Een botsproef op de stalen STEP-barrier

Transcriptie

1 Een botsproef op de stalen STEP-barrier Ing. W.H.M. van de Pol ^^W; i 1.: : :. i. ' S ;. : '.-,.. -,Si E.."r..,:. /. '-;a. :

2 Een botsproef op de stalen STEP-barrier Verslag van een botsproej een personenauto bij 100 kmhur bij 20 graden op de verankerde stalen STEP-barrier, uitgevoerd door testinstituut LIER in Frankrijk A Ing. W.H.M. van de Pol Leidschendam, 1996 Stichting Wetenschappelijk Onderzoek Verkeersveiligheid SWOV

3 Documentbeschrijving Rapportnummer: Titel: Ondertitel: Auteur(s): Onderzoeksmanager: Projectnummer SWOV: Projectcode opdrachtgever: Opdrachtgever: Trefwoorden: Projectinhoud: Aantal pagina s: Prijs: Uitgave: A Een botsproef op de stalen STEP-barrier Verslag van een botsproef, een personenauto bij 100 km/uur bij 20 graden op de stalen STEP-barrier, uitgevoerd door het testinstituut LIER in Frankrijk Ing. W.H.M. van de Pol Ir. S.T.M.C. Janssen ID De inhoud van dit rapport berust op gegevens verkregen in het kader van een project dat is uitgevoerd in opdracht van de Adviesdienst Verkeer en Vervoer van Rijkswaterstaat. Steel, simulation, safety fence, collision, car, bus. De stalen STEP-banier is een motorvoertuigkering waarbij aan de onderzijde van het profiel een verbreding (een step ) is aangebracht, ter voorkoming van plaatschade bij kleine inrijhoeken. Dit rapport doet verslag van een proef op ware schaal met de stalen STEPbarrier, waarbij elk element aan het wegdek is verankerd. 13 pp.+21 pp. f 30,- SWOV, Leidschendam, 1996 Stichting Wetenschappelijk Onderzoek Verkeersveiligheid SWOV Postbus AD Leidschendam Telefoon Telefax

4 Samenvatting De STEP-banier moet voldoen aan het higher containment level H2. De daarbij vereiste proeven zijn TB 11 en TB 5 1. De TB 11 -test is een test met een lichte personenauto met een massa van 900 kg en met een snelheid van 100 km/uur en een inrijhoek van 20 graden. Dit rapport doet verslag van deze botsproef op de stalen STEP-barrier van Rijkswaterstaat. Elk element is aan het wegdek verankerd. De onderlinge afstand van de verankeringen bedraagt 6 meter. De botsproef laat een onbevredigend verloop zien. De aanrijding vindt plaats op circa 1,5 meter voor de verankering. De banier vervormt plaatselijk, waardoor bij de verankering zowel aan de botszijde als aan de achterzijde een knik in het plaatmateriaal van de barrier ontstaat. De gemeten ASI-waarde bedraagt 1,6, hetgeen boven de maximaal toegestane ASI-waarde van 1,4 van niveau B ligt. De stalen STEP-barrier voldoet niet aan het ASI-criterium uit de NEN-EN en NEN-EN norm. 3

5 Summary Collision trial performed on the steel STEP barrier The STEP barrier must satisfy the higher containment level H2. The tests required in this regard are TB 11 and TB 5 1. The TB 11 test is represented by a light passenger car (mass 900 kg) driving at a speed of 100 km/h and approaching the barrier at a 20 degree angle. This report records the collision trial as performed on the steel STEP barrier of the ministry of Public Works. Each element is anchored to the road surface at 6 meter intervals. The collision trial showed an unsatisfactory outcome. The impact occurred at approximately 1.5 m in front of the anchor. The barrier deformed locally, causing a kink in the sheet metal of the barrier at the anchor point, both on the collision surface and at the rear. The AS1 value measured was 1.6, which is above the maximum admissible AS1 value of 1.4 at leve1 B. The steel STEP barrier does not meet the AS1 criterion as specified by the NEN-EN and NEN-EN standards. 4

6 Inhoud 1. Inleiding 6 2. Criteria 7 3. Opzet en uitvoering van het onderzoek 8 4. Proefresultaten 9 5. Discussie Conclusies en aanbevelingen 11 Literatuur 12 Bijlage I Afbeeldingen 1 en 2 13 Bijlage 2 Foto s 1 t/m 10 19

7 1. Inleiding In opdracht van de Adviesdienst Verkeer en Vervoer van Rijkswaterstaat heeft de SWOV in 1993 simulatie-onderzoek uitgevoerd naar de werking van de zogenoemde SINGLE SLOPE-banier. De resultaten van dit onderzoek zijn vastgelegd in het SWOV-rapport Optimalisatie van het profiel van een betonnen voertuigkering (Van de Pol et al., 1993). Aan de onderzijde van het profiel is een verbreding (een stap) aangebracht, ter voorkoming van plaatschade bij kleine inrijhoeken. Deze verbreding is in de verdere ontwikkeling met het Engelse woord STEP aangeduid. Vandaar de naam STEP-barrier. De resultaten van dit SWOV-onderzoek hebben geleid tot enkele varianten op de STEP-barrier, te weten de slipform STEP-barrier, de stalen STEPbarrier en de prefab STEP-barrier. Om vast te stellen in hoeverre de step van de drie STEP-barrier-varianten plaatschade bij lichte aanrijdingen voorkomt, zijn enkele praktijkproeven gehouden. De resultaten van deze praktijkproeven waren zo positief (Hendriks et al., 1995) dat de begeleidende projectgroep STEP-barrier heeft besloten de proeven op ware schaal doorgang te laten vinden. Naar aanleiding van dit positieve advies heeft de Adviesdienst Verkeer en Vervoer van Rijkswaterstaat opdracht verleend, om proeven op ware schaal uit te voeren. De proeven op ware schaal met de personenauto en de bus op de slipform STEP-barrier en op de prefab STEP-barrier zijn naar wens verlopen. In dit rapport wordt verslag gedaan van een proef op ware schaal tussen een personenauto en de stalen STEP-ban-ier, waarvan elk element aan het wegdek is verankerd. De verankering bestaat uit 4 M24 ankers, kwaliteit 4.6, die in het wegdek worden vastgelijmd. 6

8 2. Criteria De eisen die in het algemeen aan afschermvoorzieningen worden gesteld gelden ook voor deze nieuwe STEP-barrier. Deze eisen zijn: 1. Het botsende voertuig mag niet door de constructie breken, er overheen rijden of kantelen, dan wel er onderdoor schieten. 2. Letsel van inzittenden, schade aan de constructie en schade aan het voertuig moeten zo beperkt mogelijk blijven. 3. Het voertuig mag niet door de constructie in de eigen verkeersstroom worden teruggekaatst. 4. De constructie moet na een aanrijding zijn werking zo veel mogelijk blijven behouden. Behalve op deze algemene eisen wordt in de voorlopige CEN-voorstellen, opgenomen in NEN-EN en NEN-EN , bij de beoordeling van de constructie ook gelet op de voertuigbewegingen, te weten: rol-, dump- en gierhoeken (roll, pitch en yaw), de uitrijhoek, de schade aan het voertuig en ook op het loskomen van de weg. De voertuipertragingen worden in het zwaartepunt van het voertuig gemeten. Met behulp van deze vertragingen wordt de ASI-waarde berekend. In de voorlopige normen NEN-EN 13 l7-1 en NEN-EN , worden twee berekende ASI-waarden gegeven; niveau A: AS1 5 1 en niveau B: AS1 < 1,4. Naast de ASI-waarde wordt in de NEN-norm ook de THIV-waarde gegeven; THIV < 32,4 km/uur. Deze waarden gelden voor het zwaartepunt van het voertuig. De veronderstelling hierbij is dat indien de vertragingen, omgerekend in ASI-waarde, beneden niveau A blijven er geen ernstig letsel van inzittenden zou hoeven optreden. Voor stijve respectievelijk starre constructies wordt ook niveau B nog acceptabel geacht. De ASI-waarden worden alleen voor de personenauto s berekend. Het CEN (Comitt EuroHen de Normalisation) stelt voor de EG normen op waaraan afschermvoorzlenmgen moeten voldoen; ook wordt bepaald onder welke inrycondmes de proeven op deze afschennvoorzlenmgen moeten worden uitgevoerd. 7

9 3. Opzet en uitvoering van het onderzoek Het doel van de proeven op ware schaal is om vast te stellen of de ontwikkelde stalen STEP-barrier, met elk element aan het wegdek verankerd, voldoet aan het in de normen NEN-EN en NEN-EN genoemde higher containment level H2. De daarbij vereiste proeven zijn TB 11 en TB 5 1. De uitvoering van de proeven zijn uitbesteed aan het Laboratoire d essais Inrets Equipements de la Route (LIER) te Lyon in Frankrijk. Het testinstituut LIER heeft voor de proefvoertuigen en de bemonstering ervan gezorgd. De proefvoertuigen moesten voldoen aan de criteria zoals deze zijn gesteld in de NEN-EN l- en NEN-EN-2-normen. De TB 1 1-test is een test met een lichte personenauto met een massa van 900 kg en met een snelheid van 100 km/uur en een inrijhoek van 20 graden. De botsenergie bedraagt 4 1 Knm. De TB 5 1-test is een test met een bus met een massa van kg en met een snelheid van 70 km/uur en een inrijhoek van 20 graden. De botsenergie bedraagt 287 knm. De leverancier van de stalen STEP-banier, VERRAN BV te Ransdaal, heeft gezorgd voor het vervoer naar, het plaatsen van (ook de ankers) en het afvoeren van de stalen STEP-barrier van het proefterrein van het testinstituut LIER te Lyon Frankrijk. De lengte van de stalen STEP-banier is 102 meter. De plaats van de verankering bevindt zich op 400 mm. van een uiteinde van het element. Afbeelding 1 (zie Bijlage 1) geeft een overzicht van de verankering. De uitvoering van de proeven op ware schaal en de rapportage zijn eveneens geschied volgens de normen NEN-EN en NEN-EN Uit de resultaten van proef TB 11 is naar voren gekomen, dat de stalen STEP-barrier niet aan de gestelde criteria heeft voldaan. Proef TB 5 1 is dan ook niet meer uitgevoerd (zie hoofdstuk 4). 8

10 4. Proefresultaten De proef is door het LIER beschreven in het rapport SWO/STB-05/103. De gehaalde testcondities voor de TB 11 test, lichte personenauto, zijn: massa 900 kg, snelheid 103,7 km/uur, inrijhoek 20 graden, wat een botsenergie geeft van 44 knm. De lichte personenauto wordt in korte tijd, ongeveer 0,2 seconde, omgeleid. De contact-lengte tussen personenauto en barrier bedraagt hierbij 3,18 meter. Het plaatwerk van de personenauto komt over de volle hoogte van de barrier in aanraking met de barrier. De personenauto komt tijdens de aanrijding los van het wegdek. Na het verlaten van de barrier vliegt de personenauto nog ongeveer 6 meter. Tijdens de aanrijding krijgt de personenauto weinig rol-beweging; slechts enkele graden. Na het verlaten van de barrier wordt de rolhoek maar vooral de gierhoek van de personenauto groter. Op het moment van weer neerkomen bedraagt de rolhoek circa 25 graden en de gierhoek circa 20 graden. Na het neerkomen wordt de rolhoek weer kleiner maar de gierhoek veel groter. Tijdens het groter worden van de gierhoek breekt het rechter achterwiel af (remtrommel). De gierhoek bedraagt dan circa 80 graden. De uitrijhoek is 6 graden. Deze uitrijhoek valt binnen de toegestane uitrijbox uit NEN-EN norm. De berekende ASI-waarde bedraagt 1,6 en ligt daarmee boven niveau B (1,4). De berekende THIV-waarde bedraagt 33,5 km/uur en ligt daarmee boven de toegestane THIV-waarde van 32,4 km/uur. De personenauto is door de aanrijding zwaar beschadigd. De schade komt overeen met de VCDI index RSOOOOO 11, zie NEN-EN De maximale vervorming/uitbuiging van de barrier bedraagt statisch circa 3 centimeter (zie Foto 10, Bijlage 2). Uit de H.S.-opnamen valt af te leiden, dat de elastische uitbuiging circa 6 centimeter bedraagt. Na het verwijderen van de barrier blijkt, dat de beide ankers aan de botszijde enigszins, circa 1 cm, uit het wegdek zijn getrokken (zie Foto 7). De andere twee ankers (aan de achterkant) zijn iets naar achteren omgebogen (zie Foto 8, Bijlage 2). Aan alle vier de ankers is te zien, dat de ankers ook op stuik zijn belast. 9

11 5. Discussie De berekende ASI-waarde voor de personenauto bleek 1,6 te bedragen. De maximaal toelaatbare ASI-waarde bedraagt volgens NEN-EN norm 1,4 (niveau B). Ook de berekende TI-IIV-waarde ligt boven de toegestane waarde van 32,4 km/uur; deze bedraagt namelijk 33,5 km/uur. De oorzaak van de hoge ASI-waarde wordt gezocht in de plaatselijke vervormingen in het plaatwerk bij het botspunt. Deze vervormingen bedragen rond de 3 centimeter. De hoogte van de ASI-waarde wordt niet gezocht in het starre karakter van de stalen STEP-barrier, omdat een aanrijding met de betonnen slipform STEP-barrier wel een ASI-waarde van 1,4 geeft. Een ander punt van discussie is het feit dat de twee ankers aan de botszijde ongeveer 1 centimeter uit het wegdek zijn getrokken. Als gevolg daarvan verandert de wijze waarop de ankers belast worden enigszins. Door het omhoog komen van de twee ankers treedt namelijk meer torsie in de barrier op; de barrier kantelt achterover en wordt een buigmoment op de achterste twee ankers uitgeoefend. Deze twee ankers zijn dan ook verbogen. Het optredende torsiemoment in de barrier blijft elastisch. De barrier veert dus terug. De hoogte van de ASI-waarde wordt vooral veroorzaakt door de vertraging in dwarsrichting (y-richting). Vergelijking met de vertragingen van de personenauto tegen de betonnen slipform STEP-ban-ier doet dit vermoeden. De piekvertragingen in y-richting duren relatief veel langer dan bij de slipform STEP-barrier. Beide hierboven besproken punten veroorzaken deze relatief veel langere tijd. Een en ander is ook besproken in de Projectgroepvergadering van 27 februari De Bouwdienst Zoetermeer zal met behulp van het computerprogramma DIANA nagaan waar en hoe deze extra verstijvingen moeten worden uitgevoerd om herhaling van de plaatselijke vervorming te voorkomen. Het aanbrengen van meer speling in dwarsrichting heeft naar verwachting een gunstig effect op de hoogte van de ASI-waarde, omdat de barrier meer kan uitbuigen. Navraag bij de leverancier van de gebruikte lijm leert dat ten tijde van de proef de lijm hoogstwaarschijnlijk nog niet op sterkte was uitgehard. De beschikbare uithardingstijd bedroeg voor de proef op ware schaal ongeveer 36 uur. De buitenlucht temperatuur heeft in de buurt van het friespunt gelegen, waardoor de lijm waarschijnlijk voor minder dan 20% op sterkte was ten tijde van de proef. Het uit het wegdek trekken van de voorste ankers wordt hoogstwaarschijnlijk veroorzaakt door de lage temperatuur en de korte hardingstijd van de gebruikte lijmsoort. 10

12 6. Conclusies en aanbevelingen De STEP-barrier moet voldoen aan het higher containment level H2. De daarbij vereiste proeven zijn TB 11 en TB 5 1. De TB 1 I-test is een test met een lichte personenauto met een massa van 900 kg en met een snelheid van 100 km/uur en een inrijhoek van 20 graden. Uit de proef met de personenauto blijkt dat de stalen STEP-barrier, met elk element aan het wegdek verankerd, niet aan de gestelde eisen (hoofdstuk 2) voldoet. Tijdens de aanrijding wordt het plaatmateriaal van de barrier plaatselijk vervormd. De ASI-waarde voldoet niet aan de CEN-norm. De vereiste waarde bedraagt 1,4 en de gemeten waarde bij de proef bedraagt 1,6. Als algemene conclusie wordt gesteld, dat de stalen STEP-barrier, met elk element aan het wegdek verankerd, in zijn huidige vorm niet voldoet aan de in hoofdstuk 2 gestelde criteria. De TB 5 1-proef wordt daarom dan ook niet uitgevoerd. Aanbevolen wordt om de barrier aan de hand van de uitkomsten van de berekeningen met het DIANA-computerprogramma op de juiste wijze te verstijven. Tevens moet worden nagegaan in hoeverre er speling in dwarsrichting (y-richting) in de verankering is aan te brengen. Bij het aanbrengen van de verankeringen moet streng worden toegezien op de juiste wijze van aanbrengen (lijmen) van de ankers. Hierna wordt de proef met de personenauto herhaald. Aanbevolen wordt de barrier ter hoogte van de vervormingen te verstijven, waardoor deze plaatselijke vervormingen niet meer in die (grote) mate kunnen optreden. Verder wordt aanbevolen meer speling in de verankering aan te brengen, waardoor de barrier tijdens de aanrijding met de personenauto enigszins kan uitbuigen. De barrier krijgt hierdoor een wat flexibel karakter, wat naar verwachting een gunstig effect op de hoogte van de ASIwaarde zal hebben. 11

13 Literatuur Pol, W.H.M. van de & Heijer, T. (1993). Optimalisatie van hetprofiel van een betonnen voertuigkering. R SWOV, Leidschendam. Hendriks, R. & Slot, P. (1995). Auto schept STEP, beide komen met de schrik vrij. Ballast Nedam Geluidwering, Alkmaar. Comité Européen de Normalisation (CEN) (1994a). Road restraint systems. Part 1: Terminology and general criteria for tests methods. Draf?; Ref.No. PrEN Comité Européen de Normalisation (CEN) (1994b). Road restraint systems. Part 1: Safety barriers. Performance classes, impact test acceptance criteria and test methods. Draft; Ref.No. PrEN Quincy, R., Mounier, B.,Yagüe, N. & Mounier, H. (1995). STEP-BARRZER INSTEEL. L.1.E.R Laboratoire d essais Inrets Equipements de la Route. SWO/STB-05/

14 Bijlage 1 Afbeeldingen 1 en 2 1. Overzicht verankering stalen STEP-barrier 2. Overzicht stalen STEP-barrier. 13

15 c 1,s olrtn * wtarbdt fain ~-~r ---~ I I I I GENERAL VIEW TEsTFORHA~ION OVERZICHT TESTOPSTELLING.J AOL _ ~_ -4% b!ij m.rr**bq.mmt bo~pml Lwp H j-k -!.- - I JzFLac. CROSS YCTICN A-A Ooorsncdc A-A JL

16 -- - g g. cz c -.-.,< :s Y u m 5-5 ; *.?,i 213 I --.,: 5 r- i! i a 2 L- I : ;o:. <O. I 1 - EZ3E?CZ* I / J ----.%z zez-1.j -----~ v v h 0 v 0 v ---PI t Afbeelding 2. Overzicht stalen STEP-barrier.

17 Bijlage 2 Foto s 1 t/m Personenauto tijdens aanrijding. Personenauto tijdens aanrijding. Schade personenauto aan voorzijde. Schade personenauto aan achterzijde. Overzicht verankering stalen STEP-barrier. Verankering ter plaatse van aanrijding. Verankeringsbouten aan de voorzijde van de verankering na de aanrijding. Verankeringsbouten aan de achterzijde van de verankering na de aanrijding. Overzicht botspunt en vervormrng stalen STEP-barrier. Overzicht vervorming stalen STEP-barrier. 19

18 1. Personenauto tijdens aanrijding. 2. Personenauto tijdens aanrijding. V - _

19 *s- 3. Schade personenauto aan voorzijde. 4. Schade personenauto aan achterzijde.

20 m 5. Overzicht verankering stalen STEP-barrier. 6. Verankering ter plaatse van aanrijding.

21 7. Verankeringsbouten aan de voorzijde van de verankering na de aanrijding. 8. Verankeringsbouten aan de achterzijde van de verankering na de aanrijding.

22 9. Overzicht botspunt en vervorming stalen STEP-barrier. 10. Overzicht vervorming stalen STEP-barrier.