Experimental cyclic behavior of reinforced concrete wall houses loaded in their weak direction

Abstract

This research presents a study of the lateral capacity of the reinforced concrete houses constructed in Puerto Rico. These houses are built with a reinforced concrete roof slab and three reinforced concrete walls oriented in the same direction. The lateral loads applied in the direction perpendicular to the reinforced concrete walls are resisted by the frame action of the walls and roof acting in the weak direction of the walls and by partition walls, which are typically built of concrete blocks. The experimental part of the study was focused in testing six full scale one story specimens comprised each of three reinforced concrete walls monolithic with the roof slab subjected to cyclic loading in the weak direction of the assembly. Five of the specimens contained concrete block walls in one of the bays. The concrete block walls were constructed under different configurations of the steel reinforcement and openings. The results demonstrated that the lateral resistances of the specimens were governed by different failure modes; among of them are: plastic hinges at the R/C wall ends, punching shear failure of R/C walls and roof slab, masonry corner crushing, toe crushing and shear failure of the piers. The lateral capacity and the energy dissipation of the specimens increased significantly when partition wall was included inside the frame. The analytical part of the research included the development and the validation of simple analytical models of the full scale specimens. Once validated, the analytical models of each component of the house were used to construct a full house computer model. The full house computer model was used to perform seismic response predictions of the typical residential house subjected to a four earthquake motions in its weak direction. The results showed that this structure can withstand the seismic demand imposed by Uniform Building Code 1997 for Seismic Zone 3 and Soil Type Sd in the elastic regimen. Severe damage is expected when the earthquake records where scaled to peak ground acceleration (PGA) of 1.0g; 2.77 times the PGA established by UBC-1997.

Esta investigación presenta un estudio sobre la capacidad lateral de las residencias de hormigón reforzado construidas en Puerto Rico. Estas residencias son típicamente construidas con una losa de techo y tres paredes de hormigón armado orientadas en la misma dirección. Las cargas laterales aplicadas en la dirección perpendicular a estas paredes son resistidas por la acción de marco de las paredes y el techo en su eje débil y las paredes divisorias, las cuales son construidas con paredes de bloques. La parte experimental de esta investigación fue dirigida a realizar ensayos a seis muestras a escala completa compuestas de tres paredes de hormigón armado construidas monolíticamente con la losa de techo, las cuales fueron sometidas a cargas cíclicas laterales en su dirección débil. Cinco de las muestras fueron construidas con una pared de bloques de concreto en una de las luces. Las paredes de bloques fueron construidas bajo diferentes configuraciones de aberturas y acero de refuerzo. Los resultados demostraron que las resistencias de estas muestras dependieron de diferentes modos de falla, tales como, articulaciones plásticas en los extremos de las paredes de hormigón armado, cortante de punzonamiento en la losa de techo y en las paredes de hormigón armado, aplastamiento de la mampostería, aplastamiento y falla en cortante de las pilastras. La capacidad lateral y la disipación en energía de las muestras aumentaron significativamente cuando se incorporaron las paredes de bloques. La parte analítica incluyó el desarrollo y la validación de modelos analíticos simples de las muestras. Utilizando estos modelos validados se construyó un modelo representativo de una residencia real típica. El modelo de la residencia real se utilizó para realizar las predicciones de respuesta sísmica de estas estructuras sometidas a cuatro registros de terremotos en su dirección débil. Los resultados demostraron que estas estructuras pueden resistir la demanda sísmica impuesta por Código UBC-1997 para una Zona Sísmica 3 y suelo tipo Sd en el rango elástico. Se espera daño severo en estas estructuras cuando los registros de los terremotos se escalaron a 1.0 g, 2.77 veces la demanda impuesta por Código UBC-1997.