A proposal of damage identification and quantification for unreinforced and reinforced masonry structures

This thesis work presents the research path that allowed to identify a damage index applicable to structures unreinforced and reinforced with TRM. To achieve this goal, a survey was first conducted on the ability of the TRM to improve the response of masonry structures using both experimental tests and numerical models. The microscopic behaviour of this composite was studied using qualification tests. With these tests, a sensitivity analysis was also carried out to evaluate which modelling approach is the most appropriate to model it on a structure. Subsequently, the efficiency of the reinforcement was investigated through two different experiments: (i) pseudo-dynamic tests on a U-shaped masonry structure, carried out first on the as-built structure and then on the reinforced structure (tests carried out in the ICITECH laboratory of the University of Valencia) (ii) pseudo-static tests on differently reinforced adobe arches (tests conducted in the ISISE laboratory of the University of Minho). Using these experimental results and crossing them with the respective numerical models, an attempt was made to calibrate a damage index. The tests that proved to be most adequate to pursue the aim are those on the arches. They allowed to follow the degradation of the stiffness and simultaneously identify the frequencies variations as the damage increased. The new damage index identified considers the bending moment as the main cause of damage to the arches; Starting from the bending stiffness, therefore, a damage index was developed as a function of the frequencies ratio between damaged and undamaged scenarios. The identified index was validated both through experimental and numerical data.

Questo lavoro di tesi presenta il percorso di ricerca che ha permesso di individuare un indice di danneggiamento applicabile a strutture non rinforzate e rinforzate con il TRM. Per raggiungere questo obiettivo, è stata prima condotta un'indagine sulla capacità del TRM di migliorare la risposta delle strutture in muratura utilizzando sia prove sperimentali che modelli numerici. Il comportamento microscopico di questo composito è stato studiato utilizzando test di qualificazione. Con questi test è stata effettuata anche un'analisi di sensitività per valutare quale approccio di modellazione sia il più appropriato per modellarlo su una struttura. Successivamente è stata indagata, invece, dell'efficienza del rinforzo attraverso due differenti sperimentazioni: (i) prove pseudo dinamiche su una struttura in muratura ad U, realizzate prima sulla struttura as-built e poi sulla struttura rinforzata (prove effettuate nel laboratorio ICITECH dell'Università di Valencia) (ii) prove pseudo-statiche su archi di mattoni diversamente rinforzati (prove condotte nel laboratorio ISISE dell'Università del Minho). Utilizzando questi risultati sperimentali e incrociandoli con i rispettivi modelli numerici si è cercato di calibrare un indice di danno. Le prove che si sono rivelate più adeguate a perseguire lo scopo sono quelle sugli archi, in quanto consentivano di valutare il degrado della rigidezza e contemporaneamente identificare le variazioni delle frequenze all’evolvere del danno. Il nuovo indice di danno individuato considera il momento flettente come la principale causa di danneggiamento degli archi; A partire dalla rigidezza flessionale, quindi, è stato sviluppato un indice di danno funzione del rapporto delle frequenze tra scenari danneggiati e non danneggiati. L'indice individuato è stato validato sia attraverso dati sperimentali che numerici.