ITMI20102170A1 - Macchina per l'analisi della resistenza del terreno, o di un manufatto di ancoraggio, alla flessione di un palo per barriera di sicurezza autostradale - Google Patents

Description

Descrizione dell’Invenzione avente per titolo:

"MACCHINA PER L’ANALISI DELLA RESISTENZA DEL TERRENO, 0 DI UN MANUFATTO DI ANCORAGGIO, ALLA FLESSIONE DI UN PALO PER BARRIERA DI SICUREZZA AUTOSTRADALE"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda, in generale, il campo delle barriere di sicurezza stradali. Più in particolare, l’invenzione ha per oggetto una macchina per l’analisi della resistenza del terreno, o di un manufatto di ancoraggio, alla flessione di un palo per barriera di sicurezza autostradale.

Le strade e le autostrade presentano spesso punti pericolosi per la circolazione dei veicoli; le barriere installate ai lati della strada (o dell’autostrada) costituiscono un valido strumento per trattenere e reindirizzare i veicoli in modo sicuro.

A tal fine, in caso di impatto tra barriera di sicurezza e veicolo, la barriera deve deformarsi in modo da mitigare l’intensità dell’urto, presentando al veicolo una superficie che si mantiene regolare e senza asperità durante la deformazione, dissipando l’energia di impatto e restituendone al veicolo il meno possibile.

Le barriere di sicurezza stradali o autostradali sono costituite, tipicamente, da uno o più elementi longitudinali, o nastri, sostenuti da una molteplicità di pali, o piedritti. I pali sono piantati nel terreno oppure vincolati al bordo di una struttura o di un manufatto, quale ad esempio un ponte, un muro di sostegno o simile.

In caso di impatto, i nastri si comportano come travi su molti appoggi, gli appoggi essendo costituiti dai pali. Questi ultimi sono, dunque, i componenti della barriera che assorbono e dissipano l’energia d’urto, mentre i nastri hanno la funzione di distribuire il carico sui pali, oltre naturalmente a quella di fornire la superficie di appoggio per il veicolo urtante.

Ne deriva che le prestazioni di una barriera di sicurezza stradale dipendono molto dal comportamento dei pali, il quale dipende, a sua volta, dalla consistenza del terreno in cui i pali vengono piantati, oppure dalla resistenza del manufatto a cui i pali vengono vincolati.

Nella sua funzione di supporto di una barriera soggetta all’urto di un veicolo, ciascun palo lavora principalmente a flessione, in genere ben oltre i limiti elastici.

Con particolare riferimento al caso di pali conficcati nel terreno, ad oggi, le prove di resistenza del terreno alla flessione di un palo per barriera di sicurezza autostradale vengono condotte in laboratorio, utilizzando campioni di terreno prelevati dal sito in cui si intende installare la barriera.

Tali campioni di terreno, spesso di dimensioni notevoli, devono, quindi, essere trasportati dal sito di installazione al laboratorio, con conseguente incremento dei costi. Inoltre, le prove condotte su di essi forniscono risultati spesso non precisi.

L’effetto reale dei diversi tipi di terreno o di manufatto sul comportamento di un palo di supporto di una barriera di sicurezza autostradale à ̈ stato finora poco esplorato ed à ̈ molto poco conosciuto.

Scopo della presente invenzione à ̈, dunque, quello di risolvere i problemi summenzionati rendendo disponibile una macchina per l’analisi, in loco, della resistenza del terreno, o di una struttura di vincolo, alla flessione, quasi-statica e dinamica, di un palo per barriera di sicurezza autostradale.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire una macchina di analisi di facile impiego ed ottenibile a costi di produzione competitivi.

Questi ed altri scopi, che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti in accordo all’invenzione con le caratteristiche elencate nella annessa rivendicazione indipendente 1.

Ulteriori caratteristiche vantaggiose dell’invenzione formano oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Secondo la presente invenzione, si fornisce, dunque, una macchina per l’analisi, in loco, della resistenza del terreno, o di un manufatto di ancoraggio, alla flessione di un palo di una barriera di sicurezza autostradale caratterizzata dal fatto di comprendere un telaio di supporto ed un dispositivo di analisi montato sul telaio di supporto. Il dispositivo di analisi comprende:

- una coppia di guide;

- una slitta dotata di mezzi di rilevamento della forza resistente opposta dal palo e scorrevole lungo le guide tra una posizione di riposo o arretrata ed una posizione di lavoro o avanzata;

- primi mezzi di azionamento della slitta, atti a comandare lentamente la slitta tra la posizione arretrata e la posizione avanzata, al fine di eseguire un’analisi di resistenza quasi-statica; e

- secondi mezzi di azionamento della slitta, atti a comandare rapidamente la slitta dalla posizione arretrata alla posizione avanzata, al fine di eseguire un’analisi di resistenza dinamica.

Le caratteristiche dell’invenzione risulteranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita a sue forme di realizzazione puramente esemplificative, e quindi non limitative, illustrate nei disegni annessi, in cui:

la Figura 1 à ̈ una vista prospettica dal davanti della macchina di analisi secondo l’invenzione;

la Figura 2 à ̈ una vista prospettica dal di dietro della macchina di Figura 1; la Figura 3 à ̈ una vista prospettica dall’alto del dispositivo di analisi montato sul telaio di supporto della macchina, in posizione di riposo o arretrata;

la Figura 4 Ã ̈ una vista prospettica dal basso del dispositivo di analisi della macchina di Figura 1, in posizione di riposo o arretrata;

la Figura 4a à ̈ una vista ingrandita del particolare cerchiato in Figura 4;

la Figura 5 à ̈ una vista prospettica dall’alto del dispositivo di analisi della macchina di Figura 1, con parti rimosse per evidenziarne alcuni componenti;

la Figura 6 Ã ̈ una vista simile a quella di Figura 4, che illustra il dispositivo di analisi montato sul telaio di supporto della macchina, in posizione di lavoro o avanzata; e

le Figure da 7 a 9 sono viste simili a quelle di Figura 3, che illustrano il funzionamento del dispositivo di analisi della macchina di Figura 1.

Nelle figure sopra elencate, elementi uguali o simili sono identificati mediante gli stessi riferimenti numerici.

Con riferimento alle Figure 1 e 2, in esse viene illustrata una macchina per l’analisi, in loco, della resistenza del terreno o di un manufatto di ancoraggio, alla flessione di un palo di una barriera di sicurezza autostradale indicata, in generale, con il numero di riferimento 100.

La macchina 100 comprende un telaio di supporto 10, il quale poggia su ruote o cingoli 12, che consentono alla macchina 100, azionata da un motore (non mostrato), di raggiungere, ad esempio, terreni aventi diversa morfologia e consistenza e su questi eseguire l’analisi di resistenza.

Preferibilmente, sul telaio di supporto 10 à ̈ montato un dispositivo battipalo 11, dotato di relativo quadro di comando 13, azionando il quale à ̈ possibile piantare, nel terreno, un palo da sottoporre a prove di flessione e, quindi, estrarlo dal terreno al completamento delle prove.

Il dispositivo battipalo 1 1 à ̈ di tipo noto allo stato della tecnica, e per tale motivo non verrà ulteriormente descritto nel seguito della presente trattazione.

Preferibilmente, dal telaio di supporto 10 si ergono, posteriormente, due montanti 14, ciascuno dei quali porta un braccio articolato 15 dotato di piedino terminale di appoggio 16.

In particolare, ciascun braccio articolato 15 à ̈ azionabile tra una posizione di riposo, in cui risulta sollevato dal terreno, sostanzialmente parallelo al rispettivo montante 14, ed una posizione di lavoro (non mostrata), in cui il rispettivo piedino 16 poggia sul terreno, garantendo in tal modo la stabilità della macchina 100 durante l’analisi.

Sul telaio di supporto 10 à ̈ montato un dispositivo di analisi 20, con i relativi mezzi di alimentazione, il quale verrà descritto in dettaglio qui di seguito con riferimento alle Figure da 3 a 6.

In particolare i mezzi di alimentazione comprendono pompe idrauliche, un compressore pneumatico ed un generatore elettrico, tutti montati sul telaio 10 e coperti da un carter 18.

Con riferimento alla Figura 3, il dispositivo di analisi 20 comprende una coppia di guide 21, una slitta 22 scorrevole lungo le guide 21 per mezzo di ruote 23, visibili in Figura 5, mezzi 24, portati dalla slitta 22, di rilevamento della forza resistente opposta da un palo preventivamente piantato nel terreno o vincolato al bordo di un manufatto, quale ad esempio un muro di sostegno e simili, e primi e secondi mezzi di azionamento della slitta 22, rispettivamente 25 e 26.

In particolare, la slitta 22 scorre lungo le guide 21 tra una posizione di riposo o arretrata, mostrata nelle Figure 3 e 4, ed una posizione di lavoro, o avanzata, mostrata nelle Figure 5 e 6.

Le guide 21 sono collegate superiormente da un elemento piastriforme 27 dotato di staffe di rinforzo terminali 28, nel quale à ̈ ricavata una pluralità di fori passanti allineati 29, visibili in Figura 5, per il passaggio ed il successivo bloccaggio in posizione dei mezzi di azionamento 25, 26 della slitta 22.

Come mostrato in dettaglio in Figura 5, l’elemento piastriforme 27 presenta, inoltre, in corrispondenza della sua superficie rivolta verso la slitta 22, una cava 30 avente lunghezza pari sostanzialmente alla distanza tra le guide 21, atta a consentire il passaggio della slitta 22 durante il suo movimento dalla posizione di riposo alla posizione di lavoro, e viceversa.

Con riferimento alla Figura 4, le guide 21 sono, inoltre, collegate inferiormente da almeno un traverso, preferibilmente un traverso frontale 3 la, un traverso centrale 3 lb ed un traverso posteriore 3 le.

In particolare, dal traverso posteriore 3 le sporgono, lateralmente, perni 32, atti a vincolare, in modo ruotabile rispetto al telaio di supporto 10, le guide 21 e, con esse, la slitta 22 ed i relativi mezzi di azionamento 25, 26.

La rotazione delle guide 21, e quindi dell’intero dispositivo di analisi 20, avviene per azione di una coppia di cilindri idraulici 33, ciascuno avente un’estremità imperniata al telaio 10 mediante primi mezzi a forcella 34 (Figura 3) e l’altra estremità imperniata ad una rispettiva guida della coppia di guide 21, mediante secondi mezzi a forcella 35, sporgenti inferiormente dalle guide 21, preferibilmente in prossimità del traverso centrale 3 lb.

Ciò consente, vantaggiosamente, di orientare il dispositivo di analisi 20 in modo tale che esso eserciti, in uso, sul palo una spinta in posizione più bassa ed in una direzione più prossima alla perpendicolare all’asse del palo, quando il palo ha subito una significativa flessione.

Con riferimento, di nuovo, alla Figura 3, i mezzi di rilevamento della forza resistente opposta dal palo sono costituiti, ad esempio, da una cella di carico 24, atta a rilevare le componenti della forza, parallela e perpendicolare alle guide 21. La cella di carico 24 viene, preferibilmente, fissata in testa alla slitta 22.

Preferibilmente, alla cella di carico 24 à ̈ applicato un percussore a rulli 36, la cui funzione apparirà più chiara nel seguito della presente descrizione.

I primi mezzi di azionamento della slitta 22 comprendono, preferibilmente, un cilindro idraulico 25, dotato di stelo 25a (Figura 7) alimentato dalla pompa idraulica (non mostrata), mentre i secondi mezzi di azionamento comprendono, preferibilmente, una coppia di cilindri pneumatici 26, ciascuno dotato di un rispettivo stelo 26a (Figure 8 e 9) alimentato dal compressore pneumatico (non mostrato).

Specificatamente, l’alimentazione del cilindro idraulico 25 causa un lento avanzamento/arretramento della slitta 22, per l’esecuzione di un’analisi di resistenza del terreno, o del manufatto, ad una flessione cosiddetta quasi-statica del palo, nel seguito, in breve, analisi quasi-statica, in cui la slitta 22 si attesta gradualmente sul palo; l’azionamento dei cilindri pneumatici 26 causa un rapido avanzamento della slitta 22, per l’esecuzione di un’analisi di resistenza del terreno o del manufatto, ad una flessione dinamica del palo, nel seguito in breve analisi dinamica, in cui la slitta 22 impatta bruscamente contro il palo.

In particolare, i cilindri 25, 26 sono disposti superiormente la slitta 22, parallelamente ad essa, e, come accennato in precedenza, vengono bloccati in posizione sull’elemento piastriforme 27, previo passaggio attraverso i rispettivi fori passanti 29 in esso ricavati.

Come mostrato in maggiore dettaglio in Figura 7, lo stelo 25a del cilindro idraulico 25 Ã ̈, inoltre, agganciabile in modo rilasciabile alla slitta 22 tramite un gancio 37, previsto in testa allo stelo 25a, atto ad accoppiarsi con corrispondenti mezzi di innesto 38 portati da una parete 39 ergentesi dalla slitta 22 in corrispondenza della sua porzione di testa.

Nella posizione di riposo o arretrata, la slitta 22 risulta vincolata al telaio di supporto 10.

A tal fine, come rappresentato in Figura 4, dalla superficie inferiore della slitta 22 sporge un supporto 40, dal quale si estende una linguetta 41, preferibilmente sagomata a T, atta ad innestarsi in modo rilasciabile in un gancio apribile 42 fissato ad un relativo supporto 43, a sua volta ancorato al telaio 10.

Come mostrato in dettaglio in Figura 5, l’apertura del gancio 42 à ̈ comandata da un cilindro idraulico a doppio effetto 44 attraverso una leva di prima specie 45.

Durante l’analisi dinamica, può accadere che un palo, per inadeguatezza del terreno o del sistema di ancoraggio, non opponga una significativa resistenza, e quindi non sia in grado di rallentare adeguatamente la slitta 22. In questo caso la slitta 22 deve essere opportunamente frenata, onde evitare danni all’attrezzatura, A tal fine, come mostrato in dettaglio nelle Figure 4 e 6, si prevede, vantaggiosamente, un tubo sacrificale 46, preferibilmente in acciaio, il quale sporge posteriormente dal traverso frontale 3 la di collegamento inferiore delle guide 21 ed à ̈ atto ad attestarsi, in posizione di massimo avanzamento della slitta 22, contro il supporto 40 sporgente inferiormente da essa, deformandosi plasticamente a concertina, assorbendo energia, con una reazione sostanzialmente uniforme.

Con riferimento alle Figure da 7 a 9 viene, ora, spiegato il funzionamento della macchina 100, nel caso di un palo piantato nel terreno. Naturalmente un discorso del tutto analogo vale nel caso in cui il palo, anziché essere conficcato nel terreno, venga vincolato al bordo di un manufatto, quale ad esempio un ponte, un muro di sostegno o simile.

Per prima cosa si procede a piantare un palo nel terreno, utilizzando il dispositivo battipalo 11 previsto, preferibilmente, a bordo della macchina 100.

Per lo svolgimento dell’analisi quasi-statica si procede come segue e come illustrato in Figura 7.

La slitta 22 viene sbloccata dal telaio di supporto 10 a seguito dell’apertura del gancio 42 e conseguente disimpegno, da esso, del blocchetto a T 41. Si alimenta, quindi, il cilindro idraulico 25 mediante la pompa idraulica montata a bordo della macchina 100.

La slitta 22 cosi svincolata dal telaio viene spinta lentamente in avanti dall’avanzamento dello stelo 25a del cilindro idraulico 25, cui à ̈ vincolata tramite accoppiamento tra gancio 37 e mezzi di innesto 38, fino a quando il percussore a rulli 36 non si atesta contro il palo.

A questo punto, la slitta 22 esercita sul palo una spinta graduale ed il palo reagisce con una forza resistente e comincia a fletersi. Durante la flessione del palo, i rulli del percussore a rulli 36 scorrono sul palo agevolandone la flessione.

La cella di carico 24 portata dalla slitta 22 rileva i valori delle componenti parallela e perpendicolare alle guide 21 della forza resistente opposta dal palo ed utilizza tali valori per eseguire l’analisi della resistenza del terreno ad una flessione quasi-statica del palo in esso piantato.

Al termine dell’analisi quasi-statica, lo stelo 25a del cilindro idraulico 25 rientra, riportando la slitta 22 nella posizione di riposo o arretrata. A questo punto, la slitta viene bloccata sul telaio 10 tramite impegno tra gancio 42 e linguetta 41.

Durante l’analisi quasi-statica nei cilindri pneumatici 26 non c’à ̈ pressione ed i relativi steli 26a sono rientrati.

Per lo svolgimento dell’analisi dinamica si procede come segue, e come mostrato in Figura 8,

Anche in questo caso, si procede a piantare un palo nel terreno utilizzando il dispositivo batipalo 11 previsto, preferibilmente, a bordo della macchina 100.

Durante l’analisi dinamica, lo stelo 25a del cilindro idraulico 25 à ̈ rientrato e sganciato dalla slitta 22.

Si alimentano, quindi, i cilindri pneumatici mediante il compressore pneumatico montato a bordo della macchina 100. La slitta 22 viene, quindi, sbloccata dal telaio di supporto 10 a seguito dell’apertura del gancio 42 e conseguente disimpegno, da esso, della linguetta 41. La slitta 22 viene, così, spinta in avanti rapidamente dall’avanzamento degli steli 26a dei cilindri pneumatici 26, fino a quando il percussore a rulli 36 non urta bruscamente contro il palo.

Tipicamente, durante l’analisi dinamica la slita 22, avente massa pari a circa 365 kg, viene accelerata, nei primi 800 mm della corsa degli steli 26a fino ad una velocità di 12 m/s. Il percussore a rulli 36 montato in testa alla slita 22 impata bruscamente contro il palo trasferendogli tutta o parte della sua energia cinetica.

Come descrito in precedenza, nel caso in cui il palo, per inadeguatezza del terreno o del sistema di ancoraggio, non opponga una significativa resistenza, e quindi non sia in grado di rallentare adeguatamente la slita 22, inteiviene il tubo sacrificale 46.

In particolare, il tubo sacrificale 46, nella condizione di massimo avanzamento della slitta 22 sotto l’azione dei cilindri pneumatici 26, si attesta contro il supporto 40 (Figura 6) deformandosi plasticamente a concertina, assorbendo energia, con una reazione sostanzialmente uniforme.

A seguito dell’impatto della slitta 22 contro il palo, la cella di carico 24 rileva i valori delle componenti parallela e perpendicolare alle guide 21 della forza resistente opposta dal palo ed utilizza tali valori per eseguire l’analisi della resistenza del terreno ad una flessione dinamica del palo in esso piantato.

Al termine dell’analisi dinamica viene azionato il cilindro idraulico 25, il cui stelo 25a avanza fino a quando il gancio 37 da esso portato non si accoppia con i mezzi di innesto 38 previsti in testa alla slitta 22. Ad aggancio avvenuto, lo stelo 25a del cilindro idraulico 25 si ritrae riportando la slitta 22 nella posizione di riposo. A questo punto, la slitta viene bloccata sul telaio 10 tramite impegno tra gancio 42 e linguetta 41.

Tanto in fase di esecuzione dell’analisi quasi-statica, quanto in fase di svolgimento dell’analisi dinamica, le guide 21 possono essere opportunamente inclinate verso il basso, per azione dei cilindri 33. Ciò consente, vantaggiosamente, di agire, lentamente (analisi quasi-statica) oppure rapidamente (analisi dinamica), sul palo in una posizione più bassa ed in una direzione più prossima alla perpendicolare all’asse del palo, quando il palo ha subito una significativa flessione.

Alla forma di realizzazione dell’invenzione sopra descritta possono essere apportate numerose modifiche e variazioni di dettaglio alla portata di un tecnico del ramo, rientranti comunque entro l’ambito dell’invenzione espresso dalle rivendicazioni annesse.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina (100) per l’analisi, in loco, della resistenza del terreno, o di un manufatto di vincolo, alla flessione di un palo di una barriera di sicurezza autostradale caratterizzata dal fatto di comprendere un telaio di supporto (10), ed un dispositivo di analisi (20) montato su detto telaio di supporto (10), detto dispositivo di analisi comprendendo: - una coppia di guide (21); - una slitta (22) dotata di mezzi (24) di rilevamento della forza resistente opposta dal palo e scorrevole lungo le guide (21) tra una posizione di riposo o arretrata ed una posizione di lavoro o avanzata; - primi mezzi di azionamento (25) della slitta (22), atti a comandare lentamente la slitta tra la posizione arretrata e la posizione avanzata, al fine di eseguire un’analisi di resistenza quasi-statica; e - secondi mezzi di azionamento (26) della slitta (22), atti a comandare rapidamente la slitta dalla posizione arretrata alla posizione avanzata, al fine di eseguire un’analisi di resistenza dinamica, 2. Macchina (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere, inoltre, un dispositivo battipalo (11) portato da detto telaio di supporto (10). 3. Macchina (100) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detti mezzi (24) di rilevamento della forza resistente opposta dal palo sono costituiti da una cella di carico (24) fissata in testa alla slitta (22) ed atta a rilevare le componenti della forza parallela e perpendicolare a dette guide (21). 4. Macchina (100) secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che a detta cella di carico (24) à ̈ applicato un percussore a rulli (36). 5. Macchina (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti primi mezzi di azionamento (25) della slitta (22) comprendono un cilindro idraulico (25) dotato di stelo (25a) e detti secondi mezzi di azionamento (26) della slitta (22) comprendono una coppia di cilindri pneumatici (26), ciascuno dotato di relativo stelo (26a), disposti da banda opposta rispetto a detto cilindro idraulico (25). 6. Macchina (100) secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detto cilindro idraulico (25) e detta coppia di cilindri pneumatici (26) sono disposti superiormente alla slitta (22), parallelamente ad essa, e bloccati in posizione in corrispondenza di un elemento piastriforme (27) atto a collegare superiormente dette guide (21). 7. Macchina (100) secondo la rivendicazione 5 o 6, caratterizzata dal fatto che detto cilindro idraulico (25) à ̈ agganciabile in modo rilasciabile a detta slitta (22) tramite accoppiamento di un gancio (37) previsto in testa al rispettivo stelo (25 a) con mezzi di innesto (38) previsti in testa alla slitta (22). 8 Macchina (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che da una superficie inferiore di detta slitta (22) sporge un supporto (40) dal quale si estende una linguetta (41) atta ad innestarsi in modo rilasciabile ad un gancio apribile (42) ancorato al telaio (10), l’apertura di detto gancio (42) essendo comandata da un cilindro idraulico a doppio effetto (44) attraverso una leva di prima specie (45). 9. Macchina (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che dette guide (21) sono collegate inferiormente da un traverso frontale (3 la), un traverso centrale (3 Ib) ed un traverso posteriore (3 le), da detto traverso posteriore (3 le) sporgendo lateralmente perni (32) atti a vincolare in modo ruotabile detto dispositivo di analisi (20) al telaio di supporto (10), la rotazione essendo comandata da una coppia di cilindri idraulici (33), ciascuno avente un’estremità imperniata al telaio (10) e l’altra estremità imperniata ad una rispettiva guida di detta coppia di guide (21). 10. Macchina (100) secondo la rivendicazione 9, quando dipendente dalla rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto di comprendere, inoltre, un tubo sacrificale (46), sporgente posteriormente da detto traverso frontale (3 la) ed atto ad attestarsi, in posizione di massimo avanzamento della slitta (22), contro il supporto (40), deformandosi plasticamente, frenando la slitta (22).