Las escaleras de hormigón son una estructura que, además de desempeñar una función esencial de conexión entre los diferentes niveles de un edificio, también pueden convertirse en un elemento arquitectónico destacado.
En el caso de un anfiteatro, las gradas deben resolver simultáneamente la circulación entre niveles, la permanencia de los espectadores, la visibilidad, la seguridad y la integración con el espacio arquitectónico. Por ello, el detalle de las gradas de hormigón requiere coordinar criterios geométricos, estructurales, constructivos y de accesibilidad.
Proyecto de gradas y escaleras de hormigón
Para el proyecto de una escalera de hormigón, los detalles de diseño son esenciales para asegurarse de que la escalera se adapte perfectamente al entorno circundante y a las necesidades funcionales del edificio.
Hay varios aspectos a considerar, como la relación entre la contrahuella y la huella, la accesibilidad y el aspecto arquitectónico.
En un anfiteatro, estos criterios deben aplicarse tanto a los tramos de escalera como a las propias filas de gradas, los descansos, los rellanos y las zonas de circulación entre los distintos sectores de espectadores.
Relación entre la contrahuella y la huella
La relación entre la contrahuella y la huella es uno de los principios fundamentales en el diseño de escaleras de hormigón.
Esta relación se refiere a la distancia vertical (contrahuella) entre dos escalones consecutivos y la profundidad (huella) del propio escalón.
La correcta definición de esta relación es crucial para garantizar que la escalera sea segura, cómoda y cumpla con los estándares de diseño.
Contrahuella
Representa la distancia vertical entre dos escalones sucesivos y generalmente se mide desde el nivel de un escalón hasta el nivel del siguiente escalón.
Este valor es fundamental para calcular el número total de escalones en una escalera.
La fórmula para calcular la contrahuella total es la siguiente:
C=h/N
- C: contrahuella de cada escalón.
- h: altura total del nivel en el que se debe construir la escalera.
- N: número de escalones.
Huella
Esta representa la profundidad del escalón y se mide desde el borde frontal de un escalón hasta el borde frontal del siguiente escalón.
La fórmula para calcular la huella total es la siguiente:
H=l/N
- H: huella de cada escalón.
- l: la longitud total del espacio disponible para la rampa de escalera.
- N: el número de escalones.
Fórmula de Blondel
Definido qué es la contrahuella y la huella, podemos ver en detalle la fórmula comúnmente utilizada para el cálculo de la relación entre la contrahuella y la huella.
La fórmula es la del arquitecto François Blondel, que data del año 1675.
Esta se basa en la suposición de que el esfuerzo requerido para levantar el pie verticalmente es el doble que el necesario para moverlo horizontalmente.
A partir de esta idea se deduce que la relación adecuada entre la contrahuella y la huella debe ser:
2C + H = 62/64 cm
De esta fórmula se deduce que la contrahuella ideal es de aproximadamente 16 cm, mientras que la huella ideal es de 30 cm.
De hecho, una escalera con una relación adecuada entre contrahuella y huella garantizará una experiencia cómoda para quienes la utilicen.
Una relación demasiado grande entre contrahuella y huella haría que la subida fuera agotadora, mientras que una relación demasiado pequeña podría aumentar el riesgo de tropezones.
El diseño de una escalera con la relación adecuada entre contrahuella y huella requiere un equilibrio entre el diseño estético y la funcionalidad.
Accesibilidad y seguridad en las gradas
La escalera debe diseñarse para ser accesible para todas las personas, independientemente de sus capacidades físicas.
Esto significa que se deben tener en cuenta las pautas de accesibilidad y seguridad.
Las escaleras deben contar con pasamanos para facilitar el agarre, escalones antideslizantes y suficiente iluminación.
La anchura de la escalera también es crucial para permitir el paso cómodo y seguro de varias personas al mismo tiempo.
En las gradas de un anfiteatro, la seguridad también depende de la lectura clara de los cambios de nivel, la continuidad de los recorridos, la ausencia de obstáculos y la correcta iluminación de las zonas de acceso y evacuación.
Integración arquitectónica del anfiteatro
Una escalera de hormigón bien diseñada debe integrarse perfectamente en el entorno circundante y en el diseño general del edificio.
Los arquitectos deben considerar el material, el color y el estilo de la escalera para asegurarse de que se integre armoniosamente con la arquitectura circundante.
Una escalera bien diseñada puede convertirse en un elemento destacado en el diseño general del edificio.
En un anfiteatro, las gradas pueden funcionar además como un espacio de permanencia y como una pieza arquitectónica capaz de organizar la plaza, el escenario y los recorridos entre plantas.
Cumplimiento de las normativas de construcción
El cumplimiento de las normativas locales y nacionales de construcción es fundamental en el proyecto de escaleras de hormigón.
Estas normativas establecen los requisitos mínimos de seguridad y accesibilidad para las escaleras.
Los arquitectos e ingenieros deben estar al tanto de estas normativas y asegurarse de que el proyecto cumpla con ellas.
Además, es esencial considerar tanto las cargas permanentes como las variables, en conformidad con las Normas Técnicas de Construcción.
Tipos de escaleras y configuraciones aplicables
Una de las decisiones más importantes en el diseño y construcción de escaleras de hormigón se refiere a la elección del tipo.
Hay varios tipos de escaleras, cada uno con características específicas, adecuadas para diferentes contextos y necesidades.
Escaleras rectas
Son las más comunes y fáciles de diseñar y construir.
Tienen peldaños dispuestos en línea recta, con un ascenso directo de un punto a otro.
Estas escaleras son ideales para espacios rectangulares o cuadrados.
Se utilizan ampliamente tanto en interiores como en exteriores.
Escaleras de caracol
Se caracterizan por tener una forma circular o helicoidal.
A menudo se eligen para ahorrar espacio en interiores o para crear elementos arquitectónicos distintivos en exteriores.
Escaleras voladizas
Tienen una estructura de soporte lateral, que da la ilusión de que los peldaños flotan sin soportes visibles.
Este diseño moderno y elegante se utiliza a menudo en arquitectura contemporánea y requiere concreto de alta calidad y un diseño estructural preciso.
Escaleras de abanico
Se abren desde un punto central, expandiéndose hacia afuera de manera similar a los radios de una rueda.
Este diseño se utiliza a menudo para crear un impacto visual y se puede adaptar tanto a interiores como a exteriores.
Escaleras autoportantes
Están diseñadas para no requerir un soporte adicional, como paredes o columnas, para sostener su estructura.
A menudo se utilizan en arquitectura moderna y requieren una ingeniería estructural avanzada para garantizar la estabilidad.
Escaleras de hormigón pulido
Se caracterizan por una superficie lisa y uniforme obtenida mediante la aplicación de una capa de pulido o resina epoxi.
Este diseño les proporciona un aspecto contemporáneo y un acabado elegante.
Escaleras de hormigón moderno
Siguen los estilos arquitectónicos contemporáneos.
Pueden presentar formas innovadoras, materiales de alta calidad y un diseño minimalista.
A menudo se utilizan en proyectos arquitectónicos avanzados.
Escaleras de hormigón prefabricadas
Se producen en fábrica y luego se transportan al sitio de construcción.
Están disponibles en diferentes formas y tamaños, lo que permite una mayor eficiencia en la construcción y tiempos más cortos de instalación.
Son adecuadas tanto para interiores como para exteriores.
Escaleras de losa inclinada
Se caracterizan por tener peldaños inclinados, a menudo utilizados en lugares con espacio limitado.
La estructura requiere un diseño preciso para garantizar la estabilidad y la seguridad.
A efectos de cálculo creo que no te queda otra que calcular una losa inclinada; el armado en una losa inclinada sería continuo en toda su longitud; aquí tendrías que doblar las armaduras.
Detalle estructural de las gradas de hormigón
El cálculo estructural de las escaleras de hormigón es un proceso fundamental en el campo de la ingeniería civil y la arquitectura.
El diseño preciso de las escaleras requiere una comprensión profunda de las fuerzas, las cargas y las tensiones que actúan sobre la estructura.
En este contexto, el proyecto estructural de una escalera se puede dividir en varios pasos clave:
Diseño de la sección del apoyo
En el primer paso del cálculo estructural, comenzamos con el diseño condicionado de la sección de apoyo más solicitada.
Esta sección es fundamental ya que recibe cargas significativas de la losa inclinada y debe diseñarse para resistir dichas cargas.
Se consideran datos como el ‘momento flector’, las ‘dimensiones de la sección’ y las ‘características del material utilizado’.
Diseño de la sección del tramo
En el segundo paso, nos enfocamos en el diseño de la sección de tramo, que incluye los escalones y otros elementos estructurales.
Es esencial definir el refuerzo necesario para garantizar la resistencia estructural.
Una vez más, se consideran datos como el momento flector, las dimensiones de la sección y los materiales utilizados.
Verificación de las secciones
Aquí se realizan evaluaciones detalladas de las secciones diseñadas, comparando las tensiones internas con la capacidad de resistencia de los materiales utilizados.
Este paso es crucial para garantizar que la escalera sea segura y capaz de soportar las cargas previstas.
Cálculo de los diagramas de momentos resistentes
Este paso implica la determinación de cómo varían los momentos flectores a lo largo de la longitud de la escalera.
Los momentos resistentes deben calcularse para cada sección crítica de la escalera para asegurar que pueda soportar las tensiones sin ceder.
Para realizar estos cálculos, se utilizan fórmulas específicas y consideraciones de diseño estructural.
Las regulaciones y los coeficientes de seguridad se aplican para garantizar que la escalera cumpla con los estándares de seguridad y las normativas de construcción.
El cálculo estructural de las escaleras de hormigón requiere un conocimiento avanzado de la ingeniería civil y las prácticas de diseño.
Es importante asegurarse de que la escalera sea estructuralmente robusta y capaz de garantizar la seguridad de los usuarios.
Materiales, armado y elementos de encofrado
La elección de materiales y técnicas de construcción es otro aspecto crucial en el proyecto de escaleras de hormigón.
El concreto utilizado debe ser de alta calidad y adecuadamente reforzado para garantizar la resistencia y durabilidad de la escalera a lo largo del tiempo.
El diseño estructural y la colocación de refuerzos deben estudiarse cuidadosamente para evitar fallos o daños estructurales.
| Elemento | Detalle |
|---|---|
| Zapata de hormigón armado | Zapata de hormigón armado según calculo. |
| Armadura de refuerzo | Ej:ø10 c/10cm. |
| Suelo | Suelo seleccionado compactado. |
| Contrapiso | Contrapiso e:8cm HHRP:1-¼-4-8. |
| Encofrado inferior | Encofrado de madera tipo saligna. |
| Armadura principal | Ej:ø10c/10cm. |
| Armadura transversal o secundaria | Ej:ø8c/20cm. |
| Separadores | Separadores plásticos a fin de garantizar recubrimiento mínimo. |
| Encofrado lateral | Encofrado de madera lateral. |
| Encofrado de alzada | Encofrado de madera sobre alzada. |
| Hormigón | Hormigon tipo H20. |
| Viga | Viga de hormigón armado. |
| Refuerzo de unión | Refuerzo entre losa de escalera y viga, Ej:ø10c/10cm. |
Armaduras para una escalera de hormigón visto
¿Alguien ha ejecutado o sabe como se ejecuta una escalera de hormigón visto con el perfil del peldañeado en la cara inferior?
El problema que tengo es que los armados que considero podrían funcionar son difíciles de ejecutar pues el doblado de las armaduras lo tienen que hacer manualmente y no me aseguran ni la precisión ni que no se acaben revirando.
Cada uno nace en la huella superior y muere en la inferior.
Comienza con un anclaje de 10cm, baja por la tabica opuesta hasta la altura de la huella a armar, discurre en horizontal y vuelve a descender por la tabica hasta la tabica posterior de la siguiente.
De ahí avanza por la huella inferior para morir con 10 cm en vertical en la tabica siguiente.
El armado inferior es el mismo pero dado la vueta.
La solución que me apuntais, con tantas armaduras, para poderla ejecutar sería cuestión de utilizar diámetros del 8, así también cumplirían las longitudes de solape, no?
Una idea "de bombero" que se me ocurre...
Por el diámetro no te preocupes, yo las he hecho con corrugado de 12 y, aunque sea compleja, no es imposible.
Las losas de escalera se encofran exactamente igual que estuviera inclinada.
Apoyos y encuentros de la estructura
La estabilidad de las gradas depende tanto del armado del tramo como de la correcta resolución de sus apoyos y encuentros con los elementos resistentes.
- Arranque en losa de cimentación.
- Arranque en zapata de cimentación.
- Arranque en zapata de escalera.
- Arranque en viga de cimentación.
- Arranque en viga embebida en forjado.
- Arranque recrecido en forjado sobre mureta de fábrica.
- Arranque recrecido en forjado sobre murete de hormigón.
- Entrega de zanca en rellano.
- Apoyo sobre fábrica resistente en rellano intermedio (Tipo B).
- Apoyo sobre fábrica resistente en rellano intermedio (Tipo A).
- Borde libre en rellano.
- Arranque de zanca en rellano.
- Rellano quebrado con peldaños.
- Sección escalera continua con planta curva.
- Entrega de zanca en rellano con peldaños recrecidos.
- Rellano quebrado con peldaño y peldaños recrecidos.
- Arranque de zanca en rellano con peldaños recrecidos.
- Entrega de zanca en rellano con peldaño recrecido.
- Rellano quebrado con dos peldaños y peldaños recrecidos.
- Arranque de zanca en rellano con peldaño recrecido.
- Apoyo de zanca en pantalla vertical existente mediante taladros.
- Apoyos del rellano en pantalla vertical existente mediante taladros.
- Arranque de zanca en pantalla vertical existente mediante taladros.
- Arranque en viga embebida en forjado de escalera continua de planta curva.
- Entrega en viga embebida en forjado de escalera continua de planta curva.
- Apoyo sobre pared de fábrica resistente.
- Apoyo sobre murete de hormigón.
- Apoyo de rellano suspendido con tirantes en murete de hormigón.
- Apoyo de rellano suspendido con tirantes en pared de cerramiento.
- Entrega de zanca en viga embebida en forjado.
- Entrega de zanca en viga embebida en forjado con peldaño.
Uso de software BIM para el cálculo
El uso de software BIM permite a los arquitectos e ingenieros simular diferentes combinaciones de contrahuella y huella para encontrar el diseño optimo para el proyecto.
Estas herramientas calculan con precisión la altura y la profundidad de los escalones, teniendo en cuenta todas las especificaciones del proyecto.
Además, se garantiza que la escalera cumpla con las normativas de seguridad y las expectativas estéticas.
A través de los software BIM para el cálculo estructural, es posible crear modelos virtuales detallados de la escalera y tener en cuenta todos los factores relevantes.
Algunos software BIM avanzados tienen un ‘solucionador de elementos finitos integrado’, ofreciendo funciones específicas para el cálculo estructural de las escaleras.
La principal ventaja de usar el software BIM radica en la capacidad de simular el comportamiento estructural de la escalera en diferentes situaciones, incluyendo las cargas máximas previstas y las cargas dinámicas.
Esta simulación permite optimizar el diseño y minimizar los márgenes de error.
DISEÑO ESTRUCTURAL DE ESCALERA DE CONCRETO ARMADO UTILIZANDO MATHCAD
Prefabricación, montaje y control dimensional
El uso de soluciones prefabricadas puede mejorar la eficiencia en la construcción y reducir los tiempos de instalación.
La metodología DfMA se basa en tomar decisiones en la fase de diseño que faciliten y optimicen tanto la fabricación de productos como el montaje de elementos prefabricados.
La tarea estuvo a cargo de Gerth quien nos señala que hubo que “consolidar el diseño de arquitectura, los detalles de ingeniería, levantamiento as-built en obra y la factibilidad de fabricación, lo último porque el proyecto considera una viga de doble curva con algunas consideraciones especiales que se deben verificar”.
“Ese modelo es el que luego se envió a fabricar al complejo Cholguán, el que se fabrica exactamente igual que lo modelado virtualmente, con una exactitud muy alta de más menos 3 milímetros.
En total, 14 vigas de doble curvatura y mecanizadas CNC fueron transformando la escalera en un sólido que luego pasó por la etapa de terminaciones.
Y entre medio día y las 18 horas se montaron, fijándolas con herrajería de acero a la estructura existente de hormigón armado.
“Que el calce sea perfecto, según el trabajo previo, sólo se puede saber el día del montaje”, dice Gustavo y finaliza Gerth, “fue una obra de gran magnitud, con un alto grado de complejidad acorde al tipo de proyecto, pero totalmente abarcable y con un alto nivel de conformidad.
Ejemplo de escalera-anfiteatro
El concepto, creado por Territoria, era abrir un nuevo espacio en la plaza central del MUT, que permitiera a los visitantes sentarse y, más adelante, presenciar distintos espectáculos culturales.
La escalera-anfiteatro es la sexta escalera que Hilam Arauco fabrica para el MUT y la más grande.
Las anteriores son de 9 y 12 toneladas, la actual de 36.
La ventaja de esta última es la experiencia adquirida con las anteriores.
La escalera está compuesta por 47 vigas laminadas de doble curvatura mecanizadas y en su diseño, es una escalera de dos tramos con descanso.
Se trata de una estructura de 14 por 7 metros, que en 4 secciones suma 72 m3 de madera laminada, con 36 toneladas de peso.
En total, 14 vigas de doble curvatura y mecanizadas CNC fueron transformando la escalera en un sólido que luego pasó por la etapa de terminaciones.
Se trata de un diseño sostenible, realizado 100% con madera renovable.
Abordar los desafíos de resistencia al fuego de 120 minutos, el máximo que impone la ordenanza OGUC, fue todo un reto para una estructura en madera de las dimensiones requeridas por la escalera.
| Característica | Dato |
|---|---|
| Material | 100% con madera renovable |
| Volumen | 72 m3 de madera laminada |
| Peso total | 36 toneladas |
| Dimensiones | 14 por 7 metros |
| Configuración | Dos tramos con descanso |
| Elementos | 47 vigas laminadas de doble curvatura mecanizadas |
| Resistencia al fuego | 120 minutos |
Después de varias iteraciones de diseño, se propuso una escalera lo más compacta posible, disminuyendo la superficie expuesta al fuego.
Y por su parte, para disminuir el costo de herrajes y conectores, se fomentó la continuidad de la madera.
Cada proyecto de estas características es singular, dimensiones, pesos, formas de montaje, etc.
Lo primero es el diseño para la fabricación y el montaje, DfMA que es una metodología que se basa en tomar decisiones en la fase de diseño que faciliten y optimicen tanto la fabricación de productos como el montaje de elementos prefabricados.
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