Static and seismic performances of R.C. shear walls cast into wood chip and cement formworks - Experimental tests, theoretical interpretation and numerical validations

The purpose of this thesis is to study the behavior of the particular building system that makes use of load-bearing walls of reinforced concrete cast into mineralized wood. This construction system has been studied under the action of pseudo-static forces (experimentally and numerically) and under dynamic forces (only numerically). The activities carried out, in general, employed experimental equipment for the realization of tests on materials and on specimens that can be both portions and real scale walls. Additionally, a commercial software has been used for the numerical modeling of the elements composing the construction system in object. In particular, in the first chapters of the thesis, a complete analytical treatment based on experimental results obtained in the years before the Ph.D beginning and during the Ph.D is provided. The original aspects, from the experimental point of view, were the two experimental campaigns concerning portions of panel subjected to direct shear and real scale walls subjected to cyclic horizontal forces in a pseudo-static fashion. In addition, the experimental campaign was completed with the tests on wall-to-wall and wall-to-floor connections required by LL. GG. Min. of Public Works (2011) and aimed at the study of load-bearing walls cast within formwork blocks. The direct shear tests have shown an incongruity of the experimental results with the first analytical treatment developed in the years before 2012 and therefore it was necessary to revise it with new theoretical considerations. A new and original analytical treatment based on strut-and-tie mechanisms was developed. In the last chapters, the construction system has been treated numerically. In the numerical modeling of the structural system the analytical treatment exposed in the first chapters was employed using elements with lumped and distributed plasticity able to simulate the main failure mechanisms documented in the experimental tests. This modeling was first validated on the results of tests on full-scale walls and then used to simulate the behavior of multi-story buildings, regular and irregular, with bi-dimensional and spatial models. These buildings have been subjected to static and dynamic forces typical of seismic action. The numerical results of the simulations coupled with the capacity curves enabled the estimate of the seismic response of the building system and, finally, the behavior factor which best synthesizes it. The estimate of this parameter is of fundamental importance in seismic design, it is one of the main research results. It is worth to notice that the Italian Guidelines prescriptions regarding the behavior factor are more conservative with respect to the results of this research

Lo scopo di questa tesi di dottorato è quello di studiare il comportamento del particolare sistema costruttivo che fa uso di pareti portanti in calcestruzzo armato con getto entro blocco cassero in legno mineralizzato. Viene studiato tale sistema costruttivo sia sotto l’azione di forze pseudostatiche (per via sperimentale e numerica), sia in fase dinamica (per via numerica). Le attività svolte fanno in generale fatto uso di apparecchiature sperimentali per la realizzazione di test su materiali e su provini che possono essere sia porzioni di pannello che muri in scala reale. Inoltre si è fatto uso di software commerciali per la modellazione numerica degli elementi che compongono il sistema costruttivo in esame. In particolare, nei primi capitoli della tesi si è fornita una completa trattazione analitica basata su risultati sperimentali ottenuti sia negli anni precedenti all’inizio del dottorato sia negli anni del dottorato. Gli aspetti originali dal punto di vista sperimentale, sono state le due campagne sperimentali riguardanti porzioni di pannello sollecitate a taglio diretto e muri in scala reale sollecitati da forze orizzontali in sommità cicliche di carattere pseudo-statico. Inoltre la campagna sperimentale è stata completata con le prove su connessioni parete-parete e parete-solaio previste dalle LL.GG. del Min. dei LL.PP. (2011) e mirate allo studio di pareti portanti gettate entro blocchi cassero. Le prove di taglio diretto hanno dimostrato un’incongruità dei risultati sperimentali con la trattazione analitica degli anni precedenti al 2012 e quindi si è ritenuto necessario integrarla con nuove considerazioni teoriche. È stata sviluppata una nuova ed originale trattazione analitica basata su meccanismi di tipo puntone-tirante. Negli ultimi capitoli il sistema costruttivo è stato inquadrato dal punto di vista numerico. Nella modellazione numerica del sistema costruttivo è stata impiegata la trattazione analitica sviluppata facendo uso sia di elementi a plasticità concentrata che distribuita capaci di riprodurre i principali meccanismi di rottura documentati nelle prove sperimentali. Tale modellazione è stata prima validata sui risultati delle prove sperimentali su muri in scala reale e successivamente utilizzata per simulare il comportamento di edifici multipiano regolari ed irregolari, rispettivamente con modelli bidimensionali e spaziali. Tali edifici sono stati assoggettati sia a spinte statiche incrementali sia a sollecitazioni dinamiche di natura sismica. I risultati numerici delle simulazioni uniti alle curve di capacità sperimentali hanno permesso di stimare il comportamento sismico del sistema costruttivo e, infine, il fattore di struttura che meglio lo sintetizza. La stima di tale parametro, di fondamentale importanza nella progettazione sismica, costituisce uno dei principali risultati della ricerca. Si è verificata la validità dell’impostazione assunta dalle normative ma, nello stesso tempo, si è dimostrato che il sistema costruttivo in esame ha un comportamento sismico più favorevole rispetto a quanto previsto dalle Linee Guida vigenti