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 vengono largamente utilizzati nel campo delle costruzioni come elementi strutturali e non strutturali. Questi sono vulnerabili quando sottoposti ad azione sismica, infatti durante un evento sismico si generano forze orizzontali addizionali sulla struttura; tali forze possono causare azioni di tensione in elementi progettati per resistere solo a compressione. Un sistema in grado di poter dare supporto per questo tipo di problema è sicuramente il sistema FRCM. 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 molto utilizzato anche per la riabilitazione di strutture esistenti, infatti è un rinforzo leggero e poco invasivo, buona alternativa al sistema FRP in ragione di benefici in termini di permeabilità, resistenza ad alte temperature e reversibilità dell’intervento. I materiali utilizzati per le fibre nei compositi sono vari e caratterizzati da un’alta resistenza. Le fibre vengono accoppiate ad una matrice inorganica a base cementizia e quelle principalmente utilizzate nell’edilizia sono in PBO e in carbonio. Per indagare il legame che si crea tra l’FRCM e la muratura alla quale è applicato sono stati studiati in letteratura differenti setup: il più comune è il direct shear test. Recentemente sono stati introdotti setup indiretti, come i beam test, che testano il campione tramite una prova a flessione. Il comportamento del legame all’interfaccia tra matrice e tessuto è studiato in questa tesi; a questo proposito viene sviluppato un modello analitico del composito PBO-FRCM testato tramite 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 calibrato su risultati ottenuti sperimentalmente e l’esito è poi comparato con le curve sperimentali dei campioni di PBO-FRCM applicato a provini in muratura.