Investigation on the use of discrete element code for masonry structures analysis

Masonry structures exhibit complex behaviours, making it difficult to study and assess them. The wide variety of masonry typologies prevents an easy characterisation of both the geometrical and mechanical properties. While many approaches exist to assess a construction's safety, only a few are specifically tailored for masonry. In particular, intrinsic non-linearity is not always accounted for. To resolve this issue, the discrete element method allows crack propagation with full separations of the blocks and the continuation in the large displacement field. This approach is suitable for media governed by discontinuities, such as masonry. However, its application mainly remains limited to research. Knowledge indeed still lacks in its capability and limits. In this work, three applications of this method are carried out with the code UDEC: the analysis of masonry panels subjected to settlement, the pushover analysis of masonry walls and the study of small-sample experimental tests through detailed micro-modelling. In each situation, the code has proven to catch the important aspects of the response. However, the results are highly dependent on the modelling choices. The results interpretation is also less evident than for other methods, preventing a broader public to adopt the code. One of the main advantages of the method is the capacity to follow the crack propagation which is useful to understand the failure mechanism.

Le strutture in muratura mostrano comportamenti complessi, rendendole difficili da studiare e valutare. L'ampia varietà di tipologie murarie impedisce una facile caratterizzazione delle proprietà sia geometriche che meccaniche. Esistono molti approcci per valutare la sicurezza delle costruzioni, ma pochi sono studiati appositamente per la muratura. In particolare, non sempre si tiene conto della non linearità intrinseca. Per risolvere questo problema, il metodo degli elementi discreti consente la propagazione delle cricche e la completa separazione dei blocchi e la continuazione nel campo dei grandi spostamenti. Questo approccio è adatto per i media governati da discontinuità, come la muratura. Tuttavia, la sua applicazione rimane principalmente nel quadro della ricerca. In particolare, la conoscenza è ancora priva di capacità e limiti. In questo lavoro si realizzano tre applicazioni di tale metodo con il codice UDEC: l'analisi di pannelli in muratura soggetti a cedimenti, l'analisi pushover di pareti in muratura e lo studio di prove sperimentali su piccoli campioni mediante micromodellazione di dettaglio. In ogni situazione, il codice ha dimostrato di essere in grado di cogliere gli aspetti importanti della risposta. Tuttavia, i risultati dipendono fortemente dalle scelte di modellazione. L'interpretazione dei risultati è anche meno evidente rispetto ad altri metodi, impedendo l'adozione del codice da parte di un pubblico più ampio. Uno dei principali vantaggi è la capacità di seguire la propagazione della cricca che è davvero utile per comprendere il meccanismo di rottura.