Digital image correlation for shear testing of masonry

Abstract

La mamposteria és un dels mètodes de construcció més antics que encara s'utilitzen arreu del món. Aquesta tècnica de construcció implica la combinació de dos components diferents: unitats de mamposteria i un aglutinant, i les unitats es col·loquen en sec o s'uneixen entre si. L'ús extensiu de la mamposteria al llarg de la història es deu a la disponibilitat abundant de materials naturals i a la senzillesa dels seus mètodes de construcció. Aquesta versatilitat ha fet que la mamposteria sigui intemporal i adaptable, adequada tant per a dissenys ordinaris com innovadors.

Una part important dels edificis existents al món està formada per estructures portants de mamposteria. Molts d'aquests edificis són patrimoni cultural o tenen valor arquitectònic i poden estar situats en zones sísmiques actives. Per tant, comprendre el comportament a tallant de la mamposteria és essencial per avaluar-ne la integritat estructural i la conservació.

Entre les diverses unitats de mamposteria disponibles, aquesta tesi es centra en la caracterització al tall de la mamposteria construïda amb maons perforats. Aquests maons s'utilitzen comunament en la construcció contemporània a causa de beneficis com la reducció de pes, la millora de la resistència al foc, la millora de l'aïllament tèrmic i acústic, i la reducció del carboni incorporat. Tanmateix, el comportament experimental de la mamposteria de maó vist segueix estant poc investigat.

Aquesta tesi té com a objectiu investigar el comportament de la mamposteria construïda amb maons perforats vistos, analitzant el seu comportament sota esforç tallant. Els resultats identificaran els modes de fallada mitjançant Correlació Digital d’Imatges (DIC), i es caracteritzarà la resistència al tall segons els estàndards europeus. Els resultats determinaran la cohesió i el coeficient de fricció d'aquest tipus de mamposteria, per comprendre millor el comportament de la mamposteria sota accions en el pla.

La mampostería es uno de los métodos de construcción más antiguos que se siguen utilizando en todo el mundo. Esta técnica de construcción implica la combinación de dos componentes distintos: unidades de mampostería y un aglutinante, y las unidades se colocan en seco o unidas entre sí. El amplio uso de la mampostería a lo largo de la historia se debe a la abundante disponibilidad de materiales naturales y a la sencillez de sus métodos de construcción. La versatilidad de la mampostería hace que sea adecuada tanto para diseños ordinarios como innovadores.

Una parte importante de los edificios existentes en el mundo está formada por estructuras portantes de mampostería. Muchos de estos edificios son patrimonio cultural o tienen valor arquitectónico y pueden estar situados en zonas sísmicamente activas. Por lo tanto, comprender el comportamiento a cortante de la mampostería es esencial para evaluar su integridad estructural y su conservación.

Entre las diversas unidades de mampostería disponibles, esta tesis se centra en la caracterización a cortante de la mampostería construida con ladrillos perforados. Estos ladrillos se utilizan comúnmente en la edificación moderna debido a ventajas tales como la reducción de peso, la mejora de la resistencia al fuego, la mejora del aislamiento térmico y acústico, y la reducción del carbono incorporado. Sin embargo, el comportamiento experimental de la mampostería de ladrillo visto sigue estando poco investigado.

Esta tesis tiene como objetivo investigar el comportamiento de la mampostería construida con ladrillos perforados vistos, analizando su comportamiento bajo esfuerzo cortante. Los resultados identificarán los modos de fallo mediante Correlación Digital de Imágenes (DIC), y se caracterizará la resistencia a cortante según los estándares europeos. Los resultados determinarán la cohesión y el coeficiente de fricción de este tipo de mampostería, para comprender mejor el comportamiento de la mamostería bajo acciones en el plano.

Masonry is one of the oldest construction methods still used worldwide. This construction technique involves the combination of two distinct components: masonry units and a binder, with the units either laid dry or bound together. The extensive use of masonry throughout history is driven by the abundant availability of natural materials and the simplicity of its construction methods. This versatility has made masonry timeless and adaptable, suitable for both ordinary and innovative designs.

A significant amount of the world’s existing buildings consist of load-bearing masonry structures. Many of these buildings possess cultural heritage or architectural value and may be located in seismically active areas. Therefore, understanding the shear behavior of masonry is essential for assessing their structural integrity and preservation.

Among the various available masonry units, this thesis focuses on the shear characterization of masonry constructed with perforated bricks. These are commonly used in contemporary construction due to advantages such as reduced weight, enhanced fire resistance, improved thermal and acoustic insulation, and lower embodied carbon. However, the experimental performance of exposed brick masonry remains under-researched.

This thesis aims to research on the behavior of masonry constructed with exposed perforated bricks, analyzing their behavior under shear stress. The results will identify failure modes using Digital Image Correlation (DIC), and the shear strength will be characterized according to European standards. The findings will determine the cohesion and friction coefficient of this type of masonry, to better understand the masonry's performance under in-plane actions.