Finite element micro-modelling of unreinforced masonry walls under diagonal compression

While masonry structures are widely used due to their durability, their heterogeneous nature presents significant challenges for computational structural analysis. Following a literature review on numerical modelling of masonry, this study presents a three-dimensional finite element investigation of a masonry wall subjected to diagonal compression using a detailed micro-modeling approach in ABAQUS. To accurately capture the complete failure mechanism, a combined continuum and interface damage strategy is adopted. The Concrete Damaged Plasticity (CDP) model is applied to both brick units and mortar joints to simulate tensile cracking and compressive crushing, while a surface-based cohesive formulation governs the interfacial behavior. This combination enables a realistic interaction between internal material degradation and progressive interface debonding. Using the ABAQUS Explicit solver, the simulation reproduces the nonlinear response, stress redistribution, and load-transfer mechanisms inherent to English bond masonry. The results indicate that macroscopic brittle failure is predominantly governed by localized damage initiation and sliding at the brick–mortar interfaces, leading to diagonal crack propagation. A parametric study on the cohesive interface stiffness demonstrates a significant influence on the global load–displacement behavior and damage localization. Future work will focus on systematic calibration of the model parameters to accurately represent the mechanical behavior of brick units and mortar, thereby enhancing predictive capabilities for unreinforced masonry under complex loading conditions.

Sebbene le strutture in muratura siano ampiamente utilizzate per la loro durabilità, la loro natura eterogenea presenta sfide significative per l'analisi strutturale computazionale. A seguito di una revisione della letteratura sulla modellazione numerica della muratura, questo studio presenta un’analisi tridimensionale agli elementi finiti di una parete in muratura soggetta a compressione diagonale, utilizzando un approccio di micro-modellazione dettagliata in ABAQUS. Per cogliere accuratamente il meccanismo di rottura completo, viene adottata una strategia combinata di danno del continuo e dell’interfaccia. Il modello Concrete Damaged Plasticity (CDP) viene applicato sia alle unità in laterizio sia ai giunti di malta per simulare la fessurazione a trazione e lo schiacciamento a compressione, mentre una formulazione coesiva basata sulle superfici regola il comportamento interfaciale. Questa combinazione consente un’interazione realistica tra il degrado interno del materiale e il progressivo scollamento dell’interfaccia. Utilizzando il solutore ABAQUS Explicit, la simulazione riproduce la risposta non lineare, la ridistribuzione delle tensioni e i meccanismi di trasferimento del carico tipici della muratura con tessitura inglese (English bond). I risultati indicano che la rottura fragile a livello macroscopico è prevalentemente governata dall’innesco di danno localizzato e dallo scorrimento alle interfacce mattone–malta, portando alla propagazione di fessure diagonali. Uno studio parametrico sulla rigidezza dell’interfaccia coesiva dimostra un’influenza significativa sulla risposta globale carico–spostamento e sulla localizzazione del danno. Gli sviluppi futuri si concentreranno su una calibrazione sistematica dei parametri costitutivi per rappresentare accuratamente il comportamento meccanico di mattoni e malta, migliorando le capacità predittive del modello per la muratura non armata in condizioni di carico complesse.