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Seismic assessment of Informal reinforced concrete houses in Puerto Rico
Peralta, Lautaro
Peralta, Lautaro
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Abstract
The 2020 Puerto Rico earthquake sequence revealed the seismic vulnerability of informal two-story reinforced concrete (RC) houses on the island. This research aims to evaluate the seismic performance of these structures and the effectiveness of strengthening measures by adding of RC shear walls on the first floor. A series of non-linear static and dynamic analyses were performed using fiber-based distributed plasticity to model the RC frame. The masonry walls, typically found only on the second floor, were modeled with non-linear macro elements to capture the added stiffness on this level. The seismic input for the nonlinear bi-directional analyses consisted of spectrally matched records that preserve the characteristics of near-fault pulse-like motions. The results show that, in the as-built condition, the stiffness mismatch between the two floors, combined with the significant strength and stiffness differences between the main axes of the structure, led to an undesirable concentration of plastic deformations on the first floor. This caused a displacement-driven failure mechanism along the weak axis, in line with field observations from the 2020 earthquake sequence. Incorporating shear walls on the first floor (with a wall index of 2.5% for the models with three axes per direction and 2.2% for the models with four axes per direction) greatly enhanced structural performance, doubling lateral load capacity and increasing overall stiffness. However, the retrofitted structures still demonstrated an undesirable concentration of inelastic action, although it shifted to the second floor, suggesting room for further improvement. Future research could explore the use of shear walls that extend through the second floor to achieve a more uniform distribution of inelastic deformations.
La secuencia de terremotos de Puerto Rico de 2020 reveló la vulnerabilidad sísmica de las viviendas informales de hormigón armado de dos pisos en la isla. Esta investigación tiene como objetivo evaluar el desempeño sísmico de estas estructuras y la eficacia de las medidas de refuerzo mediante la adición de muros de corte en el primer piso. Se realizaron análisis estáticos y dinámicos no lineales, utilizando plasticidad distribuida basada en fibras para modelar vigas y columnas. Los muros de mampostería, típicamente presentes solo en el segundo piso, se modelaron con macro-elementos no lineales para capturar el aumento de rigidez en este nivel. La entrada sísmica consistió en registros espectralmente compatibles que preservan las características de movimientos tipo pulso, típicos de fallas cercanas. Los resultados muestran que, en su estado original, la falta de similitud de rigidez entre los pisos, junto con diferencias significativas entre ejes principales, condujo a una concentración no deseada de deformaciones plásticas en el primer piso. Esto provocó un mecanismo de falla por desplazamientos excesivos a lo largo del eje débil, en línea con las observaciones de campo. La incorporación de muros de corte (índice de pared de 2.5% en modelos de tres ejes por sentido y 2.2% en modelos de cuatro) mejoró notablemente el desempeño estructural, duplicando la capacidad de carga lateral y aumentando la rigidez. Sin embargo, las estructuras reforzadas presentaron una nueva concentración de acción inelástica en el segundo piso, lo que sugiere oportunidades de mejora. Futuras investigaciones podrían explorar el uso de muros de corte extendidos hasta el segundo piso para lograr una distribución más uniforme de las deformaciones inelásticas.
La secuencia de terremotos de Puerto Rico de 2020 reveló la vulnerabilidad sísmica de las viviendas informales de hormigón armado de dos pisos en la isla. Esta investigación tiene como objetivo evaluar el desempeño sísmico de estas estructuras y la eficacia de las medidas de refuerzo mediante la adición de muros de corte en el primer piso. Se realizaron análisis estáticos y dinámicos no lineales, utilizando plasticidad distribuida basada en fibras para modelar vigas y columnas. Los muros de mampostería, típicamente presentes solo en el segundo piso, se modelaron con macro-elementos no lineales para capturar el aumento de rigidez en este nivel. La entrada sísmica consistió en registros espectralmente compatibles que preservan las características de movimientos tipo pulso, típicos de fallas cercanas. Los resultados muestran que, en su estado original, la falta de similitud de rigidez entre los pisos, junto con diferencias significativas entre ejes principales, condujo a una concentración no deseada de deformaciones plásticas en el primer piso. Esto provocó un mecanismo de falla por desplazamientos excesivos a lo largo del eje débil, en línea con las observaciones de campo. La incorporación de muros de corte (índice de pared de 2.5% en modelos de tres ejes por sentido y 2.2% en modelos de cuatro) mejoró notablemente el desempeño estructural, duplicando la capacidad de carga lateral y aumentando la rigidez. Sin embargo, las estructuras reforzadas presentaron una nueva concentración de acción inelástica en el segundo piso, lo que sugiere oportunidades de mejora. Futuras investigaciones podrían explorar el uso de muros de corte extendidos hasta el segundo piso para lograr una distribución más uniforme de las deformaciones inelásticas.
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Date
2025-05-13
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Keywords
Seismic, Dynamic, Assesment