Influence of crosslinking on the seismic performance of fiber reinforced elastomeric isolators made with recycled rubber

Devastating earthquakes caused a lot of damages on structures and infrastructures in the recent past. Most of the high-seismic zones are located in developing countries such as Indonesia where masonry is generally employed due to its relatively cheap cost. As a matter of fact, masonry is not so suitable in seismic areas being characterized by scarce tensile strength resulting in low horizontal load carrying capacities. When an earthquake strikes, low-class buildings in developing countries experience many casualties. Seismic isolation is an effective strategy to reduce the vulnerability of new and existing structures and it represents and optimal retrofitting solution in terms of reliability and effectiveness. The isolation devices, which are typically placed at the base of the structure, shift its fundamental frequency to the range of the spectrum where spectral acceleration is low thus reducing displacements and accelerations. During a seismic excitation, the base isolated structure is supposed to exhibit negligible inelastic deformation and to dissipate all the energy at base level. Many alternatives have been studied in recent years in order to find a low-cost isolation device and nowadays one of the most promising is the Fiber Reinforced Elastomeric Isolator (FREI). It is worth noting that in order to be ready for structural application, rubber used for assembling the devices must be cured correctly in order to properly create the polymer network and to make it capable to sustain vertical load. As a matter of fact, all rubber mechanical properties are strongly affected by curing temperature and curing time. In this Thesis, an under vulcanized FREI has been studied in order to evaluate the possibility to employ it for structural isolation of low rise buildings.

Nel recente passato sono stati registrati molti danni a strutture e infrastrutture per via di terremoti devastanti. I numeri crescono vertiginosamente se si considera che la maggior parte delle zone ad alta sismicità è situata in paesi in via di sviluppo come l’Indonesia, in cui è prassi costruire utilizzando la muratura per via del suo basso costo. Come noto, la muratura è caratterizzata da una scarsa resistenza alla trazione che la rende inadeguata a contrastare sforzi taglianti dovuti al sisma. Una delle soluzioni più utilizzate nella mitigazione del rischio sismico è l’isolamento. L’utilizzo di isolatori, tipicamente installati alla base della struttura, aumenta il periodo proprio della stessa, portandolo nella zona dello spettro caratterizzata da accelerazioni più basse. Ciò comporta una diminuzione della domanda sismica con conseguente riduzione di spostamenti, accelerazioni e forze agenti sulla struttura. Negli anni, dato l’elevato costo necessario per la produzione e per l’installazione degli isolatori, con l’obiettivo di trovare un’alternativa low-cost da utilizzare nei paesi in via di sviluppo, sono stati analizzati diversi dispositivi. Uno dei più promettenti è l’isolatore elastomerico rinforzato con fibra di vetro. E’ noto che la gomma presente negli isolatori elastomerici deve essere opportunamente trattata prima di essere utilizzata in campo strutturale. Particolarmente importante è il processo di reticolazione (crosslinking). E’ difatti grazie a questa operazione che la gomma acquisisce le caratteristiche meccaniche necessarie affinché possa sostenere i carichi verticali, impedendo così che si verifichi uno scorrimento fra i polimeri che la renderebbero completamente inadeguata. In questa Tesi di Laurea viene effettuato uno studio su un isolatore elastomerico sotto-vulcanizzato con l’obiettivo di valutare un suo possibile utilizzo nell’isolamento di abitazioni in paesi in via di sviluppo.