Studying boundary elements’ behavior using masonry walls built with high-resistance bricks

Estudio del comportamiento de elementos de borde en la mampostería estructural con ladrillos de alta resistencia

This research was aimed at studying the behavior of masonry walls built with and without boundary elements at both ends when subjected to monotonic and cyclic lateral loads. The walls were designed to have the greatest resistance, following NSR-98 recommendations (normas Colombianas de diseño y construcción sismo resistente), except for shear reinforcement. XTRACT software was used for finding axial load cf bending moment and curvature cf bending moment curves. One monotonic test and two cyclic tests were performed for each type of wall.

Experimental results from the walls’ lateral load cf displacement curves were used for determining their ability to dissipate energy on an inelastic range (“R” force-reduction factor for seismic loads) and displacement and curvature malleability. It was found that walls built without boundary elements suffered shear failure with cracks in a stepped configuration along the bricks’ edge. The type of failure for walls built with boundary elements was shear failure in the central panel with cracks in a stepped configuration, in addition to compression failure at the edge of the boundary elements with vertical cracks on the lower part of the wall and at the contact between the wall and the boundary element. Comparison with two other studies carried out at the Universidad Nacional showed similar cyclic behavior, regardless of the clay brick’s strength. The “R” values obtained for both types of walls were lower than the recommended values given by NSR-98. It was determined that walls having boundary element have greater displacement malleability than walls without boundary elements.

Esta investigación tuvo por objeto estudiar el comportamiento de muros de mampostería estructural construidos con elementos de borde en ambos extremos, y sin ningún elemento de borde, al ser solicitados ante cargas laterales monotónicas y cíclicas. Los muros se diseñaron por resistencia última, siguiendo las recomendaciones de las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente NSR-98 con la excepción del refuerzo a corte. Se encontraron también las curvas capacidad carga axial-momento flector y curvas momento-curvatura, empleando el software XTRACT. Por cada tipo de muro se realizaron un ensayo monotónico y dos cíclicos. Con los ensayos de los muros y a partir de las curvas de carga lateral-desplazamiento se determinó la capacidad de disipación de energía en el rango inelástico (factor de reducción de fuerzas sísmicas R) y la ductilidad de desplazamiento y curvatura. En los ensayos se halló que las fallas presentadas en los muros sin elementos de borde fueron por corte con formación de grietas en escalerilla. Los muros con elementos de borde fallaron por cortante en el panel central con formación de grietas en escalerilla y por compresión, con presencia de grietas verticales en la parte inferior del muro y en el contacto entre el panel central y los elementos de borde. Al comparar los resultados de este estudio con otras dos investigaciones realizadas en la Universidad Nacional se encontró que el comportamiento fue similar entre todos los muros ensayados ante cargas cíclicas, sin importar la resistencia de la unidad de arcilla. Los valores obtenidos del factor R, para los dos tipos de muros ensayados fueron inferiores a los valores recomendados por la NSR-98. Los muros con elemento de borde presentaron una mayor ductilidad de desplazamiento respecto de los muros sin elementos de borde.