Experimental study on the influence of textile reinforcement on the structural response of reduced scale rammed earth buildings

Abstract

Rammed earth is an ancient technique for building walls using natural raw materials such as earth, chalk, lime or gravel. It is a technique worldwide spread to a wide variety of countries and cultures. It has a revival in recent years as people seek more sustainable building materials and natural building methods. Rammed earth walls are simple to construct, non-combustible, thermally massive, strong, and durable. They can be labour-intensive to construct without machinery (powered tampers) but nowadays there are several industrialised procedures to do it with minimal man-labour. Historical buildings with rammed earth sometimes suffer collapses and there are not clear guidelines nor safety procedures for his diagnosis and strengthen. Using textile high strength grids superficially applied with a mud layer is a promising idea. However, before applying strengthening solutions, it is necessary to characterise the interaction between textile grids and earthen matrix. This first approach neglects the difficulties associated with the adherence of strengthening layers and deals with an approach that is closer to the generation of a new building material. This textile reinforced earthen material may be useful for new buildings but also an interesting material for partial reconstruction in the conservation context applied on historical buildings. Cracking of earthen structures is a major issue related to the low tensile strength of this brittle material. The propagation of cracks in earthen structures can divide and separate different elements, which are more susceptible to collapse under environmental loads like wind or earthquakes. In this context, the possibility of inserting a textile grid inside earthen elements to keep them connected to each other will help to build stronger buildings and carry out more durable interventions of earthen buildings of our heritage.

El tapial es una antigua técnica constructiva que, como otras técnicas de construcción en tierra, está extendida por los cinco continentes. Actualmente casi el 30 %- 40 % de la población mundial habita en viviendas de tierra. El tapial debe su gran propagación al uso de un material que no requiere de procesado, y por tanto, necesita poca mano de obra. Hoy en día, esta técnica desde el punto de vista medioambiental y sostenible, valorando la ausencia de consumo de energía y a parte de su asequibilidad. El tapial se caracteriza por tener una satisfactoria resistencia a compresión, pero una resistencia a tracción muy baja. Este último factor causa a menudo daños severos y colapsos producidos por terremotos, ya que la construcción en tierra esta mayormente distribuida en lugares altamente sísmicos. El objetivo de este trabajo es evaluar la eficacia del uso de una malla de fibra de vidrio como refuerzo sísmico en edificios de tapial nuevos y existentes. Con este fin, se realizan experimentos a compresión y a cizalladura en tres modelos de escala reducida: en una muestra sin refuerzo, en una muestra con refuerzo de fibra de vidrio aplicada en las dos superficies de la pared y en una muestra con dos capas de malla de fibra de vidrio situadas dentro del grosor del modelo a escala. Del presente trabajo experimental se deduce que la malla de fibra de vidrio permite un crecimiento considerable de la ductilidad del muro de tapial, mientras la resistencia se confiere a la tierra compactada. Asimismo, el refuerzo interno también demuestra una gran contribución al rendimiento de las construcciones de tapial en compresión y en tensión, aunque más trabajos experimentales deben ser realizados. En conclusión, la malla de fibra de vidrio puede considerarse una técnica de refuerzo efectiva y una prometedora opción para los edificios históricos.

La terra battuta è un’antica tecnica costruttiva presente in tutti e cinque i continenti, così come altre tecniche e costruttive in terra cruda. Attualmente circa il 30%-40% della popolazione mondiale abita in dimore in terra battuta. La diffusione della terra battuta è dovuta alla grande disponibilità delle materie prime che non richiede, peraltro, un complesso processo di lavorazione, dunque non è richiesta nemmeno una manodopera che sia particolarmente qualificata. Attualmente questa tecnica è molto apprezzata dal punto di vista della sostenibilità ambientale ed economica, per l’assenza di consumo energetico, cionondimeno per la sua economicità. La terra battuta è caratterizzata da una buona resistenza a compressione, ma da una bassa resistenza a trazione. Quest’ultima è spesso la causa di grossi danni e collassi in caso di sisma, poiché la diffusione di questa tecnica costruttiva spesso coincide non zone ad rischio sismico. Lo scopo del presente lavoro è di valutare l’efficacia di maglie in fibra di vetro come sistema di rinforzo antisismico in costruzioni di terra battuta esistenti, così come in quelle di nuova produzione. A tal fine prove di resistenza a taglio e compressione sono state effettuate su tre modelli di muro in scala ridotta: uno non rinforzato di riferimento, un provino rinforzato da due maglie in fibra di vetro applicate sulle due superfici del muretto, un provino rinforzato con due strati posti all’interno dello spessore del provino stesso. Dal presente lavoro sperimentale è emerso che le maglie in fibra di vetro permettono di aumentare notevolmente la duttilità, mentre la resistenza è affidata alla terra compatta. Inoltre il rinforzo interno contribuisce notevolmente al buon comportamento delle costruzioni in terra battuta in compressione e tensione, nonostante siano necessari ulteriori studi sperimentali In conclusione le maglie in fibra di vetro possono essere considerate una valida alternativa come sistema di rinforzo per costruzioni storiche in terra battuta.