Vulnerability of masonry structures and retrofitting techniques

The vulnerability of masonry structures is a big concern, since masonry is one of the oldest and most common materials used for constructions. Masonry structures have been generally conceived to withstand vertical loads, otherwise they present an high vulnerability to horizontal actions, such as those generated by seismic events. The main issues related to the analysis of masonry structures are firstly related to the difficulties to find an interpretative model of the masonry mechanical behavior and, then, to the reliability of the numerical analyses. When dealing with ancient buildings, generally constituted by unreinforced masonry structures, the analysis is even more complex: all the complexities and uncertainties related to the knowledge of building have to be considered. In view of the situation described above, the reinforcement of masonry structures is another big issue. In the last decades research has been focused on the application of Fiber Reinforced Polymers (FRP) to existing concrete and masonry structures. In spite of the several advantages that allow these materials to be particularly suitable for civil construction reparation and rehabilitation, some concerns exist on their performance and further studies would allow to better understand their behavior and effectiveness. The proposed thesis will address the topics of the vulnerability and retrofitting of masonry structures. It will be composed by two parts for a total of six chapters. The first part will deal with masonry structures and their response to shear actions (on panels) and horizontal loads (on entire buildings or portions of buildings), both a numerical and an experimental approach will be adopted. The second part of the thesis will deal with some preliminary experimental and numerical studies concerning the debonding process of fiber reinforced composites on both concrete and clay bricks masonry supports.

La vulnerabilità delle strutture in muratura è un importante problema, dal momento che la muratura è uno dei materiali da costruzione più antichi. Le strutture in muratura sono state concepite per sopportare i carichi verticali, ma risultano fortemente vulnerabili alle azioni orizzontali, quali quelle generate dagli eventi sismici. I problemi maggiori connessi all’analisi delle strutture in muratura sono dovuti alla difficoltà di trovare un adeguato modello interpretativo del suo comportamento meccanico e, quindi, l’affidabilità delle analisi numeriche. In aggiunta, quando si ha a che fare con edifici storici, generalmente costituiti da muratura non rinforzata, l’analisi diventa molto più difficile dal momento che si devono considerare anche tutte le complessità e le incertezze legate alla conoscenza della struttura oggetto d’esame. Alla luce di questa situazione, il rinforzo delle strutture in muratura diventa un altro importante tema da sviluppare. Nelle ultime decadi, la ricerca si è focalizzata sullo studio dell’applicazione dei Polimeri Fibro-Rinforzati (FRP) sulle strutture esistenti sia in muratura sia in calcestruzzo. Nonostante ci siano grandi vantaggi che rendono questi materiali particolarmente adatti alla riabilitazione delle strutture, alcune problematiche sono connesse al loro effettivo funzionamento e ulteriori studi si rendono necessari per una maggiore comprensione del loro comportamento e della loro efficacia. La tesi proposta affronta i temi della vulnerabilità e del rinforzo delle strutture in muratura. Essa si compone di due parti articolate in sei capitoli. La prima parte affronterà il tema della vulnerabilità delle strutture e della loro risposta alle sollecitazioni di taglio (su pannelli) e alle azioni orizzontali (su interi edifici o parti di essi), temi affrontati attraverso un approccio e numerico e sperimentale. La seconda parte del lavoro si focalizzerà su alcuni preliminari studi sperimentali e numerici inerenti i processi di debonding dei compositi fibro-rinforzati dai supporti in calcestruzzo e muratura.