Concrete models for crash simulations of road safety barriers with respect of European standard EN1317

The demand of road safety is closely linked to the need for mobility that, in Italy as in all other economically advanced countries, has increased significantly in recent decades. Real vehicle collision experiments on full-scale road safety barriers are important to determine the outcome of a vehicle versus barrier impact accident. However, such experiments require large investment of time and money. Numerical simulation has therefore been imperative as an alternative method for testing barriers, among which are really important the ones made of concrete. A reliable concrete constitutive material model is critical for an accurate numerical analysis simulation of concrete barriers under extreme dynamic loadings. However, the formulation of concrete material model is challenging and entails numerous input parameters that must be obtained through experimentation. The material characterization has been carried out, through a series of static compression tests performed on standard concrete specimens, followed by the development and the calibration of the correspondent numerical models. The behaviour of the material has been then verified by means of a numerical experimental correlation of a full-scale test. The validation of the models required careful calibration in order to reproduce adequately the highly nonlinear response of structural concrete members. In conclusion, the model validation procedure has been performed through the fulfilment of full-scale crash test simulations according to the European standard EN 1317. Thus, the complete model of a concrete safety barrier actually built and tested has been firstly created, taking into account the characteristics previously chosen and verified; the results achieved from the simulations performed on this model have been eventually compared with the ones provided by the actual crash tests. Part of this thesis work has been realized in GDTech S.A. in Liege (BE), and part at LaST laboratories at Politecnico di Milano (IT)

La domanda della sicurezza stradale è strettamente legata alla necessità di mobilità che in Italia, come in tutti gli altri paesi economicamente avanzati, è aumentata notevolmente negli ultimi decenni. Esperimenti di collisione di veicoli reali su barriere di sicurezza stradali su larga scala sono importanti per determinare l'esito di un incidente di un veicolo contro l'incidente di barriera. Tuttavia, tali esperimenti richiedono un grande investimento di tempo e denaro. La simulazione numerica è pertanto imperativa come metodo alternativo per la sperimentazione di barriere tra le quali hanno estrema importanza quelle in calcestruzzo. Un modello di materiale costitutivo di calcestruzzo affidabile è fondamentale per una simulazione di analisi numerica precisa delle barriere in calcestruzzo soggette a carichi dinamici estremi. Tuttavia, la formulazione del modello di materiale concreto è impegnativa e comporta numerosi parametri di input che devono essere ottenuti attraverso la sperimentazione. La caratterizzazione del materiale è stata effettuata attraverso una serie di prove di compressione statica eseguite su campioni di calcestruzzo standard, seguiti dallo sviluppo e la calibrazione dei corrispondenti modelli numerici. Il comportamento del materiale è stato quindi verificato mediante una correlazione sperimentale numerica di un test a scala completa. La convalida dei modelli richiedeva un'attenta calibrazione per riprodurre adeguatamente la risposta altamente non lineare di membri in calcestruzzo strutturale. In conclusione, la procedura di convalida dei modelli è stata eseguita attraverso la realizzazione di simulazioni di prova di crash su larga scala secondo la norma europea EN 1317. Pertanto, è stato creato innanzitutto il modello completo di una barriera di sicurezza in cemento realmente realizzata e testata, tenendo conto delle caratteristiche precedentemente scelte e verificate; I risultati ottenuti dalle simulazioni eseguiti su questo modello sono stati finalmente confrontati con quelli forniti dagli effettivi test di crash. Parte di questo lavoro di tesi è stata realizzata in GDTech S.A. a Liegi (BE) e parte al Laboratorio LaST al Politecnico di Milano (IT)