Diseño Sísmico Estructural conColumna Hueca de Sección
Estructural de Tamaño Jumbo Formadas al Frio
Abril del 2013 en el Peru
1
El terremoto de 2011, frente a la costa del Pacífico de Tohoku
×epicentro
Isla Bonin
3
○ 2:46PM
○ Magnitud : 9.0
○ Intensidad Max.: 7 (Miyagi Prefecture)
○ El epicentro del Terremoto :
lat. 38°19′N, Long. 21°18′E
○ Muertes y Perdidos: aprox 20,000
11 de marzo de 2011 3
4
① M9.4 Chile 1960
② M9.2 Alaska 1964
③ M9.1 Indonesia 2004
④ M9.0 Japón 2011
El 4to Terremoto mas Grande desde el 19004
14 : 46 Terremoto
15 : 25 Llegada del Tsunami
5Tsunami
5
6Tsunami
6
7Daño Sismico – Sub Estructura de Acero
7
8Daños debidos al Tsunami Estructura RC
8
9Daños debidos al Tsunami Estructura RC
9
10
A=7.6m
Residencia Estilo “Piloti” con un Marco de Acero
10
11
A=7.6m
Dañado por el Tsunami pero la Estructura de Acero esta Intacta
11
12Sin Daños a la Columna Caja con Conexión Rígida a los Vigas del Marco
12
13Sin Daños a la Columna Caja con Conexión Rígida a los Vigas del Marco
13
14Reconstrucción rápida utilizando la estructura existente
14
15Reconstrucción rápida utilizando la estructura existente
15
16Reconstrucción rápida utilizando la estructura existente
16
17
A=5.6m
Fabrica NSMP Sendai17
18Torre de Protección
18
19
A=5.6m
SGT en Fabrica NSMP Sendai19
20SGT en JAPÓN
20
Sitio : OsakaAltura : 10.5 mCapacidad : 150 personas
Sitio : ShizuokaAltura : 9.8 mCapacidad : 200 personas
21Cinturón de Fuego= Zona de Terremotos en las Costas del Pacifico
21
22Mapa de Riesgo Sísmico Peruano hecha por una Encuesta Geológica de EE.UU.
22
23Terremotos en el Perú desde 1900
23
Fecha Epicentro Magnitud Muertes
11/4/1913 Región Apurímac 6.5 253
2/12/1914 Región Ayacucho 6.7 400
5/21/1917 Región Arequipa 6.1 32
5/14/1928 Región Cajamarca, Región Amazonas 7.6 1,928
12/24/1937 Región Pasco 6.8 194
5/24/1940 Región Lima, Región Callao 7.3 562
8/24/1942 Región Ica 7.5 40
1/30/1943 Región Cuzco 6.5 252
11/10/1946 Región Ancash 7.3 2,400
11/1/1947 Región Junín 7.6 1,242
5/21/1950 Región Cuzco 7.0 1,625
12/12/1953 Región Tumbes 7.5
1/15/1958 Región Arequipa 7.0 69
1/13/1960 Región Arequipa 6.2 100
11/20/1960 Norte del Perú 7.8
10/17/1966 Región Lima 6.4 Ca.100
10/1/1969 Región Junín 6.9 635
2/14/1970 Región Huánuco 6.1 14
5/31/1970 35 km (22 millas) al oeste de Chimbote 7.9 100,000
12/9/1970 Región Piura, Región Tumbes 7.5 479
3/20/1972 Región San Martin 6.5 100
10/3/1974 Región Lima 7.2 337
2/16/1979 Región Arequipa 6.8 100
4/6/1986 Región Cuzco 6.1 40
5/29/1990 Región San Martin, Región Amazonas 6.8 300
4/4/1991 Región san Martin, Región Loreto 6.5 100
4/18/1993 Región Lima 6.0 10
2/21/1996 Norte del Perú 7.4 12
11/12/1996 Región Ica, Región Arequipa 6.4 24
6/23/2001 175 km (110 millas) sur-sureste de Puquio 8.4 75
9/25/2005 100 km (60 millas) noreste de Moyobamba 7.5 5
8/15/2007 150 km (93 millas) sur-sureste de Lima 8.0 519
10/28/2011 288 km (178 millas) sur-sureste de Lima 6.9 Proyección Inicial
24Terremoto en Perú en el 2007 (M8.0)
24
Fecha 15 de agosto de 2007
Hora de Orig. 23:40:57 UTC
Magnitud 8.0 Mw
Profundidad 39 km (24 mi)
Epicentro 13.354°S 76.509°W
Muertes 519 muertes confirmadas, 1,366
lesionados
Estructura de Edificios Comerciales en Japón
26Estructuras Principales de Edificios en Japón
Estructura Columna VigaArriostra(Pared)
Uso Típico (ejemplo)En Japón
Acero
Marco Rígido HSS Forma de
H -OficinaCentro ComercialEstacionamientoCentro de Distribución
MarcoRiostra
Forma de H
Forma de H
Barra en Angulo
FabricaAlmacén
HA
Marco Caja
HA HA HA
ResidenciasEscuelasHospitalesMarco
RígidoHA HA -
※HA : Hormigón Armado
27Edificio de Oficinas
28Centro Comercial
29Estacionamiento
Comportamiento Sísmico
31
A través de la placa del diafragma
Viga-H
HSS
Soldadura
Conexión de Marco Rígido para Columnas a Vigas
Soportes
Fuerza Sísmica Horizontal
32Diseño Estructural Sísmico en Japón (Concepto)
Si △ OAB = □ OCDE ⇒ Mismo comportamiento sísmico
¿Cual es la mejor combinación de ambos conceptos?
B
A
O
O
C D
E
Fuerza
O
C
B
A
D
E Deformación
Concepto de Diseño Elástico
Concepto de Diseño Plástico
Mas Fuerza= Estructura mas grande,= Espacio mas pequeño,= Carga mas pesada,= Costo mas alto
Área △ OAB , □ OCDE = capacidad de absorber energía sísmica
33Diseño Estructural Sísmico en Japón (Código)
Diseño Principal Diseño Secundario
Intensidad asumido(Aceleración asumidos)
Aprox. 5( 80 ~
100gal )
Aprox. 6( 300 ~ 400gal )
Angulo de deflexión entre los pisos (θ por
debajo)1/200 y menos 1/150~ 1/100
Situación de Miembro Estructural
No hubo deformación
plástica
Energía sísmica será absorbida por la
Deformación plástica.(Sin colapso)La clave es
La capacidad de deformación plástica del Miembro Estructural y la Conexión de Columna a Viga
θA
34Prueba de Deformación Plástica (1)
Columna □300×300×19( BCR295 )
-1,000
-500
0
500
1,000
-0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20
θ (rad)回転角
35Prueba de Deformación Plástica (2)
(Rad)
Mom
ento
(kN
m)
Pandeo Local
3,500mm
36Prueba de Deformación para la Conexión de Columnas a Vigas (1)
Diafragma T=16 ( SN490B )
Columna □300×300×19( BCR295 )
Viga 400×200×8×13( SN400B )
-1,500
-1,000
-500
0
500
1,000
1,500
-0.06 -0.04 -0.02 0.00 0.02 0.04 0.06
R(rad)層間変形角
37Prueba de Deformación para la Conexión de Columnas a Vigas (2)
(Rad)
Mom
ento
(kN
m)
Pandeo Local con la Brida de la Viga
4,500mm
3,0
00
mm
Historia (Construcción Comercial)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0
50,000
100,000
150,000
200,000
250,000
300,000
1956 1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992
Estructura (%)Area de Construccion (1,000㎡)
Area de Const. (1,000㎡)Estr. de Acero (%)Estructura HA (%)
39
1956 ⇒ 1992Edificio(1,000m2) : 40,866(100%) ⇒ 246,601(603%) HA (%) : 15.9(100%) ⇒ 17.8(112%)Acero(%) : 5.4(100%) ⇒ 39.4(723%)
Historia de Construcción: El Inicio y Difusión de las Estructuras de Acero en Japón
1964:Olympic(Tokyo)
1961:Ventas (Forma-H)
1970:Expo.(Osaka)
HA ⇒ Acero ( Forma-H) ⇒ Sección en Caja Soldada ⇒ HSS Prensado o Laminado
40
0
2,000
4,000
6,000
8,000
10,000
12,000
19
72
19
74
19
76
1978
19
80
19
82
19
84
19
86
19
88
19
90
19
92
19
94
19
96
19
98
20
00
20
02
20
04
20
06
Year
Áre
a d
e E
str. d
e A
cero
(1
0,0
00
㎡)
0
200
400
600
800
1,000
1,200Área de Estr. de Acero
Sección Estr. Hueca
HSS
(1
,00
0to
ns
)
NSMP inicio Producciónde HSS Tamaño Jumbo
Volumen de Producción de HSS en Japón
Nuevo código de construcción sísmica
1981
TerremotoMiyagi
Sección en Caja Soldada HSS formada por prensa⇒
41Historia de Materiales Estructurales para Columnas en Japón (Edificio Comercial)
1960s ~ 1980s ~
Debido a….
Valor Comercial & Comportamiento Sísmico
42¿Porque el cambio de HA→ ACERO en los 1960s ?
HA ACERO1 . Estructura de peso ligero
⇒Constr. de bajo coste
incl. trab. de cementación
2 . Producción de fabrica
⇒ Construcción rápida
& de calidad estable
3 . Estructura de tamaño pequeño
⇒ Mas espacio efectivo
⇒ Mas ventas
⇒ Mejor ROI (Retorno de la Inversión)
4 . Sitio de Construcción Limpio
43¿ Porque el cambio de la columna en H→ Caja Soldada en los 1970s?
Columna de Acero
Forma-H Caja soldada
1. Rendimiento sísmico alto
2. Menos peso
① Dimension exterior menor
② Grosor de pared mas delgado
44
Sin eje débil ⇒ Sin estructura de arriostra (en el caso de conexiones a un Marco Rígido)
Ventajas de las Secciones en Caja vs La forma en H
Sección en Caja(Sin eje débil)
Forma H (Con eje débil)
Forma H HSS
Diseño flexible
45¿Porque Caja Soldada → HSS en los 1980s~ ?
Sección en Caja
Caja Soldada HSS 1. Calidad Estable
①Soldadura
②Dimensión = Tolerancia
2. Menos tiempo de fabricación
3. Costo mas bajo de fabricación
46
Modelo de Constr.Uso: oficinaNumero de pisos : 3Superficie total : 2,304m2
8,000 8,000 8,00024,000
8,000 8,000 8,000 8,000
8,00
0
8,0
00
8
,00
0
32,000
24,0
00
8,000 8,000 8,000 8,00032,000
4,00
0
▽
▽
▽
▽
Ventaja de Estructuras de Acero vs HA(Estudio de Caso sobre Estructuras Ligeras)
47
Acero HATam. de Col. Tam. Viga Tam. de Col. Tam. Viga
3F □-350x12 H-446x199 □-600x600 □-700x400
2F □-350x12 H-500x200 □-600x600 □-700x400
1F □-350x16 H-600x200 □-600x600 □-700x400
Peso Total 75% 100%
Term. de Obra 70% 100%
Espacio Efectivo 107% 100%
Costo(Japón) 90% 100%
Como Carga Muerta: 270kg/m2 , Carga Viva : 500 kgf/m2(2,3F) , 200kgf/m2(RF)
Ventaja de Estructuras de Acero vs HA(Ejemplo en Japón)
500mm
19mm19mm
【 HSS】【 Caja Soldada】
The cost comparison between HSS and Welded Box Sections in Japan
La comparación de costos entre el HSS, Secciones de Caja Soldada y las Vigas en Forma de H en México
48
500mm
550mm
19mm
28mm
【 Forma-H】
Placa interior del diafragma ×6
【 HSS & Caja Soldada】 【 Forma-H】
49
Soporte y Refuerzo×6
10.5m
3 Pisos
La comparación de costos entre el HSS, Secciones de Caja Soldada y las Vigas en Forma de H en México
La comparación de costos entre el HSS, Secciones de Caja Soldada y las Vigas en Forma de H (eje. en México)
50
* Los Costos de Materiales incluyen los costos de corte.
HSS
0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000
Caja Soldada
HSS
Forma-H
USD
Material Procesamiento y Soldadura Pruebas Ultrasónicas Trabajo
Proceso de Fabricación de HSS
52Formación por Rollo ( 1 Juntura )
①Formando
②Soldador de Alta Frecuencia
③Eliminación de excesos
④Conformando ⑤Corte
⑧Juntando
⑥Revestimiento
⑦Aceitando
53Formación por Prensa (2 costuras )
①Cortando ②Biselado ③Prensado
④Soldando
54Rango de Tamaño
150 175 200 250 300 350 400 450 500 550 600 700 800 900 10006912161922 NSMP Range25283236 NSMP sister company Range40 (Nippon Steel & Sumikin Column Co.,LTD)
Roll Forming:
Roll Forming and Press Forming:
Press Forming:
Outside dimension (mm)
Wal
l thi
ckne
ss (m
m)
Conexión de Columnas y Vigas HSS
56
Línea roja : soldadura
A través del Diafragma
① Vista del Diafragma
57
Interior del Diafragma
Línea roja: soldadura
② Interior del Diafragma
58
Línea roja: soldadura
Exterior del Diafragma
③ Exterior del Diafragma
Aplicaciones de HSS en el Mundo
59
60Almacén
61Estructura de Bragueros
62Arriosta
63Pasaje Elevado Peatonal
64Puente de Vigas Tubulares
65Almacén Automatizado
66Estantería de Tubos
67Partes de Maquinas
Para terminar…
68
69
Enero 1995Kobe, Japón
M7.3
Marzo 2011Noreste, Japón
M9.0
Nunca se debe olvidar para las futuras generaciones
70Nunca se debe olvidar para las futuras generaciones
Agosto 2007 Perú M8.0
High anti-seismic performance (Comportamiento Anti-Sísmica Alto)
Smart design (Diseño inteligente)
Superior cost performance(Excelente economía de costes)
Gracias por su AtenciónNippon Steel & Sumikin Metal Products Co., Ltd.
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