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DISEÑO ESCALERA 100% SIUUU

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UNIVERSIDAD NACIONAL INTERCULTURAL DE LA SELVA CENTRAL JUAN SANTOS ATAHUALPA
"Año del Bicentenario, de la consolidación de nuestra Independencia, y de la conmemoración de las heroicas batallas de
Junín y Ayacucho"
“UNIVERSIDAD NACIONAL INTERCULTURA DE LA SELVA CENTRAL JUAN SANTOS
ATAHUALPA”
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
"DISEÑO DE ESCALERA"
LINEA DE INVESTIGACIÓN:
TRABAJO MONOGRÁFICO
Autores:
QUEZADA NANO, Jeancarlo Alejandro
RUÍZ ZAMBRANO, Edú
LLANQUI ALLCACHUAMAN, Melvin Omar
QUEZADA NANO, Jeancarlo Alejandro
CELIS MARTINEZ, Williams
RINZA INFANCIÓN, Andrew Raúl
La Merced-Perú
2024
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UNIVERSIDAD NACIONAL INTERCULTURAL DE LA SELVA CENTRAL JUAN SANTOS ATAHUALPA
"Año del Bicentenario, de la consolidación de nuestra Independencia, y de la conmemoración de las heroicas batallas de
Junín y Ayacucho"
Tabla de contenido
I.
RESUMEN ........................................................................................................................ 4
II.
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 5
III.
OBJETIVOS ...................................................................................................................... 7
3.0.
OBJETIVO GENERAL .......................................................................................................... 7
3.1.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................................................... 7
IV.
JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................ 8
4.0.
IMPORTANCIA DEL DISEÑO DE ESCALERAS DE CONCRETO ARMADO .............................................. 8
4.1.
NORMATIVA APLICABLE ..................................................................................................... 8
V.
CONCEPTOS TEÓRICOS .................................................................................................... 9
5.0.
PREDIMENSIONAMIENTO DE ESCALERAS ................................................................................ 9
5.1.
CARGAS DE DISEÑO........................................................................................................... 9
5.2.
MÉTODOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL .................................................................................. 10
VI.
METODOLOGÍA DE CÁLCULO ......................................................................................... 12
6.0.
GEOMETRÍA Y DIMENSIONES DE LA ESCALERA ....................................................................... 12
6.1.
CÁLCULO DE CARGAS....................................................................................................... 12
6.2.
DISEÑO DEL TRAMO DE ESCALERA ...................................................................................... 13
6.3.
DISEÑO DE LA LOSA DE DESCANSO...................................................................................... 13
6.4.
DISEÑO DE LOS ACEROS DE REFUERZO ................................................................................. 13
VII.
EJEMPLO DE APLICACIÓN ......................................................................................... 15
7.0.
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO............................................................................................. 15
7.1.
PREDIMENSIONAMIENTO ................................................................................................. 16
7.2.
METRADO DE CARGA...................................................................................................... 17
7.3.
MODELO MATEMÁTICO.................................................................................................... 17
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7.4.
DISEÑO POR FLEXIÓN. ..................................................................................................... 18
7.5.
DISEÑO POR CORTE......................................................................................................... 20
7.6.
CÁLCULO DE ACERO DE TEMPERATURA. .............................................................................. 20
7.7.
DISTRIBUCIÓN DE ACERO ................................................................................................. 21
VIII.
CONCLUSIONES......................................................................................................... 22
IX.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 24
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I. Resumen
Este trabajo aborda el predimensionamiento, diseño y cálculo de aceros en una
escalera de concreto armado para una vivienda multifamiliar de 5 niveles.
Se realizó el predimensionamiento inicial según normas, determinando
dimensiones de tramos, descansos y otros elementos estructurales.
Se calcularon las cargas actuantes: permanentes, vivas, sísmicas y de viento,
siguiendo las Normas E.060 y E.030. Se obtuvieron las solicitaciones de diseño máximas.
Mediante análisis estructural, se determinaron los esfuerzos internos en tramos,
losas y otros elementos. Se diseñaron los aceros de refuerzo longitudinal y transversal
requeridos.
Se cumplieron los requisitos normativos para cuantías, recubrimientos, anclajes y
empalmes del refuerzo. Se verificaron deflexiones y control de agrietamiento.
El ejemplo práctico permitió aplicar conceptos teóricos y normativos,
demostrando la importancia de un diseño integral y riguroso para escaleras seguras y
durables.
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II. Introducción
El diseño estructural de escaleras de concreto armado es una tarea fundamental en
proyectos de edificación de múltiples niveles. Las escaleras son elementos críticos que
permiten la circulación vertical de personas y objetos entre los diferentes pisos de una
construcción. Sin embargo, su diseño y cálculo presentan un desafío significativo debido
a las diversas cargas que deben soportar, como el peso propio, las cargas vivas de
ocupantes y objetos, las cargas sísmicas, entre otras.
Estas cargas pueden generar esfuerzos complejos en los elementos estructurales
de la escalera, como los tramos inclinados, las losas de descanso y los apoyos. Si no se
realiza un dimensionamiento y cálculo adecuado, pueden ocurrir problemas graves como
deflexiones excesivas, agrietamiento o incluso el colapso de la estructura, poniendo en
riesgo la seguridad de los usuarios.
Es por ello que el predimensionamiento, diseño y cálculo detallado de los aceros
de refuerzo en una escalera de concreto armado es una tarea crítica y debe realizarse
siguiendo rigurosamente las normas y códigos de construcción aplicables. Estos
lineamientos normativos establecen requisitos específicos para el análisis estructural,
combinaciones de carga, factores de seguridad, detalles de refuerzo, entre otros aspectos
clave.
En este contexto, el presente trabajo de investigación y cálculo tiene como
objetivo desarrollar un estudio exhaustivo sobre el diseño de una escalera de concreto
armado, abarcando desde el predimensionamiento inicial hasta el cálculo detallado de los
aceros de refuerzo necesarios. Esto implica la aplicación de conceptos teóricos,
metodologías de cálculo y normativa vigente, así como la resolución de un ejemplo
práctico que permita ilustrar y analizar los resultados obtenidos.
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La realización de este trabajo es fundamental para comprender a profundidad los
desafíos y consideraciones involucradas en el diseño estructural de escaleras de concreto
armado, asegurando así la seguridad, funcionalidad y durabilidad de estas estructuras
críticas en proyectos de construcción.
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III. Objetivos
3.0.Objetivo General
El objetivo principal de este trabajo es desarrollar un estudio detallado sobre el
predimensionamiento, diseño y cálculo de aceros en una escalera de concreto armado.
3.1.Objetivos específicos
- Comprender los conceptos teóricos y normativos relacionados con el diseño de
escaleras de concreto armado.
- Establecer una metodología clara para el predimensionamiento, cálculo de
cargas y diseño estructural de una escalera.
- Aplicar los conocimientos adquiridos en un ejemplo práctico, realizando todos
los cálculos necesarios.
- Analizar y discutir los resultados obtenidos, comparándolos con otros métodos
y estableciendo recomendaciones.
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IV. Justificación
4.0.Importancia del diseño de escaleras de concreto armado
Las escaleras son elementos estructurales fundamentales en edificios de múltiples
niveles, ya que permiten la circulación vertical de personas y bienes. Un diseño adecuado
de las escaleras de concreto armado es crucial para garantizar la seguridad, funcionalidad
y durabilidad de las mismas.
Estas estructuras deben ser capaces de soportar diversas cargas, como el peso
propio, cargas vivas (personas y objetos), cargas de sismo, entre otras. Además, deben
cumplir con requisitos normativos y estéticos específicos.
Un diseño deficiente puede conducir a problemas estructurales graves, como
grietas, deflexiones excesivas o incluso el colapso de la escalera, poniendo en riesgo la
vida de los usuarios. Por lo tanto, es fundamental contar con un análisis detallado y un
dimensionamiento adecuado de los elementos estructurales y del acero de refuerzo.
4.1.Normativa aplicable
El diseño de escaleras de concreto armado debe cumplir con las normas y códigos
de construcción vigentes en la región o país donde se desarrolle el proyecto. En este
trabajo, se considerará la normativa establecida por el E060 y E030
Estas normas proporcionan requisitos específicos para el diseño estructural de
escaleras, incluyendo criterios para el predimensionamiento, cálculo de cargas,
combinaciones de carga, factores de seguridad, detalles de refuerzo, entre otros aspectos.
Seguir esta normativa es fundamental para garantizar la seguridad y cumplimiento de los
estándares de construcción.
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V. Conceptos teóricos
5.0.Predimensionamiento de escaleras
El predimensionamiento de escaleras de concreto armado es el proceso inicial de
determinar las dimensiones preliminares de los elementos estructurales que la componen,
como el ancho de los tramos, el espesor de la losa, la altura de la contrahuella y la
profundidad de la huella. Este proceso se basa en criterios empíricos, recomendaciones
normativas y consideraciones de funcionalidad y estética.
Algunos aspectos clave a considerar en el predimensionamiento son:

Ancho mínimo de tramos y descansos: Debe cumplir con los requisitos de
evacuación y circulación de personas establecidos en las normas de
construcción.

Relación huella-contrahuella: La combinación de la profundidad de la
huella y la altura de la contrahuella debe cumplir con criterios de
comodidad y seguridad para los usuarios.

Espesor de la losa: Depende de factores como las luces de los tramos, las
cargas a soportar y los requisitos de resistencia al fuego.

Peraltes de vigas y losas de descanso: Se determinan en función de las
luces y cargas actuantes, siguiendo recomendaciones empíricas o
normativas.
5.1.Cargas de diseño
El cálculo adecuado de las cargas que actuarán sobre la escalera es fundamental
para su diseño estructural. Estas cargas pueden clasificarse en:
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
Cargas permanentes o muertas: Incluyen el peso propio de la escalera
(losas, vigas, descansos) y cualquier otro elemento estructural o
arquitectónico permanente.

Cargas vivas: Son las cargas móviles o temporales, como el peso de las
personas que transitan por la escalera, muebles, equipos u objetos que
puedan colocarse sobre ella.

Cargas de sismo: Fuerzas laterales generadas por los movimientos
sísmicos, que deben considerarse en función de la ubicación geográfica y
el nivel de riesgo sísmico.

Cargas de viento: Fuerzas laterales producidas por el viento, relevantes en
escaleras exteriores o en edificios altos.
Estas cargas se cuantifican según los lineamientos de las normas de diseño
estructural aplicables, y se combinan adecuadamente para obtener las solicitaciones
máximas sobre los elementos de la escalera.
5.2.Métodos de diseño estructural
Una vez definidas las cargas actuantes, se procede al diseño estructural de la
escalera utilizando métodos de análisis y diseño reconocidos. Algunos métodos comunes
son:

Método de la Resistencia Última o Diseño por Estados Límite: Este
método se basa en el análisis de los estados límite de resistencia (falla por
carga excesiva) y servicio (deflexiones, agrietamiento, etc.). Considera
factores de carga y factores de resistencia para garantizar un nivel
adecuado de seguridad estructural.
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
Método de las Cargas de Trabajo o Diseño por Esfuerzos Admisibles: Se
basa en el cálculo de esfuerzos y deformaciones en los elementos
estructurales bajo cargas de servicio, utilizando factores de seguridad
conservadores.

Diseño por Desempeño: Se enfoca en el comportamiento estructural
esperado de la escalera ante diferentes niveles de demanda sísmica,
buscando evitar el colapso y limitar los daños.
Independientemente del método utilizado, el diseño estructural implica el cálculo
de las solicitaciones (momentos, cortantes, fuerzas axiales) en los elementos de la
escalera, y la determinación de los refuerzos de acero necesarios para resistir dichas
solicitaciones de forma segura y cumplir con los requisitos normativos.
Este proceso puede realizarse mediante métodos manuales o con el uso de
software especializado de análisis estructural, siguiendo siempre los lineamientos y
requerimientos establecidos en las normas de diseño aplicables.
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VI. Metodología de cálculo
6.0.Geometría y dimensiones de la escalera
En esta etapa se definirán las dimensiones y configuración geométrica de la
escalera, tomando en cuenta los requisitos de las normas E.060 y E.030. Esto incluye:

Ancho mínimo de tramos y descansos según el uso y aforo de la
edificación.

Relación huella-contrahuella según los rangos especificados para
garantizar seguridad y comodidad.

Espesor de losas de tramos y descansos, considerando las luces y cargas
actuantes.

Peraltes de vigas y dimensiones de otros elementos estructurales.
6.1.Cálculo de cargas
Se determinarán las cargas que actuarán sobre la escalera de acuerdo con los
lineamientos de la Norma E.060 y E.030:

Cargas permanentes o muertas: Peso propio de la escalera y otros
elementos permanentes.

Cargas vivas: De acuerdo con las tablas de cargas vivas repartidas y
concentradas según el uso de la edificación.

Cargas de sismo: Fuerzas sísmicas calculadas según el procedimiento
establecido en la Norma E.030, considerando el factor de zona sísmica,
parámetros de suelo, importancia de la edificación, entre otros.
Se realizarán las combinaciones de carga según los criterios de la Norma E.060
para obtener las solicitaciones de diseño.
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6.2.Diseño del tramo de escalera
Utilizando un método de análisis estructural apropiado (por ejemplo, método de
elementos finitos o métodos simplificados), se calcularán los esfuerzos internos
(momentos, cortantes, fuerzas axiales) en los tramos inclinados de la escalera bajo las
combinaciones de carga.
Posteriormente, se diseñarán los refuerzos de acero longitudinal y transversal
requeridos para resistir dichos esfuerzos, siguiendo los lineamientos de la Norma E.060
para el diseño por flexión, cortante y torsión, cuando corresponda.
6.3.Diseño de la losa de descanso
Se analizará la losa de descanso como una losa en una dirección o losa
bidireccional, según su geometría y condiciones de apoyo. Se calcularán los momentos y
esfuerzos cortantes actuantes utilizando los métodos de análisis establecidos en la Norma
E.060.
Luego, se diseñarán los refuerzos de acero longitudinal y transversal necesarios
para resistir dichos esfuerzos, cumpliendo con los requisitos de la norma para losas.
6.4.Diseño de los aceros de refuerzo
En esta etapa se determinarán detalladamente los diámetros, longitudes,
separaciones y disposición del acero de refuerzo para los tramos de escalera, losas de
descanso y otros elementos estructurales.
Se deberán cumplir los requisitos de la Norma E.060 en cuanto a cuantías
mínimas, recubrimientos, longitudes de anclaje, empalmes, entre otros aspectos
relacionados con el refuerzo.
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Adicionalmente, se verificarán los estados límites de servicio, como deflexiones
y control de agrietamiento, para garantizar un adecuado comportamiento de la escalera
en condiciones de servicio.
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VII.
Ejemplo de aplicación
7.0.Descripción del proyecto
Del plano de arquitectura se tiene la escalera principal. La altura que se debe cubrir
entre cada piso y el techo es de 2.88m en el primer nivel y de 3m desde el nivel 2 hasta el
nivel 6 esto se debe cubrir con por contrapasos.
𝟐.𝟖𝟖
𝟎.𝟏𝟖
=16 contrapasos.
Escaleras de nuestra vivienda multifamiliar
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7.1.Predimensionamiento
Cálculo de contrapasos (CP).
𝟐.𝟖𝟖
𝟎.𝟏𝟖
=16 contrapasos.
Cálculo de la garganta (t)
𝒕=
𝟑. 𝟎𝟒
= 𝟎. 𝟏𝟐
𝟐𝟓
𝒕=
𝟑. 𝟎𝟒
= 𝟎. 𝟏𝟓
𝟐𝟎
Criterios de pasos (P)
 𝐺𝑎𝑟𝑔𝑎𝑛𝑡𝑎 (𝑡) = 15𝑐𝑚

𝑃𝑎𝑠𝑜 (𝑃) = 25 𝑐𝑚

𝐶𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑝𝑎𝑠𝑜 (𝐶𝑃) = 18 𝑐𝑚

(ℎ𝑚 ) = 18 𝑐𝑚

(𝜃) = 35.75
𝒉𝒎 =
𝒕
𝒄𝒑
+
𝐜𝐨𝐬 𝜽 𝟐
𝜽 = 𝐭𝐚𝐧−𝟏 (
𝒄𝒑
)
𝒑
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7.2. Metrado de carga
7.3.
Modelo matemático

Diagrama de momento flector.
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
Diagrama de fuerza cortante.
7.4. Diseño por flexión.
Como los apoyos son muros de albañilería, se multiplica por uno al momento
ultimo para obtener el momento de diseño.
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
Cálculo de acero positivo.
1 ɸ 1/2” @ 0.20m

Cálculo de acero negativo.
Como los apoyos de la escalera son muros de albañilería se multiplica al
momento por 1/2
𝑴𝑫(−) = 𝟑. 𝟓𝟏 ∗
𝟏
= 𝟏. 𝟏𝟕 𝒕𝒏 ∗ 𝒎
𝟐
1 ɸ 1/2” @ 0.40m
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7.5.Diseño por corte.
7.6. Cálculo de acero de temperatura.
ɸ 3/8” @ 0.30m
Dicha medida del espaciamiento se tomó cada 0.30m para un mejor
trabajo en el acero de temperatura.
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7.7. Distribución de acero
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VIII.
Conclusiones

El correcto diseño estructural de escaleras de concreto armado es
fundamental para garantizar la seguridad, funcionalidad y durabilidad de
estas estructuras críticas en edificaciones de múltiples niveles.

El proceso de diseño involucra varias etapas clave, como el
predimensionamiento, el cálculo de cargas, el análisis estructural y el
dimensionamiento de los refuerzos de acero, las cuales deben realizarse
siguiendo rigurosamente las normas y códigos de construcción aplicables.

El predimensionamiento inicial de la escalera, considerando aspectos
geométricos, funcionales y estéticos, sienta las bases para un diseño
adecuado y facilita las etapas posteriores del proceso.

El cálculo preciso de las cargas actuantes, incluyendo cargas permanentes,
vivas, sísmicas y de viento, es crucial para determinar las solicitaciones
máximas sobre los elementos estructurales de la escalera.

Los métodos de análisis estructural, como el método de la resistencia
última o el diseño por desempeño, permiten evaluar de manera confiable
el comportamiento de la escalera ante diferentes combinaciones de carga
y niveles de demanda sísmica.

El diseño detallado de los aceros de refuerzo, siguiendo los lineamientos
normativos en cuanto a cuantías, recubrimientos, anclajes y empalmes,
garantiza la resistencia y ductilidad requeridas para la escalera.

Además del diseño por resistencia, es fundamental verificar los estados
límites de servicio, como deflexiones y control de agrietamiento, para
asegurar un adecuado comportamiento de la escalera en condiciones de
uso normal.
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
La aplicación de la metodología de diseño propuesta en un ejemplo
práctico ha permitido ilustrar y consolidar los conceptos teóricos y
normativos involucrados en el diseño de escaleras de concreto armado.

El diseño adecuado de escaleras de concreto armado requiere un enfoque
integral, combinando conocimientos teóricos, normativos y prácticos, para
garantizar estructuras seguras, funcionales y duraderas.

Es fundamental que los profesionales involucrados en el diseño y
construcción de escaleras de concreto armado mantengan actualizados sus
conocimientos y estén familiarizados con las normas y códigos vigentes
para asegurar un desempeño óptimo de estas estructuras.
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IX. Referencias bibliográficas
-E.060 Concreto Armado DS N° 010-2009. (2016). Www.gob.pe.
https://www.gob.pe/institucion/munisantamariadelmar/informespublicaciones/2619713-e-060-concreto-armado-ds-n-010-2009
- Norma técnica E030 Diseño sismorresistente.” (n.d.).
https://cdn.www.gob.pe/uploads/document/file/2686410/E.030%20Dise%C3%B1
o%20Sismo%20resistente.pdf
24
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