Estudio experimental del comportamiento de paredes de obra de fábrica de ladrillo ante la acción de cargas laterales

Abstract

Las construcciones de estructura portante a base de paredes de carga de obra de fábrica de ladrillo o piedra reciben una atención investigadora creciente debido a su importancia como parte del parque edificado existente. Gran parte del parque edificado de nuestras ciudades, incluyendo gran cantidad del patrimonio histórico, está formado por construcciones basadas en este tipo estructural. La seguridad real de tales construcciones, especialmente ante acciones horizontales, constituye un motivo creciente de preocupación en aquellas zonas susceptibles de experimentar tales efectos. Actualmente se posee un mayor conocimiento del hormigón y el acero y por el contrario, un conocimiento muy escaso de la obra de fábrica, a pesar de que su uso como elemento fundamental de la construcción se remonte a épocas antiguas, y se haya mantenido hasta hace pocas décadas como principal material estructural utilizado en la construcción de edificios. <br/><br/>Por este motivo el objetivo principal de esta tesis es el de caracterizar experimentalmente los aspectos fundamentales de la respuesta resistente de sistemas estructurales formados por paredes de carga de obra de fabrica de ladrillo bajo acciones horizontales. Es también parte de esta investigación el estudio de la viabilidad del análisis experimental de paredes de obra de fábrica de ladrillo a escala reducida. <br/><br/>Para alcanzar los objetivos planteados un extenso número de campañas experimentales sobre paredes a escala real y reducida, como también sobre modelos de edificios con estructura a base de paredes de carga permitieron estudiar la respuesta bajo la acción de cargas horizontales.<br/><br/>Se desarrollaron cinco campañas experimentales sobre paredes de obra de fábrica de ladrillo a escala real y reducida (1:4) bajo estados no uniforme de tensión correspondientes a una primera fase experimental. Cada una de las campañas se dividió en tres etapas principales. En primer lugar se realizaron ensayos sobre los elementos, donde se caracterizan los materiales (ladrillo y mortero), resistencia a compresión (fb, fm), la resistencia a tracción del ladrillo (ttb) obtenida de forma indirecta mediante ensayo a flexión (fxb) y la resistencia a flexión del mortero (fxm). En segundo lugar se realizaron ensayos sobre pequeños ensamblajes mediante probetas constituidas por ensamblajes simples donde se estudia el comportamiento en conjunto de los elementos que conforman la obra de fábrica de ladrillo, ensayos uniaxial de corte, ensayo biaxial de corte y ensayos a compresión. Por ultimo ensayos sobre grandes ensamblajes, donde cinco campañas sobre muros simples a escala real y reducida (1:4) se sometieron a diferentes combinaciones de carga biaxial hasta la rotura.<br/><br/>Como segunda fase experimental, tres campañas sobre un mismo número de edificios a escala reducida (1:4) fueron desarrolladas. La estructura portante de los modelos son una simplificación de un edificio de referencia de dos y tres niveles de altura, propia de la ampliación de muchas ciudades europeas entre finales del siglo XIX y mediados del XX. Dichos modelos siguen la típica distribución de muro central y planta limitada por muros de fachada, típico de los ensanches de ciudades europeas.<br/><br/>Con el estudio en conjunto de las campañas experimentales ha sido posible contribuir a la caracterización experimental de la respuesta resistente de sistemas estructurales formados por paredes de carga de obra de fábrica de ladrillo bajo la acción de cargas horizontales. Como resultado de dicho estudio se propone un método de cálculo simple para predecir el mecanismo de rotura y la carga ultima cuando las paredes forman parte de la estructura portante de un edificio sometido a carga horizontal. <br/><br/>Además se propone una metodología para el desarrollo de ensayos de paredes de obra de fábrica a escala reducida.<br/><br/>Como aspecto complementario, se propone un criterio para determinar la resistencia a compresión de la fábrica, teniendo en cuenta la esbeltez de la probeta.

Structural supports' constructions bearing walls, brick - built or stone masonry, are receiving an increasing attention from the researchers, due to its importance as a part of the whole building. This applies to most buildings in our towns, as well as to a large part of our historical patrimony which was built by using the same structural constructions' building model. The effective valuation of those buildings subjected to horizontal loads is a fundamental task in safety. This situation represents an increasing matter of concern, mostly in all sensitive areas in which such effects can be seen and tested. Nowadays we have a better knowledge on concrete and steel but, on the other hand, we do not know much about masonry, even if it has been the main element of construction since ancient ages. This was the main structural material used to construct buildings until few decades ago.<br/><br/>The main purpose of this thesis is focused on characterizing in an experimental way the most important aspects of the structural systems' response, brick - built masonry bearing walls, subjected to horizontal loads. This investigation also includes a study on brick-built masonry's viable experimental analysis in a scale model.<br/><br/>In order to reach the goals, experimental research programs were leaded in full and scale models, as well as building models with bearing walls structures allowed us to understand the response subjected to horizontal loads.<br/><br/>Five experimental research programs dealing with masonry walls brick - built, by using both full scale and scale models (1:4), took place under non uniform stress states corresponding to the first experimental phase. Each program has been divided into three main parts. In the first one shear tests were made on all elements characterizing the materials (brick and mortar), compressive strength (fb, fm), brick tensile strength, (ttb) acquired through flexural strength test, and flexural strength of mortar (fxm). Then, shear test were developed through specimen on small assemblies in which it was studied the ensemble of elements constituting the masonry, uniaxial shear tests, biaxial shear tests and compressive tests. In the last part were developed five research programs on big assemblies whose topics were simple walls in full and scale model