Rehabilitation of masonry arches with compatible advanced composite material

Abstract

Stone masonry arches are structures of great functional and architectural importance as they may be found in a large number of constructions that are mainly historic buildings. Although relatively solid structures, time has taught us that environmental conditions, as well as their load history, use and possible accidents can lead to their collapse, all of which entails a risk of losing a large amount of our architectural and cultural heritage. In this research work a compatible strengthening system for the rehabilitation of stone arches was investigated. The strengthening material was constituted of basalt textile embedded in an inorganic matrix known as Basalt Textile-Reinforced Mortar (BTRM) and provides an alternative to the usual reinforcement methods.The research work was based on an integral analysis of this reinforcement solution and its application to stone masonry. The first stage involved physical-chemical and mechanical tests to characterise the materials that constitute the masonry and the strengthening system. In the second stage, six arches were tested by means of displacement control up to the point of collapse. These arches were built according to different criteria: (1) dry or with mortar joints and (2) non-strengthened or strengthened on the extrados. The experimental results obtained in this research work demonstrated good physical-chemical compatibility between the BTRM reinforcement system and the corresponding stone masonry substrate and validated its mechanical effectiveness for the reinforcement of arched structures in terms of load-bearing capacity and ductility.

Los arcos de mampostería de piedra son estructuras de gran importancia funcional y arquitectónica ya que se pueden encontrar en un gran número de construcciones principalmente históricas. Aunque son estructuras relativamente sólidas, el tiempo nos ha enseñado que las condiciones ambientales, así como su historial de carga, uso y posibles accidentes pueden provocar su colapso, todo lo cual conlleva el riesgo de perder gran parte de nuestro patrimonio arquitectónico y cultural. En este trabajo de investigación se investigó un sistema de refuerzo compatible para la rehabilitación de arcos de piedra. El material de refuerzo estuvo constituido por tejido de basalto embebido en una matriz inorgánica conocida como Mortero de Basalto Reforzado con Textil (BTRM) y proporciona una alternativa a los métodos de refuerzo habituales. El trabajo de investigación se basó en un análisis integral de esta solución de refuerzo y su aplicación a mampostería de piedra. La primera etapa implicó pruebas físico-químicas y mecánicas para caracterizar los materiales que constituyen la mampostería y el sistema de refuerzo. En la segunda etapa se ensayaron seis arcos mediante control de desplazamiento hasta el punto de colapso. Estos arcos se construyeron según diferentes criterios: (1) secos o con juntas de mortero y (2) no reforzados o reforzados en el trasdós. Los resultados experimentales obtenidos en este trabajo de investigación demostraron una buena compatibilidad físico-química entre el sistema de refuerzo BTRM y el correspondiente sustrato de mampostería de piedra y validaron su efectividad mecánica para el refuerzo de estructuras arqueadas en términos de capacidad portante y ductilidad.