Brickwork masonry under in-plane loading strengthened with GFRP strips

Le tipologie costruttive in muratura di laterizio e pietra rappresentano elementi ricorrenti nel costruito storico italiano. La conoscenza di come un edificio in muratura storica risponda alle sollecitazioni sismiche rappresenta un aspetto di basilare importanza nella gestione del patrimonio edilizio esistente. Durante un terremoto, gli elementi murari sono solitamente sottoposti ad intense azioni taglianti che spesso possono portare al collasso dell’intero edificio. Negli ultimi anni si è assistito ad un notevole incremento dell’uso di materiali compositi fibrorinforzati (FRP) nell’ambito degli interventi di rinforzo di elementi in muratura, nell’ottica di conferire una maggiore capacità di resistere a sforzi di trazione. Molti aspetti di questa tecnica di rinforzo non sono stati ancora completamente indagati; in particolare i meccanismi di crisi legati alla perdita di aderenza rinforzo-supporto meritano di essere maggiormente approfonditi tramite indagini sperimentali. Il presente lavoro è incentrato sullo studio del comportamento statico di murature storiche, sottoposte a prove sperimentali cicliche di taglio-compressione, con lo scopo di valutare i meccanismi di collasso e la capacità ultima degli apparati murari testati, nonché di analizzare l’efficacia degli interventi di rinforzo con FRP posti in opera mediante incollaggio esterno nell’incremento della capacità di risposta del sistema. L’attività di ricerca è stata impostata mediante la predisposizione di prove cicliche di taglio-compressione, realizzate su pannelli in muratura storica costituiti da mattoni storici in scala 1:3 ed aventi una sezione a doppio T, rinforzati con strisce GFRP e non. L’intero modello strutturale è stato sottoposto ad un’azione di precompressione verticale atta a riprodurre le reali condizioni di carico che caratterizzano un edificio in esercizio. Contemporaneamente i due pannelli sono stati sollecitati da azioni cicliche taglianti, applicate con intensità crescenti, atte a simulare una sollecitazione sismica. L’elaborazione dei dati ottenuti dalle prove cicliche sperimentali ha permesso di confrontare le differenti risposte della muratura nella condizione rinforzata che non, ponendo particolare attenzione all’analisi dei meccanismi di aderenza all’interfaccia muratura/FRP e dei meccanismi di rottura per delaminazione ed instabilità dei rinforzi. Un modello numerico non-lineare continuo con danno diffuso è stato creato mediante implementazione su codice agli elementi finiti per la simulazione del comportamento della muratura, rinforzata e non, studiata sperimentalmente. I risultati numerici sono stati confrontati con quanto emerso dall’indagine sperimentale ed importanti conclusioni sono state evidenziate.In Italian seismic areas brickwork or stone masonry walls are commonly present in historic buildings. Knowing how historic masonry behaves under seismic action is fundamental for preserving architectural heritage. During earthquakes, masonry walls are subjected to shear loads that often lead to the collapse of the entire building. In recent years, external bonding of Fiber Reinforced Polymers (FRPs) has become a popular technique for strengthening historic masonry wall buildings in seismic area, with the aim to give a tensile capacity to masonry that it is normally weak to tensile stress. Many aspects of this strengthening method are not yet thoroughly known; in particular, the debonding mechanism of FRP strips needs to be more analysed through experimental data. The primary object of this work is to investigate the structural behaviour and the shear strength of single-story shear walls built with historic solid clay bricks in scale 1/3rd under in-plane loading with and without strengthening by Glass-FRP strips. In the experimental campaign described here, the model structure has been subjected to precompression in the vertical direction to simulate the actual loading condition in a building subjected to racking load. Two brickwork masonry walls, characterized by double T shape, were subjected to in-plane cyclic loading to shear cracking combined with compression; one was strengthened after damage with externally bonded (EB) GFRP strips and then once again subjected to the same loading until failure; another one was strengthened with EB GFRP strips without damage and subjected to the same path of loading until failure. A comparison between the responses of the unreinforced and reinforced model is presented, and the failure mechanisms are discussed addressing particular attention to the delamination of the GFRP strips under shear tests. The behaviour of walls was also analysed by theoretical FEM modelling with a non-linear procedure. Numerical computations are developed for un-strengthened and GFRP-strengthened masonry panels, assuming both brick and truss elements. The obtained results, in terms of the global response of the examined panels, are compared with the data available from experimental tests and interesting aspects are remarked