Mechanical characterization of traditional adobe masonry elements

Abstract

Earthen materials have been used in construction since thousands years and several authors estimated that around one third of the world population lives in earth constructions. In Aveiro region the adobe masonry was used as load bearing element in numerous dwellings. The low cost and availability of material were factors that contributed to the selection of this constructive system. Nowadays, an important amount of these dwellings are being under rehabilitation processes and in many cases the entities involved do not preserve the adobe masonry as load bearing due to an absence of information on adobe masonry properties and behaviour. A mechanical characterization of adobe specimens and adobe masonry prisms was developed using adobe samples collected from existing buildings in order to evaluate the shear, tensile and compressive fracture energy and mechanical properties of the unit-mortar joint. The methodology used to the preparation of samples, tests set up and the experimental procedures from the different tests carried within this research are presented. With the aim of characterize the behaviour of adobe specimens and prisms when subjected to uniaxial tensile loads tests were realized. From those tests it was possible to conclude that In the case of specimens the size effect of the aggregates can highly contribute to the dispersion of results and for the prisms the interface between the two blocks is obviously the weaker part of the structure. From the campaign of compressive load tests to adobe specimens and prisms, developed with the aim of the characterization of the compressive behaviour of adobe it was possible to conclude that compressive strength of prisms presents a lower dispersion and higher mean value than the results obtained for the adobe specimens. The compressive fracture energy presents a higher coefficient of variation in the case of adobe specimens. The experimental campaign to characterize the shear behaviour of adobe specimens and adobe prisms with hydraulic lime mortar joints permits to infer the existence of a weaker interface in prisms rather than in specimens. This weaker interface is ruling the behaviour of the samples when submitted to shear loads with a normal compression. The experimental research on the behaviour of adobe specimens and prisms with a mortar joint is an innovative approach to the characterization of this material.

Materiais compostos por solos são utilizados na construção à vários milhares de anos e vários autores estimam que aproximadamente um terço da população mundial viva em construções realizadas com estes materiais. Na região de Aveiro a alvenaria de adobe foi usada como elemento portante em enumeros edifícios. O baixo custo e a disponibilidade de material foram fatores que contribuíram para a escolha deste sistema construtivo. Hoje em dia, uma quantidade importante de essas moradias está em processo de reabilitação e em muitos casos, as entidades envolvidas não preservam a alvenaria de adobe como estrutura portante devido à ausência de informação sobre as propriedades e comportamento da alvenaria de adobe. A caracterização mecânica realizada efectuou-se em carotes de adobe e prismas de alvenaria de adobe, usando amostras recolhidas de um edifício existente, com a finalidade de avaliar a energia de fractura ao corte, tracção e compressão e propriedades mecânicas da ligação unidade-argamassa. A metodologia utilizada para a preparação de amostras, procedimentos experimentais e configuração dos ensaios são apresentados neste trabalho. Realizaram-se testes com o objectivo the caracterizar o comportamento mecânico de carotes de adobe e prismas de alvenaria de adobe quando sujeitos a forças de tracção uniaxial. De estes testes foi possível concluir que no caso de carotes o efeito do tamanho dos agregados pode ter um importante contributo na dispersão dos resultados obtidos, enquanto que no caso de prismas de alvenaria a interface entre os dois blocos é a parte mais frágil da estrutura. Da campanha de ensaios de compressão em carotes e prismas de alvenaria de adobe desenvolvido com o objectivo de caracterizar o comportamento do adobe em compressão foi possível concluir que a resistência à compressão de prismas de alvenaria apresenta uma menor dispersão de resultados e um valor médio mais elevado que os valores obtidos para carotes de adobe. A energia de fractura em compressão apresenta um maior coeficiente de variação no caso de carotes de adobe. A campanha experimental para caracterizar o comportamento ao corte em carotes prismas de alvenaria de adobe com uma junta em argamassa de cal hidraulica permite inferir a existência de uma fraca interface entre as duas superfices submetidas ao corte. Esta interface mais fraca rege o comportamento dos prismas quando submetidos a forças de corte com compressão na direcção normal. Esta investigação experimental no comportamento de carotes e prismas de alvenaria de adobe com junta de argamassa é inovador na caracterizaçao de adobe.