Propiedades hiperelásticas y viscoelásticas del material de caucho reciclado utilizado como matriz de aisladores sísmicos: estudio experimental y FEM
Loading...
Date
2024
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Pontificia Universidad Javariana Cali
Abstract
Los peligros sísmicos representan una amenaza significativa para las estructuras en todo el mundo, y los aisladores convencionales a base de caucho tienen un costo prohibitivo para los países en desarrollo. Este estudio investiga las simulaciones de caucho reciclado (RR) como un enfoque alternativo para las pruebas de aisladores sísmicos y la predicción del rendimiento, con el objetivo de reducir la necesidad de pruebas experimentales extensas a través del modelado numérico. La metodología consistió en caracterizar una mezcla RR a través de múltiples modos de deformación (compresión y tensión uniaxial, corte simple, fluencia y relajación). Utilizando un método iterativo de reducción de errores que consideraba todos los modos simultáneamente, el modelo de Bergström-Boyce logró un valor medio de R² de 0,92 sólo para la matriz RR. A continuación, el proceso de calibración se amplió a un prototipo de refuerzo textil RR utilizando distintos coeficientes para diferentes intervalos de deformación. El modelo logró errores promedio de -10.5% en rigidez vertical, 5.2% en rigidez horizontal y 8.0% en relación de amortiguamiento en comparación con los datos experimentales, lo que demuestra su potencial para predecir el comportamiento del aislador. Esta investigación contribuye a los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU al examinar soluciones de infraestructura sostenibles y resilientes mediante el uso de materiales reciclados en estructuras resistentes a los terremotos.
Description
item.page.descriptioneng
Seismic hazards pose a significant threat to structures worldwide, and conventional rubber-based isolators are cost prohibitive for developing countries. This study investigates recycled rubber (RR) simulations as an alternative approach for seismic isolator testing and performance prediction, with the aim of reducing the need for extensive experimental testing through numerical modelling. The methodology consisted of characterising an RR mixture through multiple deformation modes (uniaxial compression and tension, simple shear, creep and relaxation). Using an iterative error reduction method that considered all modes simultaneously, the Bergström-Boyce model achieved a mean R² value of 0.92 for the RR matrix alone. The calibration process was then extended to a prototype RR textile reinforcement using different coefficients for different deformation ranges. The model achieved average errors of -10.5% in vertical stiffness, 5.2% in horizontal stiffness, and 8.0% in damping ratio compared to experimental data, demonstrating its potential for predicting isolator behavior. This research contributes to the UN Sustainable Development Goals by examining sustainable and resilient infrastructure solutions through the use of recycled materials in earthquake-resistant structures.
Keywords
Caucho reciclado, Hiperelásticidad, Viscoelásticidad, Modelado de elementos finitos (fem), Finite element modelling (fem), Aisladores sísmicos reforzados con fibra (frei’s), Recycled rubber, Hyperelastic, Viscoelastic, Fiber reinforced earthquake isolators (frei’s)