Membrane stiffness coefficients for masonry modeling in reinforced concrete buildings
DOI:
https://doi.org/10.37135/ns.01.15.01Keywords:
Equivalent diagonal, reinforced concrete structure, confined masonry, structural modeling, stiffnessAbstract
The impact of confined masonry walls made of brick and block on the seismic response of reinforced concrete structures commonly used in regional housing is investigated. The membrane stiffness factors of the masonry walls were determined using a combination of equivalent diagonal modeling techniques and Shell elements. The results obtained from both modeling approaches were compared and iteratively adjusted, showing peaks at wall opening percentages of 5% and 25%. These factors depend on the type and percentage of opening, type of masonry, and frame span, with reductions ranging from 80% to 90%. The analysis revealed significant changes of approximately 25% in the center of rigidity during the initial seismic cycles due to confined masonry walls. This behavior can induce torsional effects and severe structural damage, including collapse. The masonry walls modeled as compression diagonals allowed a better understanding of their contribution to the lateral load resistance. The membrane stiffness factors obtained for Shell elements provide a valuable tool for accurately modeling confined masonry in reinforced concrete structures, improving seismic design and evaluation of housing structures, thus enhancing their safety and resilience against seismic events.
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References
Alcocer, S. (1997). Comportamiento Sísmico de Estructuras de Mampostería: Una revisión. Memoria delXI Congreso Nacional de Ingenieria Sísmica, Veracruz, México. https://reconstruir.org.mx/wp-content/uploads/2017/11/4_comportamiento_sismico_de_estructuras_de_mamposteria_una_revision.pdf
Asteris, P. (2003). Lateral Stiffness of Brick Masonry Infilled Plane Frames. Journal Of Structural Engineering, 129(8), 1071–1079. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(2003)129:8(1071)
Asteris, P. G., Chrysostomou, C. Z., Giannopoulos, I. P., & Smyrou, E. (2011). Masonry Infilled Reinforced Concrete Frames With Openings. III ECCOMAS Thematic Conference onComputational Methods in Structural Dynamics and Earthquake Engineering, Corfu, Greece. https://www.researchgate.net/publication/233961128_Masonry_Infilled_Reinforced_Concrete_Frames_With_Openings.
Bajas, L. (2015). Comparación método pseudo tridimensional con compatibilidades verticales, versus el método de elementos finitos, con aplicación a un edificio real, conjunto Walker Martínez [Tesis de grado, Universidad Austral de Chile]. Sistema de Bibliotecas UACh. http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2015/bmfcib165c/doc/bmfcib165c.pdf
Barreno, S. (2018). Efectos de mampostería de ladrillo, bloque y gypsum en el comportamiento dinámico de estructuras aporticadas de concreto armado regulares e irregulares [Tesis de grado, Universidad Nacional de Chimborazo]. Repositorio Digital UNACH. http://dspace.unach.edu.ec/handle/51000/4970
Centeno, J. (2019). Redistribución de la configuración geométrica de mampostería en edificaciones de concreto armado para reducir la excentricidad de piso. [Tesis de grado, Universidad Nacional de Chimborazo]. Repositorio Digital UNACH. http://dspace.unach.edu.ec/handle/51000/5496
Cueva, C. (2017). Vulnerabilidad sísmica del edificio de la Facultad de Filosofía, Comercio y Administración de la UCE con la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC SE-RE 2015) [Tesis de grado, Universidad Central del Ecuador]. Repositorio Institucional. http://www.dspace.uce.edu.ec/bitstream/25000/9605/1/T-UCE-0011-275.pdf
Dias-Oliveira, J., Rodrigues, H., Asteris, P. G., & Varum, H. (2022). On the seismic behavior of masonry infilled frame structures. Buildings, 12(8), 1146. https://doi.org/10.3390/buildings12081146
Espinosa, O. (2018). Prácticas de análisis y diseño sismo-resistente de muros de mampostería no estructural de hormigón y arcilla. [Tesis de grado, Universidad San Francisco De Quito]. Repositorio Digital. http://repositorio.usfq.edu.ec/bitstream/23000/7931/1/141208.pdf
Mainstone, R. (1971). Summary of paper 7360. On the stiffness and strengths of infilled frames. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, 49(2), 230. https://doi.org/10.1680/iicep.1971.6267
Moreno, D., & Rodas, V. (2017). Reforzamiento de columnas de ladrillo trabado con materiales compuestos FRCM a base de fibras de sisal (cabuya) [Tesis de grado, Universidad Nacional de Chimborazo]. Repositorio Digital UNACH. http://dspace.unach.edu.ec/handle/51000/3532
Moya, L. (2011). Análisis y determinación teórica de la rigidez de muros de mampostería reforzada en edificios de hasta dos niveles [Proyecto de graduación, Instituto Tecnológico de Costa Rica]. Repositorio TEC. https://hdl.handle.net/2238/6076
Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda [MIDUVI]. (2015a). Estructuras de hormigón armado (NEC-SE-HM). https://www.habitatyvivienda.gob.ec/wp-content/uploads/2023/03/8.-NEC-SE-HM-Hormigon-Armado.pdf
Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda [MIDUVI]. (2015b). Cargas (No sísmicas) (NEC-SE-CG). https://www.habitatyvivienda.gob.ec/wp-content/uploads/2023/03/1.-NEC-SE-CG-Cargas-No-Sismicas.pdf
Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda [MIDUVI]. (2015c). Peligro sísmico, diseño sismo resistente (NEC-SE-DS). https://www.habitatyvivienda.gob.ec/wp-content/uploads/2023/03/2.-NEC-SE-DS-Peligro-Sismico-parte-1.pdf
Ortiz, O. (2013). Sismotectónica y peligrosidad sísmica en Ecuador [Tesis de Maestría, Universidad Complutense de Madrid].
Páez, C. (2014). Determinación de la carga permanente debida al peso de mampostería de bloque en edificaciones de vivienda [Tesis de grado, Pontificia Universidad Católica del Ecuador]. Repositorio Digital de la Pontificia Universidad Católica del Ecuador. http://repositorio.puce.edu.ec/handle/22000/6390
Pallarés, F.J., Davia, A., Hassan, W.M., & Pallarés, L. (2021). Experimental and analytical assessment of the influence of masonry façade infills on seismic behavior of RC frame buildings. Engineering Structures, 235, 112031. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.112031.
Rochel, R. (1993). Influencia de los muros de mampostería en el comportamiento de las estructuras aporticadas: una explicación a los daños por los sismos de octubre de 1992 en Medellín. Revista Universidad Eafit, 29(90), 71–79. http://publicaciones.eafit.edu.co/index.php/revista-universidad-eafit/article/view/1447/1319
Stafford, B. (1967). The Composite Behaviour Of Infilled Frames. En Coull A., & Stafford B. (Eds.), Tall Buildings (481–495). Pergamon Press. https://doi.org/10.1016/C2013-0-05446-1
Zamalea, E. (2013). Mampostería postensada: una alternativa constructiva para Ecuador y regiones sísmicas ESTOA, 3, 23-43. http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/27609
