1. MEMORIA DE
CALCULO ESTRUCTURAL
BLOQUE A
PROYECTO:
"INSTALACION DE LOS SERVICIOS DE SALUD DE PRIMER NIVEL DE COMPLEJIDAD
I-3, EN EL CENTRO POBLADO DE CHEN CHEN DISTRITO MOQUEGUA, PROVINCIA
MARISCAL NIETO - MOQUEGUA"
DEPARTAMENTO: MOQUEGUA
PROVINCIA: MARISCAL NIETO
DISTRITO: MOQUEGUA
AGOSTO - 2013
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CONTENIDO
I. GENERALIDADES.-
1.1 ESTRUCTURACION
1.2 NORMAS EMPLEADAS
1.3 ESPECIFICACIONES – MATERIALES EMPLEADOS
1.4 CARACTERISTICAS DEL TERRENO Y CONSIDERACIONES DE CIMENTACION
1.5 REFERENCIAS
1.5.1 ARQUITECTURA Y CONFIGURACION GEOMETRICA
II. DISEÑO ESTRUCTURAL SISMORESISTENTE.-
2.1CARGAS
2.2ANALISIS ESTRUCTURAL SISMICO
2.3RESULTADOS DEL ANALISIS SISMICO
III. DISEÑO DE COMPONENTES DE CONCRETO ARMADO Y ACERO.-
3.1 DISEÑO DE VIGAS Y COLUMNAS DE C°A°
3.2 DISEÑO DE LOSAS ALIGERADAS
3.3 DISEÑO DE CIMENTACION
3.4 DISEÑO DE OTROS ELEMENTOS
ANEXOS:
Anexo 01. Diseño de zapatas aisladas
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I. GENERALIDADES.-
La presente Memoria corresponde al análisis sísmico y calculo estructural del proyecto "INSTALACION DE LOS
SERVICIOS DE SALUD DE PRIMER NIVEL DE COMPLEJIDAD I-3, EN EL CENTRO POBLADO DE CHEN CHEN
DISTRITO MOQUEGUA,PROVINCIAMARISCAL NIETO -MOQUEGUA”;edificación conformadapor04bloques, los
cuales están en un terreno de topografía irregular yniveles de piso terminado variable ; con ubicación en EL C.P DE
Chen Chen; distrito de Moquegua, provincia de Mariscal Nieto ydepartamento de Moquegua.
La propuesta arquitectónica debe estar conformada por bloques aislados y estar de acorde con los planos de
estructuras, para lo cual se tendrá en cuenta los requerimientos mínimos de la norma E.030 ya que presenta
irregularidad en planta.
La edificación no debe interrumpir su función inmediatamente después de que ocurra un sismo, clasificando como
edificación Esencial.
En el bloque A se está planteando una Ampliación; sin embargo dicho bloque no ha sido construido tomando en
consideración los últimos daños ocurridos por el sismo ocurrido en el año 2001, pese a ser construida en el año
2006,por lo cual se está planteando el reforzamiento de algunas columnas yvigas; ya que de acuerdo al Ensayo en
concreto endurecido con diamantina realizado por la empresa SERGEO, se han registrado valores de resistencia en
cuatro elementos estructurales con los siguientes resultados:
Muestra f'c (kg/cm2)
M-1 149.70
M-2 199.65
M-3 189.34
M-4 196.70
De acuerdo a dichos resultados para efectos de análisis estructural, se está considerando una resistencia a la
compresiónde175kg/cm2paraelprimernivelde dichobloque;asímismoseestá encamisandoalgunascolumnas por
tener baja resistencia, también se está planteando aislar todos los tabiques de los vanos, a fin de evitar el efecto de
columna corta en las columnas.
Se debe indicar que el nivel de cimentación del bloque Ano se ha logrado encontrar, es por ello que en la etapa de
construcciónsedebeverificarlacapacidad de resistencia del suelo ycomparar los datos asumidos por el proyectista,
por lo que cualquier problema en obra que modifique la estructura debe ser consultada, caso contrario queda a
responsabilidad de los ejecutores cualquier modificación no consultada.
Los aceroslongitudinalesaencontrarseluegodelretirodelconcretopodrán conservarse si estos no tienen señales de
corrosión o falla por fluencia; caso contrario deben ser reemplazados por aceros nuevos.
1.1ESTRUCTURACION
1.1.1 DEL SISTEMA PROYECTADO (SUPERESTRUCTURA).-
El sistema estructural planteado consiste en colocar Columnas yVigas de CºAº para conformar pórticos en ambos
sentidos que contribuyan a la rigidez lateral del sistema. Se tienen secciones de columnas: .25x.25m .15x.40m,
.25X40,.25X60,etc;mientrasquelasvigas son 25x20,25x40, etc.; así mismo se tiene muros de albañilería de 15 y25
cm de espesor , muros de concreto de 25 cm .Las dimensiones en tipo se indican en los planos de estructuras
correspondiente.
El diafragmarígidoloconformanLosasaligeradas unidireccionales de peralte 20 cm en los niveles que componen
la estructura, según se indica en los planos; también se está considerando una cobertura liviana conformada por
tijerales de tubos estructurales, cubierta de planchas termo acústicas ycielorraso suspendido.
Las alturas de piso terminado a nivel superior de losa se indican en los planos de arquitectura.
El sistema estructural Dual yconsta de:
- Muros de albañilería confinada (e= .15cm ye= .25cm) con columnas de confinamiento de CºAº.
- Pórticos (columnas yvigas) de C°A°.
- Muros de corte de Concreto Armado
1.1.2 MODELO DE LA SUB ESTRUCTURA
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La subestructura ha sido verificada de acuerdo a los esfuerzos a que se encuentra sometido, estos se han obtenido
de las hipótesis de combinación de cargas, yrealizado la envolvente con los esfuerzos máximos.
La cimentación está conformada básicamente por cimientos corridos, zapatas aisladas con vigas de conexión, los
cuales se cimentaran sobre terreno debidamente impermeabilizado.
1.1.3 MODELO DE LOS ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES
Los elementosnoestructuralessontodosde carpinteríametálicaodemaderaconquecontarálaedificación, Además
todos los murosdedivisión deambienteyde cerramientoquenotrabajananivel de superestructuraquecomúnmente
son llamados muros de tabiquería, se deberán aislar estos elementos de la estructura portante para evitar que
interactúen entre sí, este aislamiento generalmente se logra mediante planchas de tecknoport de e=1” selladas con
aditivos elastómeros;así mismosedeberáverificarel correctoaislamiento yse debe hacer bruñas sobre estas juntas
exactamente para evitar fisuras antiestéticas en estas juntas sísmicas. Del mismo modo deberá aislarse a toda la
carpinteríadela estructura paraque tengajuegoy puedaoscilarlibremente sinquela superestructuraladeformepor
elloquedeberátener una separación segúnlasespecificacionestécnicas.El aislamiento de los muros de tabiquería
y parapetos se hará de acuerdo a los planos de estructuras y de la carpintería se hará de acuerdo a las
especificaciones técnicas.
1.2NORMAS EMPLEADAS
Se sigue las disposiciones de los Reglamentos yNormas Nacionales e Internacionales descritos a continuación.
-Reglamento Nacional de Edificaciones (Perú) – Normas Técnicas de Edificación (N.T.E.):
-NTE E.020 “CARGAS” -NTE E.060 “CONCRETO ARMADO” (versión 2009)
-NTE E.030 “DISEÑO SISMORRESISTENTE” -NTE E.070 “ALBAÑILERIA”
-NTE E.050 “SUELOS Y CIMENTACIONES” -NTE E.090 “ESTRUCTURAS METALICAS”
- A.C.I. 318 –08 (American Concrete Institute) - Building Code Requirements for Structural Concrete
- UBC 1997 Uniform Building Code -AISC-LRFD 93
Se entiende que todos los Reglamentos yNormas están en vigencia y/o son de la última edición.
1.3ESPECIFICACIONES – MATERIALES EMPLEADOS
1.3.1 DEL SISTEMA PROYECTADO.-
CONCRETO:
-Resistencia (f´c): 210 Kg/cm2 (estructura portante)
-Resistencia (f´c): 175 Kg/cm2 (estructura de tabiquería yestructura existente)
-Modulo de Elasticidad (E) : 217,370.65 Kg/cm2 (f´c = 210 Kg/cm2)
-Modulo de Poisson (u) : 0.15
-Peso Específico (γC): 2300 Kg/m3 (concreto simple); 2400 Kg/m3 (concreto armado)
ACERO CORRUGADO (ASTM A-615):
-Resistencia a la fluencia (fy) : 4,200 Kg/cm2 (Gº 60): “E”: 2’100,000 Kg/cm2
ALBAÑILERIA MACIZA (MAX 30% DE VACIOS):
-Resistencia (f´m): 65 Kg/cm2
-Modulo de Elasticidad (E) : 32,500 Kg/cm2 (E = 500*f’m)
-Modulo de Poisson (u) : 0.25
-Peso Específico (γC): 1900 Kg/m3
RECUBRIMIENTOS MÍNIMOS (R):
-Columnas, Vigas 4.00 cm
-Losas macizas yaligeradas, Escaleras, confinamiento de tabiques vigas chatas 2.50 cm
-Zapatas yelementos en contacto directo con suelo 7.00 cm
1.4CARACTERISTICAS DEL TERRENO Y CONSIDERACIONES DE CIMENTACION
La capacidaddecarga admisibledelterrenodefundaciónensuestado aparentementesecoyen su condición crítica
(saturada), se encuentra enmarcada en el rango siguiente:
2.52 Kg/cm2 > qa >2.15 Kg/cm2
De acuerdo al estudio de suelos proporcionado por la entidad no hace mención a la posibilidad de expansión del
suelo ; sin embargo debido a que el nivel +3.00 está por encima del nivel natural del terreno se ha planteado la
utilización de vigas de cimentación armada.
Deberápreverse sistemasde drenajepluvial,de formatal quese evite el contactodel aguadecualquierprocedencia.
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Se recomiendaasimismo;quelasinstalacionesdeabastecimiento de agua potable internas, sean superficiales ylas
tuberías del sistema de desagüe, estén debidamente protegidas mediante canaletas a fin de evitar el probable
contacto del agua servida con el terreno de fundación.
Para la producción del concreto, se recomienda el uso de agregados de buena calidad, debiendo dosificarse de
acuerdo al diseño de mezclas elaborado por el Laboratorio de mecánica de suelos yconcretos.
De acuerdo al contenido de sulfatos, el grado de alteración que puede ocasionar al concreto es moderado;
recomendándose el uso de cemento Portland tipo IP o tipo I.
Según especificaciones del estudio de suelos se ha considerado lo siguiente:
CIMIENTO SUPERFICIAL CUADRADO
-Capacidad portante (σ´T) : 2.15 Kg/cm2 -Profundidad de desplante mínimo (DF): 1.50 m
1.5 REFERENCIAS
1.5.1 ARQUITECTURA Y CONFIGURACION GEOMETRICA
La propuesta arquitectónica debe acondicionarse al planteamiento estructural y de ser necesario podrán utilizarse
elementos prefabricados en las zonas de las columnas encamisadas, los cuales permitirán dar un confort a las
personas que estarán dentro de sus instalaciones.
El diseñoarquitectónicoesimportantedesdeelpuntodevista funcionalyestético, perodebeceñirsealos parámetros
estructurales a fin de que sea una estructura segura ante cualquier evento extremo.
II. DISEÑO ESTRUCTURAL SISMORESISTENTE
2.1CARGAS
Las cargas de diseño empleadas son debido al peso propio, a la carga viva yla carga por efectos sísmicos. Dichas
cargas son como se detalla a continuación:
CARGA MUERTA: El valor de las Cargas Muertas empleadas comprende el peso propio de los elementos
estructurales(losas,vigas, columnas,placas, muros, etc.) según características descritas en el Ítem 1.3; además del
peso de los elementos aligeradores en losas, el peso de la tabiquería yel peso de los acabados, según:
CARGA VIVA:
Cargas en techo (todos los pisos) = 400 Kg/m2
Cargas en techo (azotea) = 200 Kg/m2
Peso propio(Aligerado con e= 0.20m: 300 kg/m2 Peso Muerto: Acabados: 100 kg/m2
Tab. Móvil: 100 kg/m2
Albañilería: 1900 kg/m2 (maciza)
Albañilería: 1400 kg/m2 (tubular)
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Cargas en pasadizos y graderías = 400 kg/cm2
Notas: 1. Se han considerado diversas condiciones de carga viva.
2. Las cargas vivas son las mínimas según RNE-020.
2.2ANALISIS ESTRUCTURAL SISMICO
Para el análisis estructural se han considerado el método dinámico y se ha elaborado mediante un sofisticado
programa de computadora para análisis y diseño sísmico de edificios denominado ETABS NONLINEAR V9.7.2
basadoen elmétododela rigidez. Para el análisisestructuralsehanconsideradotodaslascombinaciones de carga
y estos son:
U = 1.4 D + 1.7 L
U = 1.25D + 1.25 L + 1.0 E
U = 1.25D + 1.25 L – 1.0E
U = 0.9D + 0.25 E
U = 0.9D – 0.25 E
En donde:
D = carga muerta de diseño.
L = carga viva
E = carga de sismo
Utilizando la envolvente de cargas en cada dirección a analizar.
Para el análisis dinámico en el programa ETABS V. 9.7.2 se ingresa el espectro con un factor de
amortiguamientode0.05y parala combinaciónseutilizarálacombinación cuadrática completa de los modos de
vibración tal como se indica más abajo.
Espectroy CombinacióndeModosdeVibración
El Análisis Sísmico serealiza utilizandoun modelo matemático tridimensional endondeloselementos verticales están
conectados con diafragmas horizontales, los cuales se suponen infinitamente rígidos en sus planos. Además, para
cadadirección,seha considerado unaexcentricidadaccidentalde0.05vecesla dimensióndeledificioen la dirección
perpendicular a la acción de la fuerza. Los parámetros sísmicos que estipula la Norma de Diseño Sismorresistente
(NTE E.030) considerados para el Análisis en el Edificio son los siguientes:
Factor Nomenclatura
Clasificación
Categórica Tipo
Valor Justificación
Zona Z 3 0.40 Zona Sísmica 3: Moquegua
Uso U A 1.5
Edificaciones Esenciales
Suelo
S
Tp (s)
2
1.2
0.6
GM,SM,SC,CL
(de E.M.S.)
Coeficiente de
reducción
Rx ,Ry Dual 5.25
Pórticos de CºAº y Muros
(irregular)
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El factor de Zona de la Edificación clasifica como “Z3”. Por tanto, según la NTE - E.030, las fuerzas sísmicas
verticales se consideraran como una fracción de 2/3 del valor de la fuerza sísmica horizontal.
ESPECTRO DE PSEUDO ACELERACIONES
Para elAnálisis Dinámico delaEstructuraseutiliza unEspectrode respuestasegúnla NT E- E.030, para comparar la
fuerza cortante mínima en la base y compararlos con los resultados de un análisis estático. Todo esto para cada
dirección de la Edificación en planta (X e Y)
Carga sísmica Dirección X e Ypara sistema dual: Edificación esencial categoría Asegún norma E.030
Espectro de aceleraciones para las direcciones X yYde la estructura – Análisis dinámico
Parametros de Cálculo
FACTOR DE ZONA "Z"
Zona Factor de Zona "Z"
3 0.40
SISTEMA ESTRUCTURAL "R"
Sistema Estructural Estructura
Coeficiente de
Reducción "R"
Sistema Dual Irregular 5.25
CATEGORIA DE EDIFICACION "U"
Categoría Importancia Factor "U"
A Edificaciones Esenciales 1.50
PARAMETROS DEL SUELO "S"
Tipo Descripción Tp(s) Factor "S"
S2 Suelos Intermedios 0.60 1.20
Gravedad "g" (m/s2) 9.81
Factor de Amplificación
Sismica
Periodo
Aceleración
Espectral
C T Sa
2.50 0.10 3.36
2.50 0.20 3.36
2.50 0.30 3.36
2.50 0.40 3.36
2.50 0.50 3.36
2.50 0.60 3.36
2.14 0.70 2.88
1.88 0.80 2.52
1.67 0.90 2.24
1.50 1.00 2.02
1.36 1.10 1.83
1.25 1.20 1.68
1.15 1.30 1.55
1.07 1.40 1.44
1.00 1.50 1.35
0.94 1.60 1.26
0.88 1.70 1.19
0.83 1.80 1.12
0.79 1.90 1.06
0.75 2.00 1.01
DETERMINACIÓN DEL ESPECTRO DE PSEUDO-ACELERACIONES
Sa = ZUSC.g ; g = 9.81 m/s2
y C=2.5(Tp/T) < 2.5
R
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2.3RESULTADOS DEL ANALISIS ESTRUCTURAL SISMICO
Para el análisis estructural se ha aplicado diversos modelos estructurales, a fin de estudiar la respuesta sísmica yel
comportamientoestructuraldecadamodelo yde acuerdo a los resultados se ha optado por el modelo más realista y
cuyos desplazamientos cumplan con las normas vigentes.
DESPLAZAMIENTOS YDISTORSIONES DE ENTREPISO (BLOQUE A)
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De acuerdo a la Norma NTE. E030, para el control de los desplazamientos laterales, los resultados deberán ser
multiplicadosporelvalor de 0.75Rparacalcularlosmáximos desplazamientos laterales de la estructura. Se tomaron
los desplazamientos del centro de masa ydel eje más alejado
Los resultados se muestran en la siguiente tabla para cada dirección de análisis.
Donde: Δi/he = Desplazamiento relativo de entrepiso
Además: ΔiX/heX (máx.) = 0.0070 (máximo permisible Concreto armado, NTE E.030 – 3.8)
ΔiY/heY (máx.) = 0.0070 (máximo permisible Concreto armado, NTE E.030 – 3.8)
Se observa que tanto en el Eje del Centro de Masa como en los Ejes más alejados de este en cada dirección, todos
los entrepisos cumplen con el Desplazamiento relativo máximo permisible de entrepiso (Δi/he) MAX en ambas
direcciones.
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III. DISEÑO DE COMPONENTES DE CONCRETO ARMADO Y ACERO.-
3.1 DISEÑO DE VIGAS Y COLUMNAS DE CºAº
Se debeindicar que las figuras indican el refuerzo referencial; puesto que el verdadero detalle se indica en los planos de
estructuras.
Plantas: Diseño de refuerzo longitudinal en columnas y vigas de C°A°. Se indican áreas (As) en cm2
REFUERZO LONGITUDINAL EN VIGAS BLOQUE A (Primer nivel)
REFUERZO LONGITUDINAL EN VIGAS BLOQUE A (Segundo nivel)
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REFUERZO LONGITUDINAL EN COLUMNAS BLOQUE A
REFUERZO LONGITUDINAL EN COLUMNAS BLOQUE A
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ENVOLVENTE DE MOMENTOS PARA CORTES DE ACERO BLOQUE A
ENVOLVENTE DE MOMENTOS PARA CORTES DE ACERO BLOQUE A
ENVOLVENTE DE MOMENTOS PARA CORTES DE ACERO BLOQUE A
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DIAGRAMA DE INTERACCION COLUMNA EXTREMA TEE BLOQUE C (95X135)
3.2 DISEÑO DE LOSAS ALIGERADAS DE CºAº
El proyecto contempla para el caso de todos los bloques un techo aligerado de 20.00 cm de
espesor, tal como se muestra en el siguiente grafico.
Para el análisis estructural se ha idealizado la losa como un sistema de vigas continuas para ello se
ha utilizado el programa SAP 2000 V.14 y se analizado considerando alternancia de cargas para
hallar los momentos de diseño críticos.
En los planos se indica zonas de ensanche de vigueta debido a que no pasan los esfuerzos
cortantes o simplemente requieren alta cantidad de acero; por lo que a fin de evitar fallas del tipo
frágil se ensanchado específicamente las zonas de acero negativo cuyas luces están próximos a 5m
o zonas con volados grandes.
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MOMENTOS Y ACEROS PARA EL ALIGERADO DEL EL BLOQUE A (tramo continuo Primer piso)
3.3 DISEÑO DE CIMENTACION DE CºAº
La cimentación está conformada básicamente por cimientos corridos, zapatas aisladas con vigas de conexión, los
cuales se cimentaran sobre terreno debidamente impermeabilizado.
Para lacimentacióndenuestraestructuraseha diseñadoparaquelas diferentescargasseantransmitidosde manera
directa al suelo por medio de zapatas aisladas, las vigas de conexión adoptadas solo se encargaran de absorber
posibles cambios volumétricos del suelo que puedan ocasionar fisuras especialmente en los muros que no tienen
acero.
Para el diseño de zapatas se necesitan datos de carga axial y momento flector pero en condiciones de servicio tal
como se indica en las figuras siguientes:
OBTENCION DE LA CARGA AXIAL MUERTA
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OBTENCION DEL MOMENTO FLECTOR POR SISMO
OBTENCION DEL MOMENTO FLECTOR POR CARGA MUERTA
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OBTENCION DEL MOMENTO FLECTOR POR CARGA VIVA
Conlos datos obtenidosdelanálisisestructuralrealizamoseldiseñoutilizandounahojade cálculo enExcel,los resultados
del mismo se adjuntan al presente en el anexo 01.
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3.4 DISEÑO DE OTROS ELEMENTOS
Corresponde a los criterios asumidos para el diseño de muros de albañilería, muros de concreto armado ymuros de
sostenimiento.
Para los muros de albañilería tenemos que tomar en cuenta los requerimientos mínimos de la norma E.070.
A continuación mostramoslosesfuerzosa los que esta sometidounode los muros más críticos del bloque Ael cual es de
2 niveles.
ESFUERZO ACTUANTE POR COMPRESION AXIAL DEBIDO A CARGA VIVA
ESFUERZO ACTUANTE POR COMPRESIÓN AXIAL DEBIDO A CARGA MUERTA
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ESFUERZO ACTUANTE POR CORTANTE DEBIDO A SISMO
Las estructuras metálicas se diseñan tomando en cuenta la NTE E.090 “ESTRUCTURAS METALICAS”
Se muestra las secciones adoptadas ysus comprobación en diseño de las estructuras metálicas de bloque A.
En los planos se indica los detalles del tijeral tipo I conformado por tubos cuadrados para la brida superior e inferior y
montantes extremas de 4”x4”x3mm , tubos cuadrados de 3”x3”x3mm para el resto de montantes, las diagonales lo
conforman tubosdesección cuadradade2”x2”x2mm; así mismo se ha previsto el colocado de correas de 2”x2”x2mm de
seccióntubularcuadrada,enel cualparalazona centraldeberásercolocadoenparasuperior e inferior según lo indicado
en losplanos, dichoselementospermitiránelcolocado de las planchas termo acústicas de 2mm de espesor compuesto
por una lámina de acero cubierta de asfalto modificado por ambas caras, con acabado revestimiento de foil de aluminio
pintado de peso aproximado de 5kg/m2 yconsiderando una pendiente mínima de 5%.
Adicionalmente se ha incluido el peso de un cielorraso suspendido conformado por placas termoacusticas ysistema de
suspensión cuyo peso aproximado es de 2.5 kg/m2.
Para evitar el pandeo lateral de la zona inferior del tijeral se ha previsto el colocado de tensores de acero liso A-36 como
arriostre los cuales son de 1” de diámetro.
Los tubos metálicos son del tipo LAC ASTM A500 para estructuras.
Las cargas adicionales previstas son las de montaje con un peso de 50 kg/m2
Las cargas de viento se han considerado tomando como referencia el mapa eólico del Perú; así mismo en el cálculo la
estructura del tijeral ha considerado como plana, pero en los planos se los considerado como inclinado a dos aguas,
teniendo en consideración el drenaje pluvial.
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EDIFICACION TIPO 1
V(km/h): 75
h(m): 10
Vh(km/h): 75.00
Vhmín(km/h): 75 Según RNE
C (coeficiente barlovento): 0.7
Presión q (kg/m2): 19.69
C (coeficiente sotavento): -0.6
Succión q (kg/m2): -16.88
Consideramos solo la Presión porque la succión va en contra de la carga muerta y viva
CALCULO DE LA CARGA EN COBERTURA
METRADO DE CARGAS DE VIENTO
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MAPA EÓLICO DEL PERU
ESTRUCTURA METALICA EN VOLADO DEL BLOQUE A
De acuerdo al diseño los elementos considerados no están sobresforzados por lo que se da por aceptado el
diseño.
ANEXOS:
Anexo 01. Diseño de zapatas aisladas