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

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Las secciones tubulares estructurales tienen capacidad de deformacion plastica de su estructura y de su conexion columna a viga, mejorando su resistencia ante sismos.

Es usada en centros comerciales, estacionamiento, edificaciones, etc.

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

  1. 1. Diseño Sísmico Estructural con Columna Hueca de Sección Estructural de Tamaño Jumbo Formadas al Frio Abril del 2013 en el Peru 0
  2. 2. El terremoto de 2011, frente a la costa del Pacífico de Tohoku
  3. 3. × epicentro Isla Bonin 2 ○ 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 2
  4. 4. 3 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 1900 3
  5. 5. 14:46 Terremoto 15:25 Llegada del Tsunami 4 Tsunami 4
  6. 6. 5 Tsunami 5
  7. 7. 6 Daño Sismico – Sub Estructura de Acero 6
  8. 8. 7 Daños debidos al Tsunami Estructura RC 7
  9. 9. 8 Daños debidos al Tsunami Estructura RC 8
  10. 10. 9 A=7.6m Residencia Estilo “Piloti” con un Marco de Acero 9
  11. 11. 10 A=7.6m Dañado por el Tsunami pero la Estructura de Acero esta Intacta 10
  12. 12. 11Sin Daños a la Columna Caja con Conexión Rígida a los Vigas del Marco 11
  13. 13. 12Sin Daños a la Columna Caja con Conexión Rígida a los Vigas del Marco 12
  14. 14. 13Reconstrucción rápida utilizando la estructura existente 13
  15. 15. 14Reconstrucción rápida utilizando la estructura existente 14
  16. 16. 15Reconstrucción rápida utilizando la estructura existente 15
  17. 17. 16 A=5.6m Fabrica NSMP Sendai 16
  18. 18. 17 Torre de Protección 17
  19. 19. 18 A=5.6m SGT en Fabrica NSMP Sendai 18
  20. 20. 19 SGT en JAPÓN 19 Sitio:Osaka Altura :10.5 m Capacidad :150 personas Sitio: Shizuoka Altura :9.8 m Capacidad :200 personas
  21. 21. 20Cinturón de Fuego= Zona de Terremotos en las Costas del Pacifico 20
  22. 22. 21Mapa de Riesgo Sísmico Peruano hecha por una Encuesta Geológica de EE.UU. 21
  23. 23. 22 Terremotos en el Perú desde 1900 22 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
  24. 24. 23 Terremoto en Perú en el 2007 (M8.0) 23 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
  25. 25. Estructura de Edificios Comerciales en Japón
  26. 26. 25 Estructuras Principales de Edificios en Japón Estructura Columna Viga Arriostra (Pared) Uso Típico (ejemplo) En Japón Acero Marco Rígido HSS Forma de H - Oficina Centro Comercial Estacionamiento Centro de Distribución Marco Riostra Forma de H Forma de H Barra en Angulo Fabrica Almacén HA Marco Caja HA HA HA Residencias Escuelas HospitalesMarco Rígido HA HA - ※HA:Hormigón Armado
  27. 27. 26 Edificio de Oficinas
  28. 28. 27 Centro Comercial
  29. 29. 28 Estacionamiento
  30. 30. Comportamiento Sísmico
  31. 31. 30 A través de la placa del diafragma Viga-H HSS Soldadura Conexión de Marco Rígido para Columnas a Vigas Soportes Fuerza Sísmica Horizontal
  32. 32. 31 Diseño 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
  33. 33. 32 Diseño 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
  34. 34. 33 Prueba de Deformación Plástica (1) Columna □300×300×19 (BCR295)
  35. 35. -1,000 -500 0 500 1,000 -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 回転角θ (rad) 曲げモーメントM (kNm) 34 Prueba de Deformación Plástica (2) (Rad) Momento(kNm) Pandeo Local 3,500mm
  36. 36. 35Prueba 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)
  37. 37. -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 層間変形角R(rad) 36Prueba de Deformación para la Conexión de Columnas a Vigas (2) (Rad) Momento(kNm) Pandeo Local con la Brida de la Viga 4,500mm 3,000mm
  38. 38. Historia (Construcción Comercial)
  39. 39. 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 (%) 38 1956 ⇒ 1992 Edificio(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. 40. 39 0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 Year ÁreadeEstr.deAcero(10,000㎡) 0 200 400 600 800 1,000 1,200 Área de Estr. de Acero Sección Estr. Hueca HSS(1,000tons) NSMP inicio Producción de HSS Tamaño Jumbo Volumen de Producción de HSS en Japón Nuevo código de construcción sísmica 1981Terremoto Miyagi Sección en Caja Soldada ⇒ HSS formada por prensa
  41. 41. 40Historia de Materiales Estructurales para Columnas en Japón (Edificio Comercial) 1960s~ 1980s~ Debido a…. Valor Comercial & Comportamiento Sísmico
  42. 42. 41¿Porque el cambio de HA→ ACERO en los 1960s ? HA ACERO 1.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. 43. 42¿ 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 ①Dimension exterior menor ②Grosor de pared mas delgado
  44. 44. 43 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. 45. 44 ¿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. 46. 45 Modelo de Constr. Uso: oficina Numero de pisos:3 Superficie total:2,304m2 8,000 8,000 8,000 24,000 8,000 8,000 8,000 8,000 8,0008,0008,000 32,000 24,000 8,000 8,000 8,000 8,000 32,000 4,000 ▽ ▽ ▽ ▽ Ventaja de Estructuras de Acero vs HA (Estudio de Caso sobre Estructuras Ligeras)
  47. 47. 46 Acero HA Tam. 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)
  48. 48. 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 47 500mm 550mm 19mm 28mm 【Forma-H】
  49. 49. Placa interior del diafragma ×6 【HSS & Caja Soldada】 【Forma-H】 48 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
  50. 50. La comparación de costos entre el HSS, Secciones de Caja Soldada y las Vigas en Forma de H (eje. en México) 49 * 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
  51. 51. Proceso de Fabricación de HSS
  52. 52. 51 Formación por Rollo(1 Juntura) ①Formando ②Soldador de Alta Frecuencia ③Eliminación de excesos ④Conformando ⑤Corte ⑧Juntando ⑥Revestimiento ⑦Aceitando
  53. 53. 52 Formación por Prensa(2 costuras) ①Cortando ②Biselado ③Prensado ④Soldando
  54. 54. 53 Rango de Tamaño 150 175 200 250 300 350 400 450 500 550 600 700 800 900 1000 6 9 12 16 19 22 NSM P Range 25 28 32 36 NSM P sister com pany Range 40 (Nippon Steel& Sum ikin C olum n C o.,LTD ) :RollForm ing :RollForm ing and Press Form ing :Press Form ing O utside dim ension (m m ) Wallthickness(mm)
  55. 55. Conexión de Columnas y Vigas HSS
  56. 56. 55 Línea roja:soldadura A través del Diafragma ① Vista del Diafragma
  57. 57. 56 Interior del Diafragma Línea roja: soldadura ② Interior del Diafragma
  58. 58. 57 Línea roja: soldadura Exterior del Diafragma ③ Exterior del Diafragma
  59. 59. Aplicaciones de HSS en el Mundo 58
  60. 60. 59 Almacén
  61. 61. 60 Estructura de Bragueros
  62. 62. 61 Arriosta
  63. 63. 62 Pasaje Elevado Peatonal
  64. 64. 63 Puente de Vigas Tubulares
  65. 65. 64 Almacén Automatizado
  66. 66. 65 Estantería de Tubos
  67. 67. 66 Partes de Maquinas
  68. 68. Para terminar… 67
  69. 69. 68 Enero 1995 Kobe, Japón M7.3 Marzo 2011 Noreste, Japón M9.0 Nunca se debe olvidar para las futuras generaciones
  70. 70. 69Nunca se debe olvidar para las futuras generaciones Agosto 2007 Perú M8.0
  71. 71. High anti-seismic performance (Comportamiento Anti-Sísmica Alto) Smart design (Diseño inteligente) Superior cost performance (Excelente economía de costes) Gracias por su Atención Nippon Steel & Sumikin Metal Products Co., Ltd. http://www.ns-kenzai.co.jp/english/

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