Modellazione del comportamento meccanico di muretti in blocchi cavi di calcestruzzo rinforzato con fibre vegetali

This thesis reports the studies of the material properties and mechanical behaviour of wallettes built with hollow concrete blocks reinforced with sisal vegetable fibers. At the beginning, the author describes the experimental investigation developed at the Department of Structural Engineering of the University of São Paulo (Brazil), where mono-axial compression tests were carried out on individual hollow blocks, as well as on prisms and wallettes built with the same blocks. To evaluate the possible advantages using sisal fibers in structural masonry units, the same experimental tests were carried out on elements using plain concrete blocks. Then, numerical models were developed to predict the non-linear behaviour of wallettes, studying the parameters that influence it and calibrating the stress-strain numerical curves from the experimental results. A qualitative description of the damage evolution is obtained, using the Concrete Damage Plasticity Model (CDP) and the Extended Finite Element Method (XFEM), both implemented in the Abaqus finite element software. At the end, the experimental and numerical results are compared and critically discussed, focusing on the benefit of the introduction of sisal fibers within the cement matrix.

In questo elaborato si affronta lo studio del comportamento meccanico di muretti costruiti con blocchi cavi di calcestruzzo rinforzato con fibre vegetali di sisal. Nella prima parte, si descrive il programma sperimentale realizzato presso il dipartimento di Ingegneria strutturale dell’Università di São Paulo (Brasile), dove sono state effettuate prove di compressione mono-assiale su singoli blocchi cavi, nonché su prismi e mini-pareti realizzate con i medesimi blocchi. Lo stesso ciclo sperimentale è stato condotto con elementi identici a quelli fibro-rinforzati, ma utilizzando blocchi costruiti in solo calcestruzzo e utilizzati come termine di confronto. Nella seconda parte, invece, vengono sviluppati modelli numerici per prevedere il comportamento non lineare delle mini-pareti, studiando i parametri che lo influenzano e calibrando le curve numeriche sforzo–deformazione, in base all’andamento di quelle sperimentali. Si è ottenuto così una descrizione qualitativa dell’evoluzione del danno, utilizzando il Concrete Damage Plasticity Model (CDP) e l’Extended Finite Element Method (XFEM), entrambi implementati nel software di calcolo ad elementi finiti Abaqus. In conclusione, i risultati sperimentali e numerici vengono confrontati e valutati in modo critico, sottolineando il beneficio che deriva dall’introduzione delle fibre di sisal all’interno della matrice cementizia dei blocchi.