Analisi strutturale dei meccanismi di collasso di barriere stradali tipo New-Jersey poste a bordo ponte
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IABMAS ITALY 15 dicembre 2014.
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Analisi strutturale dei meccanismi di collasso di barriere stradali tipo New-Jersey poste a bordo ponte
- 1. 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 Str o N GER 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 1
- 2. 1 EVENTI www.francobontempi.org Str o N GER 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 2
- 5. 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 5 www.francobontempi.org Str o N GER
- 6. 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 6 www.francobontempi.org Str o N GER
- 7. 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 7 www.francobontempi.org Str o N GER
- 8. 2 OGGETTI www.francobontempi.org Str o N GER 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 8
- 9. http://www.ingenio- web.it/Articolo/2149/Aspetti_delle_caratteristiche_prestazionali_di_barriere_stradali_tipo_New_Jersey___Confronto_tra_tipologie_diverse.htmlhttp://www.ingenio- web.it/Articolo/2059/Aspetti_delle_caratteristiche_prestazionali_di_barriere_stradali_tipo_New_Jersey____Descrizione_generale.html 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 9 www.francobontempi.org Str o N GER
- 12. CARATTERISTICHE STRUTTURALI 6 m Barra rullata ϕ28 in acciaio C45 Manicotto a doppia filettatura Piastre bullonate al piede in acciaio Fe 360 Testate Maschio-Femmina 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 12
- 13. CARATTERISTICHE STRUTTURALI 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 Giunto tra mancorrenti d=168,3 mm; s=11 mm in acciaio Fe510 + 2 Bulloni M24; L=200 mm in acciaio grade10.9 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 13
- 14. CARATTERISTICHE STRUTTURALI 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 BARRIERA CORDOLO 6 m TASSELLO LIEBIG ULTRAPLUS M16 In acciaio grade10.9 Piastra 60x80x8 mm in acciaio grade10.9 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 14
- 15. DIFFERENZA TRA LE DUE TIPOLOGIE DINEW JERSEY CONFIGURAZIONE INDEFORMATA CONFIGURAZIONE DOPO L’URTO Il tassello entra in tensione al tempo t0di inizio urto Il tassello entra in tensione in RITARDOrispetto al tempo t0di inizio urto TIPOLOGIA “A” Vano Tasselli TIPOLOGIA “B” Tipo Irpinia ASOLA IN ACCIAIO Vano Tasselli 50x100x90mm Foro carotato di diametro 30 mm 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 15
- 16. COMPORTAMENTO GLOBALE DEL NEW JERSEY DA BORDO PONTE FUNZIONAMENTO A CERNIERA TASSELLI DIANCORAGGIO AL CORDOLO MANCORRENTE ANTIRIBALTAMENTO BARRE RULLATE PIASTRE AL PIEDE 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 16
- 17. 3 MODELLI www.francobontempi.org Str o N GER 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 17
- 18. 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 MODELLO IN LS-DYNA 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 18
- 19. Dettagli modello: CORDOLO DEL VIADOTTO CAMERE DIESPANSIONE PER I TASSELLI FORO ϕ100 mm L=70 mm NODI DECENTRATI RISPETTO AL BARICENTRO DEL FORO E ALLINEATI CON IL TASSELLO DIANCORAGGIO 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 19
- 20. Testate “MASCHIO-FEMMINA” Rastremazione per la piastra al piede 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 20
- 21. TIPOLOGIA“A” (con Vano Tasselli) TIPOLOGIA“B” (senza Vano Tasselli) 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 21
- 22. Dettagli modello: TASSELLO DI ANCORAGGIO 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 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 22
- 23. Dettagli modello: BARRA RULLATA E PIASTRA AL PIEDE 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 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 23
- 24. Dettagli modello: 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 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 24
- 25. 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] 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 retto Impulso semi-sinusoidale equivalente β 293 330 N 460 761 N AZIONE DI URTO 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 25
- 26. 4 ANALISI www.francobontempi.org Str o N GER 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 26
- 27. 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 QUADRO DELLE ANALISI 30 m Verifica Non Rottura TIPO B (Irpinia) TIPO A (vano tassselli) 1 MODULO DINEW JERSEY CON TASSELLI ROTTURA ANALISI STATO DEGRADODELLE BARRIERE SULL’A16 RESISTENZA INSUFFICIENTE ASSENZA/ CORROSIONE CONNESSIONI 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 27
- 28. New Jersey “Vano Tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 28
- 29. New Jersey “Vano Tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 29
- 30. New Jersey “Vano Tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 30
- 31. 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 New Jersey “Vano Tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 31
- 32. 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 New Jersey “Vano Tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 32
- 33. 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 New Jersey “Vano Tasselli”: 5 moduli con tutte le connessioni 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 33
- 34. New Jersey Tipo Irpinia: 3 moduli con tutte le connessioni Amp. = 10 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 34
- 35. New Jersey Tipo Irpinia: 3 moduli con tutte le connessioni Amp. = 10 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 35
- 36. 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: 3 moduli con tutte le connessioni 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 36
- 37. 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: 3 moduli con tutte le connessioni 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 37
- 38. New Jersey Tipo Irpinia: 1 modulo ancorato al cordolo con i tasselli 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 38
- 39. STATO DIDEGRADO 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 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 39
- 40. New Jersey Tipo Irpinia 3 moduli:Tasselli corrosi al 20%, assenza piastre al piede, assenza barre rullate 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 40
- 41. New Jersey Tipo Irpinia 3 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 carreggiata t = 0,6 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 41
- 42. 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. 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 42
- 46. 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 -Supportfor the researchspin off” fornito a StroNGER s.r.l.. 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 46
- 47. ForensicEngineering •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 franco.bontempi@uniroma1.it 47
- 48. 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 48 www.francobontempi.org Str o N GER
- 49. 15/12/2014 franco.bontempi@uniroma1.it 49 www.francobontempi.org Str o N GER