HUAMANI RAMOS IVANLASTRA RAMIREZ DANIELPEREZ ALARCON ELIZABETHSARASI ANAMPA SANTIAGOSALAZAR DIONISIO ELIZABETH
TEMA: Construcción de puente vehicular de las
provincias de Cangallo y
Víctor Fajardo - Ayacucho.
CURSO: FISICA I
PROFESOR: ING. ABILIO B. CUZCANO RIVAS
Presentado por:
HUAMANI RAMOS, IVAN
LASTRA RAMIREZ, DANIEL
SARASI ANAMPA, SANTIAGO
PEREZ ALARCON, ELIZABETH
SALAZAR DIONISIO, ELIZABETH
Lima Perú
2015
1
Escuelas de Ingeniería Civil
Construcción de puente vehicular de las provincias de Cangallo y
Víctor Fajardo - Ayacucho.
Fecha: 25-10-2015
RESUMEN
La Carencia del puente en el Rio Pampas en la carretera que une a las
provincias de Cangallo y Víctor Fajardo, en épocas de lluvia es intransitable en
dicha carretera, lo cual imposibilita el transporte de productos de la zona al
mercado nacional, Regional y local, así mismo el transporte de otros productos
desde la ciudad hasta los distritos y comunidades beneficiarias, tales como
artículos de primera necesidad, fertilizantes y otros de esta manera
afectando económicamente a los pobladores de las comunidades arriba
mencionadas.
Para resolver el problema, con base en el diagnóstico realizado es él: “Deficiente
nivel de Transitabilidad”, se ha elaborado un proyecto denominado
“Construcción de puente vehicular de las provincias de Cangallo y Víctor
Fajardo - Ayacucho.” para dar una adecuada y segura transitabilidad durante
todo el año. Todos estos resultados llevan a lograr una Vía en buenas condiciones
de Transitabilidad y por ende “Mejorar el nivel de vida de la población”.
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IMPORTANCIA Y/O PROBLEMÁTICA
La carretera Cangallo – Víctor Fajardo, que es un camino vecinal de 8 km de
longitud, es transitable en condiciones de seguridad adecuada, solo de 8 a 9
meses al año, por falta de un puente en el cruce de la vía con en el Río
Pampas, en que el caudal del río no permiten el pase seguro de los vehículos en
el periodo de lluvias, afectando seriamente la Transitabilidad de la vía.
El problema Central a resolver, con base en el diagnóstico realizado es él:
“Deficiente nivel de Transitabilidad” de acceso por la vía, que perjudica el
traslado de carga y pasajeros. Problemas que ocasiona en el poblador rural, en
su condición de agricultor, artesano, Piscícola y Forestal, dificultades para el
acceso hacia sus centros de producción y viceversa con los traslados de sus
productos, que se debe al flujo vehicular restringido, prolongando así los tiempos
de traslado e incrementando las tarifas de transporte, colocando al poblador de la
zona en una situación desventajosa, ya que los precios de sus productos no
compensan el incremento de los costos, lo que ocasiona un bajo nivel de vida
de los pobladores.
OBJETIVO GENERAL
Vista la problemática, el objetivo que plantea el proyecto es “Mejorar el nivel de
transitabilidad” de acceso por la vía, que facilite el traslado de carga y
pasajeros”, que contribuya eficientemente en el desarrollo socio - económico e
integración de las comunidades del Perú.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Transitabilidad adecuada y segura durante todo el año. (12 meses). Mejorar las condiciones de infraestructura de transportes, contribuyendo
a la mejor eficiencia de los servicios y reducción de los costos de transporte.
Integración de los diferentes poblados, que unirá esta infraestructura. Mejorar las condiciones culturales, socio – económicos del poblador.
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METODOLOGÍA
El trabajo de investigación realizada en el curso de física I de la Universidad
Privada del Norte – Lima con finalidad de Incentivar y motivar la Investigación. Nos
permite realizar proyecto de construcción de puente vehicular y analizar mediante
diagrama de cuerpo libre las fuerzas físicas que intervienen.
TIPO DE INVESTIGACIÓN:
Para llevar a cabo el proyecto utilizamos la Investigación aplicada y de acuerdo
a los tipos de datos analizados utilizamos la investigación cuantitativa.
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MARCO TEORICO CONCEPTUAL
DEFINICIÓN DE PUENTE.
Un Puente es una estructura destinada a salvar obstáculos naturales, como
ríos, valles, lagos o brazos de mar; y obstáculos artificiales, como vías férreas o
carreteras, con el fin de unir caminos y poder trasladarse de una zona a otra. El
objeto de cruzar una vía de comunicación con un puente, es el de evitar
accidentes y facilitar el tránsito de viajeros, animales y mercancías.
Los elementos principales que se pueden distinguir en los puentes son los
siguientes:
Superestructura: parte del puente que se construye sobre apoyos como
son la losa, las vigas, bóveda, estructura metálica, etc. Siendo los
elementos estructurales que constituyen el tramo horizontal.
Subestructura: está conformada por los estribos, pilas centrales, etc.
Siendo estos los que soportan al tramo horizontal.
ELEMENTOS DE SUPERESTRUCTURA.
Superestructura.
Es la parte superior de un puente, que une y salva la distancia entre uno o más
claros. La superestructura consiste en el tablero (losa) soporta directamente las
cargas y las armaduras. De acuerdo al Inventario Estado de Condición del
Puente (IECP) del Sistema de Administración de Puentes (SAP), propiedad del
Ministerio de Obras Públicas; la superestructura está formada por dos partes:
Elementos Principales.
Elementos Secundarios.
Superestructura de un puente.
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Elementos principales.
Es el elemento que transmite las cargas vivas (transito) y muertas (peso propio
de la superestructura) a los apoyos extremos e intermedios de la
infraestructura (estribos y pilas). Los elementos principales de la
superestructura son de acuerdo al tipo de puente.
a) Losa.
La estructura de éste tipo de puente, consiste en una plancha de concreto
reforzado o preesforzado, madera o metal, y sirve de tablero al mismo tiempo.
Fig. 3.2. Los puentes del tipo losa sólo alcanzan a salvar luces pequeñas,
generalmente hasta 10mts., esto se debe a que el costo se incrementa para
luces mayores y por el peso propio de la misma estructura.
E jemplo de armado para losa de puente
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b) Vigas.
Los puentes de vigas utilizan como elemento estructural vigas paralelas a la
carretera, que soportan esfuerzos de componente vertical y transmiten las
cargas recibidas a las pilas y estribos del puente Fig. 3.3. Sobre las vigas se
dispone una losa de concreto reforzado que sirve de base a la calzada. Las
vigas más simples están formadas por tablones de madera, perfiles de acero
laminado o secciones rectangulares de concreto reforzado.
Colocación de vigas de un puente.
c) Estructura Metálica.
El acero es un material que soporta muy bien los esfuerzos de flexión,
compresión y tracción, y esta propiedad se emplea en la construcción de
puentes metálicos en arco o de vigas de acero.
La armadura es una viga compuesta por elementos relativamente cortos y
esbeltos conectados por sus extremos. La carga fija del peso del pavimento y
la carga móvil que atraviesa el puente se transmiten por medio de las vigas
transversales del tablero directamente a las conexiones de los elementos de la
armadura. En las diversas configuraciones triangulares creadas por el ingeniero
diseñador, cada elemento queda o en tensión o en compresión, según el patrón
de cargas, pero nunca están sometidos a cargas que tiendan a flexionarlos.
Este sistema permite realizar a un costo razonable y con un gasto mínimo de
material estructuras de metal que salvan desde treinta hasta más de cien
metros, distancias que resultan económicamente imposibles para estructuras que
funcionen a base de flexión, como las vigas simples descritas anteriormente.
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Elemento Secundario.
Son elementos complementarios de la superestructura siendo necesarios para
la estabilidad de la estructura y posibilitan el tránsito por el puente.
a) Losa Tablero.
Es el tablero o losa del puente que soporta directamente el tráfico de
vehículos o peatones. Cuando es de madera se le llama “tablero” y
cuando es de concreto y metal se le llama “losa”. La losa tablero proporciona
la capacidad portante de carga del sistema de cubierta. La losa tablero forma
parte de los elementos secundarios para puentes del tipo viga, colgantes,
puentes modulares y cercha.
Losa Tablero.
b) Diafragmas Transversales.
Los diafragmas son considerados como elementos simplemente apoyados, que
Sirven como rigidizadores entre vigas, y que a su vez transmiten fuerzas a las
vigas longitudinales a través del cortante vertical, el cual es transmitido por el
apoyo directo de la losa sobre la viga y por medio de varillas de acero que
traspasan la viga longitudinal.
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c) Arriostramiento.
Permiten mantener los elementos estructurales en posición correcta, se usan
generalmente en las estructuras metálicas, y según su ubicación en la
estructura puede clasificarse como:
o Arriostramiento del portal: El arriostramiento del portal se encuentra en
la parte superior en los extremos de una armadura de paso a traves y
proporciona estabilidad lateral y transferencia de cortante entre
armaduras.
o Arriostramiento transversal: Los puntales transversales son miembros
estructurales secundarios que se atraviesan de lado a lado entre
armaduras en nudos interiores y al igual que el arriostramiento del portal
proporcionan estabilidad lateral y transferencia de cortante entre
armaduras.
o Arriostramiento lateral superior: Los puntales laterales superiores están
situados en el plano de la cuerda superior y proporciona estabilidad
lateral entre las dos armaduras y resistencia contra los esfuerzos
provocados por el viento.
o Arriostramiento lateral inferior: Los puntales laterales inferiores están
situados en el plano de la cuerda inferior y proporcionan estabilidad
lateral y resistencia a los esfuerzos por viento.
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d) Barandas.
Son elementos de seguridad que se encuentran a los costados del puente, su
función es la de canalizar el tránsito y eventualmente evitan la caída de
vehículos y personas.
Las normas AASHTO definen 3 tipos de barandales: peatonales, para bicicletas
y para tráfico. Estos tipos de barandales también pueden combinarse entre si,
para convertirse en tráfico – bicicleta, trafico – peatonal, peatonal – bicicleta.
Barandas
e) Calzadas.
La calzada o superficie de rodamiento proporciona el piso para el tránsito de
los vehículos y se coloca sobre la cara superior de la losa estructural. En el
caso de ser un puente tipo bóveda o súper span, la calzada va sobre el relleno
de ésta estructura, si fuese un puente modular iría sobre los tablones de
madera o puede ser la misma madera la calzada. Generalmente la calzada es
colocada después de colada la losa, aunque existen también calzadas coladas
integralmente con la losa estructural. Cuando se utiliza esta técnica se le
designa como piso monolítico Las calzadas en nuestro país generalmente son
de concreto asfáltico o de concreto hidráulico, aunque pueden encontrase de
balaste, metálicas o madera, y se considera que no proporciona capacidad de
carga a la estructura
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APLICACIÓN
Diseño estructural de un puente viga-losa
En este proyecto utilizamos un software hecho en una Hoja de cálculo, consiste en
una memoria de cálculo con los diseños de la losa y de las vigas del puente con
sus respectivos cálculos, a continuación les presentamos una imagen previa y los
puntos necesarios para realizar el diseño estructural del puente:
DATOS TÉCNICOS
Diseño de la losa
- Predimensionamiento
- Metrado de cargas
- Determinación de E
- Determinación del coeficiente de impacto I
- Cálculo de momentos flectores
- Cálculo de momentos en voladizo
- Metrado de cargas en la vereda
- Metrado de cargas en la calzada
- Momento por sobre carga vehicular
- Verificación del espesor de la losa
- Diseño del acero
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Diseño de vigas
- Predimensionamiento
- Metrado de cargas
- Determinación del coeficiente de impacto
- Coeficiente de incidencia
- Determinación del momento máximo
- Cálculo de la fuerza cortante crítica
- Verificación de la sección
- Diseño del acero
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RESPONSABLE:
HUAMANI RAMOS IVANLASTRA RAMIREZ DANIELPEREZ ALARCON ELIZABETHSARASI ANAMPA SANTIAGOSALAZAR DIONISIO ELIZABETH
METODO DE DISEÑO: METODO ELASTICO
DATOS TÉCNICOS:
1) δ t= 2 kg/cm2 (Presión transmitida al terreno) Suelo: grava, limo y arcilla arenosa.
3) Angulo de fricción: q = 454) Máxima avenida: Qmáx. = 82,35 m3/seg5) Mínima avenida: Qmín. = 2,35 m3/seg6) Tren de cargas: H – 20 (3 era. Categoría)7) Volumen de transito: 350 veh/día8) Número de vías: 29) Ancho de calzada: 5,1 m (según sobrecarga francesa)10) Ancho de vereda: (AV) 0,6 m (una a ambos lados de la calzada)11) Ancho de puente: 6,4 m12) Longitud del tablero: 14 m13) Ancho de cajuela: 1 m14) Luz de cálculo de viga: 15 m15) Ancho de viga: 0,50 m16) Espesor de viga: 1,00 m17) Luz de cálculo de losa: 3,70 m18) Espesor de losa: e = 0,2 m = 20 cm19) Resistencia del concreto en vigas y losa: 210 kg/cm220) Resistencias del acero: 4200 kg/cm221) Peso especifico del conc. 240022) Espesor del asfalto: 0,0523) Peso especifico del asfal. 200024) Espesor de vereda: 0,15
DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN PUENTE
PROYECTO: "Construcción de puente vehicular de las provincias de Cangallo yVíctor Fajardo - Ayacucho"
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DIMENCIONES DEL PUENTE
MEMORIA DE CALCULO
I. DISEÑO DE LA LOSA
A) Predimensionamiento:e = S → 2 bandas de circulación.
20e = 0.185
TOMAR VALOR ENTERO = 0.2 cmB) Metrado de Cargas:
***se analizara x metro lineal***Peso propio:
0.2 m (espesor de piso)1.00 m (x metro lineal)
2400 kg/m3 (peso especifico del concreto)Asfalto:
0.05 m (espesor de piso)1.00 m (x metro lineal)
2000 kg/m3 (peso especifico del asfalto)
Peso propio = 480 kg/mAsfalto = 100 kg/m
WD = 580 kg/m
C) Determinación de E:E = 0.4S + 1.125 (para ejes sencillos y S > 2 m)E = 2.605 m y E máx. = 4.27 m
E máx. > E ... (O.K.)
D) Determinación del Coeficiente de Impacto ( I ):
I = ____50____ <= 0.303.28L + 125
L = Luz de lozaI= 0.36539024
si sale mayor tomar valor = 0.30
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E) Cálculo de momentos flectores:Momentos Positivos:
Para cargas muertas: Md (+) = WD .S^210
Md (+) = 794.02 kg.m
Para la S/C vehicular: ML (+) = 0.8P(S – 3)(1 + I)E
Para 2 bandas de circulación:
Camión H – 20 P= 8000 kgP'= 2000 kg
ML (+) = 2235.701 kg
M máx (+) = MD (+) + ML (+)
M máx (+) = 3029.7 kg
Momentos Negativos:
M máx (-) = 0.5 M máx (+)
M máx (-) = 1514.9 kg
F) Cálculo de momentos en voladizo:
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Metrado de cargas en la vereda
Peso propio:0.15 m (espesor de piso)1.00 m (x metro lineal)
2400 kg/m3 (peso especifico del concreto)Piso terminado:
1.00 m (x metro lineal)100 kg (peso de piso terminado)
Piso terminado:1.00 m (x metro lienal)
45 m (peso propio de la baranda)
Peso propio= 360 kg/mPiso terminado= 100 kg/m
Peso baranda= 45 kg/mWD = 505 kg/m
S/C peatonal:400 kg/m2 (peso peaton)
1.00 m (x metro lineal)S/C baranda(sobre ella):
150 kg/m2 (peso barandal)1.00 m (x metro lineal)
S/C peatonal= 400 kg/mS/C baranda(sobre ella)= 150 kg/m
WL = 550 kg/m
WT = WD + WL
WT = 1055.00 kg/m
Metrado de cargas en la calzada:
Peso propio:0.2 m (espesor de piso)
1.00 m (x metro lineal)2400 kg/m3 (peso especifico del concreto)
Asfalto:0.05 m (espesor de piso)1.00 m (x metro lineal)
2000 kg/m3 (peso especifico del asfalto)
Peso propio = 480 kg/mAsfalto = 100 kg/m
WD = 580 kg/m
Analizamos estas cargas distribuida y le agregamos el momento por S/Cvehicular (H – 20):
M (-) = WT x 0.65 (0.65/2 + AV) + WD x AV^2/2
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Momento por S/C vehicular:
A= 0.30B= 0.60C= 0.20
X= B-AX= 0.30e= 0.4x + 1.125 e= 1.245
ML(S/C)= Pxe
M L (S/C) = 1927.71 kg.m
Por lo tanto:M (-) = 738.72 kg.m + M L (S/C)738.72 kg.m + M L (S/C)
M (-) = 2666.43 kg.m
G) Verificación del espesor de la losa:Mr = Kbd 2
Para: f´c = 210 kg/cm2 → K= 12.5 f´y = 4200 kg/cm2
d = e – re d= 16 cm
Mr = K x 100 x d^2 Mr = 3200 k.gm
Mr > M máx (+) ….. VERDADERO.·. No necesita acero en compresión
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H) Diseño del acero:As(+) As=Mmáx.(+) J= 0.9023
Fs.J.d Fs= 2100
As(+) = 9.99 cm2 <> 1Ø 5/8” @ 25 cm
Espaciamiento: S = 100 x 1.98 As(+)
S= 19.81 cm
As(-) As=Mmáx.(-) Fs.J.d
As(-) = 5.00 cm2 <> 1Ø 1/2” @ 32.5 cm
Espaciamiento: S = 100 x 1.27 As(-)
s= 25.42 cm
S máx. = 3e
Smáx.= 60 cm
Armadura de repartición
0.5 AspAs rep = 0.55 x Asp <=0.5 Asp
√S
As rep = 0.29 Asp <=0.5 Asp ………… VERDADERO
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Area de acero (+): As(+)=As rep x As(+)
As(+)= 2.86 cm2 <> 1Ø3/8” @ 31 cm
Espaciamiento: S = 100 x 0.71 As(+)
S= 24.85 cm
Area de acero (-): As(+)=As rep x As(-)
As(-)= 1.43 cm2 <> 1Ø 3/8” @ 60 cm
Espaciamiento: S = 100 x 0.71 As(-)
S= 49.70 cm
S máx. = 3e
Smáx. = 60 cm
As(–) sobre diafragma(3 ‰)=0.003x100xd
As(–) sobre diafragma(3 ‰)= 4.8 cm2 1Ø1/2” @ 26 cm
Espaciamiento: S = 100 x 1.27 As(-)
S = 26 cm
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II. DISEÑO DE VIGAS
A) Predimensionamiento:
h= L h= 1.00 m15 h= 100.0 cm
b= 0.015 x L x √S
b= 0.467 → 0.50 m= 50 cm
B) Metrado de Cargas:Carga muerta (WD):
Peso propio losa: 888 kg/m
Asfalto: 185 kg/m
Peso propio viga: 1200 kg/m
Asfalto sobre viga: 50 kg/m
Peso volado de losa: 216 kg/m
Asfalto sobre volado losa: 20 kg/m
Peso de vereda concreto: 216 kg/m
Piso terminado: 76 kg/m
Peso de baranda: 45 kg/m
WD = 2896
Carga viva (W L):
S/C peatonal: 240 kg/mS/C baranda: 150 kg/m
WL = 390 kg/m
WT = WD + WL
WT = 3286 kg/m
C) Determinación del Coeficiente de Impacto ( I ):
I= _____50____3.28L + 125
I= 0.29
I < 0.30 VERDADERO
.·. I= 0.29
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D) Coeficiente de incidencia (S/C vehicular H – 20):
∑MB = 05.5 x R = 5.80 P + 4.0 P + 2.8 P 5.5R = 12.6P
R= 2.29P → R = dP→ d= 2.29
(coeficiente de concentración de carga)
E) Determinación del momento máximo maximorum:
L'= 10.73
dP (I + 1) = d x P (0.24 + 1)
dP (I + 1) = 22716.8
dP´ (I + 1) = d x P' (0.24 + 1)
dP' (I + 1) = 5679.2
∑FV = 0RA + RB = 77686 kg
∑MB = 0
LRA = dP(I+1) x (L-x) - dP(I+1) x (L'-x) - WT x L^2/2 = 0
15 RA = 340752-22716.8 X
85188-60937.816 X
369675
15 RA = 795615 -83654.616 XRA = 53041 -5576.97 X ………..(1)
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Tramo AC:Mx = RA (x) – WT x X^2/2
Mx= 53041 X-5576.97 X^2
1643 X^2Mx= 53041 X -3933.97 X^2 ……………….(2)
dM/dx = 0:
53041 = 2 3933.97 (x)
X= 6.74 m
En (2): M máx. máx.= 536356.00 kg-mM máx. máx.= 53635599.68 kg-cm
F) Cálculo de la fuerza cortante crítica:
RA = 53041 -5576.97 (X)RA = 50252.51 kg
X = Ancho de Cajuela2
X = 0.5 m
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G) Verificación de sección:
Por flexión:Mr = Kbd 2
Para:
Para: f´c = 210 kg/cm2 → K= 12.5 f´y = 4200 kg/cm2
b = 50.00 md = e – re
d= 91.00 cm
Mr = K x b x d^2 Mr = 51756.25 kg. mMr = 5175625 kg. Cm
M máx. máx. > Mr ………. VERDADERO.·. Solo requiere acero a compresión mínimo.
Por corte:Vr = Vc.b.d.
Vr = 0.3 √f´c.b.d. Vr = 293.25 kg
V máx. crítico = RA – 0.50w
V máx. crítico = 48609.51 kg
V máx. crítico > Vr ………………… VERDADERO
.·. Solo requiere estribos minimo.
H) Diseño del acero:As1 ( + ) = Mr
Fs.J.d
As1 ( + ) = 30.02 cm2
As2 (+) = M máx. máx. – MrFs (d – d´)
As2 (+) = 271.48
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GRÁFICO
0.6 0.05 5.1 0.05 0.6
0.150.20
1.00
0.85 0.50 3.7 0.50 0.85
6.4
0.45 4.2
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APLICANDO EL DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE
25
LOS INTEGRANTES DEL PROYECTO
HUAMANI RAMOS IVAN
LASTRA RAMIREZ DANIEL
SARASI ANAMPA SANTIAGO
PEREZ ALARCON ELIZABETH
SALAZAR DIONISIO ELIZABETH
RESULTADO ESPERADO.
La construcción de un puente, en la progresiva 1+995 y 2+010; cruce del río
(Pampas), carretera que une a las provincias de Cangallo y Víctor Fajardo, para
dar una adecuada y segura transitabilidad durante todo el año.
Todos estos resultados llevan a lograr una Vía en buenas condiciones de
Transitabilidad y por ende “Mejorar el nivel de vida de la población”.
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CONCLUSIONES
Para resolver el problema, con base en el diagnóstico realizado es él:
“Deficiente nivel de Transitabilidad”, se ha elaborado un proyecto denominado
“Construcción de puente vehicular de las provincias de Cangallo y Víctor
Fajardo - Ayacucho.” para dar una adecuada y segura transitabilidad durante
todo el año. Todos estos resultados llevan a lograr una Vía en buenas
condiciones de Transitabilidad y por ende “Mejorar el nivel de vida de la
población”
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BIBLIOGRAFIA
http://civilgeeks.com/categoría/puentes
American Association of State Highway and Transportation Officials.
A.A.S.H.T.O. Standard specifications for Highway Bridge. Washington,
D.C., 1996
S. Merritt, Frederick. Manual del ingeniero civil, tomo III 3ª edición.
México: McGraw-Hill, 1992.
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