Influence of masonry infill walls on the seismic vulnerability of existing reinforced concrete buildings

Luís Miguel Varela Maneta

Key information

Authors:

Luís Miguel Varela Maneta (Luís Miguel Varela Maneta)

Supervisors:

Luís Manuel Coelho Guerreiro (Luís Manuel Coelho Guerreiro); António Santos Carvalho Cabral Araújo Correia (António Santos Carvalho Cabral Araújo Correia)

Published in

December 12, 2025

Abstract

Uma parte significativa do parque imobiliário dos países mediterrânicos é constituída por edifícios de betão armado com paredes de alvenaria de enchimento, construídos antes da introdução dos códigos sísmicos modernos. Sismos recentes e ensaios experimentais demonstraram a influência significativa dessas paredes de alvenaria na resposta sísmica dos edifícios de betão armado, embora sejam geralmente consideradas elementos não estruturais. Este trabalho aborda a vulnerabilidade sísmica e a avaliação da fiabilidade dessas tipologias de edifícios. A variabilidade significativa das paredes de alvenaria de enchimento em termos de propriedades mecânicas e geométricas, bem como a presença de aberturas, deve ser cuidadosamente considerada para quantificar a incerteza na avaliação sísmica de edifícios existentes de betão armado com preenchimento de alvenaria. Neste contexto, são realizadas simulações de Monte Carlo com amostragem de hipercubo latino para gerar 1500 edifícios regulares de betão armado (3D), com até 5 andares, e 1500 edifícios regulares de betão armado com alvenarias de enchimento. Estes são subdivididos em três grupos que representam diferentes fases de desenvolvimento dos regulamentos portugueses de dimensionamento estrutural. A geração estocástica de modelos estruturais de betão armado foi realizada utilizando distribuições probabilísticas de propriedades geométricas e mecânicas, com base em informações compiladas a partir de uma grande amostra de desenhos de projeto que representam edifícios típicos de betão armado existentes em Portugal. As paredes de enchimento são modeladas por escoras diagonais, cujo modelo de força-deslocamento é proposto na literatura, o qual foi calibrado com o comportamento no plano sob cargas laterais de uma extensa base de dados de ensaios experimentais em estruturas de betão armado preenchidas com unidades de alvenaria oca horizontal, típicas dos países mediterrânicos. Foram realizadas análises estáticas não lineares, considerando a ação sísmica definida no anexo nacional português ao Eurocódigo 8. As funções de perigosidade e fragilidade estrutural, em termos de deriva entre pisos foram obtidas. Dado o desenvolvimento simultâneo da 2.ª geração do Eurocódigo 8, ambas as versões foram utilizadas nas verificações dos estados limites. Foram desenvolvidos métodos de avaliação rápida para edifícios existentes para a próxima 2.ª geração do Eurocódigo 8, com base em análises de fiabilidade. A significant part of the building stock in Mediterranean countries consists of reinforced concrete buildings with masonry infill walls, built before the introduction of modern seismic codes. Recent earthquakes and experimental tests have demonstrated the significant influence of such interacting masonry infills on the seismic response of reinforced concrete buildings, while they are generally considered as non-structural elements. This work deals with the seismic vulnerability and reliability assessment of these building typologies. The significant variability of masonry infills in terms of mechanical and geometric properties, as well as the presence of openings, must be carefully considered for quantifying the uncertainty in the seismic assessment of existing masonry infilled reinforced concrete buildings. Therefore, Monte Carlo simulations with Latin hypercube sampling are performed to generate 1500 regular bare frame reinforced concrete buildings (3D), up to 5 storeys, and 1500 regular infilled frame RC buildings. These are subdivided into three groups that represent different stages of development of the Portuguese structural design regulations. The stochastic generation of reinforced concrete structural models was carried out using probabilistic distributions of geometric and mechanical properties, based on information compiled from a large sample of design drawings representing typical existing Portuguese reinforced concrete buildings. Infills are modelled by a pair of diagonal struts, whose force-displacement model is proposed in the literature and was calibrated with the in-plane behaviour under lateral loads of an extensive database of experimental tests on reinforced concrete frames infilled with horizontal hollow clay masonry units, typical of Mediterranean countries. Non-linear static analyses were performed, considering the seismic action defined in the Portuguese national annex for Eurocode 8. The hazard and fragility functions, in terms of interstorey drift, were obtained. Given the concurrent development of the 2nd generation Eurocode 8, both versions were used in the verifications of the limit states. Reliability analyses were used to develop rapid assessment methods for existing buildings for the upcoming 2nd generation of Eurocode 8.