Glass Fabric-Reinforced Cementitious Matrix (GFRCM) composites: strengthening and retrofitting of reinforced concrete structures

In Italy, recent seismic events highlighted the vulnerability of a large part of existing buildings. Fabric-Reinforced Cementitious Matrix (FRCM) composites, which represent the application of Textile Reinforced Concrete (TRC) to repairing, represent a good solution for the restoring and the upgrading of the load bearing capacity of structural elements. Their main advantages are: the compatibility with irregular substrates, the easy applicability, the permeability, the fire resistance and the lower installation costs compared to other techniques. The new Italian Standard and Guidelines allow designers to use the FRCMs in reinforcement applications and to qualify their performance combining the results of axial tensile and shear bond tests. The Thesis aims to assess the effectiveness of FRCM composites applied as strengthening or retrofitting interventions of weakly reinforced Concrete (RC) structures by means of an extensive experimental campaign, comprising tests from the material to the full-scale. Particular attention is focused on the composite performance optimization and to the study of the bond behaviour at the interface, which plays a key role to guarantee the exploitation of the composite full capacity. In parallel, simplified and numerical approaches were developed to predict the structural elements responses, helping in the understanding of the involved phenomena, and to provide design tool to widespread the use of the FRCMs in reinforcing application.

I recenti eventi sismici avvenuti in Italia hanno mostrato la vulnerabilità di gran parte degli edifici esistenti. I compositi fibrorinforzati a matrice inorganica (FRCM), che rappresentano l'applicazione del calcestruzzo tessile (TRC) nel campo del ripristino strutturale, sembrano essere una buona soluzione per il ripristino e l'adeguamento della capacità degli elementi strutturali. I loro principali vantaggi sono: la compatibilità con sottofondi irregolari, la facilità di applicazione, la permeabilità, la resistenza al fuoco e il ridotto costo di applicazione rispetto ad altre soluzioni di rinforzo. Le Normative e le Linee guida recentemente introdotte in Italia permettono ai progettisti l'utlizzo di compositi FRCM nelle applicazioni di rinforzo e forniscono le indicazioni necessarie per la qualifica delle loro performance, combinando prove di trazione diretta e prove di strappo. L'obiettivo della Tesi è quello di verificare l'efficienza dei compositi FRCM nelle applicazioni di rinforzo e ripristino nel caso di strutture in calcestruzzo debolmente armato (RC) attraverso una estesa campagna sperimentale. Quest'ultima comprende un approccio multi-scala, dalle prove sui materiali alle prove su elementi strutturali in scala. Particolare attenzione è stata posta all'ottimizzazione delle performance degli FRCM e allo studio delle proprietà dell'interfaccia malta-sottofondo, che riveste un ruolo chiave nel garantire lo sfruttamento delle prestazioni dei compositi. In parallelo, sono state sviluppate analisi semplificate e numeriche non lineari volte alla stima della risposta strutturale degli elementi rinforzati e alla migliore comprensione del comportamento di questi materiali applicati alle strutture in calcestruzzo. In questo modo è stato possibile proporre approcci progettuali semplificati, tali da favorire la diffusione dell'utilizzo degli FRCM nelle applicazioni di rinforzo strutturale.