Diseño Sísmico Estructural, Columna Hueca de Sección Estructural formadas al frio

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.

http://www.ns-kenzai.co.jp/english/