DINAMICA DEGLI IMPATTI E ANALISI SULLE LESIONI TRAUMATICHE

Premessa

Lo studio è rivolto prevalentemente a studiare la tipologia e l'entità delle lesioni provocate agli occupanti di autovetture negli impatti accidentali contro le barriere stradali ad alto livello di contenimento. Attualmente l'installazione di barriere autostradali prevede il rispetto di precise norme di collaudo che impongono determinate verifiche sia sulle caratteristiche delle vetture prescelte che dei parametri dinamici di impatto e comportamento nell'urto. Le evidenze riconoscibili delle prove che vengono eseguite di volta in volta per i diversi tipi di barriere impiegate sia in termini di traiettorie e di accelerazioni della vettura nell'impatto che in termini di danni subiti dalla vettura stessa non permettono però di stabilire elementi precisi per quanto riguarda le possibili lesioni che vengono causate alle persone occupanti. L'aspetto della correlazione tra i danni alla vettura e lesioni che possono essere causate alla persona, come già discusso in una recente conferenza che ha visto la presenza di noti esperti internazionali nel campo della biomeccanica, rappresenta sempre il nodo da sciogliere se si vogliono trovare soluzioni che servono a migliorare la sicurezza stradale. Nel campo degli impatti contro le barriere autostradali questa considerazione desta ancora maggiori preoccupazione per il fatto che le componenti della velocità e delle accelerazioni trasversali alla direzione dell'urto provocano sollecitazioni laterali sul corpo, che possono avere conseguenze più gravi. Nell'ambito di studi e di ricerche di traumatologia della strada che si effettuano presso l'università di Roma "La Sapienza" è stata promossa una ricerca scientifica tesa ad esplorare il comportamento delle autovetture e dei loro occupanti durante gli impatti accidentali contro barriere autostradali. Sono state effettuate due prove con impatto contro due tipi di barriere, come verrà appresso specificato. Per individuare in termini semplici gli aspetti che si intendono sottolineare nella ricerca ed i risultati che si vogliono perseguire, si possono fare le seguenti considerazioni:

• - è necessario verificare la coerenza delle normative attualmente applicabili per la installazione delle barriere ai valori delle sollecitazioni massime ammissibili sul corpo umano nei suoi distretti;
• - è necessario individuare un concetto di correlazione tra il comportamento della vettura nell'impatto e le sollecitazioni trasmesse agli occupanti nella loro tipologia ed entità;
• - è auspicabile arrivare ad una normalizzazione delle tipologie da seguire nell'impiego delle barriere e dei limiti da imporre per le varie classi per abbassare il rischio delle lesioni più gravi. A questo scopo uno scambio organizzato su base di omogeneità dei dati disponibili presso tutti gli enti internazionali preposti alla sicurezza autostradale dovrebbe contribuire a migliorare sensibilmente la sicurezza passiva.

  Materiale e metodo

  Per poter realizzare un programma di ricerca che non si può e non si deve limitare alle sole due prove effettuate, è stato innanzitutto necessario stabilire alcuni punti di riferimento, sia per avere una coerenza con attività similari svolte in altri paesi, sia per avere una garanzia nel futuro sulla omogeneità dei dati raccolti e sulla loro affidabilità. Il primo punto è stato quello di stabilire quali sono le normative vigenti in materia e quali prospettive legislative soprattutto per gli aspetti nazionali. Le specifiche di riferimento attualmente disponibili per gli scopi di questa ricerca e che danno alla materia degli impatti su barriere un adeguato rigore scientifico sono essenzialmente due:
  - la norma Europea pr EN 1317
  - la specifica statunitense NCHRP Report 350
  recentemente con decreto legge 223 del 18/02/92 e successive modificazioni aggiornamento del 15/10/1996 anche l'Italia dispone di una normativa sulla materia. I requisiti previsti nelle specifiche applicabili riguardano essenzialmente la massa del veicolo, le caratteristiche geometriche dello stesso ed in particolare l'altezza da terra del baricentro, la velocità e l'angolo d'impatto. Le accelerazioni riscontrabili sul veicolo e quelle trasferite sugli occupanti rappresentano i parametri da controllare. Nel caso specifico di questa ricerca, sia pure nella limitazione del tempo disponibile, è stato deciso di effettuare due prove su due tipi di barriere significative delle classi attualmente impiegate e precisamente:
  - barriere in acciaio a tripla onda 3n;
  - barriere New-Jersey in calcestruzzo prefabbricato.
  Entrambe le barriere sono del tipo spartitraffico e di alte prestazioni per quanto concerne il contenimento. La scelta della vettura è ricaduta in una tipo utilitaria, la Peugeot 205xA, in considerazione della sua larga diffusione e soprattutto in quanto la stessa ottempera alle specifiche prima citate e prese a riferimento per questo studio, sia in termini di massa che di altezza del baricentro dal suolo. Le due prove effettuate una per ogni barriera sono state eseguite in condizioni di perfetta omogeneità con una velocità di impatto di 100 Km/h ed un angolo di impatto di 20°. Le due prove sono state eseguite sistemando nell'abitacolo un manichino antropometrico del modello Hibrid II che è stato montato e strumentato una volta al posto del passeggero per la prova di impatto sulla destra ed una volta al posto del conducente per la prova di impatto sulla sinistra. La norma in effetti prescrive che il manichino debba essere posizionato nell'automobile dal lato dell'impatto. Allo scopo di sfruttare al massimo l'esperienza acquisita nel settore e di stabilire presupposti per futuri programmi, anche con scambi di informazione, è stata chiesta la collaborazione del laboratorio francese L.I.E.R. di Lione dove sono stati fisicamente effettuate le prove e discussi i risultati ottenuti. I parametri caratteristici da seguire e valutare in una prova d'impatto contro barriera sono molteplici ed includono sia velocità ed accelerazioni riscontrabili sulla vettura e sul manichino che gli indici di deformazione di alcune parti significative come il cruscotto, paraurti ecc. della vettura. Ai fini di questo studio è stata data maggiore importanza all'aspetto delle accelerazioni riscontrabili nei vari punti della vettura e del manichino integrando i risultati con un esame quantitativo e qualitativo per quanto riguarda la valutazione dei danni subiti dalla vettura e dalla barriera nell'urto e gli spostamenti subiti dal manichino nell'abitacolo. Questo esame combinato teorico-sperimentale ha permesso di trarre alcune considerazioni che permettono di stabilire dei concetti base per quanto riguarda il comportamento dell'occupante l'autovettura nell'urto e le lesioni alle quali egli è esposto. Per procedere per gradi ad un programma di ricerca impostato su nuove basi che permettono di includere nelle specifiche di valutazione degli impatti su barriere anche i danni ai quali è esposta la persona, è stato necessario approfondire come prima cosa il confronto delle normative applicabili. L'aspetto delle accelerazioni subite dal veicolo nell'urto è stato preso come parametro di base per eseguire il confronto sopra citato nel senso che i valori massimi accettabili per le accelerazioni lungo i tre assi di riferimento o la combinazione delle stesse ci permettono di valutare il grado di sicurezza raggiungibile nei vari casi.
  Comportamento della vettura nell'impatto
  Nelle prove effettuate è stato possibile studiare il comportamento della vettura, sia in termini di traiettorie che di velocità ed accelerazioni. I dati significativi si possono riassumere e commentare come segue:
  - le accelerazioni rilevate lungo i tre assi presentano sensibili differenze nelle due prove effettuate con accelerazioni maggiori nelle direzioni y e z.
  - i picchi delle accelerazioni a fronte dei tempi presentano valori che meritano successivi approfondimenti; i danni subiti dalla vettura nell'impatto sul lato destro della stessa e quindi con il manichino al posto del passeggero possono essere ascrivibili nella fascia di normale incidentistica.
  Tutta la fiancata destra ed in particolare la parte anteriore destra sono risultate danneggiate, dal gruppo ottico, al parafango, alla ruota anteriore, al parabrezza ed ai vetri laterali. In questa prova ci si riferisce all'impatto sul lato destro della vettura contro barriera in acciaio del tipo 3n. E' stato utile anche segnalare i danni che ha subito la barriera stessa. La collisione ha creato una rientranza della barriera lungo il nastro per un tratto di circa 7,5 m. e con una freccia max di 15 cm.: i dissipatori di energia hanno subito la rottura programmata dei diaframmi necessari per l'assorbimento dell'urto, risultando:
  ASI = 0,95 e  = 19,8g come si evidenzia dai tracciati accelerometrici. ASI=Acceleration Severity Index come verrà successivamente discusso. Nella prova effettuata sul lato sinistro della vettura, su barriera in calcestruzzo del tipo New-Jersey, e quindi con il manichino strumentato al posto di guida, i danni subiti dalla vettura nella prima fase di impatto non sono stati molto diversi da quelli relativi alla prima prova. E' da segnalare però che in questo caso si sono verificati una serie di cappottamenti che hanno ulteriormente danneggiato le due fiancate della vettura. I danni che ha subito la barriera in questo caso confrontati con quelli relativi alla barriera in acciaio possono essere evidenziati da una minore rientranza (2,5 cm. a fronte dei 15 dell'altra) e di una maggiore zona interessata al contatto barriera-vettura (12,4 cm. a fronte dei 7,5 precedenti) dimostrando minore assorbimento di energia con un valore:
  ASI = 1,34 e  = 25g come evidenziato dai tracciati accelerometrici. E' anche da segnalare che in nessuno dei due casi si è verificata la rottura di elementi della barriera o il superamento del veicolo della barriera stessa.

  Comportamento dei manichini

  Lo scopo di questo studio per quanto riguarda il comportamento del manichino crea fra le altre esigenze quella di rilevare alcune anomalie specifiche dei movimenti e rotazioni che subisce lo stesso nelle evoluzioni dell'impatto. A parte i valori delle accelerazioni rilevate in alcune parti significative del corpo l'atteggiamento è stato concentrato sui movimenti e a questo riguardo si possono fare le seguenti considerazioni:
  - nella prova effettuata sul lato destro della vettura, il manichino, che simulava il passeggero, ha evidenziato una significativa inclinazione laterale del tronco verso la parte opposta dell'impatto ed uno spostamento degli arti inferiori verso lo sportello, pur rimanendo ben in posizione il bacino, contenuto dalla fascia addominale della cintura di sicurezza;
  - nell'impatto sulla barriera in calcestruzzo, e quindi sul lato sinistra della vettura, il manichino, sistemato nella posizione del conducente, manifestava un marcato sbilanciamento del tronco verso lo sportello e un'evidente ammaccatura della testa in regione fronto-parietale sinistra, segno dei cappottamenti subiti dalla vettura in conseguenza dell'impatto sulla barriera.
  Le due prove, pure con le differenze evidenziate sopra, hanno dato una chiara indicazione dell'effetto delle componenti laterali delle accelerazioni e di questo bisogna tener conto nello stabilire i limiti da prevedere negli impatti in termini di velocità o nei meccanismi laterali come verrà successivamente specificato.

  Conclusioni

  Lo studio effettuato si è dimostrato valido e interessante sia in prospettiva di quanto si dovrà ancora fare sia nei termini di applicazione delle procedure e normative finora disponibili. Gli aspetti più significativi possono essere sintetizzati come segue:

  A) Tra i parametri prescelti nella registrazione dei dati caratteristici dell'impatto su barriere riveste una particolare importanza l'indice di severità dell'accelerazione (ASI) così come previsto dalla specifica europea, oggi estesa anche agli USA, pr EN 1317 ASI=dove ax, ay e az sono le componenti delle accelerazioni, espresse in g., nelle direzioni x, y e z. Questo parametro prevede valori ? 1 per le condizioni di maggiore sicurezza per gli occupanti ma può essere accettato fino a livelli di 1,4 per condizioni di sicurezza inferiori. A fronte di questo limite è da sottolineare che la normativa nazionale accetta dei valori singoli delle accelerazioni lungo gli assi x, y e z di 20, 10 e 6 g rispettivamente con un limite globale dato da:
   <o=23,15. La discrepanza ha i valori massimi accettabili nelle due metodologie appare evidente e la necessità di approfondire la materia è ancora più evidente.

  B) Le due normative citate in questo studio oltre a quella specifica dell'accelerazione massima combinata prima evidenziata non fanno riferimento al tempo di persistenza delle accelerazioni sul distretto del corpo in esame.
  Un esame più approfondito porterebbe a valutare l'integrale accelerazione-tempo valutandone anche gli effetti. In particolare ai fini delle concussioni celebrali l'inerzia delle masse mobili nella scatola cranica risente dei tempi di applicazione delle forze. D'altra parte queste considerazioni sono ben note negli studi di biomeccanica, occorre solo allargare la fascia di parametri da tener conto nella valutazione di impatti su barriere;

  C) l'analisi dei valori delle tre componenti delle accelerazioni unitamente alle evidenze riscontrate nei movimenti e rotazioni sul manichino subite nell'impatto richiedono un approfondimento per i danni alle persone.
  In particolare la componente dell'accelerazione trasversale è la maggiore responsabile delle lesioni che possono essere causate sia nell'impatto contro le strutture che nei fenomeni di sollecitazione dovute alle forze di energia. Il problema del colpo di frusta sulla tipologia delle accelerazioni laterali richiede ancora più attenzione come è stato evidenziato nella conferenza tenutasi in Aprile in occasione del 50 ° anniversario della costituzione della SARA Assicurazioni.

  D) La necessità di approfondire il problema degli impatti su barriere autostradali appare opportuno sotto diversi punti di vista come è già stato accennato in questo studio. Se si vuole utilizzare l'esperienza maturata bisogna fare in modo che i risultati acquisiti siano omogenei e per far questo bisogna stabilire una base comune delle specifiche e normative applicabili.
  La necessità di approfondire il problema degli impatti su barriere autostradali è stata anche sentita in ambito comitato tecnico nazionale per la sicurezza stradale dell'Associazione Mondiale della Strada nell'ambito del Ministero dei Lavori Pubblici ove anche l'ACI è presente. A questo proposito il decreto legge 223 del 18/02/92 ed aggiornamento del 15/10/96 deve essere discusso anche alla luce di queste considerazioni ma la necessità di scegliere una sola normativa appare evidente; allo stato attuale sembrerebbe che verosimilmente quella europea, presentando limiti di maggior sicurezza, è la più idonea.

  Ing.Luigi Cicinnati / Prof. Andrea Costanzo