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Seismic isolation is a design strategy adopted for the protection of structures, based on the premise that it is possible and feasible to uncouple a structure from the ground and thereby protect it from the damaging effects of the earthquake motions.
The most common systems are the elastomeric-based isolation ones, which consist of alternating rubber layers and reinforcing metal sheets, connected by vulcanization of the elastomeric compound, with the insertion of a lead central core. In case of a fire, this compound can suffer permanent damage which can seriously compromise the functionality of the isolation system. This study is focused on the assessment of the fire effect on the elastomeric isolator system and the quantification of their loss of efficiency after a fire event.
At this purpose, a case study of an r.c. existing structure with multi-storey frames was analysed, for which, after a seismic vulnerability assessment, two possible adaptation interventions with seismic isolation were designed. The evaluation of the isolator thermal response for 30 and 60 minutes of exposure to the ISO 834 standard fire curve was used for quantify the damage induced by the fire in terms of degradation of vertical and horizontal stiffness and vertical load-bearing of the insulators. This damage level was defined starting from the thermomechanical properties of the elastomeric layer damaged by fire which, in particular, reached temperatures greater than a critical temperature threshold (70, 200 and 320 °C). The estimated degradation was used to evaluate the seismic performance of both isolators and structure in different design configurations, also in a multi-risk scenario that foresee the occurrence of a seismic event after a fire. Finally, in order to mitigate the fire effect on the elastomeric isolators, the effectiveness of a passive fire protection system consisting of plasterboard gypsum boxes was evaluated, ensuring that the critical temperature of 70°C on the outer surface of the isolator was not exceeded even after 60 minutes of exposure to standard fire.
L’isolamento sismico è una tecnica adoperata per la protezione degli edifici, sia di nuova progettazione che esistenti. Nella pratica corrente vengono spesso utilizzati isolatori sismici di tipo elastomerico, costituiti da strati alterni di acciaio e di elastomero collegati mediante vulcanizzazione della mescola elastomerica. In caso di incendio tale mescola può subire danni irreversibili che possono compromettere la funzionalità degli isolatori. In questo studio è stato valutato l’effetto dell’incendio sull’efficacia residua di sistemi di protezione sismica passiva quali gli isolatori elastomerici. A tale scopo è stato analizzato un caso studio relativo ad un edificio esistente in c.a. con struttura a telaio multipiano per il quale, a valle dello studio di vulnerabilità sismica, sono stati progettati due possibili interventi di adeguamento con isolamento sismico. La valutazione della risposta termica degli isolatori per 30 e 60 minuti di esposizione alla curva di incendio standard ISO 834 ha avuto l’obiettivo di valutare il grado di danneggiamento indotto dall’incendio, in termini di degrado di rigidezza verticale ed orizzontale e portanza verticale degli isolatori. Tale degrado è stato definito a partire dalle caratteristiche termomeccaniche dello strato di elastomero danneggiato dall’incendio ed in particolare della porzione di isolatore che raggiunge temperature superiori a differenti soglie di temperatura critica (70, 200 e 320 °C). Il degrado così stimato ha permesso di valutare la performance sismica degli isolatori e della sovrastruttura in due possibili configurazioni progettuali, anche in scenari multi-rischio che prevedano l’occorrenza di un evento sismico nelle fasi successive ad un incendio. Infine, nell’ottica della mitigazione degli effetti dell’incendio sugli isolatori elastomerici, è stata valutata l’efficacia di un sistema di protezione passiva antincendio costituito da box di pannelli in cartongesso, che garantisce il non superamento della temperatura critica di 70°C sulla superficie esterna dell’isolatore anche dopo 60 minuti di esposizione all’incendio standard.
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