ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

33
FICA-UNHEVAL 2014-II “ANÁLISIS Y DISEÑO DE ESCALERA”

description

ESTE TRABAJO CONSTA DEL METRADO DE CARGAS Y EL ANÁLISIS DE ESAS CARGAS PARA PODER HALLAR VALORES COMO EL DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR Y FUERZA CORTANTE , ASÍ COMO TAMBIÉN PARÁMETROS DE ENERGÍA DE DEFORMACIÓN Y LA INCIDENCIA QUE ESTA TIENE SOBRE UNA ESTRUCTURA, EN ESTE CASO UN ESCALERA SIMPLEMENTEN APOYADA

Transcript of ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

Page 1: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

FICA-UNHEVAL

2014-II

“ANÁLISIS Y DISEÑO DE ESCALERA”

Page 2: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 1

“AÑO DE LA PROMOCIÓN DE LA INDUSTRIA RESPONSABLE Y DEL

COMPROMISO CLIMÁTICO”

INFORME N° 33-2014-EAPIC-FICA-UNHEVAL

AL : ING. ANTONIO DOMINGUEZ MAGINO

DOCENTE DEL CURSO ANÁLISIS ESTRUCTURAL I

DE : RODRFÍGUEZ COTRINA, FRANZ BEDER

FECHA : HUÁNUCO, 15 DE SETIEMBRE DEL 2014

ASUNTO : DAR A CONOCER EL PROCEDIMIENTO Y LOS RESULTADOS DEL

ANÁLISIS Y DISEÑO DE ESCALERAS QUE SE REALIZÓ CON EL

MOTIVO DEL TRABAJO ENCARGADO N° 1.

ME HES GRATO DIRIRME A USTED PARA HACERLE LLEGAR MIS MÁS

COORDIALES SALUDOS Y A LA VEZ, POR MEDIO DE ESTE DOCUMENTO,

PASO A DETALLAR EL TRABAJO ENCARGADO REALIZADO ENTRE LOS

DÍAS 11 Y 14 DEL PRESENTE MES, CON EL FIN DE HACER

CUMPLIMIENTO A LOS PLANES ACADÉMICOS PROGRAMADOS EN EL

CURSOS DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL I.

Page 3: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 2

RESUMEN

Existe escasa información disponible acerca del diseño y análisis de los sistemas de escaleras de concreto armado, sin embargo se debe tener muy claro que estos sistemas juegan un papel muy importante dentro de una edificación no solamente por permitirle a un usuario trasladarse de un punto a otro con una cota de nivel diferente, sino que además los sistemas de escaleras pueden ser considerados sistemas de seguridad, ya que serán estos los que deberán brindar un servicio de evacuación al momento de una catástrofe. Por otra parte, un sistema de escaleras diseñado y ejecutado de forma correcta puede ser considerado un elemento que le brinde rigidez y estabilidad a la estructura de una edificación.

Page 4: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 3

INTRODUCCIÓN

Los sistemas de escaleras son estructuras muy importantes dentro de la configuración de una edificación, ya que a la vista de cualquier usuario se pueden definir como la estructura que le permite a un individuo trasladarse de un punto a otro de la edificación, dichos puntos con la característica de encontrarse en diferentes cotas de nivel medidas, a partir de un punto común. En muchos de los casos que actualmente pueden observarse en nuestro país, el edificador ha pensado de esta manera tan simple y ha perdido de vista la gran importancia que estos sistemas juegan en la vida de una edificación. Son muchos los casos en los cuales se ha podido observar como gran cantidad de personas pierden la vida en catástrofes, provocadas por las inclemencias de la naturaleza y en muchas ocasiones se ha debido a la mala ejecución de obras civiles. Los sistemas de escaleras no es la excepción. Ya que incluso se puede escuchar entre los ciudadanos de una metrópoli el hacer mención de una frase tan común como: “cuando ocurre un terremoto lo primero en caer son las escaleras” esta frase ha cobrado un gran impacto, debido a que se ha dejado estos trabajos primero en manos de personas que no tiene la facultad de llevarlos a cabo y, segundo. Las personas facultadas para hacerlo cuenta con muy poca información. Luego de conocer el papel tan importante que juega un sistema de escaleras en una edificación y cómo este se puede convertir en un sistema de seguridad y evacuación, así como comprobar que se carece de bibliografía confiable acerca de estos temas. Se pretende proporcionar la información necesaria para que todo aquel interesado en éste, tenga las herramientas necesarias para poder

Page 5: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 4

OBJETIVOS

GENERAL:

Realizar una monografía que posea metodologías de análisis estructural, criterios y requisito mínimos de diseño, basados en el REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES vigente y actualizado, que rigen los sistemas constituidos por concreto armado, parámetros, tanto teóricos como prácticos para diseño de estructuras. Todo esto orientado hacia sistemas de escaleras de concreto armado y sus diversas configuraciones de análisis y diseño. ESPECÍFICOS:

1. Hacer conciencia a los estudiantes del ámbito de la ingeniería civil, sobre la poca importancia que se le ha dado a los sistemas de escaleras y la gran repercusión que estos pueden llegar a tener en la estabilidad de una edificación.

2. Proporcionar bibliografía confiable sobre el análisis, diseño y ejecución de sistemas de escaleras.

3. Dar a conocer la diversidad de configuraciones estructurales que existen alrededor

de los sistemas de escaleras de concreto armado.

Page 6: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 5

ANALISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA

1. MARCO TEÓRICO

1.1 ESCALERA

Un sistema de escaleras se puede definir como un parte integral de una estructura

que conecta un punto con otro ubicado dentro de la misma estructura pero con

diferentes cotas de nivel, medidas que se dan a partir de un punto común.

1.2 CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE ESCALERAS DE ACUERDO AL SISTEMA DE

APOYO

Los sistemas de escaleras pueden clasificarse en tres grupos de acuerdo con el

sistema de apoyos en el cual se sustenta su estructura y le permiten poseer

estabilidad. Estos grupos se detallan a continuación.

1.2.1 ESCALERAS APOYADAS LONGITUDINALMENTE

Son aquellas escaleras armadas que se encuentran apoyadas en los extremos y

llevan el acero principal a lo largo del eje de la escalera y perpendicularmente

a las escaleras.

a. Simplemente apoyada b. Empotrada

1.2.2 ESCALERAS APOYADAS TRANSVERSALMENTE

De acuerdo con la configuración que posea sus sistemas de apoyos se puede

clasificar a los sistemas de escaleras de la siguientes formas: apoyos articulados

en ambos extremos, apoyos empotrados en ambos extremos y apoyos

combinados, es decir un extremo articulado y el otro extremo empotrado en

una estructura altamente rígida.

Page 7: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 6

1.3 CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE ESCALERAS SEGÚN SU IMPORTANCIA DENTRO

DE LA EDIFICACIÓN

Los sistemas de escaleras pueden clasificarse de acuerdo con la importancia que

poseen dentro de una edificación, ya que, basado en las funciones que tenga un

sistema en una estructura, así deberá ser analizada, diseñada y edificada. Los

principales sistemas de escaleras empleados en una edificación se detallan a

continuación.

1.3.1 SISTEMAS DE ESCALERA DE USO DIARIO

Debido a que la función primordial de un sistema de escaleras es el movilizar

usuarios de una edificación de un punto a otro, es por ello que estos sistemas

se instalan en las edificaciones como sistemas de seguridad y evacuación, es

decir que son estos los sistemas empleados para evacuar a los usuarios de una

edificación al momento de presentarse una catástrofe, con base en esto se

puede ver la necesidad que existe de crear sistemas eficientes de evacuación,

es decir que los sistemas que se utilicen, en este caso las escaleras, tengan la

capacidad de resistir la combinación crítica de cargas que en un momento dado

pueda inducírsele.

1.3.2 SISTEMAS DE ESCALERAS DE USO COTIDIANO

Las escaleras de uso cotidiano son aquellas que dentro de una edificación se les

mantiene el acceso abierto en cualquier momento de la vida de la estructura,

son estas a las que se les demanda diariamente una respuesta antes los

esfuerzos inducidos por cargas gravitacionales de ocupación de una estructura.

Las cargas que normalmente actúan sobre una estructura de este tipo son de

origen gravitacional y sísmico de acuerdo con el área en la que se edifique.

Page 8: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 7

1.4 CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS DE ESCALERAS DE ACUERDO CON SU CONFIGURACIÓN

ESTRUCTURAL

Cuando se habla de configuración estructural se está hablando acerca de las

características estructurales que posee un sistema, es decir se detalla el sistema de

apoyos que este posee tanto longitudinalmente como transversalmente, el tipo de

estructural que conforma el sistema, es decir escalones en voladizo, losas o placas de

concreto armado etc.

1.4.1 SISTEMA DE ESCALERAS AUTO-PORTANTES

Se denomina sistema de escaleras auto-portante a aquel sistema que se

conforma por dos tramos de losas de concreto escalonadas y colocadas en

sentido contrario una respecto de la otra con un descanso entre ambos tramos,

respecto de las losas podemos decir que ambas se encuentra empotradas a

elementos rígidos en sus extremos sin embargo el punto común de unión es

una losa dispuesta horizontalmente denominada descanso en la cual se

concentran esfuerzo torsionantes que son transmitidos a las losas escalonadas

y estas a su vez lo transmiten a los elementos terminales tal y como se aprecia

en la figura 3.

Page 9: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 8

1.4.2 SISTEMAS DE ESCALERAS DE LOSA MACIZA

Los sistemas de losa maciza son los sistemas de escaleras más comúnmente empleados, ya que su análisis como su diseño no constituyen un procedimiento que represente mayor dificultad, este tipo de sistemas se compone de placas o losas de concreto armado las cuales se apoyan en sus extremos en diversos elementos estructurales que se les transmite las cargas colectadas por el sistema de diafragmas compuestos por las losas que integran el sistema de escaleras.

1.4.3 SISTEMAS DE ESCALERAS CON APOYOS INTERMEDIOS

Se le denomina sistema de escaleras con apoyos intermedios a aquel sistema cuya característica fundamental es que posee más de dos tramos de losa dispuestos en la misma dirección y que no poseen descansos intermedios sino que su estructura se apoya más comúnmente en sistemas de vigas intermedias. Este tipo de sistema se considera un caso especial de las escaleras simplemente apoyadas de un tramo ya que este tipo de escaleras se modelan con mediante placas de concreto de largos que varían entre 3.00 m y 4.00 m, sin embargo el sistema de apoyos intermedios permite prolongar la longitud de un tramo sin que este exceda los 6.00 m con la condicionante que exista un apoyo intermedio que tenga la capacidad de absorber los esfuerzo torsionantes que se le induciría a un descanso.

Page 10: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 9

1.4.4 SISTEMA DE ESCALERAS ORTOPOLIGONALES

Comúnmente se puede apreciar en cualquier edificación que los sistemas de escaleras están compuestos por losas que a su vez se les agregan escalones y dan origen a un medio por el cual un usuario de una edificación puede desplazarse de un punto a otro de un edificio, sin embargo el sistema de escaleras denominado sistema orto poligonal se considera un caso especial de los sistemas de escaleras, ya que este no se compone de una losa plana la cual se le agregan escalones sino que en este tipo de sistemas la losa es la que presenta la forma de escalón. Este tipo de sistemas no son muy comúnmente empleados ya que se consideran de un grado de dificultad alto para su ejecución, además de representar dificultades para su análisis y diseño ya que siendo un caso especial se requieren de métodos de análisis y diseño especiales para su cálculo.

Page 11: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 10

1.4.5 SISTEMA DE ESCALERAS HELICOIDALES

Se le denomina sistema de escaleras helicoidales al sistema que emplea como punto de apoyo un elemento de concreto armado diseñado para resistir esfuerzos de flexo comprensión, este se considera un caso especial de los sistemas de escaleras con escalones en voladizo empotrados transversalmente, ya que la filosofía de funcionamiento se basa en escalones empotrados en una columna central la cual le sirve no solo como sistema de empotramiento sino que a su vez le brinda estabilidad al sistema como tal. Este tipo de sistemas se emplea en edificaciones en las cuales no se cuenta con áreas amplias para la construcción de sistemas constituidos por losas, este sistema se considera como uno de los más adecuados para situaciones en la que no se cuenta con áreas amplias en los ambientes ya que por su tamaño compacto y realizando un correcto análisis y diseño de la estructura nos brindará un servicio calidad.

2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

El proyecto inicia con el planteamiento arquitectónico de la vivienda, a partir del cual se

obtienen los planos en planta, cortes, elevaciones y detalles. Se buscó una vivienda simétrica

tanto en distribución de masas como rigideces, continuidad en la estructura y una resistencia

adecuada.

Page 12: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 11

3. NORMAS EMPLEADAS

Metrado de cargas: Norma E.020 de Cargas

Diseño de concreto: Norma E.060 de Concreto Armado.

Diseño de albañilería: Norma E.070 de Albañilería

4. CARGAS DE DISEÑO

4.1 Concreto Armado

Los elementos estructurales de concreto armado se diseñaron para obtener en todas

sus secciones resistencias de diseño (øRn) por lo menos iguales a las resistencias

requeridas (U), calculadas para las cargas y fuerzas amplificadas en las

combinaciones que se estipula en la Norma E.060. En todas las secciones de los

elementos se debe cumplir:

Page 13: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 12

U = 1.4CM + 1.7CV

U = 1.25(CM+CV) ± CS

U = 0.9CM ± CS

U = 1.4CM + 1.7CV +1.7CE

Donde CM es la carga muerta, CV la carga viva, CS la carga correspondiente al sismo y

CE el empuje lateral del suelo y del agua.

5. PREDIMENSIONAMIENTO

Se indican los criterios y recomendaciones tomados para el pre-dimensionamiento de los

elementos estructurales, basados en la experiencia de otros proyectos y los requerimientos de

la Norma de Cargas E.020 , de Concreto Armado E.060 y la de Albañilería E.070 . Son detalles

previos y criterios que se toman en cuenta antes de llegar a hacer el análisis y diseño final, en

este proceso hay que tener en cuenta que si se quiere tener una gran aproximación,

dependerá de la experiencia del Ing.

4.2 ESCALERA

Los detalles generales a tener en cuenta siempre antes de empezar el

predimensionamiento de la escalera son los siguientes:

P = PASO C = CONTRAPASO

ES RECOMENDABLE

2C + P = 60 @ 65 cm. ………(1)

El paso mínimo es de 25 cm.

Page 14: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 13

El contrapaso puede ser:

a) Para escaleras monumentales de 13 15 cm.

b) Edificios o casas 15 a 17.5 cm.

c) Secundarias 20 cm.

El ancho mínimo:

a) Vivienda = 1 mt.

b) Secundarias = 0.80 mt.

c) Caracol = 0.60 mt.

d) Edificios = 1.20 mt.

Para cargas puede ser:

Peso propio: Peso de la estructura.

Acabados: Generalmente es de 100 Kg/m2 pero cuando hay barandas de ladrillo o en

general algo muy cargado hay que encontrar el verdadero peso.

Sobre cargas: según el reglamento nacional de edificaciones la carga viva mínima

repartida para una escalera de una vivienda es 200 Kg/ m2.

Además también se debe considerar:

Donde:

h: Altura entre pisos (m).

t: Espesor de la garganta de escalera (m).

Se considerará un espesor de 0.15 m en la garganta de la escalera para una mejor distribución de

acero en el concreto. De los planos de arquitectura del proyecto se tienen pasos de 0.25 m de

longitud. Además la escalera cuenta con 16 contra pasos cuya altura se define a continuación:

De los valores obtenidos se reemplazan en la ecuación (1)

Page 15: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 14

Por lo tanto, se aceptan las dimensiones indicadas para los elementos de la escalera.

6. MODELACIÓN E IDEALIZACIÓN

Para el diseño de un sistema de escaleras no cabe la menor duda que deberá iniciarse llevando a cabo el diseño arquitectónico del mismo, para ello se tomarán todas las consideraciones descritas en la sección 1 además de contar con el criterio del profesional encargado de elaborar el proyecto.

DETALLE DE ELEVACIÓN DEL CORTE A-A’ DEL PLANO DE ARQUITECTURA

Page 16: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 15

DETALLE ESTRUCTURAL DEL PRIMER TRAMO DETALLE ESTRUCTURAL DEL SEGUNDO TRAMO

INICIALMENTE SE HABLÓ DE ESCALERAS EMPOTRADAS PERFECTAMENTE, EN NUESTRO

CASO POR RAZONES DE DISEÑO ARQUITECTÓNICO VEMOS QUE EN EL PRIMER TRAMO EN

LA PARTE INFERIOR UN APOYO PARTE DE UNA CIMENTACION NO MUY PROFUNDA Y EN LA

PARTE INTERMEDIA EL DESCANSO SE APOYA UN MURO CONFINADO, EN ESTE CASO NO

GARANTIZA LA CONDICIÓN DE EMPOTRAMIENTO PERFECTO EN AMBOS CASOS POR LO

CUAL LOS CONSIDERAMOS CON APOYOS SIMPLES.

A CRITERIO SE VA ASUMIR EN LA PARTE INFERIOR UN APOYO DOBLE Y EN LA PARTE

INTERMEDIA UN APOYO MÓVIL POR LO TANTO EN ESTE PUNTO SE PRODUCE UN

DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL, COSA QUE NO OCURRE SI LA ESCALERA ESTUVIERA SOBRE

UN APOYO FIJO, PERO NO EXISTE DESPLAZAMIENTO VERTICAL EN NINGUNO DE LOS CASOS.

EN ESTE TIPO SE CONSIDERA COMO SI TODA LA LUZ FUERA MONOLÍTICA, O SEA YA NO SE

COLOCA UN APOYO FICTICIO EN EL NUDO DE DESCANSO, COMO ALGUNOS AUTORES CITAN

COMO RECOMENDACIÓN EN ALGUNOS TEXTOS.

Page 17: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 16

IDEALIZACIÓN DEL PRIMER TRAMO DE LA ESCALERA

PARA EL SEGUNDO TRAMO SE TOMA EL MISMO CRITERIO SOLO CABE MENCIONAR QUE

PARA EL TRAMO SUPERIOR QUE LLEGA EL SEGUNDO NIVEL ESTE SE APOYA EN UNA VIGA

CHATA, LA CUAL COMO MENCIONAMOS ANTERIORMENTE PUEDE ACTUAR DE MANERA

IDEAL COMO UN APOYO FIJO.

IDEALIZACIÓN DEL SEGUNDO TRAMO

Page 18: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 17

7. METRADO DE CARGAS

Las estructuras deberán resistir las cargas que se les imponga como consecuencia de su uso

previsto. Estas cargas actuarán en las combinaciones prescritas y no causarán esfuerzos que

excedan los esfuerzos admisibles de los materiales (Diseño por Resistencia).

El metrado de cargas verticales es un complemento del metrado para el diseño

sismorresistente.

El metrado de cargas es un proceso mediante el cual se estiman las cargas actuantes sobre los

distintos elementos estructurales. El metrado de cargas es un proceso simplificado ya que por

lo general se desprecian los efectos hiperestáticos producidos por los momentos flectores,

salvo que sean estos muy importantes.

Los tipos de carga que se usarán en el metrado son las siguientes:

Carga Muerta: Son cargas de gravedad que actúan durante la vida útil de la estructura, como :

el peso propio de la estructura, el peso de los elementos que complementan la estructura

como acabados, tabiques, maquinarias.

Carga Viva o Sobrecarga: son cargas gravitacionales de carácter movible, que actúan en forma

esporádica. Entre éstas se tienen: el peso de los ocupantes, muebles, nieve, agua, equipos

removibles.

Las cargas unitarias que usaremos son las siguientes:

o Densidad del concreto: 2400 Kg/m3.

o Acabados: 100 Kg/m3.

o Tabiquería móvil (drywall): 60 Kg/m3.

SOBRECARGAS:

o HALL Y ESCALERA EN VIVIENDAS SEGÚN ESPECIFICACIONES TÉCNICAS: 300 kg/m2

La Norma E-020 en su acápite 2.3 señala que para una carga de tabique de 103 kg/m se

supondrá una carga equivalente repartida de 60 kg/m2 (carga muerta).

Page 19: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 18

7.1 METRADO DE ESCALERA

La escalera consta de dos tramos por piso de los cuales anteriormente ya asumimos

que las losas están sobre apoyos simples uno móvil y otro fijo, la cual afirmamos

porque estás descansan en un pared confinada en la parte superior y la parte inferior

consta de un cimentación baja (ver fig. 1)

Fig. 1

DIMENSIONES DE LA ESCALERA VISTA DE PLANTA

Los esqueletos estructurales deben de contar con las dimensiones reales del detalle

arquitectónico pues las cargas muertas según reglamento dependerán de estas

dimensiones. (Ver fig. 2 y 3)

Page 20: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 19

Fig. 2

DIMENSIONES DEL PRIMER TRAMO DEL ESQUELETO ESTRUCTURAL

Fig. 3

DIMENSIONES DEL SEGUNDO TRAMO DEL ESQUELETO ESTRUCTURAL

Page 21: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 20

La carga repartida por unidad de área en planta producida por el peso propio del tramo inclinado (w (pp)) será:

De donde se tiene los siguientes valores:

Reemplazando en la fórmula se obtiene:

W (pp) = 0.67 Tn/m3

Luego para el tramo inclinado tenemos:

Si multiplicamos por ancho del tramo inclinado que es B para obtener las cargas distribuidas por metro lineal:

(Concreto armado) :

Paso (p) :

Contra paso (cp) :

Espesor de garganta (t) :

Ancho del paso (B) :

Numero de pasos :

2.4 Tn/m3

0.250 m

0.188 m

0.150 m

1.000 m

16

peso propio : kg/m2

acabados : kg/m2----------------

peso muerto = kg/m2

sobre carga o carga viva

= kg/m2

670

100

770WD

WL 300

peso propio : kg/m2

acabados : kg/m2----------------

peso muerto = kg/m2

sobre carga o carga viva

= kg/m2

670

100

770WD

WL 300

2

12 p

cpt

cpppw

WD = (670 kg/m2)*1m= 770 kg/m

WL = (300 kg/m2)*1m = 300 kg/m

Page 22: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 21

Para el tramo recto de la losa tenemos:

8. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LA ESCALERA

Las escaleras son losas inclinadas de concreto armado sometidas a flexión y corte, los esfuerzos

se hallan mediante idealizaciones sencillas, los tramos se asumirán como una viga

simplemente apoyada sobre la losa de piso y sobre el aligerado, solicitada por una carga

uniformemente distribuida correspondiente a su peso propio y a una sobrecarga de 300

kg/m2.

Observamos el esquema de cómo se distribuye las fuerzan en el esqueleto estructural. (Ver fig.

4 y 5)

Fig. 4

Distribución de carga en el primero tramo

peso propio : 480 kg/m

acabados : 100 kg/m

----------------

580 kg/m

sobre carga o carga viva

=

peso muerto WD =

(100 Kg/m2)*(1 m.) =

(2400 Kg/m3)*(0.20 m.)*(1 m.) =

WL (300 Kg/m2)*(1 m.) = 300 Kg/m

Page 23: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 22

Fig. 5

Distribución de fuerzas del segundo tramo

Antes de poder hacer cualquier cálculo tendremos que evaluar las condiciones de resistencias

que según el REGLAMENTO NACCIONAL DE EDIFICACIONES en la normativa E .060 CONCRETO

ARMADO capítulo nueve, exige la condición de carga última que se evalúa con la siguiente

fórmula:

Donde:

CM = Carga muerta

CV = Carga viva o sobre carga

CU = 1.4 CM + 1.7CV

Page 24: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 23

Por lo tanto se tiene:

o CARGA ÚLTIMA PARA LOS TRAMOS INCLINADOS

o CARGA ÚLTIMA PARA TRAMOS RECTOS O DESCANSOS

De acuerdo a la forma de la escalera mostrada a continuación, se modelaron los tres tramos

con apoyos fijos en la base y la parte superior de la escalera y apoyo móvil en el descanso,

como tramos horizontales. Las cargas uniformes de 1588 Kg/m se emplearon para las zonas

inclinadas y las de 1322 Kg/m para los descansos. (Ver fig. 6 Y 7)

Fig. 6

MODELADO DEL PRIMER TRAMO

CU = 1.4 *(770Kg/m) + 1.7*(300Kg/m) = 1588 Kg/m

CU = 1.4 *(580Kg/m) + 1.7*(300Kg/m) = 1322 Kg/m

Page 25: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 24

Fig. 7

MODELADO DEL SEGUNDO TRAMO

9. CÁLCULOS Y RESULTADOS

Para hallar a energía de deformación primeramente tenemos que hallar los diagramas de

momento flector y fuerza cortante.

Page 26: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 25

Page 27: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 26

Page 28: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 27

Page 29: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 28

Page 30: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 29

Page 31: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 30

Page 32: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 31

CONCLUSIONES

El pre dimensionamiento estructural se basa en recomendaciones fundadas en información recopilada en experiencias de construcción.

Para al momento de idealizar los esqueletos estructurales hay que tener mucho cuidado ya que de ello depende el soporte estructural y la resistencia de cargas actuantes en la escalera.

Existe una cantidad limitada de bibliografía referente a este tema, por lo que

el conocimiento sobre estas estructuras es reducido. Se determinó que los sistemas de escaleras juegan un papel de mucha

importancia dentro de toda edificación, tanto para su estabilidad como para el uso y comodidad que representan para el usuario.

La mano de obra a emplear en este tipo de sistemas debe ser calificada

para la actividad que se está realizando, ya que este tipo de obras pueden constituirse en obras de arte.

Para hallar el peso muerto por efectos del acabado se asumió un valor de

100 Kg/m2 según el REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES en la NORMA E.020 CARGAS, esto debido a que la escalera del proyecto no posee muchos acabados, salvo la baranda de aluminio.

Page 33: ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA ESCALERA SIMPLEMENTE APOYADA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

MM

A N Á L I S I S E S T R U C T U R A L I – A N Á L I S I S Y D I S E Ñ O D E E S C A L E R A S

Página 32

BIBLIOGRAFÍA

ACI PERÚ, Normas Peruanas de Estructuras, 2ª Edición, 2001, Perú. 495 páginas.

BLANCO BLASCO, ANTONIO, Estructuración y Diseño de Edificaciones de Concreto

Armado, Libro 2 de la colección del Ingeniero Civil, 1ª Edición, 1990, Lima-Perú. 243 páginas.

HARMSEN, TEODORO, Diseño de Estructuras de Concreto Armado, Pontificia Universidad Católica del Perú, Fondo Editorial, 3ª Edición, 2002, Perú. 683 páginas.

BARES, RICHARD, Tablas para el Cálculo de Placas y Vigas Pared,

Editorial Gustavo Gili, 1970, España. 542 páginas.

SAN BARTOLOMÉ, ÁNGEL, Análisis de Edificios, Pontificia Universidad

Católica del Perú, Fondo Editorial, 1ª Edición, 1998, Perú. 319 páginas.

OTTAZZI PASINO, GIANFRANCO, Apuntes del Curso Concreto Armado 1,

Pontificia Universidad Católica del Perú, 2002, Perú. 353 páginas.

REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES, NORMA E.020 (Cargas) y E.060 (Concreto armado).