Previsione della risposta meccanica di murature a tessitura gotica

This thesis aims to the prediction of the mechanical behavior of a Flemish bond masonry, a quite common type of brickwork with one stretcher between headers, with the headers centered over the stretchers in the course below. The behavior was studied both in the linear elastic fiels and taking into account plastic strains and damage effects. Assuming Flemish bond brickwork to be a periodic, heterogeneous medium, a finite element model of a Representative Volume Element (RVE) is developed using homogenization theory. In the linear elastic field the mechanical parameters were compared with those obtained in closed-form by Taliercio in [1], while in the nonlinear field the comparison, for particular stress conditions, was made with the results obtained by Drougkas et al. [2]. To evaluate the non-linear mechanical behavior and the development of cracks in the model, the Concrete Damaged Plasticity model, implemented in the FE commercial code Abaqus, was used in order to describe the damage effects and the microscopic strenght of bricks and mortar. Assuming bricks to be weak or strong compared to mortar, the model is applied to predict the homogenized strenght of Flemish bond masonry under elementary macroscopic in-plane stresses and transvere shear in order to point out the change in macroscopic behavior of masonry with the microscopic parameters. The effect of the collar joint on the macroscopic response is pointed out by comparing the numerical results with those obtained for header bond brickwork. Under biaxial stresses, the strenght domain and the elastic limit was evaluated at different orientations of the bed joints to the maximum principal stess; the results are qualitatively compared with those reported by Page for running bond masonry [3] [4]. Eventually, the main results of the research are critically discussed and possible future perspectives of the research are outlined.

In questo elaborato si studia il comportamento meccanico di una muratura a “tessitura gotica”, caratterizzata dall’alternanza di mattoni di testa e di fascia all’interno di uno stesso corso, sia in campo elastico lineare, sia tenendo conto di fenomeni di plasticità e danneggiamento. Assumendo l’ipotesi di mezzo periodico è stato implementato un modello ad Elementi Finiti di un Volume Elementare Rappresentativo, rappresentante la muratura, successivamente studiato mediante la teoria dell’omogeneizzazione. In campo elastico lineare, al fine di validare il modello creato, i parametri meccanici valutati sono stati confrontati con quelli ottenuti dalle espressioni in forma chiusa ricavate da Taliercio [1], mentre in campo plastico il confronto è stato fatto con i risultati ottenuti da Drougkas et al. [2] per particolari stati di sollecitazione. Attraverso il modello di danno Concrete Damaged Plasticity, implementato nel codice a Elementi Finiti Abaqus, è stato possibile descrivere l’andamento del danno e delle resistenze microscopiche degli elementi componenti la muratura, con l’obiettivo di valutare il comportamento meccanico non lineare e, in particolare, la fessurazione globale del modello. Studiando il caso di mattoni deboli o resistenti, aventi rispettivamente resistenza a trazione paragonabile o molto maggiore di quella della malta, si confrontano i comportamenti e le resistenze macroscopiche ottenute per prove mono-assiali nel piano e per sforzi di taglio nel piano e trasversali, in modo tale da poter mettere in evidenza le capacità resistenti della muratura al variare dei parametri degli elementi componenti. Per sottolineare ulteriormente gli effetti del giunto di mezzeria sulle resistenze macroscopiche, si paragonano i risultati numerici con quelli ottenuti per una muratura composta da soli mattoni di testa. In campo biassiale si valuta il dominio di resistenza e il relativo limite elastico al variare dell’angolo di inclinazione artheta dei giunti di letto rispetto allo sforzo principale massimo, paragonando quanto ottenuto, in maniera qualitativa, con i risultati sperimentali di Page [3] [4] per murature a cortina. In conclusione, si commentano i risultati ottenuti in modo critico e si individuano possibili sviluppi futuri della ricerca.