Advances in experimental characterization and modelling of FRCM composites for structural retrofitting

This thesis presents the results of an experimental campaign focused on the tensile characterization of basalt and glass FRCM and composite-calcarenite bond characterization. The experimental work is complemented by the proposal of two numerical models both for tensile and bond tests. The experimental investigation was carried out considering the influence of different reinforcements, matrices and testing methods. Experimental results provide for assessing the effect of mortar grade on the stress-strain curves, strength, ductility and failure modes. Moreover, the thesis provides an important contribution to assess the influence of different testing methods (i.e. clamping and clevis as reported by different standard and guidelines) on the performance of the FRCM systems tested in tension. Moreover, the Digital image correlation was used to measure the tensile strains and to analyse the failure modes offering an accurate mechanical characterization. The main element of novelty is the adoption of a modified bond test set-up designed to analyse the influence of the composite size on bond length and strength. A deep analysis of the results confirms the effectiveness of this innovative set-up. Finally, two numerical models are presented attempt at providing a simple numerical tool for capturing the constitutive behaviour of the FRCM systems. The models were calibrated on the basis of the experimental stress-strain and load-slip curves showing to be an effective tool for predicting the mechanical behaviour of the FRCM composites.

Questa tesi presenta i risultati di una campagna sperimentale incentrata sulla caratterizzazione della trazione dei basalt e glass FRCM e della caratterizzazione del legame di aderenza composito-Calcarenite. Il lavoro sperimentale è completato dalla proposta di due modelli numerici sia per prove di trazione che per quelle di aderenza. L'indagine sperimentale è stata condotta considerando l'influenza di diversi rinforzi, matrici e metodi di prova. I risultati sperimentali consentono di valutare l'effetto della malta sulle curve sforzo-deformazione, la resistenza, la duttilità e le modalità di crisi. Inoltre, la tesi fornisce un importante contributo per valutare l'influenza di diversi metodi di prova (es. clamping e clevis come riportato da diversi standard e linee guida) sulle prestazioni dei sistemi FRCM testati a trazione. Inoltre, la correlazione dell'immagine digitale è stata utilizzata per misurare le tensioni di trazione e per analizzare le modalità di crisi offrendo una caratterizzazione meccanica accurata. L'elemento di principale novità è l'adozione di un set-up per le prove di aderenza modificato e progettato per analizzare l'influenza della dimensione del composito sulla lunghezza e la resistenza del legame. Un'analisi approfondita dei risultati conferma l'efficacia di questo innovativo set-up. Infine, vengono presentati due modelli numerici che tentano di fornire un semplice strumento numerico per valutare il comportamento costitutivo dei sistemi FRCM. I modelli sono stati calibrati sulla base delle curve sperimentali sforzo-deformazione e carico-slittamento dimostrando di essere uno strumento efficace per prevedere il comportamento meccanico dei materiali compositi FRCM.