diseno_puentes

7/28/2019 diseno_puentes

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Elementos del Diseo de

PuentesProf Jorge O. Medina M.

Facultad de Arquitectura y Diseo

Universidad de Los Andes

Mayo 2006


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Contenido

1. Componentes de un

puente.

2. Tipos de puentes.

3. Ubicacin y eleccinde un puente.

4. Esttica de puentes.

5. Cargas que actan

en un puente.

6. Diseo geomtrico

de vas.7. Ejemplos.

8. Bibliografa.


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Componentes de un Puente


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Componentes del Puente


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Elementos del Puente

Seccin de

desage,

Tirante de agua,

Alteracin del ro,

Superestructura,

Tablero: Baranda,

Drenaje,

Apoyo,

Juntas.

Infraestructura,

Fundaciones,

Estribos,

Aletas,

Pilas.


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Seccin de desage

La seccin de desage debe proporcionar un cruce conseguridad de un cursos de aguas en cualquieroportunidad, durante las crecientes probables en el

tiempo til.


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Tirante de Aire

Distancia entre el nivel mximo de aguas y la

parte inferior del tablero.


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Alteracin del Rgimen del Ro

Las pilas y los estribos disminuyen la seccin por lo que: Se incrementa la velocidad hasta el punto de erosionar el lecho

del ro y socavar las fundaciones,

Remansos aguas-arriba del puente, que podra producir

inundaciones de las riberas.


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Tablero

Superficie en la cual el usuario viaja


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Tablero


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Tablero


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Baranda

Deben colocarse Barandas como proteccin y

seguridad de los usuarios.

Altura mnima 1,07 m


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Apoyo

Los aparatos de apoyo se colocan entre la viga

y la superficie de apoyo.

Se dividen en: Fijos y mviles.


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Juntas

Los borde del estribo y el tablero del puente

deben ser protegidos.


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Infraestructura


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Fundaciones

Tipos

Extendida: Fundacin directa.

Cajn: Fundacin que lleva la carga al estrato

portante.

Pilotes: Fundacin indirecta que transmite la

carga a estratos ms profundos.


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Estribo

Apoyos extremos del puente,

soportan las cargas del puente y

contienen el terrapln de acceso.


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Aletas

Contienen el terrapln de acceso y

Protegen el terrapln del cauce de la

corriente.


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Pilas

Apoyos intermedios

del puentes.


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Tipos de Puentes


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Clasificacin de los Puentes

Los puentes se pueden clasificar

segn:

a) Utilidad;b) material;

c) localizacin de la calzada y

d) forma de la estructura.


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Utilidad

Puentes peatonales,

puentes para

carreteras,

puentes para vas

frreas,

puentes para paso detuberas y

puentes gras.

Materiales

Madera,

concreto, ya sea

reforzado opreesforzado,

metlicos y

mixtos.


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Localizacin de laCalzadaEstructuras por debajo deltablero (Tablero superior)

Arco Armadura en arco

Estructura por encima deltablero (Tablero inferior) Colgantes

Atirantados Armaduras de paso interior

Estructura principal coincidecon el tablero

Puentes de viga

Losa

Viga T Viga I

Viga de ala ancha

Viga cajn de acero yconcreto

Viga compuesta de almallena


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Forma de la

estructura

Losa,

vigas,

armadura,

arco,

atirantado y

colgante.


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Puentes de Estructura en el

Tablero

Llevan la carga por flexin y corte,

forma ineficaz de realizarlo,

comparada con la compresin del arco yla traccin del cable.

Son una solucin econmica para una

gran cantidad de puentes.

Solucin tpica para tramos de cortos a

medios, con luces menores a los 50 m.


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Viga Cajn


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Viga


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Puentes de Alma Llena


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Puentes en Armadura

Las armaduras tienen dos ventajas. Los elementosestn diseados a fuerzas axiales y el sistema abiertopermite mayores alturas que su equivalente de almallena. Por ello reducen la cantidad de material y pesopropio.

Estas ventajas son a expensas del incremento en elcosto de fabricacin y mantenimiento.

Solucin econmica para tramos intermedios en unrango de 150 a 500 m.

La armadura se ha convertido en el sistema derigidizacin de puentes colgantes.

Se puede construir mediante el ensamblaje demiembros.

Estticamente no es una alternativa agradable. En lucesgrandes, esto es insignificante por el impacto visual dela gran escala. Para luces intermedias si lo es por ello laarmadura tipo Warren es una buena alternativa.


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Armadura


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Armadura


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Esquema Tpico


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Puentes en Arco

El arco es una forma ms econmica y la eficienciaradica en la reaccin del apoyo. Si el sitio esconveniente como una valle esta solucin proporcionaun costo razonable, ubicando las fundaciones en lasrocas.

Puede tener altos costos de fabricacin y levantamiento.Los problemas de levantamiento varan, siendo ms fcilpara el arco en volado y posiblemente ms difcil para elarco atado.

La forma del arco obedece a la carga permanente para

eliminar la flexin. Estticamente es la forma ms exitosa, la persona

promedio entiende al arco como entendible y expresiva.La forma curva siempre es agradable.


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Esquemas de Arcos


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Tipos y Luces de Arcos


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Arco


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Arco


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Puentes Atirantado Solucin econmica por el uso de cables de alta resistencia.

Los cables son rectos, por ello ms rgidos que el sistema depuente colgante.

Los cables se anclan en el tablero, generando compresin entablero por ello los hechos en concreto armado son idealespor resistir compresin.

La longitud de cada cable es menor a la luz del puente, porello se construyen con cables completos que se llevan a obray se tensan sin necesidad de ser fabricados (hilados) en obra.

Libertad para escoger el arreglo estructural.

Es poco eficiente para carga permanente, mejor para cargavariable que el puente colgante. Por ello, no es til en

grandes luces, el rango econmico est entre los 100 y 350m.

Los cables se pueden colocar en la lnea central.

Los cables facilitan el levantamiento del puente,construyndose en volados con contrapesos.

No se ha detectado hasta la fecha inestabilidadaerodinmica.


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Esquema de Cables y Torres


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Luces de Puentes


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Luces de Puentes


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Atirantado


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Atirantado


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Puentes Colgantes El principal elemento es el cable que trasmite las cargas

a las torres y anclajes. Construido con acero de altaresistencia

El tablero se cuelga de los cables por tensores de altatensin.

Lo econmico del cable se contrasta con el costo de lastorres y los anclajes. Este ltimo puede ser muy alto enterreno de fundacin limitado.

El cable se rigidiza mediante una cercha o vigas en eltablero. Este sistema sirve para controlar el movimientoaerodinmico y limitar las deformaciones del tablero

La altura de la torre es una desventaja en zonascercanas a aeropuertos.

Es la nica solucin para tramos por encima de los 600m, y compite en tramos hasta de 300 m. En tramos mscortos se han hecho incluso para pasarelas.


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Esquema de Puente Colgante


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Luces de Puentes


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Colgante


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Colgante

L it d d t i


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Longitudes de tramo para varios

tipos de superestructuraTipo deestructura

Material El rango detramo (m)

Mximo tramo enServicio (m)

Losa Concreto 0-12

Viga Concreto 12-250 240, Hamana-Ko Lane,

Acero 30-260 261, Sava I,

Atirantado Concreto250

235, Maracaibo,Acero 90-850 856, Normandia,

Armadura Acero 90-550 550, Quebec

480, Greater New

Orleans,

Arco Concreto 90-300 305, Gladesville,

Armadura de acero 240-500 510, New River Gorge

Nervios de acero 120-360 365, Port Mann

Colgante Acero 300-1400 1991, Akashi Kaikyo,

Datos obtenidos estadsticamente para establecer la relacin luz y superestructura


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Ubicacin y eleccin del

Puente


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Aspectos a Estudiar

Para el proyecto de un puente se requiere

estudiar lo siguiente:

Localizacin,

tipo de puente adecuado,

forma y dimensiones,

obras complementarias,

obras especiales.


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Localizacin Para la ubicacin del puente se debe considerar

lo siguiente: sitio (ancho de la depresin, seccin desage,

necesidad de subdivisin),

caractersticas del subsuelo,

propsito (provisional, carretero, ferrocarilero, urbano,viaducto),

alineamiento,

pendiente longitudinal,

rasante, facilidades de construccin y mantenimiento,

aspecto esttico en relacin con el medio ambiente,


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Localizacin lineamiento respecto al cauce de la corriente de agua

(preferible perpendicular al puente) y una seccin dedesage suficiente (velocidades bajas).

En cruces urbanos la ubicacin es forzada porlo que se considera el aspecto esttico de la

estructura.


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Estudios del Sitio de Puente

Los estudios a realizar en el sitio de puenteson:

Estudio topogrfico,

Proporciona vas de acceso, curvas de nivel y

perfiles de la va.

hoya hidrogrfica,

Proporciona la pendiente del cause, tipo de suelo y

cultivos, datos pluviomtricos, velocidad de

corriente.

suelos y geotcnicos

Proporciona los parmetros para el diseo de la

infraestructura.


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Esttica de Puentes


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Esttica de Puentes

Principios bsicos a considerar en la

concepcin y el diseo de un puente:

forma estructural,

integracin con el sitio.


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Puente Golden Gate


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Puente Golden Gate


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Puente Golden Gate


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Puente Golden Gate


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Forma Estructural

Proporcin

Es la justa y armoniosa

relacin de una parte con

otras o con el todo.

Asimismo, corresponde aun conjunto ordenado de

relaciones matemticas

existentes entre las

dimensiones de unaforma o de un espacio.

Textura

Es la sensacin fsica

que produce en el tacto

humano la superficie de

una forma.


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Forma Estructural

Orden

Son las relaciones

internas de las formas

que componen un

edificio, de proporcionestales que su conjunto

sea armonioso.

Color

El color se utiliza en su

sentido amplio,

comprendiendo los del

espectro solar, neutrostambin variaciones

tonales y cromticas


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Forma Estructural

Luz y sombra

Lo que ilumina los

objetos y los hace

visibles. Obscuridad de

forma especial queproduce un cuerpo sobre

otro.

Contraste

Comprende ms all de

las oposiciones

comnmente

reconocidas.


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Forma Estructural

Esbeltez

Delicadeza, finura,

elegancia de una cosa.

Transparencia

Capacidad de dejar

atravesar la luz y

permitir divisar

claramente los objetos atravs de su espesor.


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Forma Estructural

Ritmo

Pauta creada entre

divisin e intervalo,

entre macizo y vaco.

Escala

Alude a la manera de

percibir el tamao del

objeto comparado con

un estndar dereferencia o con el de

otro objeto.


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Integracin con el Sitio

El puente no debe alterar, debe armonizar,

complementar, mejorar etc. el sitio donde va

a quedar (paisaje, vista de la ciudad,

espacio urbano, ambiente).


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Puentes de Manhattan y Brooklyn


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Puente de Manhattan


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Pittsburgh


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Puente Millau


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Puente Ganter


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Puente Salginatobel


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Puente Bixby Creek


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Bixby Creek


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Integracin con el Sitio

Importancia en la

poblacin

Valor histrico


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Valor Histrico

Firth de Forth


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Cargas

C


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Cargas

Se deben considerar todas las cargas quese esperan aplicar durante la vida til del

puente. Estas cargas se clasifican en:

cargas permanentes,

cargas transitorias,

cargas laterales,

cargas por deformaciones cargas por colisiones.

C P


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Cargas Permanentes

Todas las cargas originadas por el peso delos elementos de carcter permanente en el

puente, tales como:

peso de los componentes estructurales y noestructurales de puente (DC),

peso del pavimento (DW),

peso del terrapln (EV), empuje del suelo (EH).

C T it i


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Cargas TransitoriasEl automvil es la carga vehicular mscomn pero el camin es el que causa losmayores efectos por lo que se realiz uncamin de diseo denominado caminAASHTO, al cual se consideran varios

efectos Camin de diseo,

carga de acera.

Efectos Fatiga,

dinmicos,

fuerza centrfuga,

fuerza de frenado,

multipresencia de vehculos.

C L t l


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Cargas Laterales

Estas cargas se aplican en la direccinhorizontal y son las siguientes:

fuerza del cauce de agua,

fuerza del viento,

fuerzas ssmicas,

C D f i


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Cargas por Deformacin

Los cambios en la forma del puente originanfuerzas sobre los elementos, segn su

origen se clasifican en:

temperatura,

retraccin y acortamiento,

asentamientos.

C C li i


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Cargas por Colisin

La colisin de las unidades que transitan porel puente debe ser contemplada. Por

ejemplo:

colisin de buques en las pilas,

colisin de vagones de tren,

colisin de vehiculos.


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Diseo Geomtrico

C it i d Ali i t


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Criterios de Alineamientos

La topografa condiciona el alineamientohorizontal de una carretera, en especial

los radios de curva y la velocidad de

proyecto. La velocidad de proyecto controla la

distancia de visibilidad.

La longitud mnima de la recta de paso es800 m.

C it i d Ali i t


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La rectas muy largas presentaninconvenientes.

Debe evitarse la localizacin de un puente

en la proximidad de una curva. Cuando sea inevitable, la transicin de

peralte de la curva no se debe extender hasta

el puente. En condicin especial de puente curvo, esta

debe ser simple.

C it i d Ali i t


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Longitud de la recta (km) Topografa Radios mnimo (m)

0,75 a 2 Llano 700

Mayor a 2 Llano 2000

0,75 a 2 Ondulado 500Mayor a 2 Ondulado 1200

0,75 a 2 Montaoso 350

Mayor a 2 Montaoso 700

Radios Mnimos:

Un alineamiento recto se debe empalmar con una curvade radio mnimo indicado en la tabla.

Longitud mnima de la curva 150 m

C it i d P di t


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Criterios de Pendientes

La rasante es la lnea de referencia que definelos alineamientos verticales.

Las pendientes mximas estn supeditadas a

la velocidad de proyecto. Los valores mximos de pendientes son:

Velocidad de

proyecto (km/h)

50 65 80 95 110

Pendiente

mxima (%)

6-8 5-7 4-6 3-6 3-5

C it i d P di t


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La longitud crtica en pendiente es la quemotiva reducciones de velocidad de 25 km/h.

Deben evitarse rasantes cuyas pendientes

fuertes ocasionen reducciones de ms de 25km/h.

La longitudes crticas segn la pendiente son:

Pendiente de

subida (%)

3 4 5 6 7 8

Longitud crtica (m) 500 350 245 200 170 150

C it i d P di t


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Las rectas del perfil longitudinal deben enlazarsecon curvas verticales que proporcionen lavisibilidad necesaria, drenaje satisfactorio.

Las pendientes no deben ser menores a lo

indicado

Drenaje longitudinal Pendiente mnima (%)

Cuneta sin revestir 0,5

Canal drenaje 0,4

Cunetas revestidas 0,3

Brocales (rampas, calles) 0,3

Intersecciones


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Intersecciones

Las intersecciones pueden ser a nivel o devarios niveles.

Los elementos de una interseccin a nivel

son: Brazo,

entrada,

salida, ngulo.

Intersecciones a Nivel


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Intersecciones a Nivel

Intersecciones


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Intersecciones

Los elementos de una interseccin devarios niveles son:

Rampas que pueden ser interiores

(movimientos a la izquierda) y exteriores(movimientos a la derecha),

rama,

estructuras denominadas dispositivos.

Intersecciones a Varios Niveles


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Intersecciones a Varios Niveles

Trayectorias de curvatura de


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y

vehculos

Diseo del Borde de la Calzada


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Diseo del Borde de la Calzada

El diseo de las curvas de las intersecciones serealiza segn la curva del borde de la calzada.

El diseo con vehculo P cuando el mayor

porcentaje de vehculo lo constituyen losautomviles.

El diseo con vehculo SU se aplica a todos los

caminos rurales.

El diseo con vehculos WB-40 y WB-50 serealiza cuando es muy frecuente del cruce de

este tipo de vehculos.


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Curva del Borde de la CalzadaVehculo de Proyecto WB40 y


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Vehculo de Proyecto WB40 y

WB50


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Ejemplos de Puentes


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Puente Eads EE UU


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Puente Eads, EE. UU.

Puente Washington EE UU


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Puente Washington, EE. UU.

Puente Hell Gate EE UU


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Puente Hell Gate, EE. UU.

Puente de Brooklyn EE UU


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Puente de Brooklyn, EE. UU.


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Puente de Manhattan EE UU


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Puente de Manhattan, EE. UU.

Verrazano Narrows EE UU


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Verrazano Narrows, EE. UU.

Puente Williamsburg EE UU


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Puente Williamsburg, EE. UU.

Queensborough EE UU


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Queensborough, EE. UU.

New Orleans EE UU


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New Orleans, EE. UU.

Skyway EE UU


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Skyway, EE. UU.

Yaquina EE UU


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Yaquina, EE. UU.

Puente Cincinnati EE UU


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Puente Cincinnati, EE. UU.

Puente Hartman EE UU


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Puente Hartman, EE. UU.

Viaducto Starrucca EE UU


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Viaducto Starrucca, EE. UU.

Scotswood Inglaterra


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Scotswood, Inglaterra

Viaducto Garabit Francia


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Viaducto Garabit, Francia

Felsenau, Suiza


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Felsenau, Suiza

Swiss Bay, Suiza


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Swiss Bay, Suiza

Puente Erasmus, Holanda


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Puente Erasmus, Holanda

Great Belt Link, Dinamarca


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Great Belt Link, Dinamarca

Story Bridge, Australia


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Story Bridge, Australia

Grey Street, Australia


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Grey Street, Australia

Baha de Sydney, Australia


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a a de Syd ey, us a a

Tasman, Australia


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,

Batman, Australia


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,

Puente Las Amricas, Panam


128/131

,

Runyang, China


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y g,

Bibliografa


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Documents

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