Le barriere di sicurezza stradali contengono i veicoli: la differenza tra New Jersey e Guardrail

Le barriere stradali, come i guardrail o le barriere New Jersey, non sono semplicemente oggetti che delimitano la carreggiata stradale, bensì rappresentano un sistema ingegneristico passivo e sofisticato, progettato per assorbire l'energia cinetica dei veicoli fuori controllo, idoneo a contenere eventuali veicoli in svio e al tempo stesso limitare gli effetti d'urto sui passeggeri.

La loro efficacia è condizionata da un delicato equilibrio tra la massa del veicolo impattante, l'angolo di incidenza dell'urto e la capacità intrinseca della barriera di deformarsi senza generare decelerazioni letali per gli occupanti dell'abitacolo.

La fisica dell'impatto contro le barriere stradali

Un veicolo in marcia possiede un'energia cinetica proporzionale alla sua massa e al quadrato della velocità a cui sta viaggiando. Quando il mezzo devia dalla traiettoria stradale e urta una barriera, questa energia deve essere progressivamente trasformata in altre forme di energia. Se la trasformazione avviene senza una particolare guida, le forze d'urto si scaricano interamente sul veicolo e sui passeggeri, causando lesioni gravi o perfino la morte. Il compito del guardrail è dissipare in sicurezza queste azioni, indirizzando la trasformazione energetica attraverso il collasso ingegnerizzato dei suoi componenti.

Come si progetta un guardrail metallico e a cosa serve

Una barriera si progetta in funzione di diversi parametri. Tra i più rilevanti vi è il livello di contenimento, che definisce la capacità della barriera di trattenere il veicolo evitandone la fuoriuscita dalla carreggiata. Le barriere per impatti leggeri in contesti urbani sono classificate a basso contenimento (sono siglate come N1, N2), mentre i massimi livelli di contenimento si applicano in autostrada o su tratti ad altissimo rischio come ponti, viadotti e scarpate (siglate come H4a, H4b). Il livello di contenimento si definisce, in sostanza, in base all'energia d'impatto, quindi in relazione all'energia cinetica del mezzo che impatta.

Altri parametri di progetto hanno a che fare con la geometria della barriera. In particolare, si distinguono la larghezza operativa, la deflessione dinamica e l'intrusione. Queste unità stabiliscono lo spazio fisico di cui la barriera ha bisogno per inflettersi lateralmente durante l'urto, deformandosi in modo permanente. Lo spostamento del guardrail (in italiano “barriera di sicurezza”) non deve entrare in conflitto con strutture secondarie stabili e rigide, come ad esempio le pile di un cavalcavia. La larghezza operativa, quindi, deve essere sempre inferiore allo spazio che separa la barriera dall'ostacolo fisso, altrimenti il veicolo impatterebbe comunque contro quest'ultimo, ovviando al ruolo di protezione che la barriera dovrebbe offrire.

Ultimi, ma non meno importanti, sono tutti quei criteri che hanno a che fare con la tutela della salute di passeggeri e guidatori. Di conseguenza, i livelli di severità sono i parametri biomeccanici di misura della severità di impatto in relazione alle conseguenze che lo stesso ha sul corpo umano. L'ASI (Acceleration Severity Index), ad esempio, misura l'intensità delle decelerazioni subite dai passeggeri durante il crash. Il corpo umano ha una tolleranza limitata agli sbalzi repentini di velocità; passare istantaneamente da 130 km/h a zero può causare lesioni interne letali agli organi vitali anche senza un urto fisico diretto contro le lamiere, a causa del solo contraccolpo. Un altro indicatore importante è il THIV (Theoretical Head Impact Velocity), che misura la velocità con cui la testa impatta su una generica superficie per effetto dell'urto.

La differenza con le barriere New Jersey in calcestruzzo

Le tipologie di barriere stradali oggi in uso si dividono in due grandi famiglie costruttive le cui risposte fisiche sono diametralmente opposte: i guardrail di acciaio e le barriere di calcestruzzo, note come New Jersey.

I guardrail metallici sfruttano il principio della plasticizzazione dei metalli, ovvero la capacità del materiale di sopportare il carico deformandosi irreversibilmente, però senza fratturarsi. Il sistema è composto da montanti verticali infissi nel terreno (o flangiati su cordoli), distanziatori e nastri profilati a doppia o tripla onda. Durante l'impatto, gli elementi verticali si piegano progressivamente, assorbendo l'energia cinetica, mentre il nastro orizzontale trattiene il mezzo lavorando come una grande fune. Questo meccanismo garantisce indici ASI molto bassi, proteggendo al massimo l'incolumità dei passeggeri, a scapito della totale distruzione della barriera, che dovrà quindi essere interamente sostituita dopo il sinistro.

Le barriere New Jersey di calcestruzzo, al contrario, sono sistemi pesanti e rigidi, che subiscono ridotte deformazioni permanenti. La fisica del loro funzionamento risiede sostanzialmente nella specifica geometria del profilo laterale, a pendenza variabile. Durante l'urto, la sagoma del calcestruzzo permette un leggero sollevamento della ruota della vettura, dissipando parte dell'energia per attrito e alzando provvisoriamente il baricentro del veicolo, condizione che genera un incremento di energia potenziale gravitazionale a costo di parte dell'energia cinetica posseduta dal veicolo. Di conseguenza, il veicolo si riallinea alla carreggiata per effetto combinato di attrito e gravità. Il New Jersey abbatte i costi di manutenzione post-incidente e impedisce tendenzialmente il salto di corsia, ma restituisce decelerazioni molto severe (ASI elevato), risultando pericoloso in caso di impatti con forti angoli di incidenza e elevate velocità.

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