Confinement of masonry columns with SRG composites : experimental tests and analytical modelling

Over the past decade, the evolution of alternative materials and techniques for structural rehabilitation has been of capital importance since the retrofit and rehabilitation of reinforced concrete and masonry structures has dramatically increased as a result of aging or the need to meet new requirements. Composite materials are widely used in rehabilitation of beams, columns, slabs and walls for that purpose. Externally bonded Fiber-Reinforced Polymer (FRP) systems have been widely used among available strengthening techniques. Even though it is proved to be effective in structural rehabilitation in literature, the use of organic binder as matrix has some drawbacks. At this point, Fabric-Reinforced Cementitious Matrix (FRCM) composite systems stand out. By replacing the organic binder with inorganic one, FRCM systems overcome these drawbacks. Within the present work, a unique FRCM system, Steel-Reinforced Grout (SRG), is studied. SRG systems are composed of high-strength steel cords embedded in inorganic cementitious matrix. Due to the use of inorganic matrix, Steel-Reinforced Grout (SRG) systems can cope with the drawbacks of FRP applications, such as degradation from UV exposure, lack of vapor permeability which may cause damage to the concrete structure, incompatibility of epoxy resins and substrate materials, inapplicability on wet surfaces or at low temperatures, poor fire resistance, high costs, low reversibility. The aim of this work is to understand the compressive behaviour of brick masonry columns confined with Steel-Reinforced Grout Jacket Systems and deepen the knowledge about the contribution to the member done by the system in terms of axial load carrying capacity, ultimate strain and ductility(energy absorption). For this purpose, one unconfined, seven confined brick masonry columns were tested to failure under a monotonic concentric compressive load. Configurations of the test specimens are as following: one control specimen (unconfined), three specimens confined with single-layer of SRG, two specimens confined with two-layers of SRG and two specimens confined with three-layers of SRG. Additionally, in order to understand the influence of overlapping length of confinement, one of the three specimens confined with single-layer SRG has an overlapping length of half the surface while other two columns have a full one surface overlapping. Another object of this work is to predict the strength increase from the SRG jacket by applying existing analytical models from literature for FRP and FRCM-confined masonry to SRG-confined ones. Test results are compared with the analytical values obtained from literature for that purpose.

Nell'ultimo decennio, l'evoluzione di materiali e tecniche alternative per la riabilitazione strutturale è stata di fondamentale importanza sia nel caso di strutture in cemento armato che in muratura in cui l’invecchiamento o la necessità di soddisfare nuovi requisiti abbia richiesto interventi di adeguamento strutturale. I materiali compositi sono ampiamente usati nella riabilitazione di travi, colonne, piastre e pareti. I compositi fibrorinforzati a matrice polimerica (FRP) sono stati ampiamente integrati tra le tecniche di rafforzamento disponibili. Anche se si è dimostrato efficace nella riabilitazione strutturale, l'uso del legante organico come matrice presenta alcuni inconvenienti. Al fine di superare tali inconvenienti, il legante organico è stato sostituito con uno inorganico al fine di formare compositi fibrorinforzati a matrice inorganica, denominati FRCM. Nell'ambito del presente lavoro viene studiato un particolare sistema FRCM meglio noto come Steel-Reinforced Grout (SRG). I sistemi SRG sono composti da trefoli in fibre di acciaio ad alta resistenza incorporati in una matrice cementizia. A causa dell'utilizzo di una matrice inorganica, i sistemi di rinforzo in acciaio (SRG) possono far fronte agli inconvenienti delle applicazioni FRP, quali: degrado casusato dall'esposizione ai raggi UV, mancanza di permeabilità al vapore, incompatibilità delle resine epossidiche con i materiali di supporto, inapplicabilità su superfici bagnate o a basse temperature, scarsa resistenza al fuoco, costi elevati, e bassa reversibilità. Lo scopo di questo lavoro è comprendere il comportamento a compressione di colonne in muratura confinate con i sistemi SRG e approfondire la conoscenza del contributo dell’SRG in termini di capacità assiale, deformazione finale e duttilità. A tale scopo, una colonna non confinata e sette colonne in muratura confinate sono state sottoposte a test di compressione centrata. Sono stati testati i seguenti provini: un campione di controllo (non confinato), tre campioni confinati con strato singolo di SRG, due campioni confinati con due strati di SRG e due campioni confinati con tre strati di SRG. Inoltre, per comprendere l'influenza della lunghezza di sovrapposizione dell’SRG, uno dei tre campioni confinati con SRG a strato singolo ha una lunghezza sovrapposta di metà della superficie di una colonna mentre le altre due colonne hanno una sovrapposizione di una sola superficie. Un altro scopo di questo lavoro è prevedere l'aumento della forza causato dalla camicia SRG applicando modelli analitici esistenti per colonne in muratura confinate con FRP e FRCM. I risultati dei test vengono confrontati con i valori analitici ottenuti a tale scopo.