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In this paper an extensive research campaign aimed to define the mechanical performance of earth block masonry panels is presented. Uniaxial compression and diagonal compression tests were performed. The test results confirmed the brittle behaviour of earth block masonry under uniaxial compressive load and showed that the failure of earth block masonry under shear load occurs by sliding of the earth blocks along the mortar joints after initial cracking in mortar joints and earth blocks. For diagonal compression test results showed that building technique practice is one of the key factors affecting the structural performances. Experimental behaviour was modelled with a non-linear model capable of describing cracking behaviour. Both micro-modelling and macro-modelling implementing isotropic or orthotropic material laws were used to assess the reliability of different modelling strategies. The model calibration was carried out by sensibility analysis of the input parameters to understand the influence of unit strength on the shear behaviour of masonry.
The paper presents an experimental program aiming at assessing the mechanical performance of rammed earth walls, namely under compression and shear loading. Axial compression and diagonal compression tests were carried out for this purpose, which allowed determining important mechanical parameters, such as compressive strength, Young's modulus, Poisson's ratio, shear strength and shear modulus. Furthermore, it allowed assessing the level of non-linear behaviour of the respective stress–strain relationships as well as the failure modes. The experimental results were then used in the calibration of numerical models (finite element method) for simulating the non-linear behaviour of rammed earth under shear loading. Both macro- and micro modelling approaches were considered for this purpose. The total strain rotating crack model was used to simulate the behaviour of the rammed earth material, while the Mohr–Coulomb failure criterion was used to simulate the behaviour of interfaces between layers. In general, the numerical models achieved good agreement with the experimental results, but uncertainties related to the definition of the input parameters required to perform a sensitivity analysis. The compressive strength, the Poisson's ratio, the tensile strength and the tensile fracture energy revealed to be the most important parameters in the analyses.
ln this paper a modelling approach is presented to reproduce the mechanical behaviour of sandwich panels via finite element analysis. Two types of panels were investigated in this scope of work. The first sandwich element was a textile reinforced concrete (TRC) panel with cellular lightweight concrete insulation and the second configuration was an ultra-high performances concrete (UHPC) panel with aerated autoclaved concrete insulation. The goal was to obtain a reliable numerical strategy that represents a reasonable compromise in terms of sufficient accuracy of the element characteristics and the computational costs. The results show the possibility of describing the composite action in a full sandwich panel. The achieved modelling approach will later be used for the optimization of TRC and UHPC panels in terms of minimizing the thickness, identifying the number and location of connectors, as well as evaluating varying anchorage Systems.
The current paper focuses on the determination of reliable numerical models of earth block masonry wallettes under different loading conditions. Uniaxial compression and diagonal compression tests were performed. Experimental behaviour was modelled with a non-linear model able to describe the cracking behaviour. The simplified approach based on macro-modelling shows a satisfactory accuracy and low computational costs. The results reproducing the uniaxial compression are in good correspondence with the post-elastic behaviour observed in the experimental campaign. The micro-modelling approach adopted to reproduce the shear behaviour, even with high computational cost, represents a suitable tool to predict the masonry collapse mechanism.
Water-repellent mortars were prepared using different hydrophobic compounds as admixtures. Calcium and zinc stearates, silane/siloxane products (as liquid solution and powder) were mixed into limestone cement mortars for obtaining in-bulk water-repellent mortars suitable for building protection and resistant to the degrading action of water. The influences of the admixtures on the hydration and structure of the designed mortars were investigated by SEM, TG–DSC, FT-IR, XRD, and isothermal calorimetry. The effectiveness of these agents against water action was evaluated by using techniques and methods such as mercury intrusion porosimetry, water absorption tests and contact angle measurements. Siloxane products conveyed good water-repellent effectiveness, without strongly influencing the setting and hydration of the binder, while the zinc stearates slowed down the hydration reactions.
The purpose of this paper is to numerically simulate the in-plane behaviour of rammed earth walls under cyclic shear-compression tests. The experimental testing allowed obtaining the maximum horizontal loads, the displacement capacity and the level of non-linear behaviour of the respective loaddisplacement relationships as well as the failure modes. The calibration of the numerical model (finite element method) was carried out based on the experimental results. Within this framework, a micromodelling approach was considered. The behaviour of the rammed earth material was simulated using a total strain rotating crack model. A Mohr-Coulomb failure criterion was used to reproduce the behaviour of the interfaces between the layers.
Although the numerical results achieved a satisfactory agreement with the experimental results a sensitivity analysis of the parameters involved was performed. The sensitivity analysis aimed at determining which parameters of the model have a significant impact in the model’s results. As expected the sensitivity analysis pointed out that the sliding failure occurrence is mainly influenced by two parameters of the interface elements: the interface tensile strength fit and the friction angle u. Moreover the cohesion c and the layers thickness showed a limited effect on the shear behaviour. It should be noted that the results mentioned above are related to the cases where a significant level of vertical compressive stress r is employed.
The study presents the results from the development of a grouting material based on hydrated lime with addition of pozzolana, which is referred to as hydraulic lime, suitable for the repair of cracks in a variety of earthen building techniques. The goal was to develop a material also compatible with earthen structures exposed to dynamic loads. The grouting mortar was designed to be adaptable in strength properties and at the same time to have sufficient robustness for preparation and use on the construction site.
Results showed a satisfactory performance of the grout concerning fresh and hardened mortar properties as well as injectability.
Die Instandsetzung von Lehmbauwerken ist keine einfache Aufgabe. Der Baustoff Lehm hat vergleichsweise schwache mechanische Eigenschaften. Er ist außerdem anfällig gegenüber eindringendem Wasser, wobei er sehr schnell seinen Zusammenhalt verlieren kann, wenn gewisse Feuchtegehalte überschritten werden. Instandsetzungskonzepte für Bauwerke aus solchen Materialien stellen deshalb eine Herausforderung dar. Historische Lehmbauwerke zeigen oft Schäden in Form von starker Rissbildung, die durch statische oder dynamische Lasten hervorgerufen sein kann. Häufig werden solche Risse wegen mangelnder Fachkenntnis und / oder fehlender Techniken nur ungenügend instandgesetzt. Die Rissinstandsetzung mit Einpressmörteln birgt insbesondere für Lehmbaustoffe eine Herausforderung und erfordert spezifische Anforderungen an den Einpressmörtel, wie z. B. niedriger Wassergehalt, gutes Wasserrückhaltevermögen, niedriges Schwindmaß, an das instandzusetzende Material angepasste Festigkeit und E-Modul sowie eine gute Haftung am Lehmuntergrund. Zusätzlich müssen Einpressmörtel eine ausreichende Fließfähigkeit aufweisen, um kleine Risse und Hohlräume ohne Entmischung zu füllen. Deshalb muss das rheologische Verhalten des Einpressmörtels gut untersucht und kontrolliert werden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Die Rissinstandsetzung bei Lehmbauwerken erfolgt traditionell durch manuelles Stopfen mit einem Mörtel. Natürlich können auf diese Weise nur Risse mit einer großen Breite verfüllt werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass Risse, die durch dickere Wände verlaufen, nicht vollständig mit den für das Stopfen verwendeten Werkzeugen erreicht werden können. Kalkgebundene Einpressmörtel für Lehmbaustoffe werden gewöhnlich für die Wiederbefestigung von Putzen und weniger aus statisch-konstruktiven Gründen eingesetzt.
Aufgrund der Eigenschaften von Lehm, müssen Einpressmörtel auf Basis von hydraulischem Kalk nach EN 459-1 [4] wesentliche Anforderungen an eine Reihe von Eigenschaften erfüllen, die sich auf die Verträglichkeit, die Dauerhaftigkeit und insbesondere die Injektionsfähigkeit beziehen. Das Ziel der vorgestellten Untersuchungen war einen Einpressmörtel zu herzustellen, mit dem die strukturelle Kontinuität in Lehmmauerwerk oder anderen massiven Lehmwänden (Stampf- und Wellerlehm) durch Rissverpressung wiederhergestellt werden kann. Das Material bestand aus Kalkhydrat mit Zusätzen von Puzzolanen und Kalksteinfüller.
In-plane shear behaviour of earthen materials panels strengthened with polyester fabric strips
(2016)
An experimental investigation was carried out to study the in-plane shear behaviour of earthen material Panels strengthened with polyester fabric strips. Strengthened panels were developed to exploit the strength potential of earthen materials and to solve its lack of tensile strength, significantly improving not only strength but also ductility. Three earthen materials were considered: cob, earth block masonry (EBM) and rammed earth (RE). As first approach the strengthening configuration, based on different adhesive materials, was tested only for cob panels. As part of the study the results of a big testing campaign of unstrengthened Panels were considered. Seven strengthened panels were tested in diagonal compression/shear.A unique reinforcement orientation was used. The results of these tests are presented in this paper, and include the load-displacement behaviours, crack patterns, failure modes. The results showed that the reinforcement was the most effective in EBM panels, with increase in strength and ductility observed. In RE and cob panels the reinforcement did not likely contribute significantly to the shear resistance, due to a lack of embedment length of the strips. Instead, in EBM it was likely that the vertical reinforcement acted in tension to restrain shear induced dilation and to restrain sliding.
Die Instandsetzung von Lehmbauwerken ist keine einfache Aufgabe. Der Baustoff Lehm hat vergleichsweise schwache mechanische Eigenschaften. Er ist außerdem anfällig gegenüber eindringendem Wasser, wobei er sehr schnell seinen Zusammenhalt verlieren kann, wenn gewisse Feuchtegehalte überschritten werden. Instandsetzungskonzepte für Bauwerke aus solchen Materialien stellen deshalb eine Herausforderung dar. Historische Lehmbauwerke zeigen oft Schäden in Form von starker Rissbildung, die durch statische oder dynamische Lasten hervorgerufen sein kann. Häufig werden solche Risse wegen mangelnder Fachkenntnis und / oder fehlender Techniken nur ungenügend instandgesetzt. Die Rissinstandsetzung mit Einpressmörteln birgt insbesondere für Lehmbaustoffe eine Herausforderung und erfordert spezifische Anforderungen an den Einpressmörtel, wie z. B. niedriger Wassergehalt, gutes Wasserrückhaltevermögen, niedriges Schwindmaß, an das instandzusetzende Material angepasste Festigkeit und E-Modul sowie eine gute Haftung am Lehmuntergrund. Zusätzlich müssen Einpressmörtel eine ausreichende Fließfähigkeit aufweisen, um kleine Risse und Hohlräume ohne Entmischung zu füllen. Deshalb muss das rheologische Verhalten des Einpressmörtels gut untersucht und kontrolliert werden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.
Die Rissinstandsetzung bei Lehmbauwerken erfolgt traditionell durch manuelles Stopfen mit einem Mörtel. Natürlich können auf diese Weise nur Risse mit einer großen Breite verfüllt werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass Risse, die durch dickere Wände verlaufen, nicht vollständig mit den für das Stopfen verwendeten Werkzeugen erreicht werden können. Kalkgebundene Einpressmörtel für Lehmbaustoffe werden gewöhnlich für die Wiederbefestigung von Putzen und weniger aus statisch-konstruktiven Gründen eingesetzt Aufgrund der Eigenschaften von Lehm, müssen Einpressmörtel auf Basis von hydraulischem Kalk nach EN 459-1 wesentliche Anforderungen an eine Reihe von Eigenschaften erfüllen, die sich auf die Verträglichkeit, die Dauerhaftigkeit und insbesondere die Injektionsfähigkeit beziehen. Das Ziel der vorgestellten Untersuchungen war einen Einpressmörtel zu herzustellen, mit dem die strukturelle Kontinuität in Lehmmauerwerk oder anderen massiven Lehmwänden (Stampf- und Wellerlehm) durch Rissverpressung wiederhergestellt werden kann. Das Material bestand aus Kalkhydrat mit Zusätzen von Puzzolanen und Kalksteinfüller.