A Numerical study of masonry cracks Part II

Abstract

Brick walls of ceramic without any mortar covering or paint are used extensively in building façades in Spain. One of the most used masonry wall system is based on non-bearing panels partially supported, about two thirds of the brick width, over the edge beams of the structural skeleton. The edge beam is veneered with special thinner bricks to achieve the visual continuity of the façade. A considerable number of these walls show cracking. In a previous work, finite element simulations were performed in order to gain insight on the causes of cracking. A special finite element, based on the strong discontinuity analysis and the cohesive crack theory is used in the numerical simulations. The results agree with the overall cracking patterns observed but if an imposed displacement is applied in the range allowed by the standards, extensive cracking occurs. This implies that the design displacements are not the actual ones. In this work, an elastic study using the principle of superposition is used to determine the effective deflections under service loading. Then these deflections are applied to the structure and the evolution of cracking is studied. This study shows that the masonry panels of the first and last store have the major probability of cracking. Another parametric study is carried out changing the elastic and tensile properties of the masonry. This study shows that although the cracking of the masonry panels starts at different loads for different tensile properties, the crack patterns are similar for a given panel geometry and loading. This numerical study provides a method of design to determine the crack width for different geometries, loadings and fracture properties. - Las paredes de ladrillo visto de cerámica se utilizan extensivamente en fachadas de edificios en España. Uno de los sistemas más usados de edificación se basa en los paneles apoyados parcialmente, cerca de dos tercios de la anchura del ladrillo, sobre las vigas del borde del esqueleto de la estructural. Las vigas del borde se cubren con ladrillos de tamaño especial para alcanzar la continuidad visual de la fachada. Un número considerable de estas paredes demuestra agrietamiento. En un trabajo anterior, se realizaron simulaciones con elementos finitos para estudiar los problemas de agrietamiento de las fachadas de ladrillo visto. Un elemento finito especial, basado en el análisis de la discontinuidad fuerte y la teoría de la fisura cohesiva se utiliza en las simulaciones numéricas. Los resultados coinciden en general con los patrones de agrietamiento observados, pero si se aplica un desplazamiento impuesto con los valores máximos que permiten las normas, aparecen muchas grietas. Esto implica que los desplazamientos de calculo no son los reales. En este trabajo, se utiliza un estudio elástico basado en el principio de la superposición para determinar las flechas eficaces bajo la carga máxima de servicio. Luego, estas flechas se aplican a las vigas de cada panel por separado y se estudia la evolución del agrietamiento. Este estudio demuestra que los paneles de ladrillo del primero y el ultimo pisos tienen la probabilidad mas alta de agrietarse. Se realiza otro estudio paramétrico cambiando las características elásticas y la resistencia a tracción. Este estudio demuestra que aunque el agrietamiento de los paneles comienza a distintas cargas al cambiar las características de los paneles, los patrones de agrietamiento son similares para una geometría y tipo de carga dados. Este estudio numérico proporciona un método de diseño para controlar la anchura de la grieta para las diversas geometrías, cargas y características de fractura.