Development of a structural reinforcement system for the safety of masonry buildings : preliminary analysis and technological details

The thesis work focuses on the development of a technological system for the reinforcement of brick walls at seismic risk, starting from their historical context, which embraces the end of the nineteenth century till the Seventies. The research is based on the documentation provided by the National Institute of Statistics and a series of publications aimed at framing the different types of masonry, with the purpose of defining geometries and materials to be used during the modeling phase. In addition, the main aspects of the evolution of Italian seismic legislation are reassumed, with the aim of highlighting the requirements that have influenced the construction methods during the twentieth century. In order to define a structural reinforcement system, the main behaviors and break mechanisms of residential buildings are summarized; this leads to define the type of solutions to be implemented for a specific stress and the consequent modeling of the weak wall element. The modeling and calculation levels on finite element software pass from the study of the response of a in- plane horizontally stressed wall element to the evaluation of the contribution of different types of reinforcement. The latter fall within the category of reinforced plasters and differ both in the geometry of the mesh and size of the rebars, in order to evaluate 9 cases and their improvement on the wall. The work also aims to define a homogenization method for the "reinforced masonry" system based on the use of an equivalent solid, made to obtain, in an immediate manner, the stress states of more complex models. The thesis work means to produce technological solutions to favor the integration of the reinforcement in the structure, through suggestions for construction details, laying indications and cost management, with particular attention to the feasibility of the new package on the thermos hygrometric level. The conclusions of the paper highlight the potential of the proposed systems, for which there is no universal preference for a specific type, but a diversification based on external conditions. Finally, it is underlined the need to develop the studies to allow the transition from the embryonic state to the actual realization, with the start of experiments in the laboratory in order to reach a better knowledge of the many aspects surrounding this theme.

Il lavoro di tesi si concentra sullo sviluppo di un sistema tecnologico per il rinforzo di murature in laterizio a rischio sismico, partendo dalla contestualizzazione storica delle stesse, che abbraccia la fine dell’Ottocento fino agli anni Settanta. La ricerca si appoggia alla documentazione fornita dall’Istituto Nazionale di Statistica e ad una serie di pubblicazioni atte ad inquadrare le differenti tipologie di murature, con l’obiettivo di stabilire geometrie e materiali da utilizzare nel corso della fase analitica di modellazione. In aggiunta si riassumono gli aspetti principali dell’evoluzione della normativa sismica italiana, con lo scopo di evidenziare le prescrizioni che hanno influenzato i metodi costruttivi nel corso del XX secolo. Per definire un sistema di rinforzo strutturale, vengono riassunti i principali comportamenti e meccanismi di rottura di una costruzione residenziale sollecitata in differenti modi; questo porta a definire la tipologia di rinforzo da attuare per una specifica sollecitazione e la conseguente modellazione dell’elemento muro da studiare. I livelli di modellazione e calcolo su software a elementi finiti passano dallo studio della risposta di un elemento muro sollecitato ad azione orizzontale nel piano, sino alla valutazione del contributo di diverse tipologie di rinforzo. Queste ultime rientrano nella categoria degli intonaci armati e si differenziano nella geometria dell’armatura e nella dimensione delle barre che la compongono, al fine di valutare 9 casistiche e il loro contributo migliorativo sul muro. Il lavoro si propone inoltre di definire un metodo di omogeneizzazione del sistema “muratura rinforzata” basato sull’utilizzo di un solido equivalente, con lo scopo di ottenere, in maniera più immediata, gli stati tensionali di modelli più complessi. Il lavoro di tesi si propone di produrre le soluzioni tecnologiche atte a favorire l’integrazione del rinforzo nella struttura, mediante proposte di dettagli costruttivi, indicazioni di posa e trattazione dei costi, con una particolare attenzione alla fattibilità sul piano termo igrometrico del nuovo pacchetto. Le conclusioni dell’elaborato evidenziano le potenzialità dei sistemi proposti, per i quali non vi è una preferenza universale di una specifica tipologia, ma una diversificazione in base alle condizioni esterne. Viene infine sottolineata la necessità di sviluppare gli studi realizzati per permetterne il passaggio dallo stato embrionale alla effettiva realizzazione, con l’avviamento di sperimentazioni in laboratorio al fine di accrescere il livello di conoscenza dei molteplici aspetti che circondano questo tema.