Performance analysis of longitudinal traffic barriers placed on curved and sloped roadway sections

The objective of this thesis work was to assess the safety performance of some longitudinal traffic barriers when placed on curved and superelevated roadway sections. Longitudinal traffic barriers are intended to prevent vehicles that inadvertently leave the traveled way from striking objects placed on the roadside, thus leading to potential serious or fatal injuries. All the barriers available today have already been tested in the past in order to make sure that they fulfill some evaluation criteria. Because tests need to be repeatable and comparable, a standard impact scenario has been developed throughout the years. This involves a vehicle running on a flat level terrain and striking a straight longitudinal barrier. However, there is no guarantee about the safety performance of such barriers in different scenarios such as superelevated curves. Literature review revealed that very little effort has been made throughout the years to address this problem. Although some studies did take into account this issue, a thorough and systematic analysis has never been performed before. The work carried out for this thesis consists of an extensive finite element simulation campaign and stems from the preliminary results of the vehicle dynamics analysis conducted previously by a third party. Such analysis provided an insight on the main critical aspects (i.e. curvature radius, superelevation, shoulder slope and width). Moreover, the analysis of its results allowed the author to adopt a proper strategy for picking some simulations to be performed and neglecting others, in order to save time while maintaining a high level of confidence in the conclusions. The safety performance of four different barriers was investigated. They were placed on both the inner and the outer side of curves with diverse curvature radii, superelevation, coupled with shoulders of variable width and slope, and they were evaluated with two vehicle models. Conclusions were different depending on the barrier type, on its placement and on its orientation relative to the ground. Some proved to be effective also in such unconventional scenarios, while others did exhibit that some improvements are required.

L’obiettivo di questo lavoro di tesi è stato valutare l’adeguatezza di alcune barriere di sicurezza stradale quando posizionate lungo tratti di strada curvi e con sezione trasversale inclinata. Le barriere di sicurezza stradale servono ad impedire ai veicoli che inavvertitamente escono di strada di impattare contro oggetti posti a margine di essa, con possibili conseguenze gravi o fatali. Tutti i tipi di barriera oggi disponibili sono stati testati e certificati secondo alcuni criteri di valutazione prima dell’installazione. Poiché è bene che i test siano facilmente ripetibili e confrontabili, nel corso degli anni ne è stato messo a punto uno di semplice esecuzione. Esso prevede che un veicolo impatti contro una barriera rettilinea posta su un tratto di strada piano. Tuttavia, non è possibile afferire nulla circa l’adeguatezza della stessa barriera quando questa viene posizionata in scenari diversi, come ad esempio una curva inclinata. L’analisi di precedenti lavori svolti a riguardo ha rivelato che ben poco è stato fatto in passato. Alcune ricerche hanno preso in considerazione il problema, ma finora non era mai stata condotta alcuna attività di ricerca sistematica ed approfondita. Il lavoro svolto per questa tesi consiste in un’ampia investigazione per mezzo di simulazioni agli elementi finiti, e prende avvio dai risultati preliminari ottenuti con un’analisi dinamica svolta in precedenza da una terza parte. Tale analisi ha messo in luce gli aspetti più critici, e di conseguenza ha consentito di adottare una strategia efficace per ridurre al minimo il numero delle simulazioni da effettuare, visto l’elevato costo in termini di tempo. Sono state considerate quattro differenti barriere, posizionate sia all’esterno sia all’interno di curve di diverso raggio e diversa inclinazione, affiancate da una corsia di emergenza di larghezza e pendenza anch’esse variabili, e sono state verificate utilizzando due differenti veicoli. Gli esiti si sono rivelati diversi a seconda della barriera, del suo collocamento e del suo orientamento rispetto alla strada. Alcune si sono dimostrate efficaci, mentre altre hanno messo in luce difetti notevoli.