Structural design of a reinforced concrete tsunami-resistant building for vertical evacuation structure in Bo. Espinal- Aguada, Puerto Rico

Abstract

After the disasters caused by the Ocean Indian Tsunami (2004) and Tohoku Tsunami (2011), the society is much more aware of the necessity to have available vertical evacuation structures from tsunami. This situation has highlighted the need to incorporate the tsunami-resistant design in the building codes. For this reason, federal agencies and the academic sector have joined efforts to produce design guidelines such as FEMA P-646, to eventually incorporate them in future building codes. This study focused on the design of a reinforced concrete tsunami-resistant building to serve as a vertical evacuation structure for Bo. Espinal-Aguada, PR using the guidelines of FEMA P-646. Particular site data including, demographic information, tsunami risk evaluations, tsunami design hydrodynamic parameters, and FEMA P-646 tsunami load calculation provisions were required to perform the vertical evacuation structure design in this research work. The vertical evacuation structure was designed to provide refuge area for little more than 85% of the residents. In addition, attributes of tsunami-resistant structures defined by FEMA P-646 were adopted. Since the computed tsunami hydrodynamic parameters were relative low for this particular area, the design was governed by the earthquake load combinations in many of the structural members. However, slab system were designed against the uplift effects from tsunami for the first two stories. Moreover, building displacement and inter-story drift curves were developed to compare the structure behavior due to tsunami and earthquake loads separately, where seismic loads resulted in higher displacements and higher drift values for this particular case. Suggested ideas to protect deep foundations from scouring were presented and a rough cost estimate of the vertical evacuation structure was performed. The present work could be considered as a methodology for the design of vertical evacuation structures in high risk coastal communities around the island of Puerto Rico.

Luego de los desastres causados por el Tsunami del Océano Índico (2004) y el Tsunami de Japón (2011), la sociedad está mucho más consciente de la necesidad de diseñar estructuras para el desalojo vertical por tsunami. Esta situación ha resaltado la necesidad de incorporar el diseño tsunami-resistente en los códigos de edificación. Por esta razón, ciertas agencias federales y el sector académico han unido esfuerzos para producir guías de diseño como lo es el FEMA P-646, para eventualmente incorporarlas a los futuros códigos de edificación. Este estudio está enfocado en el diseño de un edificio tsunami-resistente en hormigón armado a ser catalogado como una estructura de desalojo vertical en el Bo. Espinal de Aguada, PR, utilizando las guías del artículo FEMA P-646. Datos particulares que incluyen población, evaluación de riesgos de tsunami, parámetros hidrodinámicos del tsunami de diseño, y las provisiones del cálculo de cargas de tsunami descritas en el FEMA P-646, fueron utilizados para realizar el diseño de la estructura de desalojo vertical en este proyecto de investigación. La estructura de desalojo vertical fue diseñada para proveer refugio a un poco más del 85% de los residentes de dicha comunidad costera. En adición, fueron adoptados los atributos y consideraciones definidos por el artículo FEMA P-646 para estructuras tsunami-resistentes. Debido a que los parámetros hidrodinámicos del tsunami de diseño fueron relativamente bajos para esta área en particular, el diseño fue controlado por la carga de terremoto para la mayoría de los componentes estructurales del edificio. Sin embargo, para los primeros dos niveles del edificio los sistemas de losa, fueron diseñados para los efectos de levantamiento causados por el tsunami. Por otra parte, se desarrollaron curvas de desplazamiento del edificio y curvas de deriva entre pisos para comparar el comportamiento del edificio debido a cargas de tsunami y cargas de terremoto por individual. De estas, es notable que para este caso en particular, la carga de terremoto produce valores mayores, tanto de desplazamientos como de deriva entre pisos. Se presentan ideas sugeridas para la protección contra socavación de las fundaciones profundas, y además un estimado de costo aproximado de la estructura de desalojo vertical. Este trabajo puede ser considerado como una metodología para el diseño de estructuras de desalojo vertical en comunidades costeras con alto riesgo de tsunami alrededor de la isla de Puerto Rico.