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

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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

20

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)

21

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

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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.

28