Numerical modelling of bond in SRG-strengthened masonry

Dissertação de mestrado em Structural Analysis of Monuments and Historical Constructions
Regarding recent developments in the use of composite materials, they are being widely used as external strengthening systems. Among them Fibre Reinforced Polymers (FRPs) have shown successful applications even on masonry elements. However, considering some aspects such as sustainability and compatibility, they have shown deficiencies which have led to their being modified. As a matter of modification of FRPs, most recently mortar-based composites emerged. In case of special situations together with cutting on expenses, fibres have been also replaced by steel cords. Having a new composite strengthening system as steel reinforced grout (SRG), not only many problems regarding FRPs have been solved but also many benefits have been added. As a result, application of SRG strengthening technique has become more and more appealing in the field of strengthening and rehabilitation of structures particularly for upgrading the masonry elements. Meanwhile, the effectiveness of the SRG strengthening system has turned out to be intrinsically dependent on the bond performance between the composite layer and the masonry substrate. As bond is a key mechanism in transferring stresses between the structural element and the composite material, a comprehensive understanding of its governing mechanisms is crucial for design and strengthening purposes. Thanks to the development of reliable numerical methods, now it is possible to investigate the required aspects with much less expenses as time and money. The numerical model developed in this paper considers in detail characteristics of all the constituents, most noticeably the interfaces. Being able to justify the local bond stress-slip laws of the interfaces which play the role of the nonlinear behaviour in the system, this model is capable of reproducing different failure modes observed in real cases, i.e. the reference experimental works. A parametric analysis has been carried out by the proposed numerical model and results have been presented and discussed.
Os materiais compostos estão a ser largamente utilizados como sistemas de reforço externo de estruturas. Entre eles, os polímeros reforçados com fibra (FRP) têm sido aplicados com sucesso, mesmo em elementos de alvenaria. No entanto, considerando alguns aspectos como a sustentabilidade e compatibilidade, estes materiais mostraram algumas deficiências que têm conduzido a algumas modificações no seu uso. Deste modo, têm surgido recentemente materiais compósitos com matriz à base de argamassa, em que asfibras também têm sido substituídos por elementos de aço. Este novo sistema de reforço composto por aço reforçado com argamassa(SRG), resolveu alguns dos problemas relacionados com FRP’s e trouxe também consigo novas vantagens. Como resultado, a aplicação da técnica de reforço SRG tornou-se atraente na área do reforço e reabilitação de estruturas, especialmente em elementos de alvenaria. A eficácia do sistema de reforço SRG é intrinsecamente dependente do desempenho da ligação entre o material compósito e o substratode alvenaria. Como a aderência é um mecanismo fundamental na transferência de tensões entre o elemento estrutural e o material compósito, é fundamental uma compreensão abrangente dos seus mecanismos para fins de projeto e reforço. Graças ao desenvolvimentode métodos numéricos fiáveis, é atualmente possível investigar numericamente os aspectos relacionados com a aderência com muito menos custos computacionais e temporais.