Validation of a new detailed micro-modelling approach for simulating the in-plane local failure mechanisms of unreinforced masonry elements

Masonry is one the most employed building materials and there is a large population of existing and historical unreinforced masonry constructions in earthquake prone regions all over the world. Their structural capacity, as well as type and magnitude of both local and global failure modes, can be significantly influenced by a wide range of factors, such as mechanical properties, boundary conditions, vertical overburden, aspect ratio and bond pattern. Amongst other aspects, as shown by several experimental campaigns and post-earthquake in-situ surveys, the in-plane lateral strength of masonry components plays an essential role, once the out-of-plane brittle collapse of unreinforced masonry elements is prevented. Indeed, the experimental, analytical and numerical associated investigations still represent a current research topic. Since a great variability in their in-plane response is usually observed during experiments, and because only a limited number of specimens can be tested, advanced micro-modelling discrete methods, able to take into account explicitly the mechanical interaction between mortar and units, can be extremely useful. Although an adequate degree of accuracy can be reached, the main drawback is that a relevant computational burden is often required. In this work, in order to balance their potentialities with the efficiency of equivalent frame approach, a preliminary validation of a new detailed micro-modelling method for simulating the in-plane local mechanisms is proposed. For this purpose the mechanical properties at joint level were calibrated by replicating several characterisation tests and consequently employed for predicting both failure mode and ultimate capacity of full scale unreinforced masonry specimens.

Validazione di un nuovo approccio di micro-modellazione per la simulazione di meccanismi locali nel piano per elementi in muratura non armata. Le costruzioni in muratura sono estremamente diffuse in tutto il mondo, anche in zone sismicità elevata. Le prestazioni strutturali di tali elementi sono funzione di numerosi fattori, tra cui proprietà meccaniche, condizioni al contorno, livelli di compressione verticale, snellezza e tessitura muraria. I meccanismi di danno locali e globali, sia nel piano che fuori piano, sono considerevolmente influenzati da tali aspetti. In particolare, come evidenziato da molteplici campagne sperimentali e rilevamenti sul campo a seguito di eventi sismici, la resistenza alle azioni laterali nel piano di maschi murari e fasce assume un ruolo fondamentale, quando siano inibiti possibili collassi fragili fuori dal piano delle pareti ad essi ortogonali. L’analisi di dettaglio dei meccanismi locali nel piano è infatti ancora un tema di particolare attualità e rilevanza. Tra le tecniche di modellazione numerica più avanzate la micro-modellazione sta ottenendo un particolare risalto vista la possibilità di rappresentare il danneggiamento ed il collasso in modo esplicito, nonostante un onere computazionale molto elevato. Con l’obiettivo di bilanciare l’accuratezza dei metodi numerici discreti e l’efficienza dell’approccio a telaio equivalente, in questo lavoro viene proposta la validazione preliminare di una nuova metodologia di micro-modellazione di dettaglio per la simulazione di meccanismi locali nel piano. A questo scopo, le proprietà meccaniche a livello del giunto sono state calibrate considerando prove di caratterizzazione a taglio-compressione e compressione uniassiale. Tali parametri sono stati successivamente impiegati per la modellazione della risposta ciclica e monotona nel piano di elementi strutturali in muratura non armata in scala reale.