Indicazioni sul distanziamento tra incatenamenti per il consolidamento di maschi murari

This thesis work was developed in the field of masonry structures strengthening using metal tie-rods which have two main applications: (1) counterpoise of horizontal actions caused by the presence of structural thrusting elements, (2) promotion of the box-like behaviour of buildings under seismic forces. While the scientific literature contains information about the reliability of this structural consolidation method, the thesis points out the lack of references for the choice of the tie-rods wheelbase which embrace in general conservative approaches. For case (1) an analytical approach was first investigated, restricting the thrust drop caused by the displacement at the top of a masonry panel at a barrel vault springer under exercise loads. Masonry is here considered as a plate of homogeneous and isotropic material and the displacement between two rods is calculated in different geometric configurations. Subsequently the work goes on for case (2), performing a series of experimental tests on three-dimensional finite element models using a detailed micro-modelling approach, in which the mechanical behaviour of constituent materials (bricks and mortar) is taken into account by using Concrete Damaged Plasticity Model (CDP). Tests apply both on unreinforced and metal tie-rods reinforced panels with increasing wheelbase, in which the seismic action at life-safety limit state is considered through an equivalent static loads system according to current Italian laws. Results show how the thrust drop seems not influencing the strengthening method efficiency (unless damage phenomena already in progress), while tests on finite elements models have led to the identification of a limit value for the wheelbase that enable to use the strengthening technique with success.

Il presente lavoro di tesi si inserisce nell’ambito del consolidamento delle strutture in muratura mediante la posa in opera di incatenamenti metallici i quali prevedono due applicazioni principali: (1) contrasto di azioni orizzontali su maschi murari dovuti alla presenza di elementi strutturali spingenti, (2) promozione del cosiddetto “comportamento scatolare” di un edificio sottoposto ad azioni di natura sismica. Posto che nella letteratura scientifica è possibile trovare indicazioni che testimoniano l’affidabilità del sistema di consolidamento, il lavoro mette in evidenza la carenza di riferimenti per la selezione di un valore dell’interasse tra le catene, i quali adottano in genere approcci conservativi. Per il caso (1) si è ricercato dapprima un criterio analitico, limitando la caduta di spinta causata dal cedimento in testa al maschio murario all’imposta di una volta a botte sotto i carichi di esercizio. La muratura è considerata in questa fase come una piastra di materiale omogeneo ed isotropo ed il cedimento tra due catene è determinato per differenti configurazioni geometriche. Successivamente si è proceduto analizzando il caso (2), attraverso l’esecuzione di una serie di prove sperimentali su modelli agli elementi finiti di tipo tridimensionale costruiti attraverso una tecnica di micro-modellazione dettagliata, in cui il comportamento dei materiali costituenti (mattoni e malta) è simulato attraverso il legame di danno e plasticità noto come Concrete Damaged Plasticity (CDP). Le prove riguardano maschi murari sia non rinforzati sia consolidati mediante la posa in opera di incatenamenti con passo crescente, in cui l’azione del terremoto allo Stato Limite di salvaguardia della Vita è considerata attraverso un sistema di forze statiche equivalenti in accordo al dettato normativo italiano. I risultati mostrano come la caduta di spinta sembri non influenzare l’efficacia del sistema di consolidamento (a meno di fenomeni di danneggiamento già in atto), mentre le prove su modelli ad elementi finiti hanno portato all’identificazione di un valore limite del passo che consenta di impiegare con efficacia la tecnica di intervento con posa in opera di catene.