Performance of RC beam elements reinforced with fabric reinforced cementitious matrix (FRCM) for bending and shear

In the past few decades, the interest in retrofit/rehabilitation of existing structures has dramatically increased due to the need to repair infrastructure and historical buildings and/or the introduction of more stringent design requirements. Externally-bonded Fiber-Reinforced Polymers (FRP) systems have been traditionally selected among all the presently available strengthening techniques to this purpose. Despite its effectiveness largely documented in literature, the use of an organic binder as a matrix has some drawbacks. The Fabric-Reinforced Cementitious Matrix (FRCM) composite system overcomes these issues by replacing the organic binder with a cementitious one, assuring high fire resistance, high compatibility with the substrate and better long-term durability. Moreover, their application has a high reversibility and sustainability, which is important for applications in historical buildings. The purpose of this thesis is to evaluate the behavior of reinforced concrete (RC) beams and slabs deficient in flexure and shear, reinforced with FRCM. To this purpose an extensive experimental program (54 beams) was undertaken to understand and characterize the composite reinforcement when used as a strengthening system. The laboratory results demonstrate the technical viability of FRCM for shear and flexural strengthening of RC beams. Test measurements and observations are analyzed and deeply commented. Results are then compared with the existing acceptance criteria and building codes providing suggestions for some changes. Finally different models are taken into consideration to get a good prediction of the experimental beams behavior.

Negli ultimi anni l’interesse per la riabilitazione di strutture e infrastrutture esistenti è notevolmente cresciuto al fine di ripristinarne il funzionamento e/o di adeguarle alle più moderne e stringenti normative vigenti. Nel presente lavoro viene analizzato il comportamento di un sistema per il rinforzo strutturale esterno costituito da una sequenza di uno o più strati di tessuto immersi in una matrice cementizia. Il sistema tessuto-matrice cementizia è oggi spesso indicato con il nome di FRCM. Rispetto ai convenzionali rinforzi costituiti da Polimeri Fibro-Rinforzati (FRP), l’FRCM offre un’ottima resistenza al fuoco, una maggiore compatibilità con il substrato in calcestruzzo e migliori caratteristiche di durabilità. Inoltre, la reversibilità e la sostenibilità dell’FRCM ne favoriscono l’applicazione in costruzioni di interesse storico-artistico dove l’uso di materiali tradizionali è solitamente preferito rispetto alle resine organiche. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di studiare il comportamento del sistema di rinforzo esterno in FRCM quando applicato su travi in calcestruzzo armato con carente resistenza a taglio e a flessione. Sono state quindi testate in laboratorio un totale di 54 travi in diverse configurazioni di rinforzo. I risultati e le osservazioni sperimentali hanno dimostrato l’efficacia del sistema di rinforzo per elementi tipo trave in calcestruzzo armato. A chiusura del lavoro vengono proposte considerazioni progettuali per il dimensionamento dei rinforzi costituiti di FRCM secondo la corrente normativa americana e possibili sviluppi futuri.