Este documento presenta el análisis estructural y diseño de la cobertura metálica de una escuela en el departamento de Lambayeque, Perú. Describe las dimensiones y características de la cobertura, el modelado estructural realizado en SAP 2000, y el cálculo de las cargas y combinaciones de diseño consideradas. También resume el diseño de los elementos estructurales metálicos y de concreto armado que conforman la cobertura y su cimentación.

1. “REHABILITACION DEL LOCAL ESCOLAR 10817, EN EL CASERIO DE MARAYHUACA – DISTRITO DE
INCAHUASI – PROVINCIA DE FERREÑAFE – DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE”
MEMORIA DE CÁLCULO DE LA COBERTURA METÁLICA
En la presente memoriade cálculo,se detallaráel análisis y diseño la cobertura metálica que cubre la losa
deportiva de la I.E. 10817 – Marayhuaca – Incahuasi – Ferreñafe. A continuación, se muestra la vista de
arquitectura:
La cobertura metálica tiene las siguientes características:
 Ancho : 22.15 m.
 Largo : 31.50 m.
 Área en planta : 697.83 m2
.
 Altura : 10.5 m. (entre el nivel de falso piso y el borde superior del arco)
3.75m. (entre termino de columna borde superior del arco)
0.60m. (entre borde inferior y superior del arco)

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La cimentaciónestáconformadaporzapatasaisladasde concretoarmadof’c = 210 kg/cm2
,calculadaspara
un terrenode resistencia de 1.10 Kg/cm2
.

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MODELAMIENTO ESTRUCTURAL
Se realizó el modelado de la estructura en el programa SAP 2000, logrando elementos formados por 4
perfilesestructurales tipo ángulo (L) 1 1/2” x 1 1/2” x 3/16” (en el arco), las cuales están separadas 25 cm.
en la dirección horizontal y 60 cm. en la dirección vertical; y barras lisas de φ 5/8” (en las diagonales). La
coberturaconsta de 4 arcos igualesunidosentre síporviguetasyse encuentransoportadospor elementos
estructuralesde hormigónarmadocolumnas30x50 cm y zapatas respectivamente.A continuaciónmuestra
el modelado tridimensional de la cobertura.
A todosestos elementos se les ha asignado las propiedades y características de los materiales a construir
(según lo especificado en los planos estructurales), las mismas que se muestran a continuación.
PROPIEDADES DE MATERIALES
 Acero Estructural (A-36)
Límite de Fluencia : fy= 2,500 Kg/cm2
Módulode Elasticidad : Es = 2’000,000 kg/cm2
Módulode Poisson : µ = 0.30
PesoEspecíficodel acero : γ = 7.85 tn/m3
 Acero de Refuerzo:
Límite de Fluencia : fy = 4,200 kg/cm2
Módulo de Elasticidad : Es = 2’000,000 kg/cm2
Módulode Poisson : µ = 0.30
PesoEspecíficodel acero : γ = 7.85 tn/m3
 Concreto Armado:
Resistencia a la Compresión : f’c = 210 kg/cm2
Módulo de Poisson : µ = 0.20
Módulo de Elasticidad : Ec = 15,000√210 = 217,370.65 kg/cm2
PesoEspecíficodel acero : γ = 2.40 tn/m3
NORMAS EMPLEADAS

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El análisis y diseño estructural se realizó según las siguientes normas, contenidas en el Reglamento
Nacional de Edificaciones:
 Norma de Cargas E-020
 Norma de Diseño Sismorresistente E-030
 Norma de Cimentaciones E-050
 Norma de Concreto Armado E-060
 Norma de Estructuras Metálicas E-090
CARGAS DE DISEÑO
 Carga Muerta (CM): Son las cargas de gravedad que actúan durante la vida útil de la estructura y
son:el pesopropiode loselementosestructurales(arcos,viguetas, arriostres, columnas, planchas,
etc.) y el peso de los elementos que complementan la estructura como: acabados.
Se considerará una carga muerta de 4.30 kg/m2
, adicional al peso propio de las estructuras
modeladas en el programa SAP, debido al peso de los paneles que conforman la cubierta.
 Carga Viva (CV):Sonlascargas gravitacionalesde caráctermovible que actúan esporádicamente y,
son producidas por el uso y ocupación de la estructura.
Según el Reglamento Nacional de Edificaciones (NTE-E-020):
- Para techos con coberturas livianas : 30 kg/m2
 Carga de Viento (CVi): Las acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por
unidadde superficie,que dependende la zona eólica, de la altura sobre el terreno, de la situación
topográfica (normal o expuesta), de la construcción (abierta o cerrada) y de la forma, posición y
orientación de los elementos con respecto al viento.
La norma establece la acción del viento como presión dinámica, que depende de la velocidad de
éste, así como de su densidad. A su vez la velocidad de diseño depende de la zona en la que se
encuentre ubicada la edificación, para lo cual utilizamos el mapa eólico del Perú provista en la
norma E-020, siendo la velocidad 95 km/h por estar en la zona de Chepén.
La fuerzaque actúa sobre los elementos será dicha presión dinámica, afectada por un coeficiente
eólico, el cual depende de la forma y superficie del elemento, y posición con respecto al viento.
Dicha fuerza se considerará perpendicular a las superficies de los elementos que componen la
estructura.
Será calculada con la siguiente expresión:
P  0.005 C (V)2
Donde:
P: presión o succión del viento en Kg/m2
C: factor de forma
V: velocidad de diseño (95 km/h)
FACTORES DE FORMA (C) *
CONSTRUCCIÓN BARLOVENTO SOTAVENTO

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Arcos y cubiertas cilíndricas con un ángulo de
inclinación que no exceda 45°
±0.8 -0.5
* El signo positivo indica presión y el negativo succión.
Realizando un cálculo de las fuerzas de viento, tenemos:
Barlovento = 0.005 (+0.8) (95)2
= +36.10 kg/m2
(Presión)
0.005 (- 0.8) (95)2
= - 36.10 kg/m2
(Succión)
Sotavento = 0.005 (- 0.5) (95)2
= - 22.60 kg/m2
(Succión)
A continuación se muestran las cargas que se aplicarán en el SAP 2000:
CARGAS
DE DISEÑO
Carga
Distribuida
(kg/m2)
Muerta 4.30
Viva 30.00
Barlovento ±36.10
Sotavento - 22.60
Se colocará la carga debidoal Barlovento:Presión(+) /Succión(-) enlamitadizquierdadel arco y al
Sotavento (Succión -) en la mitad derecha del arco. Ambas cargas se colocarán como carga de
presión sobre la cubierta.

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COMBINACIONES DE CARGA DE DISEÑO
Se han seguido las diferentes combinaciones de carga indicadas en la Norma E-060 del Reglamento
Nacional de Edificaciones. Las combinaciones bases son las que se muestran a continuación:
i. Comb1 : 1.4 CM + 1.7 CV.
ii. Comb2 : 1.25 ( CM + CV ± CVi )
iii. Comb3 : 0.90 CM ± 1.25 CVi
Se diseñarácon laenvolventede lascombinacionesantesmencionadas.

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A continuaciónse muestrael detalle del diseñode unade lasdiagonalesmásesforzadas
A continuaciónse muestrael detalle del diseñode unode losperfilestipoángulo(L) del arco.

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DISEÑO DE ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO:
A continuaciónse muestrauncorte longitudinaldonde se muestranlasdisposiciones y dimensiones de los
elementos estructurales de concreto armado (columnas, vigas y zapatas)

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A continuación se muestra el diseño de las columnas (C1: 30x50) y vigas (V1: 25x40).
La cimentación está conformada por zapatas aisladas de concreto armado f’c = 210 kg/cm2
, de geometría
cuadrada con dimensiones 1.60 m. de lado, calculadas para un terreno de resistencia amplificada de
1.89Kg/cm2
. Para el análisis de las cimentaciones se ha utilizado el programa SAFE, considerando
envolvente de las siguientes combinaciones para la verificación de esfuerzos.
 CM + CV
 CM + CV ± CVi

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Se ha obtenido un esfuezo máximo de 1.62 kg/cm2, siendo menor que el esfuerzo admisible
amplificado de 1.89 kg/cm2
Momentos de Diseño en Direccion X

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Momentos de Diseño en Direccion Y
Segúnel diseñose obtuvieronlossiguientesresultadossiguiente:
- Zapatas Aisladas: 1/2"@0.15 DirecciónXe Y (inf.) (Asminpara H = 50 cm)