Puente Aroma: Perfil de Diseño Estructural

PERFIL DE DISEÑO DEL PUENTE AROMA
INDICE DE CONTENIDO
Pag.
1.
INTRODUCCION.......................................................................................................1
2.
ANTECEDENTES.......................................................................................................1
3.
JUSTIFICACION.......................................................................................................2
4.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA......................................................................2
5.
OBJETIVOS...............................................................................................................3
6.
7.
5.1
OBJETIVO GENERAL..................................................................................3
5.2
OBJETIVO ESPECIFICOS............................................................................3
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO.............................................................................3
6.1
UBICACIÓN GEOGRÁFICA..........................................................................4
6.2
POBLACIÓN..................................................................................................4
MARCO TEORICO....................................................................................................4
7.1
INTRODUCCIÓN..........................................................................................4
7.2
CARGAS.............................................................................................................4
7.2.1
ANALISIS DE CARGAS...................................................................5
7.2.1.1 Cargas Muertas.........................................................................6
7.2.1.2 Cargas Viva (AASHTO standard, Seccion 3.4).........................6
7.3
7.4
ESTUDIO TOPOGRÁFICO...........................................................................8
7.3.1
FASES DESARROLLADAS EN EL ESTUDIO TOPOGRÁFICO.......8
7.3.2
METODOLOGÍA DEL LEVANTAMIENTO......................................9
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
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
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 obra esencial en la infraestructura vial destinadas a salvar obstáculos
naturales como ríos, valles, lagos y quebradas, siendo numerosos los tipos de diseños
empleados en este tipo de estructuras que consideran aspectos técnicos basados en la
normativa vigente.
El presente proyecto de grado dirigido tendrá como objeto de estudio la vía comprendida
la ciudad de Oruro y las diferentes comunidades comprendidas en el tramo hasta la
población fronteriza de Pisiga en su intersección con el río Aroma.
La presente estructura se emplazara sobre el río Arona, perteneciente a la provincia
Saucari en el municipio de Toledo, el cual se encuentra en las siguientes coordenadas
geográficas, latitud y longitud (18°12ʼ 57.99” S; 67°27ʼ 24.40” O) con una elevación de 3714
m.s.n.m.
La actividad económica principal del municipio es la ganadería, con la cría de ovinos y en
menor escala de llamas, rubro del cual obtienen carne, lana y fibra, además de queso, leche,
pieles y charque, destinado tanto a la comercialización como al consumo doméstico. La
agricultura es limitada por las condiciones climáticas y de suelos. En este rubro, la tecnología
empleada es menos tradicional que en otras comunidades, utilizándose tracción mecánica e
insumos agropecuarios.La minería constituye otra actividad importante, en tanto un sector
importante de la población trabaja en la Empresa Minera Inti Raymi que explota oro en el
cerro Kory Collo, rubro que ha generado diversas actividades de servicio, y fuentes de
ingresos fijos y eventuales para la población.
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2.
ANTECEDENTES.-
En la actualidad existe un puente que esta en funcionamiento al trafico pese a ser
suficiente se busca optimizar el uso y el costo con el que fue construido el existente y siendo
necesario el diseño del mismo con un punto de vista diferente ya que la carretera ToledoAncaravi en dos carriles es una conexión internacional con el país vecino de Chile.
La informacion necesaria para poder realizar el proyecto, fue recopilada de las
siguientes fuentes.
 La información principal para poder realizar el proyecto de grado se recopila del Plan
Terrotorial de Desarrollo Integral del Municipio de Toledo (PTDI. 2016-2020).
 Datos históricos de precipitaciones proporcionadas por el Servicio Nacional de
Meteorología e Hidrológica (SENAMH), que se empleara para análisis hidrológico de la zona.
 Datos de informacion de trafico vehicular de la ruta N°12 para la determinacoin del
trafico vehicular en el diseño estructural del puente.
 Estudio de suelos, para definir la capacidad portante del suelo de fundación.
3.
JUSTIFICACION DEL PROYECTO.-
Con la construcción del puente vehícular Aroma se pretende dar solución y mejorar las
condiciones del camino ya existente, ya que en la actualidad esta zona es muy concurrida por
vehículos de transitan hacia la poblacion fronteriza de Pisiga con transportte de diferentes
cargas que entran y salen de nuestro pais.
El proyecto de diseño estructural de un puente sobre el río Aroma, se justifica
técnicamente por el aporte de un proyecto de desarrollo, elaborado mediante la aplicación de
conocimientos técnicos y teóricos adquiridos en la formación del ingeniero civil y uso de
programas computarizados especializados, que nos permitan planificar, analizar, interpretar,
diseñar y dimensionar los componentes del proyecto de puente en base a lineamientos
normativos, de tal forma que se ofrezca una solución técnica, para su posterior ejecución en
la fase de construcción y consideración en la fase de mantenimiento, garantizado el
cumplimiento de las exigencias de funcionalidad, seguridad, comodidad, estética, economía y
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compatibilidad con el medio ambiente, de esa manera se obtendrá un proyecto técnicamente
correcto y económicamente viable.
4.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.-
En la ruta nacional N°12 actualmente no cuenta un una infraestructura vial adecuada, ya
que carece de un puente vehicular adecuado sobre el río Aroma ya que el existente solo
cuenta con un carril lo que imposibilita el libre transporte de los vehículos que circulan en
dicha ruta aumentando el tiempo de viaje desde Oruro hacia Pisiga.
La falta de una estructura adecuada de puente para tener una ruta segura y
continua en el tramo impide la circulación fluida de vehículos y peatones dificultándoles
llegar a su destino con facilidad y rapidez.
5.
OBJETIVOS.-
5.1
OBJETIVO GENERAL.-
Elaborar el diseño estructural del puente vehicular sobre el río Aroma con el propósito de
lograr la vinculación entre la ciudad de Oruro y la población de Pisiga.
5.2
OBJETIVOS ESPECIFICOS.-

Recopilar la información referente al proyecto.

Establecer alternativas de tipo de puente.

Diseñar y dimensionar la estructura del puente.

Elaborar los documentos del proyecto.
6.
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO.-
El crecimiento urbano de la ciudad de Oruro debido a su integración de la red vial
fundamental en la ruta N°12, demanda mayor capacidad de transporte pesado y exige una
mayor oferta de infraestructura urbana y rural.
El crecimiento urbano que se desarrolla rápidamente plantea la necesidad de planificar un
ordenamiento nacional de las vías urbanas, de tal forma que estas ofrezcan operaciones de
transito seguros eficientes y convenientes.
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Esta planificación tocara aspectos de mejoramiento de pavimento, ampliación de vías,
obras drenaje pluvial y en sectores donde debe atravesar el río la construcción del puente.
Este último aspecto es el motivo de presente proyecto el mismo motivara un permanente
y seguro en la vía de su emplazamiento citado anteriormente.
6.1
UBICACIÓN GEOGRÁFICA.-
El proyecto se halla situado entre las progresivas 43+940 y 44+080 de la red vial
fundamental de Bolivia en su Ruta N°12, el proyecto se encuentra en la parte sur oeste del
Municipio de Toledo.
El Municipio de Toledo se encuentra situado en la parte central del Departamento de
Oruro a 37 kilómetros de la Ciudad de Oruro.
La vía a implementarse se encuentra en pleno altiplano central, con una topografía plana
que tiene una fauna y flora característica de la puna andina.
Según las cartas geográficas Nº 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 importante en el desarrollo de un proyecto es el de la población, su
densidad, su ubicación y su distribución influyen decisivamente en el tráfico hacia
determinadas zonas que conforman el radio urbano de la población.
El análisis del incremento poblacional determina que, Oruro cuenta con una población
aproximada de 570.194 habitantes, por otra parte la intensa actividad comercial entre Chile
y Bolivia obliga a la construcción del mencionado puente.
7.
MARCO TEORICO.-
7.1
INTRODUCCIÓN.-
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.
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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.-
En este capítulo se realizará el análisis de carga muerta debido al peso propio de la
estructura, como también el análisis de carga viva debido al tipo de camión que circulará por
el puente; También se tomará en cuenta la carga debido al frenado de las movilidades como
también las cargas debidas al impacto de los vehículos.
Analizar la carga del viento, fuerza de la corriente, empuje de tierras, será un factor muy
importante para el diseño de la infraestructura.
Para el diseño del barandado se tomará en cuenta las cargas vivas que actúan sobre los
elementos según la Norma AASHTO, también se tomarán en cuenta las cargas muertas
debidas al peso propio de los elementos del barandado.
Las cargas que se analizan en el diseño de puentes, son las siguientes:

Carga Muerta

Carga Viva

Impacto o efecto dinámico de la carga viva vehicular

Carga de Viento

Otras Fuerzas o Acciones, tales como: Frenado, Fuerza Centrífuga, Esfuerzos
Térmicos, Presión de Tierras, Presión de Aguas, Sismo, etc., siempre que éstas correspondan.
El dimensionamiento de los distintos elementos de la estructura puede efectuarse por el
método de las cargas de servicio: (Allowable Stress Design), o por el método de los factores
de carga (LFD: Load Factor Design).
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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:
24 [kn/m3] - peso unitario del hormigón
7.2.1.2
Cargas Viva (AASHTO standard, Seccion 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:
Camión de diseño o tandem de diseño, y Para cada sitio específico se debería pensar en modificar el camión de
diseño, el tandem de diseño y/o la carga del carril de diseño si se dan las siguientes condiciones:
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; o
Debido a la ubicación del puente las cargas
industriales especiales son habituales.
Se utiliza un modelo teórico expresado por la carga HL-93:
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Fig. 2.1 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:
Fig. 2.2 Tándem HL-93
Figura 2.3: Carga por eje de camión HL93
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PERFIL DE DISEÑO DEL PUENTE AROMA
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 éstos datos suficientes para realizar los planos de perfil longitudinal y
perfil transversal. La elaboración de éstos 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 realizara de acuerdo a las siguientes fases:
Reconocimiento de la zona a levantar.
Amojonamiento o colocación de monumentos que servirán como bancos de nivel.
La nivelación se realizara partiendo desde el B.M. ubicados en las cercanías del puente
Aroma ahora en funcionamiento.
7.3.2
METODOLOGÍA DEL LEVANTAMIENTO.-
Se realizara 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.-
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PERFIL DE DISEÑO DEL PUENTE AROMA
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
geológicacompuesta 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 sub-suelo, de arriba así abajo.
7.5
ESTUDIO HIDRÁULICO.-
Éste 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.
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 realizara cada 1,5 m. de profundidad y/o cambio de material.
Sobre ellas se efectuaran ensayos de laboratorio que permitirán la clasificación de suelos, así
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PERFIL DE DISEÑO DEL PUENTE AROMA
mismo se realizaran Standard Penetration 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.
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)
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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:
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:
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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

Pérdidas de relajación del Acero
Verificaciones de las tensiones en la Etapa Inicial.
Verificaciones de la resistencia Flexional.
Se realiza todo 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.
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PERFIL DE DISEÑO DEL PUENTE AROMA
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
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.
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8
PERFIL DE DISEÑO DEL PUENTE AROMA
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.
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.-
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Se indicará las conclusiones finales del proyecto como resultados, costo total del proyecto,
etc...
13.
BIBLIOGRAFIA.
APUNTES DE MATERIA DE PUENTES CIV- 3312 Ing. Rómulo 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.202

MECANICA DE SUELOS
Terzaghi.

CURSO DE ELABORACION DEL TRABAJO DE GRADO DIRIGIDO:
M.Cs.Ing. Pablo A. Gutiérrez Urzagaste.

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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