Hygro-thermo-mechanical analysis of masonry: experimental characterization and numerical simulations

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ramírez Álvarez de Lara, Rafael
Data de Publicação: 2023
Idioma: eng
Título da fonte: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1822/84245
Resumo: Tese de doutoramento em Civil Engineering
id RCAP_c8cd87f00adf7e59a2f22371a5f5cefb
oai_identifier_str oai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/84245
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository_id_str https://opendoar.ac.uk/repository/7160
spelling Hygro-thermo-mechanical analysis of masonry: experimental characterization and numerical simulationsAnálise higro-termo-mecânica de alvenaria: caracterização experimental e simulações numéricasAlvenariaAnálise higro-termo-mecânicaCaracterização experimentalMaterial multicamadasModelação numéricaExperimental characterizationHygro-thermo-mechanical analysisMasonryMulti-layered materialNumerical modellingEngenharia e Tecnologia::Engenharia CivilTese de doutoramento em Civil EngineeringAs construções de alvenaria espalham–se por todo o mundo, não só em estruturas históricas como também em edifícios contemporâneos. As fachadas de alvenaria constituem uma parte principal da envolvente do edifício, enquanto as paredes portantes funcionam como parte integrante do sistema estrutural. Além disso, as paredes externas estão expostas a ações ambientais que afetam a resposta estrutural e produzem degradação a longo prazo. Neste contexto, os processos higrotérmicos são de especial interesse, uma vez que podem levar a danos significativos. Portanto, a prevenção e reparação de danos relacionados com a temperatura e a humidade na alvenaria precisam de uma compreensão acurada de seu comportamento higrotérmico. Esta tese investiga o comportamento higro–termo– mecânico da alvenaria submetida a condições ambientais. A metodologia engloba a caracterização experimental, bem como simulações numéricas do transporte de calor e humidade e sua influência no desempenho mecânico da alvenaria. A investigação centra–se na alvenaria de tijolo com dois tipos de argamassa, nomeadamente de cal hidráulica natural e de cimento. Como resultado do programa experimental, um conjunto consistente de propriedades do material foi obtido e posteriormente usado para validação de modelos numéricos. Em relação às simulações numéricas, um modelo de transporte de humidade por difusividade foi usado para reproduzir os resultados experimentais de absorção e secagem. Foi demonstrado que a difusividade precisa de ser ajustada de acordo com o processo (absorção/secagem). Além disso, a interface tijolo–argamassa introduz uma resistência hidráulica para a absorção. Um modelo higrotérmico totalmente acoplado foi utilizado para simular a transferência de calor e massa em uma parede de alvenaria. O modelo higrotérmico foi alargado para incorporar efeitos mecânicos e um modelo higro–termo–mecânico acoplado unidirecionalmente foi utilizado para analisar a distribuição de tensões em elementos de alvenaria afetados por variações de temperatura e humidade. Demostrou-se que as condições higrotérmicas alteram significativamente a distribuição de tensões internas da estrutura. A investigação apresentada avança o conhecimento do comportamento higro– termo–mecânico da alvenaria e contribui para a caracterização de materiais e estruturas. A aplicação de técnicas de modelação comumente utilizadas para a análise estrutural de alvenaria oferece grandes possibilidades para o estudo de problemas de transporte de calor e humidade.Masonry constructions are spread all around the world, not only in historical structures but in new buildings as well. Masonry facades make up a fundamental part of the building envelope, whereas load–bearing walls work as an integral part of the structural system. Additionally, the external walls are usually exposed to environmental actions that affect the structural response and produce degradation in the long–term. In this context, hygrothermal processes are of special interest since they may lead to significant damage. Thus, prevention and repair of heat– and moisture–related damage in masonry requires a thorough understanding of its hygrothermal behaviour. This thesis investigates the hygro– thermo–mechanical behaviour of masonry subjected to environmental conditions. The methodology encompasses experimental characterization as well as numerical simulations of heat and moisture transport and their influence on the mechanical performance of masonry. The research focuses on brick masonry with two types of mortar, namely natural hydraulic lime and cement mortar. The experimental program included tests on constituent materials and multi–layered masonry specimens. As a result, a consistent dataset of material properties was obtained and later used for input and validation of numerical models. Regarding the numerical simulations, a diffusivity moisture transport model was used to reproduce water absorption and drying in single materials and multi–layered cases. The model was calibrated and validated against the experimental results. It was demonstrated that the diffusivity function needs to be adjusted depending on the process (wetting/drying). Moreover, the brick–mortar interface works as a hydraulic resistance for water absorption. A fully–coupled hygrothermal model was employed to simulate heat and mass transfer in a brick masonry wall. The hygrothermal model was extended to incorporate mechanical effects and a unidirectionally coupled hygro–thermo–mechanical model was used to analyse the stress distribution of masonry elements as affected by temperature and moisture loads. It was shown that the imposed hygrothermal conditions significantly change the internal stress distribution of the structure. The presented research advances our understanding of hygro–thermo–mechanical behaviour of masonry and thus contributes to the characterization of masonry materials and structures. The application of modelling strategies commonly used for the structural analysis of masonry offers great possibilities for the study of heat and moisture transport problems.My gratitude to the Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT) for their financial support through the grant agreement SFRH/BD/117114/2016.Lourenço, Paulo B.Ghiassi, BahmanPineda, PalomaUniversidade do MinhoRamírez Álvarez de Lara, Rafael2023-04-052023-04-05T00:00:00Zdoctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/84245eng101629699info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-05-11T05:07:11Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/84245Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-28T15:08:38.991194Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
dc.title.none.fl_str_mv Hygro-thermo-mechanical analysis of masonry: experimental characterization and numerical simulations
Análise higro-termo-mecânica de alvenaria: caracterização experimental e simulações numéricas
title Hygro-thermo-mechanical analysis of masonry: experimental characterization and numerical simulations
spellingShingle Hygro-thermo-mechanical analysis of masonry: experimental characterization and numerical simulations
Ramírez Álvarez de Lara, Rafael
Alvenaria
Análise higro-termo-mecânica
Caracterização experimental
Material multicamadas
Modelação numérica
Experimental characterization
Hygro-thermo-mechanical analysis
Masonry
Multi-layered material
Numerical modelling
Engenharia e Tecnologia::Engenharia Civil
title_short Hygro-thermo-mechanical analysis of masonry: experimental characterization and numerical simulations
title_full Hygro-thermo-mechanical analysis of masonry: experimental characterization and numerical simulations
title_fullStr Hygro-thermo-mechanical analysis of masonry: experimental characterization and numerical simulations
title_full_unstemmed Hygro-thermo-mechanical analysis of masonry: experimental characterization and numerical simulations
title_sort Hygro-thermo-mechanical analysis of masonry: experimental characterization and numerical simulations
author Ramírez Álvarez de Lara, Rafael
author_facet Ramírez Álvarez de Lara, Rafael
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Lourenço, Paulo B.
Ghiassi, Bahman
Pineda, Paloma
Universidade do Minho
dc.contributor.author.fl_str_mv Ramírez Álvarez de Lara, Rafael
dc.subject.por.fl_str_mv Alvenaria
Análise higro-termo-mecânica
Caracterização experimental
Material multicamadas
Modelação numérica
Experimental characterization
Hygro-thermo-mechanical analysis
Masonry
Multi-layered material
Numerical modelling
Engenharia e Tecnologia::Engenharia Civil
topic Alvenaria
Análise higro-termo-mecânica
Caracterização experimental
Material multicamadas
Modelação numérica
Experimental characterization
Hygro-thermo-mechanical analysis
Masonry
Multi-layered material
Numerical modelling
Engenharia e Tecnologia::Engenharia Civil
description Tese de doutoramento em Civil Engineering
publishDate 2023
dc.date.none.fl_str_mv 2023-04-05
2023-04-05T00:00:00Z
dc.type.driver.fl_str_mv doctoral thesis
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/1822/84245
url https://hdl.handle.net/1822/84245
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv 101629699
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron:RCAAP
instname_str FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
collection Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository.name.fl_str_mv Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
repository.mail.fl_str_mv info@rcaap.pt
_version_ 1833595124897021952

Registros relacionados