jersey tipo Irpinia: 3 moduli con tutte le connessioni 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
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/mm2] 
Tempo [s] 
TENSIONE DIVON MISES 
Tassello A 
Tassello B 
Tassello C 
Tassello D 
ε–σsnervamento 
σrottura = 1040 N/mm2 
εrottura = 0,09 
A 
D 
C 
B
New Jersey tipo Irpinia: 1 modulo ancorato al cordolo con i tasselli 
RISULTATO della SIMULAZIONE 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco
STATO DIDEGRADO DELLE BARRIERE NEW JERSEY SULL’ A16 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
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
New Jersey tipo Irpinia 
3 moduli:Tasselli corrosi al 20%, assenza piastre al piede, assenza barre rullate 
RISULTATO della SIMULAZIONE 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco
New Jersey tipo Irpinia 
3 moduli:Tasselli corrosi al 20%, assenza piastre al piede, assenza barre rullate 
RISULTATO della SIMULAZIONE 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco 
DISCONTINUITA’ DELLA SUPERFICIE DEL NEW JERSEY: 
il veicolo non riesce a reindirizzarsi in carreggiata 
t = 0,6
CONCLUSIONI 
EntrambiimodellidibarrieraNewJerseydabordoponte,inrelazioneaidifferentiancoraggialcordolodelviadotto,colgonoilcomportamentodellerelativestrutturerealienessunodeidueaseguitodell’energiad’urtoparia724KJarrivaarottura; 
labarrierapostasulviadottodiAcqualongaavrebbepotutocontenereilpullmanilgiornodell’incidenteinquantol’energiad’urtodaquestoimpressaerapariacirca700KJ(considerandoanchepasseggeriebagagli), valoreinferioreall’energiad’urtoapplicatanellesimulazionieneicrashtestfullscalediomologazione.LacausadellarotturaconbuonaprobabilitàèstataildegradodeiNewJerseypostisull’A16,cosìcomerisultadallasimulazionechenehatenutoconto; 
ilpresentelavorononhalepretesediassumerelavalenzadiunaperiziacircalecausedell’incidenteinquantosonoconsapevoledellenumeroseapprossimazionifatteeilmiointentoeradirettoesclusivamenteadimostrarelamiacapacitàdiapprocciarmicriticamenteaproblematicheinerentiaifenomenid’urtocontrobarrieresisicurezza,nonchédiessereingradodisvilupparesimulazioniadelementifiniti; 
seppurdallamiamodestaposizionedistudenteinvitotuttiiprofessionistichesioccupanodibarrieredisicurezza,inparticolareigestori,arispettareedapplicarecorrettamentelenormativeinerentiallamanutenzionedeidispositividiritenutastradale,affinchéincidentiditaleportatanonsiverifichinopiù. 
Simulazioni numeriche di urti 
su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte 
Alessandro Greco

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Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza new jersey poste a bordo ponte

  • 1. FACOLTA’ DIINGEGNERIA CIVILE E INDUSTRIALE TESI DILAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA CIVILE (Strutture) Relatore: Candidato: Prof. Ing. Franco Bontempi Alessandro Greco Correlatore Ing. Alessandra Lo Cane Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte
  • 2. L’INCIDENTE DELL’IRPINIA DEL 2013 •28 Luglio 2014 ore 20:30 •Viadotto di “Acqualonga” –A16 Napoli -Canosa •Pullman Gran Turismo con a bordo 49 persone precipita dal viadotto •40 MORTI Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco
  • 3. L’INCIDENTE DELL’IRPINIA DEL 2013 Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco
  • 4. L’INCIDENTE DELL’IRPINIA DEL 2013 Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco
  • 5. LE BARRIERE DISICUREZZA STRADALE Schema dell’urto: 4 FASI 1 Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco SICUREZZA STRADALE PASSIVA •airbag •cinture di sicurezza •barriere di sicurezza stradale 3 4 2 FUNZIONI •contenimento decelerazione veicolo •non ribaltamento veicolo •reindirizzamentoin carreggiata IL PROFILO “NEW JERSEY” 1) Dissipazione energia d’urto •per attrito con il supporto •per deformazione a “cerniera” •spostamento grazie al peso ridotto 2) Superficie regolare lungo l’asse CARATTERISTICHE Decelerazione verticale az Decelerazione trasversale ax-y
  • 6. CLASSE T1: CLASSE T2: CLASSE T3: CLASSE N1: CLASSE N2: CLASSE H1: CLASSE H2: CLASSE H3: CLASSE H4 a: CLASSE H4 b: Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco NORMATIVA IN MATERIA DIDISPOSITIVI DIRITENUTA STRADALE CEN –UNI-EN 1317 (sistemi di ritenuta stradali) Livello di Contenimento: LC= ½ M (v senθ)2 Classificazione Contenimento elevatissimo (tratti ad altissimo rischio –bordo ponte) Contenimento con angolo d’urto basso Contenimento elevato Contenimento medio CRASH TEST FULL SCALE AUTOARTICOLATO 38 ton VELOCITA’ 65 km/h ANGOLO DIIMPATTO 20° ENERGIA D’URTO724 KJ θ Indici di controllo nei CRASH TEST Livello di severità dell'urto Valori indici A ASI ≤ 1 THIV ≤ 33 km/h PHD ≤ 20 g B 1 < ASI ≤ 1,4 C 1,4 < ASI ≤ 1,9 Classe larghezza operativa W Livelli di larghezza operativa (m) W1 W ≤ 0,6 W2 W ≤ 0,8 W3 W ≤ 1,0 W4 W ≤ 1,3 W5 W ≤ 1,7 W6 W ≤ 2,1 W7 W ≤ 2,3 W8 W ≤ 2,5
  • 7. ANALISI COMPARATIVA DIDUE BARRIERE NEW JERSEY Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco CARATTERISTICHE COMUNI: Moduli di lunghezza 6 m Calcestruzzo leggero (1800 kg/m3) Bordo ponte Livello di contenimento 724 KJ DIFFERENZE: Ancoraggio al cordolo del viadotto TIPOLOGIA “B” Più rigida 2 Barriere New Jersey Fine anni ‘90 Progettata da Autostrade S.p.a. primi anni ‘90 “tipo IRPINIA” TIPOLOGIA “A” Meno rigida Barriera Cordolo viadotto
  • 8. CARATTERISTICHE PROGETTUALI 6 m Barra rullata ϕ28 in acciaio C45 Manicotto a doppia filettatura Piastre bullonate al piede in acciaio Fe 360 Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco Testate Maschio-Femmina
  • 9. CARATTERISTICHE PROGETTUALI Mancorrente tubolare antiribaltamento d=157,3 mm; s=8 mm in acciaio Fe510 Montante porta mancorrente in acciaio Fe510 4 barre rullate ϕ20 L=435 mm in acciaio C45 Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco Giunto tra mancorrenti d=168,3 mm; s=11 mm in acciaio Fe510 + 2 Bulloni M24; L=200 mm in acciaio grade10.9
  • 10. CARATTERISTICHE PROGETTUALI CAMERA DIESPANSIONE FORO 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 m 1,5 m Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco BARRIERA CORDOLO 6 m TASSELLO LIEBIG ULTRAPLUS M16 In acciaio grade10.9 Piastra 60x80x8 mm in acciaio grade10.9
  • 11. DIFFERENZA TRA LE DUE TIPOLOGIE DINEW JERSEY CONFIGURAZIONE INDEFORMATA CONFIGURAZIONE DOPO L’URTO Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco Il tassello entra in tensione al tempo t0di inizio urto Il tassello entra in tensione in RITARDOrispetto al tempo t0di inizio urto TIPOLOGIA “A” TIPOLOGIA “B” Tipo Irpinia ASOLA IN ACCIAIO Vano tasselli 50x100x90mm Foro carotato di diametro 30 mm
  • 12. Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco IL COMPORTAMENTO DEL NEW JERSEY DA BORDO PONTE FUNZIONAMENTO A CERNIERA TASSELLI DIANCORAGGIO AL CORDOLO MANCORRENTE ANTIRIBALTAMENTO BARRE RULLATE PIASTRE AL PIEDE
  • 13. Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco ELEMENTI FINITI UTILIZZATI •SOLID •BEAM •SHELL •ALGORITMI DICONTATTO (contattotra superfici) Corpo del NJ Cordolo del viadotto Piastre bullonate al piede Ancoraggio al cordolo Barra rullata Mancorrente antiribaltamento IL MODELLO IN LS-DYNA
  • 14. Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco Dettagli del modello: IL CORDOLO DEL VIADOTTO E.F.SOLID CAMERE DIESPANSIONE PER I TASSELLI FORO ϕ100 mm L=70 mm NODI DECENTRATI RISPETTO AL BARICENTRO DEL FORO E ALLINEATI CON IL TASSELLO DIANCORAGGIO
  • 15. Dettagli del modello: IL CORPO DEL NEW JERSEY Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco E.F.SOLID Testate “MASCHIO-FEMMINA” Rastremazione per la piastra al piede
  • 16. Dettagli del modello: ANCORAGGIO AL PIEDE DEL NEW JERSEY Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco TIPOLOGIA“A” (con vano tasselli) TIPOLOGIA“B” (senza vano tasselli) “Tipo Irpinia”
  • 17. Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco Dettagli del modello: IL TASSELLO DIANCORAGGIO AL CORDOLO TASSELLO AD ELEMENTI BEAM d=16 mm Gambo tassello d=30 mm Cartuccia in testa PIASTRA AD ELEMENTI SHELL PARTE ELASTICA (dado tassello) PARTE ELASTO-PLASTICA NODI DEI BEAM BLOCCATI AI NODI DEI SOLID DEL CORDOLO TASSELLO LIBERO NELLA CAMERA DIESPANSIONE del CORDOLO ΔT = -90 °C (σ=0,2σy) PER IL MODELLO A (con vano tasselli) COPPIA SERRAGGIO
  • 18. Dettagli del modello: LA BARRA RULLATA E LA PIASTRA AL PIEDE Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco PIASTRA AD ELEMENTI SHELL s=10 mm BARRA RULLATA ϕ=28 mm AD ELEMENTI BEAM NODI BEAM BLOCCATI AI NODI SOLID DEL NJ BULLONI M24; L=50 mm AD ELEMENTI BEAM NODI BEAM BLOCCATI AI NODI SOLID DEL NJ PARTE ESAGONALE ELASTICA (dado tassello) PARTE ELASTO-PLASTICA
  • 19. Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco Dettagli del modello: IL MANCORRENTE ANTI-RIBALTAMENTO TUBOLARE ϕ157,3 mm, sp. 8 mm AD ELEMENTI SHELL RETTANGOLARI GIUNTO ϕ168,3 mm, sp. 11 mm AD ELEMENTI SHELL RETTANGOLARI BULLONI M24 ϕ, L=200 mm AD ELEMENTI BEAM SEZ. CORCOLARE Ala: s=8 mm Anima: s=8 mm Anello: s=11 mm Costole: s=8 mm Piastra: s=15 mm 4 BARRE RULLATE ϕ=20 mm AD ELEMENTI BEAM MONTANTE AD ELEMENTI SHELL Profili a doppio T curvo
  • 20. Superficie MASTER: meshmeno fitta o densità materiale più alta Superficie SLAVE: meshpiù fitta o densità materiale più alta 1.DEFINIZIONE DEI SEGMENTI DELLE SUPERFICI MASTER E SLAVE 2.ASSEGNAZIONE DEL COEFFICIENTE DIATTRITO μ Contatti di LS-DYNA utilizzati: 1.AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE: SOLID-SOLID ; SOLID-SHELL 2.AUTOMATIC_NODES_TO SURFACE: SOLID-BEAM METODO DEI VINCOLI CINEMATICI: modellazione del contatto tra due superficie ALGORITMI DICONTATTO Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco AUTOMATIC CONTACT Ls-Dyna CLS-CLS μ = 0,5 CLS-ACCIAIO μ = 0,3 ACCIAIO-ACCIAIO μ = 0,15 SURFCAE_TO SURFACE •CORDOLO (slave) BARRIERA (master) •TESTATA FEMMINA (slave) TESTATA MASCHIO (master) •PIASTRE AL PIEDE (slave) NEW JERSEY (master) •MONTANTE SUP. (slave) NEW JERSEY (master) •GIUNTO MANCORRENTE (slave) MANCORRENTE (master) •ANELLO MONTANTE (slave) MANCORRENTE (master) AUTOMATIC NODES_TO_SURFACE MODELLO IRPINIA (CON FORO AL PIEDE) •TASSELLO AL PIEDE (slave) FORO NEW JERSEY (master) •TASSELLO AL PIEDE (slave) CAMERA ESPANS.CORD. (master) * MODELLO A (CON VANO AL PIEDE) •TASSELLO AL PIEDE (slave) VANO TASSELLI NEW J. (master) *non avendo modellato l’asola si è applicato un coefficiente diattrito tipico tra due superfici in acciaio
  • 21. 0 200 400 600 800 1000 1200 0 3 5 8 10 13 15 18 20 23 25 28 Tensione σ[N/mm2] Deformazione ε[ %] Centinaia COMPORTAMENTO DEI MATERIALI UTILIZZATI (Legame σ-ε) GRADE 10.9 Fe 360 Fe 510 ACCIAIO C 45 ACCIAIO ELASTICO E=210000 Mpa CLS elastico E=44000 Mpa CLS ELASTICO E=36050 Mpa BARRE RULLATE PIASTRE AL PIEDE MANCORRENTE TASSELLI / BULLONI Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco I MATERIALI
  • 22. 4 m 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000 450000 500000 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 Forza [N] Tempo [s] Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco 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 LA FORZA D’URTO Impulso retto Impulso semi-sinusoidale equivalente β 293 330 N 460 761 N
  • 23. Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco 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 5NEW JERSEY: tutte le connessioni integre Stesa di3 NEW JERSEY: tutte le connessioni integre MENO RIGIDO LE ANALISI SVOLTE 30 m Verifica Non Rottura TIPO B (Irpinia) TIPO A (vano tas.) 1 MODULO DINEW JERSEY CON TASSELLI ROTTURA ANALISI STATO DEGRADODELLE BARRIERE SULL’A16 RESISTENZA INSUFFICIENTE ASSENZA/ CORROSIONE CONNESSIONI
  • 24. RISULTATO della SIMULAZIONE New Jersey con “vano tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco
  • 25. RISULTATO della SIMULAZIONE New Jersey con “vano tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco
  • 26. New Jersey con “vano tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco RISULTATO della SIMULAZIONE
  • 27. New Jersey con “vano tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco RISULTATO della SIMULAZIONE 0 200 400 600 800 1000 1200 0 0.2 0.4 0.6 0.8 σ[N/mm2] 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 Snervamento ε=εy= 0,0044
  • 28. Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco RISULTATO SIMULAZIONE New Jersey con “vano tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni Barra rullata Acciaio C45 Piastre bullonate al piede dei New Jersey Acciaio Fe 360 Von Mises Von Mises PLASTICIZZAZIONI NELLA BARRA RULLATA E NELLE PIASTRA AL PIEDE
  • 29. RISULTATO SIMULAZIONE New Jersey con “vano tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco 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 Spostamento dir. X [mm] 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 s I TASSELLI ENTRANO IN TENSIONE (punto di flesso curve) SEZIONE MEZZERIA New jersey Centrale
  • 30. RISULTATO SIMULAZIONE Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco New Jersey tipo Irpinia: 3 moduli con tutte le connessioni Amp. = 10
  • 31. Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco RISULTATO SIMULAZIONE 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 Spostamento dir. x [mm] 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: 3moduli con tutte le connessioni
  • 32. RISULTATO SIMULAZIONE New Jersey tipo Irpinia: 3 moduli con tutte le connessioni Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco 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/mm2] Tempo [s] TENSIONE DIVON MISES Tassello A Tassello B Tassello C Tassello D ε–σsnervamento σrottura = 1040 N/mm2 εrottura = 0,09 A D C B
  • 33. New Jersey tipo Irpinia: 1 modulo ancorato al cordolo con i tasselli RISULTATO della SIMULAZIONE Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco
  • 34. STATO DIDEGRADO DELLE BARRIERE NEW JERSEY SULL’ A16 Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco 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
  • 35. New Jersey tipo Irpinia 3 moduli:Tasselli corrosi al 20%, assenza piastre al piede, assenza barre rullate RISULTATO della SIMULAZIONE Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco
  • 36. New Jersey tipo Irpinia 3 moduli:Tasselli corrosi al 20%, assenza piastre al piede, assenza barre rullate RISULTATO della SIMULAZIONE Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco DISCONTINUITA’ DELLA SUPERFICIE DEL NEW JERSEY: il veicolo non riesce a reindirizzarsi in carreggiata t = 0,6
  • 37. CONCLUSIONI EntrambiimodellidibarrieraNewJerseydabordoponte,inrelazioneaidifferentiancoraggialcordolodelviadotto,colgonoilcomportamentodellerelativestrutturerealienessunodeidueaseguitodell’energiad’urtoparia724KJarrivaarottura; labarrierapostasulviadottodiAcqualongaavrebbepotutocontenereilpullmanilgiornodell’incidenteinquantol’energiad’urtodaquestoimpressaerapariacirca700KJ(considerandoanchepasseggeriebagagli), valoreinferioreall’energiad’urtoapplicatanellesimulazionieneicrashtestfullscalediomologazione.LacausadellarotturaconbuonaprobabilitàèstataildegradodeiNewJerseypostisull’A16,cosìcomerisultadallasimulazionechenehatenutoconto; ilpresentelavorononhalepretesediassumerelavalenzadiunaperiziacircalecausedell’incidenteinquantosonoconsapevoledellenumeroseapprossimazionifatteeilmiointentoeradirettoesclusivamenteadimostrarelamiacapacitàdiapprocciarmicriticamenteaproblematicheinerentiaifenomenid’urtocontrobarrieresisicurezza,nonchédiessereingradodisvilupparesimulazioniadelementifiniti; seppurdallamiamodestaposizionedistudenteinvitotuttiiprofessionistichesioccupanodibarrieredisicurezza,inparticolareigestori,arispettareedapplicarecorrettamentelenormativeinerentiallamanutenzionedeidispositividiritenutastradale,affinchéincidentiditaleportatanonsiverifichinopiù. Simulazioni numeriche di urti su barriere di sicurezza newjersey poste a bordo ponte Alessandro Greco