Seismic strengthening of rammed earth constructions using reinforced coatings

Abstract

Earth constructions cover 30% of the total built heritage in the world, some of which are Unesco World Heritage listed. Building in rammed earth consists in compacting layers of moist earth within a formwork to erect walls. Rammed earth constructions are known for presenting high seismic vulnerability, due to their high dead-weight, low mechanical properties (especially very low tensile strength) and poor connections between structural elements. During a seismic event of moderate intensity, the walls tend to fail in their plane and in out-of-plane mechanisms. In South Portugal, the regions of Alentejo and Algarve are seismically active and a significant part of the built heritage is made of rammed earth. The structural vulnerability of rammed earth buildings puts the heritage and the life of their inhabitants at risk. Hence, the mitigation of the aforementioned risks demands the development of adequate interventions for the seismic strengthening of rammed earth constructions. In Peru, coatings reinforced with geomesh have been used for the strengthening of adobe constructions, where this solution has been shown to be highly effective in increasing their bearing capacity and energy dissipation capacity under seismic loading. This type of solution can also be applied to rammed earth with the same purpose, nevertheless little investigation has been carried out on its development and validation. Little literature available for conservation principles and structural retrofitting makes it even more challenging. The development of this solution, in this case, needs the investigation of compatible materials and of the characterization of its mechanical behaviour. Proceeding in this way will make possible to create bases for proper design, namely with respect to the development of numerical tools. In this context, the main objective of this dissertation is to contribute for the development of the knowledge on the strengthening of rammed earth walls by means of reinforced coatings. The proposed objective integrates the following methodology: a) literature review on rammed earth construction, namely focused on their seismic behaviour and intervention approaches, and on the strengthening of masonry with reinforced coatings; b) proposal of an approach for strengthening rammed earth constructions with reinforced coatings within the international principles and guidelines for heritage conservation; c) execution of an experimental program dedicated to the characterization of the behaviour of the solution (individual materials and interaction). The experiments were carried out in the structural laboratory of University of Minho, followed by evaluating the results and discussing the findings.

A construção em terra cobre 30% de todo o património construído no Mundo, onde se inclui alguns sítios listados como património Mundial pela Unesco. Construir em taipa consiste em compactar camadas de terra húmida no interior de um molde para erguer paredes. As construções em taipa são conhecidas por apresentarem elevada vulnerabilidade sísmica, devido ao seu elevado peso próprio, propriedades mecânicas baixas (especialmente uma resistência à tração muito baixa) e fracas ligações entre elementos estruturais. Durante um evento sísmico de intensidade moderada, as paredes de tendem a romper no seu plano e através de mecanismos de rotura para fora do plano. No Sul de Portugal, o Alentejo e o Algarve são regiões sismicamente ativas, onde uma parte importante do património construído é de taipa. A vulnerabilidade sísmica das construções em taipa põe em risco a sua preservação e a vida dos seus moradores. Assim, a mitigação destes riscos exige o desenvolvimento soluções de reforço sísmico adequadas para construções de taipa. No Perú, têm sido utilizados rebocos armados com geomalhas no reforço de construções de adobe, onde esta solução tem demonstrado enorme eficiência no melhoramento da capacidade resistente e da capacidade de dissipar energia da ação sísmica. Este tipo de solução pode ser aplicado com o mesmo objetivo, porém tem sido desenvolvida pouca investigação sobre o desenvolvimento e validação da técnica. A pouca bibliografia existente sobre princípios de conservação e reforço estrutural, tornam esta tarefa ainda mais difícil. Neste caso, o desenvolvimento desta solução requer a investigação de materiais compatíveis e da caracterização do comportamento mecânico. Através desta abordagem, tornar-se-á possível criar bases para dimensionamento, nomeadamente no que diz respeito ao desenvolvimento de ferramentas numéricas. Neste contexto, o principal objetivo desta dissertação é contribuir para o desenvolvimento do conhecimento sobre o reforço de paredes de taipa com rebocos armados. O objetivo proposto será conseguido seguindo a metodologia seguinte: a) revisão bibliográfica sobre construções em taipa, nomeadamente focada no seu comportamento sísmico e abordagens de intervenção, bem como no reforço de alvenaria com rebocos armados; b) proposta de uma abordagem o reforço sísmico de construções de taipa com rebocos armados, seguindo princípios e recomendações internacionais para a conservação do património; c) execução de um programa experimental dedicado à caracterização do comportamento da solução (dos materiais individuais e da sua interação). T Os ensaios foram realizados no laboratório de estruturas da Universidade do Minho, seguindo-se a análise e discussão dos resultados.