Diseño Puente Aroma: Perfil Estructural

PERFIL DE DISEÑO DEL PUENTE AROMA
INDICE DE CONTENIDO
Pág.
1.
INTRODUCCION..................................................................................................................1
2.
ANTECEDENTES..................................................................................................................1
3.
JUSTIFICACION DEL PROYECTO......................................................................................2
4.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.................................................................................3
5.
OBJETIVOS...........................................................................................................................3
5.1 OBJETIVO GENERAL..........................................................................................................3
5.2 OBJETIVO ESPECIFICOS....................................................................................................3
6.
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO.........................................................................................3
6.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA.................................................................................................4
6.2 POBLACIÓN..........................................................................................................................4
7.
MARCO TEORICO................................................................................................................4
7.1 INTRODUCCIÓN..................................................................................................................4
7.2 CARGAS.....................................................................................................................................5
7.2.1
ANALISIS DE CARGAS...........................................................................................5
7.2.1.1
Cargas Muertas..............................................................................................................6
7.2.1.2
Cargas Viva (AASHTO standard, Sección 3.4) ..............................................................6
7.3 ESTUDIO TOPOGRÁFICO...................................................................................................8
7.3.1
FASES DESARROLLADAS EN EL ESTUDIO TOPOGRÁFICO..............................8
7.3.2
METODOLOGÍA DEL LEVANTAMIENTO.............................................................9
7.4 ESTUDIO GEOLÓGICO Y GEOTÉCNICO...........................................................................9
7.4.1
ANALISIS GEOLÓGICO...........................................................................................9
7.4.2
ANALISIS GEOTÉCNICO.........................................................................................9
7.5 ESTUDIO HIDRÁULICO......................................................................................................9
7.6 ESTUDIO DE TRÁFICO......................................................................................................10
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PERFIL DE DISEÑO DEL PUENTE AROMA
8.
PERFORACIÓN...................................................................................................................10
9.
CALCULO Y DISEÑO DE LA SUPERESTRUCTURA.........................................................11
10. CALCULO Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE INFRAESTRUCTURA.........................13
11. COSTOS...............................................................................................................................13
12. CONCLUSIONES.................................................................................................................15
13. BIBLIOGRAFIA...................................................................................................................15
14. ANEXOS...............................................................................................................................15
EGR. LEANDRO MANUEL SALDIAS MENDOZA
1
PERFIL DE DISEÑO DEL PUENTE AROMA
TITULO: DISEÑO DEL “PUENTE SOBRE RIO AROMA” S/G MANUAL DE
CARRETERAS CAPITULO 5
1.
INTRODUCCIÓN. Un puente es una construcción fundamental en la infraestructura vial utilizada para
salvar obstáculos como ríos, valles, lagos y quebradas; siendo muy diferentes los tipos de
diseños que se utilizan en este tipo de estructuras y que consideran aspectos técnicos conforme a
la norma vigente.
El presente proyecto de grado dirigido tiene como objeto de estudio la vía que
comprende desde la ciudad de Oruro y las diferentes comunidades que abarcan el tramo hasta la
población fronteriza de Pisiga, en su intersección con el río Aroma.
La misma estructura será construida sobre el río Arona, que pertenece a la provincia
Saucari del municipio de Toledo; el cual se encuentra ubicado en las coordenadas geográficas,
latitud y longitud (18°12ʼ 57.99” S; 67°27ʼ 24.40” O) con una altitud de 3714 m.s.n.m.
La actividad económica principal del municipio es la ganadería, en la cría de ovinos y en
menor escala de llamas, de la que obtienen carne, lana y fibra, además de queso, leche, pieles y
charque, destinados tanto a la venta como al consumo doméstico. La agricultura es limitada por
las condiciones climáticas y de suelos. En esta actividad la tecnología es menos tradicional que
en otras comunidades, empleándose tracción mecánica e insumos agropecuarios. La minería es
otra actividad importante, puesto que un sector importante de la población trabaja para la
Empresa Minera Inti Raymi que explota oro en el cerro Kori Collo, actividad que ha generado
diversas actividades de servicio, y fuentes de ingresos fijos y eventuales para la población.
2.
ANTECEDENTES. En la actualidad hay un puente en operación a pesar de alcance suficiente para el tráfico
ya que se busca optimizar el uso y costo con el cual fue construido el existente y siendo requisito
el diseño de éste desde el punto de vista diferente ya que la carretera Toledo- Ancaravi de dos
carriles va a ser una conexión internacional con el país vecino de Chile.
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La información necesaria para poder realizar el proyecto, fue obtenida de las siguientes
fuentes.

La información equivalente para poder realizar el proyecto de grado se extrae del Plan
Territorial de Desarrollo Integral del Municipio de Toledo (PTDI. 2016-2020).

Datos históricos de precipitación que proporciona el Servicio Nacional de Meteorología
e Hidrológica (SENAMH), que se utilizara para análisis hidrológico de la zona.

Datos de información de tráfico vehicular de la ruta N°12 para la identificación del
tráfico vehicular en el diseño estructural del puente.

Estudio de suelos, para determinar la capacidad de carga del suelo de cimentación.
3.
JUSTIFICACION DEL PROYECTO. La construcción del puente vehicular Aroma tiene el objetivo de consolidar y mejorar las
condiciones del camino ya existente a la fecha, ya que la zona es muy transitada por vehículos
que acuden a la población de frontera Pisiga con transportes de diferentes cargas que entran y
salen de nuestro país.
El motivo por el que se justifica el proyecto de diseño estructural de un puente sobre el
río Aroma, es el que aporta un proyecto de desarrollo, realizado a partir de la aplicación de
conocimientos técnicos y teóricos asimilados a lo largo de la formación del ingeniero civil y uso
de programas computarizados especializados, que nos permitan planificar, analizar, interpretar,
diseñar y dimensionar los elementos del mismo proyecto de puente en función de lineamientos
normativos, de tal forma que se le ofrezca una solución técnica, con la que posteriormente se
contará para su posterior ejecución en la fase de obra y consideración en la fase de
mantenimiento, garantizando el cumplimiento de las exigencias de funcionalidad, seguridad,
comodidad, estética, economía y adecuación al medio, de manera que se obtenga un proyecto
técnicamente correcto y económicamente viable.
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4.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. En el tramo de la ruta nacional N°12 no existe actualmente una estructura de
infraestructura vial idónea, carece de un puente vehicular adecuado sobre el río Aroma, ya que
el puente actual sólo cuanta con un carril por lo que no permite la circulación fluida de los
vehículos que circulan en la orilla aumentando el tiempo de viaje desde Oruro a Pisiga.
La inexistencia de una estructura adecuada de puente para contar con una ruta viable y
adecuada en el tramo impide una fluida circulación de los vehículos y de peatones para llegar a
su destino de forma fácil y rápida.
5.
OBJETIVOS. -
5.1
OBJETIVO GENERAL. Realizar el diseño estructural del puente vehicular sobre el río Aroma para conseguir la
vinculación entre la ciudad de Oruro y la población Pisiga.
5.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS. 
Recopilar la información del proyecto.

Definir alternativas de tipo de puente.

Diseñar y dimensionar la estructura del puente.

Realizar los documentos del proyecto.
6.
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO. El crecimiento urbano de la ciudad de Oruro gracias a su conexión de la red vial
fundamental en la ruta N° 12, solicita una mayor cantidad de transporte pesado, y reclama una
mayor oferta de infraestructura urbana y rural.
Las necesidades de crecimiento urbano que se desarrolla velozmente obligan a la
necesidad de planificar un ordenamiento nacional de las vías urbanas, de tal forma que se
ofrezcan operaciones de tránsito seguras, eficientes y convenientes.
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Pero que esta planificación toque aspectos de mejoramiento de pavimento, ampliaciones
de vías, ejecución de drenaje pluvial, y en sectores donde tenga que atravesar el río, la
construcción de un puente.
Esta es la última que es el horizonte del presente proyecto el cual motivará un
permanente y seguro en la vía de su emplazamiento mencionado.
6.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA. El proyecto está ubicado entre las progresivas 43+940 y 44+040 de la red vial
fundamental de Bolivia en la Ruta N°12, el proyecto se encuentra en la zona sur oeste del
municipio de Toledo.
El municipio de Toledo está localizado en la parte central del Departamento de Oruro a
37 kilómetros de la ciudad de Oruro.
La carretera construida está situada en pleno altiplano central, en un área de relieve
plano donde existe fauna y flora características de la puna andina.
De acuerdo con las cartas geográficas N.º 6139 (III-2) del Instituto Geográfico Militar, la
zona de influencia se encuentra ubicada en el centro del Departamento de Oruro.
6.2 POBLACIÓN. El factor más relevante en el desarrollo de un proyecto es el de la población, su densidad
su situación y su ubicación influyen decisivamente en el tráfico hacia determinadas zonas que
conforman el radio urbano de la población.
El análisis del crecimiento demográfico nos permite determinar que Oruro tiene una
población aproximada de 570.194 habitantes, de otra parte, el intenso tráfico comercial entre
Chile y Bolivia obliga a construir el mencionado puente.
7.
MARCO TEORICO. -
7.1
INTRODUCCIÓN. -
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PERFIL DE DISEÑO DEL PUENTE AROMA
Los aspectos más significativos de la norma AASHTO Standard Specifications for
Highway Bridges para el diseño de superestructuras de puentes, se encuentran recopilados en el
siguiente capítulo.
7.2 CARGAS. Toda estructura está sometida a distintos tipos de cargas durante su vida útil.
Estas cargas varían dependiendo de la ubicación geográfica y del uso de ésta.
La estructura al ser diseñada, debe contemplar todas estas cargas, o bien, las de mayor
impacto, de forma que a lo largo de su vida útil sea capaz de soportarlas, individualmente y en
forma combinada.
7.2.1
ANALISIS DE CARGAS. -
Este apartado hace referencia al análisis de la carga muerta producida por el propio peso
de la estructura, al igual que el análisis de la carga viva ocasionada por el tipo de camión que va
a circular por el puente; También se tiene en cuenta la carga que produce el frenado de las
movilidades o las cargas generadas por el impacto de los vehículos.
El cargar viento, fuerza de corriente, empuje de tierras, serán elementos muy
importantes para conseguir el diseño de la infraestructura.
Para el diseño del barandado se tendrán en cuenta las cargas vivas que afectan a los
elementos según la Norma AASHTO, también se tendrán en cuenta las cargas muertas que son
debidas al peso propio de los elementos del barandado.
Las cargas que son objeto de análisis y diseño en los puentes son las siguientes:

Carga Muerta

Carga Viva

Carga de impacto o acción vehicular, o efecto dinámico de la carga viva

Carga de Viento
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
Cargas o fuerzas residuales como son: Frenado; Fuerza Centrífuga; Esfuerzos Térmicos;
Presión de Tierras; Presión de Aguas; Sismo; etc. siempre que las mismas
correspondan.
El dimensionamiento de los distintos elementos de la estructura se puede realizar por el
método de las cargas de servicio: (Allowable Stress Design), o por el método de factores de carga
LFD: (Load Factor Design).
7.2.1.1
Cargas Muertas. -
La carga muerta consiste en el peso propio de la superestructura completa. Incluye el
tablero, pasillos, carpeta de rodado, y accesorios tales como tuberías, cables, etc.
Los pesos unitarios utilizados para el hormigón serán:

7.2.1.2
24 [kN/m3] - peso unitario del hormigón
Cargas Viva (AASHTO standard, Sección 3.4). -
La carga viva consiste en el peso de las cargas en movimiento sobre el puente, tales como
los vehículos y peatones.
 Cargas de camión. La carga móvil vehicular consiste en la carga de camiones estándares o cargas de faja.

Camiones standard. Colocar en cada vía de diseño, a lo largo de la calzada, tantas veces como vías de diseño
se puedan colocar en dicha calzada. Fracciones de vías de tránsito, no deben considerarse. Sin
embargo, para calzadas con ancho un ancho igual a la mitad de la calzada.
La sobrecarga vehicular sobre las calzadas de Puentes o estructuras incidentales,
designada como HL-93, deberá consistir en una combinación de:
• Camion de diseño o tandem de diseño, y Para cada sitio específico se debería pensar
en modificar el camion de diseño, el tandem de diseño y/o la carga del carril de diseño si se dan
las siguientes condiciones:
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• La carga legal de una jurisdicción dada es significativamente mayor que el
valor típico;
• Carga de carril de diseño. A excepción de las modificaciones especificadas en
el Artículo 3.6.1.3.1, cada carril de diseño considerado deberá estar ocupado ya sea por el camión
de diseño o bien por el tandem de diseño, en coincidencia con la carga del carril, cuando
corresponda. Se asumirá que las cargas ocupan 3000 mm transversalmente dentro de un carril
de diseño.
• Se anticipa que la calzada soportará porcentajes de tráfico de camiones inusualmente elevados;
• Un elemento de control de flujo, como por ejemplo una señal de pare,
semáforo o casilla de peaje, provoca la acumulación de camiones en ciertas áreas de un puente o
que el flujo de camiones no sea interrumpido por tráfico liviano
• Debido a la ubicación del puente las cargas industriales especiales son
habituales.
Se utiliza un modelo teórico expresado por la carga HL-93:
Camión estándar HL-93
La distancia entre los dos ejes más pesados se toma como aquella que, estando entre los
límites de 4.27m y 9.14m., resulta en los mayores efectos.
Tandem de diseño:
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Tándem HL-93
Carga por eje de camión HL93
La separación entre los ejes traseros del camión se considera variable, debido a que este
parámetro varía según los camiones actuales, y además, permite considerar la ubicación de las
cargas, para así provocar los esfuerzos máximos en las vigas solicitadas.
7.3 ESTUDIO TOPOGRÁFICO. El estudio topográfico se realizará con un instrumento de alta precisión como es la
Estación Total. Con la Estación Total se obtendrá lecturas de coordenadas y elevaciones de la
zona analizada, siendo estos datos suficientes para realizar los planos de perfil longitudinal y
perfil transversal. La elaboración de estos planos y los necesarios, se realizará con la ayuda de un
software que solo necesita como datos las lecturas de la estación total.
7.3.1 FASES DESARROLLADAS EN EL ESTUDIO TOPOGRÁFICO. El levantamiento topográfico se realizará de acuerdo a las siguientes fases:

Reconocimiento de la zona a levantar.
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
Amojonamiento o colocación de monumentos que servirán como bancos de nivel.

La nivelación se realizará partiendo desde el B.M. ubicados en las cercanías del
puente Aroma ahora en funcionamiento.
7.3.2 METODOLOGÍA DEL LEVANTAMIENTO. Se realizará el levantamiento utilizando el método de los ejes fundamentales del relieve.
Descripción de los diferentes ejes fundamentales de relieve.
Exigiendo combinaciones de los diferentes ejes fundamentales del relieve de acuerdo a
la topografía del terreno.
7.4 ESTUDIO GEOLÓGICO Y GEOTÉCNICO. El presente informe es el resultado de los trabajos de investigación geotécnica que se
ejecutara en el sitio establecido donde se proyectara la construcción del puente conocido como
“Puente Aroma”.
7.4.1 ANALISIS GEOLÓGICO. Los sitios estudiados se hallan sobre el río Aroma mostrando una conformación
geológica compuesta fundamentalmente de suelos predominantemente arcillosos de origen
glacial se trata de suelos de edad relativamente resientes con escaso grado de consolidación e
índices importantes de deformación.
7.4.2 ANALISIS GEOTÉCNICO. La perforación de pozos y el análisis de laboratorio de las muestras obtenidas en ellos,
nos permitirán la determinación con variaciones solamente en el espesor del horizonte superior.
L a distribución de los horizontes serán encontrados en el subsuelo, de arriba así abajo.
7.5 ESTUDIO HIDRÁULICO. Este análisis es muy importante en la construcción de puentes, se obtendrán los datos
necesarios de precipitación de la cuenca del río Aroma de SENHAMI. Con estos datos de
precipitación y algunos datos topográficos de la cuenca y el río, se podrá realizar todo el análisis
hidrológico de la cuenca del río para obtener el caudal y tirante máximo de río.
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7.6 ESTUDIO DE TRÁFICO. Este capítulo es muy importante para cualquier diseño ya que el tráfico es
probablemente la variable más importante en el diseño de un puente. En efecto, el volumen y
dimensiones de los vehículos que utilizarán el puente, es muy importante para el diseño
estructural del puente, por tanto, será muy necesario tomar en cuenta el número y el peso de los
ejes de los vehículos.
8.
PERFORACIÓN. La toma de muestras se realizará cada 1,5 m. de profundidad y/o cambio de material.
Sobre ellas se efectuarán ensayos de laboratorio que permitirán la clasificación de suelos, así
mismo se realizarán Standard Penetración Test (SPT), a fin de comprobar los valores de
resistencia de suelo en base a las siguientes normas de ensayo:
- Peso del martinete
65 Kg.
- Altura de caída
75 cm.
- Penetración
30 cm.
- Cuchara de Terzaghi
Diam. Ext. 50.8 mm.
Diam. Int. 34.9 mm.
El índice de penetración o número de golpes (N) cada 30 cm. Señalada el grado de
capacidad para el caso de gravas y arenas y la consistencia para el caso de limos y arcillas.
Separación y profundidad de las perforaciones exploratorias.
La exploración de las perforaciones exploratorias, actualmente no sigue consideraciones
racionales, sino más bien está basada en motivos convencionales de costumbre. Terzaghi,
recomienda por si la estructura a construir es un edificio, requiere la ejecución de una
perforación cada 200 m^2 de superficie cubierta por el edificio. Sin embargo, si se trata de la
construcción de una excavación a cielo cubierto, es usual ejecutar por lo menos una perforación
cada 30 m; si la zona que abarca el proyecto es muy grande, puede resultar necesario aumentar
esta distancia a 50 metros.
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La profundidad a que debe llevarse las perforaciones exploratorias está también más o
menos normalizada por la costumbre, no resulta posible establecer reglas generales para
seleccionar dicha profundidad, pues para una estructura de dimensiones y peso dados, la
profundidad de las capas que pueden tener una influencia apreciable en los asentamientos
depende en gran parte del perfil del suelo, en donde se detectan la presencia de estratos
comprensibles, tales como los de arcilla o de limo plástico.
9.
CALCULO Y DISEÑO DE LA SUPERESTRUCTURA. Ancho de tablero
De acuerdo con el manual de diseño de carreteras el ancho de tablero será calculado:
Ancho de Tablero= ap + 2 *(abv + b + abp)
Donde:
ap= Ancho en metros de la plataforma del camino en los accesos del puente incluyendo
calzadas, cantero central, bermas y sobre anchos, de curvas si corresponde. No se considera el
sobre ancho de plataforma (SAP).
b= Ancho en metros de la acera peatonal.
abv= Ancho berrera vehicular (m).
abp=Ancho baranda peatonal (m).
Elección de la sección transversal.
En el diseño de la estructura, especialmente en puentes se debe tomar en cuenta
consideraciones estéticas que dependen de numerosos factores: como la topografía,
superestructura, apoyos, barandados, etc. En el caso de nuestro proyecto se tomará en cuenta el
aspecto económico.
La sección transversal adoptada es la siguiente:
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Las dimensiones de la sección indicada, se obtendrá en el momento del diseño
dependiendo a las cargas de diseño que se obtenga.
Se realizará el respectivo cálculo de la separación de vigas, inmediatamente se analizará
la sección compuesta y transformada, la cual es homogeneizada por la siguiente expresión:
n
E1
1
E2
Donde:
E1 = Módulo de elasticidad del hormigón en sus dimensiones reales (losa).
E2 = Módulo d elasticidad del hormigón en sus dimensiones transformadas(viga)
n = Relación modular
Se realizará el análisis de las características:

Del tendón.

Esfuerzos Admisibles de Flexión.

Estados de Cargas presentados en la Etapa de Construcción

Por peso Propio de la Viga

Por peso Propio de la Losa y Diafragmas

Estado de Carga Permanente.

Estado inicial de Cargas Muertas

Carga Viva en la Etapa de Servicio

Momentos por Carga Vivas más Impacto.

Momentos de Temperatura.
Cálculo de las Pérdidas de Esfuerzo de Tracción

Pérdidas por Fricción

Pérdidas por Penetración de Cuñas

Pérdidas por Deformación Instantánea

Pérdidas por Fluencia y Retracción del Hormigón
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
Pérdidas de relajación del Acero
Verificaciones de las tensiones en la Etapa Inicial.
Verificaciones de la resistencia Flexional.
Se realiza todos los diseños correspondientes para el diseño de un Puente, realizando las
verificaciones necesarias para un buen diseño.
10. CALCULO Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE INFRAESTRUCTURA. Este capítulo tratará del diseño de pilas y estribos respectivamente.
En el diseño de estos miembros de infraestructura, se tomarán en cuenta varios estados
de carga como recomienda la Norma AASHTO (Cargas muertas, cargas vivas, cargas de viento,
empuje de suelos, etc.).
Los elementos estructurales que reciben a la superestructura mediante los aparatos de
apoyo y coronamientos los constituyen las pilas, zapata de pila y estribos que se ocupan de
transmitir las cargas al terreno, el conjunto de estos elementos se denomina infraestructura o
subestructura de los puentes.
El diseño de la Infraestructura sigue las especificaciones de la AASTHO – 99.
Se realizará los análisis de:

Aparatos de Apoyo.

Diseño de la Viga Cabezal.

Diseño de la infraestructura.

Diseño de la Zapata de pila.

Diseño de Estribos
Se analizará todos los diseños correspondientes para obtener resultados óptimos para la
ejecución del puente.
11.
COSTOS. El cálculo del costo total, implica la consideración aislada del costo de cada una de las
actividades previstas en su construcción o de cada una de las partes del proyecto, que será el
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resultado de la sumatoria de los costos parciales obtenidos de multiplicar; la magnitud de la
actividad por el precio unitario calculado para esta actividad.
Sin embargo, obtener rendimientos y precios reales unitarios y demás información sobre
presupuestos, para Puentes de Constructoras, Servicio Nacional de Caminos, o de la
Administradora de Carreteras de Bolivia resulta difícil se entenderá que en muchos casos estas
variables son producto de la experiencia.
El presupuesto o costo total será un costo estimado, esto significa que este valor puede
ser alterado a la conclusión de la obra alguna modificación arquitectónica, estructural, etc., a
registrarse.
Precios unitarios.
Está formado de las siguientes partes:

Costo de Materiales.

Costo de Mano de Obra, incluyendo beneficios Sociales.

Desgaste de herramientas o reposición de equipo y maquinaria.

Gastos Generales.

Utilidad.

Costo de materiales.

Considera los costos al por mayor, más el transporte al pie de la obra.
Costo de mano de obra.
Se calculará sobre la base del rendimiento promedio del obrero, más beneficios sociales
de la ley.
Desgaste de herramientas y reposición de equipo y maquinaria.
Se toma en cuenta un 5% de mano de obra.
Gastos Generales.
Son los gastos indirectos, comprende el sueldo de profesionales, material de escritorio,
impuestos, etc.
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Se toma como un 15% de la suma de los costos de materiales más costo de Mano de Obra
y más costo de Herramientas y equipo.
Utilidad.
Se toma como el 10% de los rubros anteriores.
12. CONCLUSIONES. Se indicará las conclusiones finales del proyecto como resultados, costo total del
proyecto, etc...
13. BIBLIOGRAFIA. 
APUNTES DE MATERIA DE PUENTES CIV- 3312 Ing. Walfre Beltrán

MANUAL DE DISEÑO DE CARRETERAS CAP. N°5
Administradora Boliviana de Carreteras ABC

NORMA AASHTO - LRFD 2020 AASHTO.LRFD. Bridge.Design.
Specifications_9th.Edition.2020

MECANICA DE SUELOS
Terzaghi.

CARTA GEOGRAFICA DE BOLIVIA
Instituto Geográfico Militar IGM
14. ANEXOS. Los anexos contendrán todos los ábacos, tablas, codificado de programas y otras
referencias que se utilizarán en el proyecto.
También en esta parte estarán las especificaciones técnicas, como también todos los
planos necesarios como resultado del proyecto.
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