Modified beam tests and direct shear tests to evaluate the bonding behaviour of fabric reinforced inorganic composites for retrofitting masonry structures

Masonry elements are characterized by a wide use in building field with structural or non-structural functions. This kind of elements are vulnerable when subject to seismic events, because an earthquake produces additional horizontal forces on the structures. This kind of forces cause tensile actions on an element which resist only to compression. In general the FRCM is a structural reinforcement that is suitable for different applications, one is the reinforcement for out of plane mechanism on masonry elements. This system is also used for rehabilitation of existing structures. This composite system is a light reinforcement, alternative to the FRP systems in reason of the benefits in terms of permeability, high temperature resistance and intervention reversibility. It is composed by high-strength fabrics, that are made up of different fibers, combined with inorganic cement-based matrix. In order to research the bond of FRCM applied on masonry, different setups are studied in literature: the most common used is the shear test, which consists in a masonry block equipped with a reinforcement and the fabric is pulled parallel to the surface application. Recently indirect setups have been introduced, like the beam test, which is a setup tested by bending with three or four points tests. The bond behaviour at the matrix-fabric interface is studied in this thesis developing an analytical model of a PBO-FRCM composite related to a hinged beam test, assuming a matrix-fiber zero-thickness interface. The interfacial behaviour is modelled by a trilinear cohesive material law. The model is then calibrated on the experimental results and the outcome is compared with the experimental curves of PBO-FRCM masonry specimens.

Gli elementi in muratura sono caratterizzati da un largo uso nel campo delle costruzioni come elementi strutturali e non strutturali. Questo tipo di elementi sono vulnerabili quando sottoposti ad azione sismica, perché durante un evento sismico si generano forze orizzontali addizionali alla struttura. Questo tipo di forze causano azioni di tensione in un elemento che resiste solo a compressione. In generale il sistema FRCM è un rinforzo strutturale adatto a differenti tipi di applicazioni, uno dei quali è il rinforzo per il meccanismo di rottura che si genera fuori dal piano in elementi in muratura. Questo sistema è anche utilizzato per la riabilitazione di strutture esistenti. Il sistema composito è un rinforzo leggero, buona alternativa al sistema FRP in ragione di benefici in termini di permeabilità, resistenza ad alte temperature e reversibilità dell’intervento. È composto da tessuti ad alza resistenza, che sono formati da fibre differenti, combinate con una matrice inorganica a base cementizia. Per ricercare il legame dell’FRCM applicato su muratura sono stati studiati in letteratura differenti setup: il più comone usato è lo shear test, che consiste in un blocco in muratura sul quale è applicato un rinforzo e il tessuto è tirato parallelamente alla superficie di applicazione. Recentemente sono stati introdotti setups indiretti, come i beam test, che corrispondono a un setup testato a flessione con prove a tre o quattro punti. Il comportamento del legame all’interfaccia tra matrice e tessuto è studiato in questa tesi sviluppando un modello analitico del composito PBO-FRCM applicato a un setup di hinged beam test, assumendo l’interfaccia matrice-tessuto con spessore nullo. Il comportamento dell’interfaccia è modellato da una legge coesiva trilineare. Il modello è poi calibrato su risultati sperimentali e l’esito è poi comparato con le curve sperimentali di PBO-FRCM applicato a provini in muratura.