LA CINEMATICA NEL TAMPONAMENTO E LA SOLLECITAZIONE DEGLI OCCUPANTI
Lesioni alla colonna vertebrale
Nell'ottica della determinazione della causalità delle lesioni alla colonna vertebrale entra generalmente in considerazione la situazione del veicolo tamponato in incidenti a catena.
In questi casi l'accelerazione viene trasmessa al tronco dell'occupante attraverso lo schienale e l'attrito sul cuscino del sedile. Il movimento del tronco viene invece trasmesso al capo tramite la colonna vertebrale ed i muscoli del collo.
Di conseguenza dapprima, constatiamo uno spostamento orizzontale delle vertebre della colonna vertebrale, ossia uno spostamento (taglio) fra il tronco e l'asse della testa.
Solo in seguito subentra una rotazione del capo con piegatura (flessione) della colonna vertebrale e con eventuale urto della testa contro il poggiatesta. Le forze che agiscono, e possono superare il limite di sopportabilità della colonna vertebrale, sono direttamente proporzionali alla differenza di accelerazione fra il tronco e la testa. Poiché all'inizio dell'evento la testa è in stato di riposo per rapporto al tronco, in questa prima fase è determinante l'entità dell'accelerazione del tronco. In seguito, diventa determinante la rotazione della testa, rispettivamente l'angolo descritto dal capo che dipende oggi anche dal tipo e dalla costruzione del poggiatesta. Su questo argomento non può passare in secondo piano la posizione dello schienale e del poggiatesta che gioca pure un ruolo decisivo. Sebbene questi parametri determinanti siano già stati oggetto di ricerca e i dati possono essere già utilizzati nella pratica forense, se ne dispone tuttavia ancora solo di una piccola gamma. Bisogna ancora chiarire, che le accelerazioni che si possono misurare al capo, agiscono quando questo urta il poggiatesta o altri oggetti. Ciò può portare più facilmente a lesioni del capo stesso che della colonna vertebrale. La lesione alla colonna vertebrale si ha invece specialmente nella prima fase del taglio, oppure con un brusco piegamento indietro del capo nel caso di un posizionamento infelice del poggiatesta.
Si sono indicati, dal profilo tecnico, ragionevoli limiti di carico riferiti alla possibilità di lesioni alla colonna vertebrale (dati riferiti a veicoli europei e a persone di costituzione normale e senza menomazioni o malattie precedenti.
Questi valori possono così essere enunciati:
a) la differenza di velocità del veicolo nell'impatto deve essere maggiore di 11 km/h b) l'accelerazione media del veicolo nella collisione deve essere maggiore di 3 g c) l'accelerazione massima del tronco deve essere maggiore di 6 g
e devono essere bene interpretati: al momento in cui una di queste grandezze viene superata, dal profilo tecnico c'è da attendersi una lesione alla colonna vertebrale. Questo non esclude lesioni anche con sollecitazioni minori: dal punto di vista medico, specialmente nella valutazione di casi specifici, questi limiti vanno ovviamente considerati diversamente.
Calcolo dei criteri principali di carico biomeccanico
Per il calcolo dell'accelerazione che agisce sul tronco degli occupanti dobbiamo disporre delle seguenti informazioni:
1. dati tecnici dei veicoli coinvolti, profilo di deformazione delle strutture danneggiate, caratteristica della rigidità di questa struttura, valore EES (Energie Equivalent Speed), dati
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sulla velocità dei veicoli prima e dopo la collisione, angolo di collisione, stato di frenatura dei veicoli
2. informazioni sulla costruzione del sedile, linea della caratteristica di deformazione dei sedili del veicolo tamponato, posizione dello schienale, posizione e tipo del poggiatesta.
3. informazioni sulla posizione dell'occupante prima della collisione e, ad uso del medico legale, informazioni sulla costituzione e su eventuali precedenti malattie, infortuni, ecc.
Per la determinazione delle grandezze sopracitate, lo studio IbB ha intrapreso diverse ricerche raccolte in diversi rapporti, oggi in commercio. Inoltre su questa problematica si discute e siamo tenuti informati dai congressi tecnici mentre possiamo anche far capo a raccolte pubblicate dalla letteratura specialistica.
Il modello fisico-matematico risolutivo (veicolo-sedile-occupante) implica un sistema a due molle con caratteristiche speciali di elasticità come rappresentate nella Figura N° 1.
La deformazione nella parte posteriore del veicolo agisce quale molla n. 1, mentre lo schienale e l'imbottitura agiscono quale molla n. 2. La massa dell'occupante è unicamente collegata alla molla n. 2; quindi la molla n. 2 deve considerare in altezza (azione concentrata) il baricentro del tronco dell'occupante stesso.
Al momento del raggiungimento della deformazione massima dell'imbottitura inizia la deformazione dello schienale. Determinato il punto d'azione della forza nel citato modello, si può considerare il momento di torsione nel punto di rotazione dello schienale. Per questo si devono conoscere le caratteristiche dello schienale: la caratteristica dei più importanti schienali è già stata misurata e definita.
Al momento di una collisione alla parte posteriore del veicolo (modello), abbiamo in- nanzitutto una deformazione dello stesso e, in seguito, l'accelerazione del veicolo stesso. La deformazione della molla n. 2 si ottiene solo in seguito allo spostamento in avanti (accelerazione) dell'abitacolo.
Poiché la velocità dell'abitacolo è più piccola di quella della parte posteriore, ne consegue che anche la deformazione della molla n. 2, se di uguale caratteristica, sarà più piccola e di conseguenza anche l'accelerazione della massa 2 diversa. Nel caso in cui lo schienale non sia estremamente rigido, la deformazione dello stesso viene raggiunta in maniera chiaramente ritardata. Questo problema si risolve matematicamente tramite equazioni differenziali.
L'integrazione numerica porta così a risultati utilizzabili ed interpretabili.
Non sempre si dispone di tutte le informazioni per cui utilizzando dei valori stimati questi influiscono sul risultato e sulle relative tolleranze.
Interpretazione del calcolo
Prendiamo il caso in cui la sollecitazione di collisione deve essere ottenuta dalle in- formazioni a disposizione. Generalmente disponiamo di foto, fatture di riparazione e perizie danni; a volte anche di schizzi di situazioni con indicazione delle tracce e delle posizioni di stasi dei veicoli.
Con questo esempio si può indicare un modo peritale di procedere.
Per una Ford Fiesta si conosce dalla fattura di riparazione quanto segue:
• sostituzione del cofano motore e del parabrezza
• riparazione del parafango
• smontaggio e montaggio faro sinistro e indicatore di direzione
I costi di riparazione ammontavano a 165 DM. Quelli di verniciatura non sono conosciuti. Il costo dei pezzi di ricambio era di 936 DM. Sulla base di questa sola fattura, se non si
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disponesse di fotografie del danno, difficilmente si potrebbero trarre conclusioni. L'energia di deformazione viene così valutata fra valori di 7-12 km/h. La deformazione plastica del frontale deve essere considerata inferiore ai 15 cm.
L'altro veicolo coinvolto nello stesso incidente (BMW), secondo la perizia danni è stata diagnosticata la sostituzione del paraurti posteriore ed una deformazione del vano bagagli. I pezzi di ricambio per 1343 DM, manodopera per 720 DM e verniciatura 734 DM.
L'analisi delle foto della BMW indicava che sul paraurti posteriore si riscontravano i segni dell'urto con il faro, mentre la copertura del paraurti si era aperta e si poteva capire che lo stesso era piegato. Una deformazione dei lamierati posteriori non era riconoscibile dalle foto ma doveva essere tenuta in considerazione in quanto le piccole deformazioni sono estremamente difficili da documentare fotograficamente. Inoltre sappiamo di una certa deformazione del vano bagagli. Dal quadro dei danni alla BMW si può ottenere così un valore EES di 4-8 km/h, mentre lo spostamento-deformazione del paraurti è valutabile intorno ai 6 cm.
La posizione di collisione, sulla base dei danni, viene ricostruita come da figura N° 2.
Rimanendo entro i limiti plausibili, il quadro dell'incidente può così essere riassunto come da figura N° 3. Il calcolo indica che la variazione di velocità, al momento della collisione, si situa fra 9,5 e 11 km/h.
Nel calcolo seguente vengono introdotti dati sulle caratteristiche e la posizione del sedile del conducente. Otteniamo così che l'accelerazione del veicolo è di ca. 2,7 g, ancora leggermente inferiori al 3 g mentre i valori massimi di accelerazione per l'occupante sono di ca. 5 g, ossia sotto il limite di 6 g. I citati valori valgono unicamente se il corpo dell'occupante era perfettamente appoggiato allo schienale.
Se si considerasse invece che l'occupante fosse piegato in avanti, al momento dell'urto, allora avremmo un aumento dei valori della sua sollecitazione. Il valore massimo di accelerazione salirebbe fino a 6,8 g, ossia supererebbe il limite citato.
Dal punto di vista tecnico in questo caso si deve ammettere la plausibilità di lesione alla colonna vertebrale prodottasi nell' incidente.
Analisi del movimento
Uno dei compiti per il tecnico ricostruttore consiste nel chiarire e nel rappresentare nel modo più chiaro possibile il movimento dei veicoli e degli occupanti durante la collisione. Il risultato di questa analisi serve a stabilire se una determinata lesione può essere ricondotta, per esempio, al porto o meno della cintura di sicurezza oppure se il conducente si è attenuto alla velocità prescritta. Per rispondere a simili quesiti si utilizzano programmi di simulazione sviluppati ad alto livello, che oggi sono pure a disposizione dei tecnici ricostruttori. Questi programmi costano diverse migliaia di DM ed implicano anche un alto costo per il relativo addestramento. Inoltre sono necessari accorgimenti particolari anche per l'hardware. Poiché questi programmi sono costantemente aggiornati ed adattati allo stato della tecnica, ne conseguono ulteriori costi per le nuove versioni e la relativa istruzione d'aggiornamento.
Un esempio tipico di queste applicazione può essere il quesito tendente sapere se, l'occupante seduto dietro a destra, a seguito della collisione possa o meno aver avuto una complessa rottura del braccio destro in quanto non allacciato con la cintura.
Innanzitutto, sulla base dei dati di polizia, è necessario ricostruire l'incidente. Ciò è stato possibile in base alle tracce, ai danni e alle conoscenze delle posizioni finali acquisite. Lo svolgimento dell'incidente viene ricostruito e rappresentato tramite video-analisi (calcolo e rappresentazione a video del movimento).
A questo punto, introducendo nel veicolo l'occupante considerato, si può analizzare come lo stesso, nella collisione, tenda a muoversi: da questa simulazione si possono quindi trarre in maniera scientifica e logica le dovute conclusioni sulle origini delle lesioni e sul porto della
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cintura di sicurezza.
Dr. Ing. Heinz Burg
Presidente EVU, Germania
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