Behavior of Rc Beams Strengthened in Shear with FRCM Composites

Gli interventi per il rafforzamento e la riparazione delle strutture esistenti in calcestruzzo armato mirano ad aumentare e ripristinare la loro capacità strutturale per resistere a carichi flessionali, a taglio, torsionali e assiali. I motivi per fare tali interventi variano dalla necessità di aggiornare la struttura alle linee guida attuali, superare gli errori di progettazione e costruzione e consentire un incremento del carico a causa di un cambiamento nell'uso. Inoltre, eventi di sovraccarico inaspettati, come terremoti, potrebbero danneggiare la struttura, riducendo le prestazioni originali. Lo stesso comportamento può essere previsto in caso d’incendio o mancanza di manutenzione adeguata. Nei decenni precedenti l'uso di compositi polimerici rinforzati con fibre (FRP) ha guadagnato popolarità in tutto il mondo per fare tali interventi a causa di alcune delle loro proprietà come il rapporto tra forza-peso, facilità di applicazione e buona resistenza alla corrosione. Tuttavia, l'uso della matrice di resina organica dei compositi FRP è stato associato ad alcune limitazioni del loro uso, come l'incapacità di applicare su superfici bagnate, bassa resistenza a temperature relativamente alte e difficoltà nella valutazione post-terremoto. Per questo motivo, negli ultimi anni, è stato sviluppato un importante sforzo di ricerca per lo studio di compositi noti come compositi a matrice cementizia fibrorinforzata (FRCM), in cui la resina organica viene sostituita da una matrice inorganica. In questa tesi, è studiato il comportamento de travi di calcestruzo armato rafforzate a taglio con compositi FRCM. La prima parte di questa tesi riassume lo stato della ricerca sul tema del rinforzo a taglio delle travi RC utilizzando compositi FRCM con legami esterni con l'obiettivo di servire come punto di riferimento per lo sviluppo della ricerca futura. Viene effettuata una revisione bibliografica dettagliata della letteratura sul rafforzamento a taglio delle travi utilizzando i compositi FRCM, e vengono indicati i principali risultati e gli aspetti principali che dovrebbero essere affrontati nelle ricerche future. Le prove sperimentali raccolte mostrano che i compositi FRCM sono in grado di aumentare la resistenza al taglio delle travi, modificando in alcuni casi il tipo di cedimento da taglio a una modalità a flessione. Quindi, sono presentati i risultati di una campagna sperimentale sul rinforzo a taglio di travi con compositi FRP e FRCM. Vengono esaminati i compositi FRP e FRCM con due diversi tipi di fibre. Sono state impiegate due diverse spaziature delle staffe per studiare l'interazione di rinforzo di taglio interno-esterno. Considerando le limitate prove sperimentali sull'uso di elementi di ancoraggio travi rinforzate a taglio con materiali compositi FRCM, viene anche confrontata la prestazione di travi rinforzate FRCM con e senza ancoraggi. I risultati mostrano che l'efficacia del sistema FRCM dipende dalla spaziatura del rinforzo del taglio interno. Inoltre, è stata osservata l'interazione di rinforzo di taglio interno-esterno, ma l'interazione sembra essere meno pronunciata rispetto alle travi rinforzate con compositi FRP. I modelli di progettazione proposti per prevedere il contributo del composito FRCM alla resistenza al taglio delle travi sono valutati utilizzando il database dei risultati sperimentali raccolti e compilati dall'autore e i risultati sperimentali inclusi in questa tesi. I risultati mostrano che le prestazioni dei modelli sono fortemente influenzate dal tipo di modalità di rottura raggiunta. Inoltre, l'uso delle proprietà dei compositi FRCM al posto delle caratteristiche meccaniche delle fibre non comporta un aumento dell'accuratezza dei modelli. Le deformazioni misurati dagli estensimetri montati sulle armature interne (staffe) e esterne (sistema FRCM) delle travi sottoposte a prova vengono utilizzati per calcolare i singoli contributi del calcestruzzo, dell'acciaio e delle fibre alla resistenza complessiva al taglio delle travi rinforzate con i compositi FRCM, e per studiare la possibile interazione tra loro. Si è costatato che il contributo concreto alla resistenza al taglio inizia a diminuire dopo il primo crollo del calcestruzzo. Dopo questo punto, i contributi della staffa e della fibra iniziano ad aumentare fino al raggiungimento del picco di carico. Infine, è introdotto e discusso un nuovo modello analitico basato sul comportamento del legame dei compositi FRCM applicati su substrati in calcestruzzo. Sebbene siano necessari successivi test per calibrare il modello, i risultati iniziali mostrano che le ipotesi utilizzate durante il suo sviluppo sono appropriate.