Design of FRCM strengthened masonry walls subjected to out-of-plane load

The vulnerability of masonry structures, mainly due to the mortar joints, which is their weakest zone, in particular with respect to the horizontal loads like earthquakes, makes us understand the importance of a suitable retrofitting solution, such as for example fiber-reinforced cementitious matrix (FRCM) strengthening systems, which are the topic of this work. These composites have several advantages: high strength to weight ratio, compatibility with the substrate, ease of application, reversibility, high temperature and corrosion resistance. Different textile typologies can be used as strengthening elements in the FRCM systems, having different properties, and various applications are possible. In this work, a database of experimental tests comprising masonry walls strengthened with FRCM composites and subjected to out-oof-plane load is collated. The database is used to study the contribution of the composite to the wall bending strength and to assess the accuracy of the approach provided by the Italian guidelines for FRCM composites, the CNR-DT 215 (2018). The first part of this work is focused on the procedure adopted by Meriggi et al. (2020) to evaluate the values of the amplification coefficient α, defined by CNR-DT-215 standard, referred to specimens failed by debonding and by tensile rupture of FRCM fabric. It is then proposed a new procedure, based on the least squares best fit method, to optimizes the values of the amplification coefficient α, based on a comparison between the analytical out-of-plane resisting bending moment calculated with a parabola-rectangle diagram and the experimental maximum bending moment reported in the database. In the second part of this thesis, the procedure of the work of D’Antino et al. (2021) is applied to the database. The resisting bending moment of each specimen is computed with a parabola-rectangle or an elasto-rectangle model, determining the amplification coefficient α by enforcing the equality between the analytical and experimental resisting bending moment. The results obtained are then compared to the one provided by CNR-DT 215 (2018).

La vulnerabilità delle strutture in muratura, dovuta principalmente ai giunti di malta, che è la loro zona maggiormente debole, in particolare rispetto ai carichi orizzontali come i terremoti, fa comprendere l'importanza di una adeguata soluzione di rinforzo, quali ad esempio i compositi fibrorinforzati a matrice inorganica (FRCM) oggetto del presente elaborato. Questi compositi presentano numerosi vantaggi: un elevato rapporto resistenza/peso, compatibilità con il substrato, facilità di applicazione, reversibilità, resistenza alla temperatura e alla corrosione. Diverse tipologie tessuti possono essere utilizzate come elementi di rinforzo nei sistemi FRCM, aventi diverse proprietà, e sono possibili diverse applicazioni. In questo lavoro viene raccolto un database di prove sperimentali comprendenti pareti in muratura rinforzate con compositi FRCM e soggette a carico fuori piano. Il database viene utilizzato per studiare il contributo del composito alla resistenza a flessione della parete e per valutare l'accuratezza dell'approccio fornito dalle linee guida italiane per i compositi FRCM, il CNR-DT 215 (2018). La prima parte di questo lavoro è incentrata sulla procedura adottata da Meriggi et al. (2020) per valutare i valori del coefficiente di amplificazione α, definiti dallo standard CNR-DT-215 (2018), riferiti a provini rotti per debonding e per rottura a trazione del tessuto FRCM. Viene quindi proposta una nuova procedura, basata sul metodo dei minimi quadrati, per ottimizzare i valori del coefficiente di amplificazione α, basato sul confronto tra il momento flettente analitico resistente fuori piano calcolato con un diagramma parabola-rettangolo e il momento flettente massimo sperimentale raggiunto riportato nel database. Nella seconda parte di questa tesi, il procedimento seguito da D'Antino et al. (2021) viene applicato al database. Il momento flettente resistente di ciascun provino viene calcolato con un modello parabola-rettangolo o un modello elasto-rettangolare, determinando il coefficiente di amplificazione α imponendo l'uguaglianza tra il momento flettente analitico e quello resistente sperimentale. I risultati ottenuti vengono poi confrontati con quello fornito dal CNR-DT 215 (2018).