Este trabalho apresenta uma análise teórico-experimental do comportamento de juntas de argamassa solicitadas à compressão, usando para preenchimento da junta materiais comercialmente disponíveis e almofada de apoio de argamassa flexível, com o objetivo de propor recomendações de projeto que caracterizem a deformabilidade e a resistência da junta, visando um melhor aproveitamento da capacidade resistente do sistema pré-moldado. Inicialmente foi feito um levantamento bibliográfico sobre os principais parâmetros que influenciam o comportamento da junta e, posteriormente, foram realizadas algumas simulações numéricas utilizando-se o programa ANSYS 5.5.1. Em seguida, desenvolveu-se um programa experimental cujas variáveis foram: a espessura da camada de argamassa, a resistência do elemento pré-moldado e da argamassa, o material de preenchimento da junta, a presença de armadura de reforço na região adjacente à ligação e a rugosidade na superfície do elemento. Os resultados obtidos mostraram que a espessura de 20mm seria a mais indicada, pois, além de minimizar o efeito de descontinuidade provocado pela presença da junta, melhora o controle da uniformidade da espessura e o aparecimento de vazios. Observou-se também que o uso de concreto de alta resistência no elemento pré-moldado faz com que as tensões de fendilhamento tenham maior importância. Para um maior aproveitamento da capacidade resistente do sistema, o material de preenchimento também deve ser de alta resistência. Dos diversos materiais usados para o preenchimento da junta, a argamassa do tipo “Dry Pack" foi a que ofereceu melhores condições de execução. Além de proporcionar total aproveitamento da capacidade resistente do sistema, diminuiu a deformabilidade da junta e, conseqüentemente, a fissuração / In this thesis a theoretical-experimental analysis of the compression mortar joints behavior is presented. The joints were produced with commercially available materials and flexible support cushion. The purpose of this research was to obtain design recommendations that characterize the deformability and the strength of the joints, in order to have a better use of the precast system bearing capacity. Previous studies of this problem showed the main parameters related to the joint behavior and numerical simulations were carried out using ANSYS 5.5.1. An experimental program was developed considering as variables the thickness of the mortar layer, the strength of the precast concrete element and of the mortar, the joint material, the additional reinforcement in the connection area and the roughness of the element surface. The results showed that a 20mm thickness is most suitable, because besides minimizing the discontinuity effects, it improves the control of the uniformity of the thickness as well as the air retained in the joint. It was also observed that using high strength concrete precast elements the splitting stresses becomes more important. For a larger use of the bearing capacity of the system, the joint material should also be of high strength. The use of a "Dry Pack" mortar offered better execution conditions, improving the bearing capacity of the system, with less deformability as well as cracking

Este trabalho apresenta uma análise teórico-experimental do comportamento de juntas de argamassa solicitadas à compressão, usando para preenchimento da junta materiais comercialmente disponíveis e almofada de apoio de argamassa flexível, com o objetivo de propor recomendações de projeto que caracterizem a deformabilidade e a resistência da junta, visando um melhor aproveitamento da capacidade resistente do sistema pré-moldado. Inicialmente foi feito um levantamento bibliográfico sobre os principais parâmetros que influenciam o comportamento da junta e, posteriormente, foram realizadas algumas simulações numéricas utilizando-se o programa ANSYS 5.5.1. Em seguida, desenvolveu-se um programa experimental cujas variáveis foram: a espessura da camada de argamassa, a resistência do elemento pré-moldado e da argamassa, o material de preenchimento da junta, a presença de armadura de reforço na região adjacente à ligação e a rugosidade na superfície do elemento. Os resultados obtidos mostraram que a espessura de 20mm seria a mais indicada, pois, além de minimizar o efeito de descontinuidade provocado pela presença da junta, melhora o controle da uniformidade da espessura e o aparecimento de vazios. Observou-se também que o uso de concreto de alta resistência no elemento pré-moldado faz com que as tensões de fendilhamento tenham maior importância. Para um maior aproveitamento da capacidade resistente do sistema, o material de preenchimento também deve ser de alta resistência. Dos diversos materiais usados para o preenchimento da junta, a argamassa do tipo “Dry Pack” foi a que ofereceu melhores condições de execução. Além de proporcionar total aproveitamento da capacidade resistente do sistema, diminuiu a deformabilidade da junta e, conseqüentemente, a fissuração / In this thesis a theoretical-experimental analysis of the compression mortar joints behavior is presented. The joints were produced with commercially available materials and flexible support cushion. The purpose of this research was to obtain design recommendations that characterize the deformability and the strength of the joints, in order to have a better use of the precast system bearing capacity. Previous studies of this problem showed the main parameters related to the joint behavior and numerical simulations were carried out using ANSYS 5.5.1. An experimental program was developed considering as variables the thickness of the mortar layer, the strength of the precast concrete element and of the mortar, the joint material, the additional reinforcement in the connection area and the roughness of the element surface. The results showed that a 20mm thickness is most suitable, because besides minimizing the discontinuity effects, it improves the control of the uniformity of the thickness as well as the air retained in the joint. It was also observed that using high strength concrete precast elements the splitting stresses becomes more important. For a larger use of the bearing capacity of the system, the joint material should also be of high strength. The use of a "Dry Pack" mortar offered better execution conditions, improving the bearing capacity of the system, with less deformability as well as cracking

Este trabalho apresenta um novo modelo numérico para simulação de juntas de argamassa em estruturas de alvenaria no plano via método dos elementos finitos. Neste modelo, blocos de alvenaria e juntas de argamassa são representados separadamente. Elementos finitos com alta razão de aspecto são utilizados para representar as juntas de argamassa e são inseridos na malha de elementos finitos através de uma técnica de fragmentação de malha. A principal vantagem desta técnica consiste na utilização de modelos constitutivos contínuos para representar regiões descontínuas, uma vez que seu campo de deformações quando a altura do elemento de interface tende a zero é semelhante ao apresentado pela abordagem de aproximação contínua de descontinuidades fortes. Um modelo constitutivo contínuo baseado na mecânica do dano foi desenvolvido para representar o comportamento dos elementos de interface. Este modelo consegue representar a abertura e fechamento de fraturas, bem como o efeito de atrito em função da tensão de confinamento nas interfaces. Como o objetivo deste trabalho consiste na simulação da formação e propagação de fraturas ao longo das juntas de argamassa, comportamento elástico linear foi atribuindo aos elementos triangulares de três nós utilizados na discretização dos blocos de alvenaria. Vários exemplos numéricos são apresentados. Inicialmente, testes básicos são realizados para demonstrar as principais características do modelo quando submetido a carregamentos de tração, compressão e cisalhamento. Posteriormente, estruturas de alvenaria submetidas a carregamentos estáticos são analisadas e os resultados comparados com as respostas experimentais a fim de validar o modelo proposto. A técnica proposta se mostrou bastante promissora para simulação da formação e propagação de fratura em juntas de argamassa de estruturas de alvenaria. / This work presents a novel numerical model to simulate the failure process in masonry structures subjected to static loads via finite element method. Brick and mortar joints are modeled separately with their own constitutive equations. Interface finite element with high aspect ratio are used to simulate the mortar interface and inserted by the mesh fragmentation technique. The main advantage of this strategy is supported by the fact that, as the aspect ratio of a standard low-order solid finite element increases, the element strains also increase, approaching the same kinematics as the Continuum Strong Discontinuity Approach. A constitutive model was developed, based on the continuum damage mechanics, in order to represent the behavior of the interface finite elements. This model is able to simulate the creation and propagation of cracks, as well as, the frictional effects in dependence on stress confinement on the interfaces. Furthermore, as the objective of this work aims to simulate the failure in the mortar joints, the brick elements are assumed as linear elastic material. Three node standard triangular finite element are used to represent the bricks. Several numerical models are carried out. Initially, basics tests are show in order to demonstrate the main characteristics of the proposed model subjected to tensile, compression and shear loads. Subsequently, masonry structures are subjected to static loads are analyzed and the results compared with the experimental responses in order to validate the proposed model. This technique proved to be very promising for the simulation of failure onset and propagation in mortar joints of masonry structures.

Este trabalho apresenta um novo modelo numérico para simulação de juntas de argamassa em estruturas de alvenaria no plano via método dos elementos finitos. Neste modelo, blocos de alvenaria e juntas de argamassa são representados separadamente. Elementos finitos com alta razão de aspecto são utilizados para representar as juntas de argamassa e são inseridos na malha de elementos finitos através de uma técnica de fragmentação de malha. A principal vantagem desta técnica consiste na utilização de modelos constitutivos contínuos para representar regiões descontínuas, uma vez que seu campo de deformações quando a altura do elemento de interface tende a zero é semelhante ao apresentado pela abordagem de aproximação contínua de descontinuidades fortes. Um modelo constitutivo contínuo baseado na mecânica do dano foi desenvolvido para representar o comportamento dos elementos de interface. Este modelo consegue representar a abertura e fechamento de fraturas, bem como o efeito de atrito em função da tensão de confinamento nas interfaces. Como o objetivo deste trabalho consiste na simulação da formação e propagação de fraturas ao longo das juntas de argamassa, comportamento elástico linear foi atribuindo aos elementos triangulares de três nós utilizados na discretização dos blocos de alvenaria. Vários exemplos numéricos são apresentados. Inicialmente, testes básicos são realizados para demonstrar as principais características do modelo quando submetido a carregamentos de tração, compressão e cisalhamento. Posteriormente, estruturas de alvenaria submetidas a carregamentos estáticos são analisadas e os resultados comparados com as respostas experimentais a fim de validar o modelo proposto. A técnica proposta se mostrou bastante promissora para simulação da formação e propagação de fratura em juntas de argamassa de estruturas de alvenaria. / This work presents a novel numerical model to simulate the failure process in masonry structures subjected to static loads via finite element method. Brick and mortar joints are modeled separately with their own constitutive equations. Interface finite element with high aspect ratio are used to simulate the mortar interface and inserted by the mesh fragmentation technique. The main advantage of this strategy is supported by the fact that, as the aspect ratio of a standard low-order solid finite element increases, the element strains also increase, approaching the same kinematics as the Continuum Strong Discontinuity Approach. A constitutive model was developed, based on the continuum damage mechanics, in order to represent the behavior of the interface finite elements. This model is able to simulate the creation and propagation of cracks, as well as, the frictional effects in dependence on stress confinement on the interfaces. Furthermore, as the objective of this work aims to simulate the failure in the mortar joints, the brick elements are assumed as linear elastic material. Three node standard triangular finite element are used to represent the bricks. Several numerical models are carried out. Initially, basics tests are show in order to demonstrate the main characteristics of the proposed model subjected to tensile, compression and shear loads. Subsequently, masonry structures are subjected to static loads are analyzed and the results compared with the experimental responses in order to validate the proposed model. This technique proved to be very promising for the simulation of failure onset and propagation in mortar joints of masonry structures.

Bien que la maçonnerie en pierre soit une technique de construction ancestrale,le comportement mécanique de ce type de construction reste encore aujourd’hui méconnu.En conséquence, la réglementation concernant ces ouvrages est restrictive et considèredes marges de sécurité importantes, qui conduisent à un surdimensionnement de cetype de structure. Ce projet de recherche vise à développer un code de calcul adapté à l’étudede structures maçonnées, utilisable en bureau d’études afin d’aider les ingénieurs qui nepossèdent pas d’outils adaptés aux ouvrages maçonnés sur lesquels s’appuyer.Le logiciel de calcul aux éléments discrets LMGC90 a été choisi pour sa capacité à représenterle caractère discontinu de la maçonnerie. Une loi d’interface cohésive enmode mixte (I+II) aété mise au point afin de prendre en compte l’endommagement progressif et la dissipationd’énergie associés au comportement quasi-fragile des joints de mortier. Un protocole expérimentalpermettant d’estimer l’ensemble des paramètres cohésifs et frictionnels des jointsde mortier a également été mis au point.Le modèle numérique proposé est confronté à deux essais expérimentaux menés sur desmurs sollicités en cisaillement sous deux conditions aux limites différentes. L’analyse desrésultats obtenusmet en avant l’insuffisance de la loi deMode II proposée à décrire précisémentle comportement en cisaillement dans certains cas. Des voies d’amélioration concernantla modélisation sont donc proposées, comprenant notamment l’étude précise du couplageentre l’endommagement (comportement cohésif) et le comportement frictionnel desjoints sollicités en cisaillement. / Stone masonry is an age-old constructive technique, nevertheless the mechnicalbehavior of this type of construction is still misunderstood. Consequently, standardsfor masonry structural design are very conservative and overestimate design of this kind ofstructures. Moreover, engineers cannot rely on suitable design code to assess masonry buildings.This research project aims to develop a design code suitable for structural masonrydesign to help engineers.Discrete element code LMGC90 was picked for its capacity to take into account masonrydiscontinuities. A mixed mode I+II cohesive interface law is established in order to considerprogressive damage and energy dissipation associated to quasi-brittle behaviour of mortarjoints. An experimental procedure was also carried out to estimate the whole cohesive andfrictional parameters ofmortar joints.The proposed numerical model is confronted to two experimental tests on shear masonrywalls under two different boundary conditions. The results of the analysis shows that thedeveloped model fails at reproducing precisely the shear behaviour especially when the normalstress to the joint strongly increses during the test. Thus we discuss on the Mode II law,and more specifically on the separation of frictional and cohesive behaviours which must beresponsible for the deficient results.