Analisi del comportamento meccanico dei materiali compositi a matrice cementizia nel rinforzo delle strutture murarie

Negli ultimi dieci anni al fianco dei più diffusi e conosciuti FRP (fiber reinforced polymer), sta acquisendo un sempre maggiore interesse l’impiego dei materiali compositi fibro-rinforzati a matrice cementizia, (FRCM, fiber reinforced cementitious matrix), per il rinforzo strutturale. Nonostante il crescente numero di studi riguardante la sua applicazione su supporti murari e non, le indagini sperimentali sono ancora limitate e, a differenza dei compositi a matrice polimerica, non esistono raccomandazioni o linee guida per la loro applicazione; pertanto sono necessarie ulteriori sperimentazioni atte a descriverne il comportamento. A fronte di quanto detto, il presente lavoro ha come fine quello di aggiungere un ulteriore tassello nella comprensione del comportamento meccanico e dell’efficacia dei rinforzi strutturali a matrice cementizia applicati su supporti in muratura attraverso un’ampia sperimentazione effettuata in laboratorio. In particolare, gli obiettivi della ricerca hanno riguardato: la comprensione dei principali fenomeni resistivi che caratterizzano il sistema FRCM, l’interpretazione del comportamento d’interfaccia fibra/matrice, la valutazione dell’efficacia sia in termini di capacità deformativa che di resistenza su elementi strutturali, quali pannelli e archi, ed infine la calibrazione di modelli analitici per la determinazione della forza trasmissibile. Il presente lavoro si compone di una parte introduttiva in cui sono state affrontate le peculiarità degli edifici in muratura, evidenziandone le cause di vulnerabilità, e di come l’uso dei materiali compositi a matrice cementizia possa essere una soluzione ottimale come sistema di rinforzo. La parte più consistente del lavoro ha riguardato un’estesa indagine sperimentale in cui, oltre alle prove di caratterizzazione dei materiali utilizzati, sono state eseguite prove di adesione su supporto di laterizio e prove su modelli in scala di pannelli e di archi rinforzati. I risultati ottenuti sperimentalmente sono stati poi utilizzati per calibrare modellazioni analitiche che interpretano sia fenomeni di aderenza che il comportamento globale dei modelli rinforzati. In the last ten years, alongside the most common and popular FRP (Fiber Reinforced Polymer), is acquiring an ever greater interest the use of fiber-reinforced composite materials in the cement matrix (FRCM, Fiber Reinforced Cementitious matrix), for structural reinforcement. Despite the growing number of studies regarding its application on masonry and on concrete, experimental investigations are still limited and, unlike of FRP, there are no recommendations or guidelines for their application; therefore they are needed further experiments to describe the mechanical behavior. The present work has as its goal to add an additional step in the understanding of the mechanical behavior and the effectiveness of structural reinforcements in the cement matrix, applied to masonry substrates through extensive experimental testing. In particular, the aims of the research were: understanding of the main resistive phenomena that characterize system FRCM, the interpretation of the behavior of the interface fiber/matrix, the evaluation of the effectiveness in terms of both deformation and resistive capacity of structural elements, such as panels and arches, and finally the calibration of analytical models for the determination of the transmittable force. The present work consists of an introductory part on the peculiarities of masonry buildings, where the causes of vulnerability and the system of reinforcement based on the composite materials in the cement matrix were dealt. The bulk of the work has involved extensive experimental investigation in which, in addition to the characterization tests of the used materials, adhesion tests were performed on a brick support and tests on scale models of reinforced panels and arches. The results obtained experimentally were then used to calibrate the analytical modeling that interpret both phenomena of adhesion and the global behavior of the reinforced models.