Behavior of precast ferrocement thin walls under cyclic loading: an experimental and analytical study

Abstract

Thin ferrocement walls are the structural elements that comprise the earthquake resistant system of housing built with this material. This article presents the results drawn from an experimental campaign carried out over full-scale precast ferrocement thin walls, which were assessed under cyclic loading conditions. The tests assessed the strength of the walls, their hysteretic behavior, ductility, energy dissipation, equivalent damping, their coefficient of energy dissipation and their characteristic failure mode when subjected to cyclic loading conditions. Finally, an analytical model that modeled the nonlinear dynamic behavior exhibited by ferrocement walls was implemented; its feasibility and potential use in earthquake resistant design of ferrocement walls was evaluated.Keywords: Precast ferrocement walls, cyclic loading, ductility, Bouc-Wen-Baber-Noori model, earthquake resistant design. RESUMENLos muros de ferrocemento de pared delgada son los elementos estructurales, que conforman el sistema sismo resistente de viviendas construidas con este material. En este artículo se presentan los resultados obtenidos de una campaña experimental; llevada a cabo sobre muros prefabricados de pared delgada a escala real, los cuales fueron evaluados bajo ensayos de carga cíclica. Los ensayos permitieron evaluar: la resistencia, el comportamiento histerético, la ductilidad, la disipación de energía, el amortiguamiento equivalente, el coeficiente de disipación de energía y los modos de falla característicos de los muros de ferrocemento bajo carga cíclica. Al final, se implementó un modelo analítico que captura el comportamiento no lineal, exhibido por los muros de ferrocemento bajo carga cíclica y se evalúo la factibilidad y su potencial uso en el diseño sismo resistente de muros realizados en dicho material.Palabras clave: muros prefabricados de ferrocemento, carga cíclica, ductilidad, modelo de Bouc-Wen-Baber-Noori y diseño sismoresistente.

Isotropic damage model and serial/parallel mix theory applied to nonlinear analysis of ferrocement thin walls. Experimental and numerical analysis

“…The presence of earthquakes encourages us to research at innovative systems with better both cost-effectiveness ratio and seismic performance than current systems. Ferrocementbased structural systems are innovative materials with promising applications that have demonstrated high resistance (Wainshtok-Rivas, 1994, 2004Naaman, 2000;Bedoya-Ruiz, 1998, 2002, 2005Bedoya-Ruiz et al, 2015), low seismic fragility (Bedoya-Ruiz et al, 2010, 20142015, low cost-effectiveness relation, and environmental sustainability (Bedoya-Ruiz, 2011). These systems usually comprise precast thin walls, which are assembled in different configurations according to the constructive system of the dwelling (Naaman, 2000;Castro, 1979;Gokhale, 1983;Olvera, 1998;Wainshtok-Rivas, 1994;Abdullah, 1995;Machado, 1998, Bedoya-Ruiz et al, 2015.…”

Modelo dinámico no lineal para evaluar el comportamiento sísmico de viviendas de ferrocemento

“…Bedoya-Ruiz et al [15] propusieron un modelo dinámico no lineal para evaluar la vulnerabilidad sísmica de las viviendas de ferrocemento, permitiendo construir escenarios de daño para las diferentes zonas de actividad sísmica estudiadas. Recientemente, Ortiz et al [16] implementaron metodologías de optimización para capturar la no linealidad exhibida por los muros de ferrocemento bajo carga cíclica, y Bedoya-Ruiz et al [17] realizaron una investigación experimental y analítica sobre el comportamiento bajo carga cíclica de muros prefabricados de pared delgada de ferrocemento.…”