Fibre reinforced cementitious matrix (FRCM) for masonry strengthening: modelling of textile-matrix interface

[ENGLISH] - Fibre-reinforced cementitious matrix (FRCM) proved effective for retrofitting and strengthening unreinforced masonry structures, enabling capacity improvement with negligible added masses, and overcoming the drawbacks of Fibre Reinforced Polymers. In this research, the general purpose of contributing to the definition of the procedures for the characterisation of FRCM systems and the design of strengthening interventions is pursued through both an experimental campaign and numerical modelling. In particular, within mode II fracture mechanics, a finite difference numerical model is developed for the description of FRCM behaviour in the characterisation tests. A comprehensive parametric analysis highlights the effects that the variation of the main mechanical and geometrical parameters defining constituent materials has on the response of the FRCM system; the effects of cracks opening at different locations in direct tensile tests (DTT) are also investigated through parametric analysis. It is found that in DTT the matrix tensile strength, along with the CML properties, plays a relevant role in determining the mechanical response and the shape of the global load slip diagram so that bi-linear and tri-linear diagrams can be found within the same test set-up. [ITALIANO] - I materiali compositi a matrice inorganica (Fibre Reinforced Cementitious Matrix – FRCM) offrono interessanti prospettive per il rinforzo degli edifici storici in muratura, fornendo elevati livelli di efficienza strutturale e superando le problematiche legate all’impiego di matrici organiche. Nella presente ricerca, l'obiettivo generale di contribuire alla definizione delle procedure per la caratterizzazione dei sistemi FRCM e la progettazione degli interventi è perseguito sia attraverso la sperimentazione che la modellazione numerica. In particolare, nell'ambito della meccanica della frattura di modo II, è sviluppato un modello numerico alle differenze finite in grado di descrivere il comportamento dei sistemi FRCM nei test di caratterizzazione. Un ampio studio parametrico evidenzia gli effetti della variazione dei principali parametri meccanici e geometrici dei materiali costituenti sulla risposta dei sistemi FRCM. Sono inoltre investigati con uno studio parametrico gli effetti dell'apertura di fratture in diverse posizioni nel direct tensile test (DTT). Dalle analisi condotte emerge che nei DTT la resistenza a trazione della malta, unita alle proprietà della legge locale, gioca un ruolo rilevante nel determinare la forma del diagramma carico spostamento, così che diagrammi bilineari e trilineari possono essere osservati nell'ambito del medesimo set-up di prova.