“CREACION DEL PUENTE VEHICULAR SOBRE EL RIO TONCHIMA, CRUCE ENTTRE LOS DISTRITOS SORITOR – YORONGOS, EN EN EL DISTRITO DE SORITOR, PROVINCIA DE MOYOBA MOYOBAMBA MBA – SAN MARTIN”
ESTUDIO HIDROLÓGICO E HIDRÁULICO I.
GENERALIDADES
1.1
INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN El estudio Hidrológico e Hidráulico para la construcción del Puente Vehicular sobre el Río Tonchima Tonchima en la Localidad Loc alidad de Soritor y Yorongos Yorongos en el distrito de Soritor pro!incia de "oyobamba Región San "artín tiene como ob#eto esta establ blec ecer er las las cara caract cter erís ísti tica cass y el comp compor orta tami mien ento to hidr hidráu áulilico coss má máss importantes importantes del río Tonchima en la sección sección en estudio estudio y las $ue se pueden generar durante %pocas de "á&imas '!enidas E&traordinarias( )on )on el ob#e ob#eto to de proy proyec ecta tarr una adec adecua uada da ubica ubicació ciónn y pro* pro*un undid didad ad de cime ciment ntac ación ión e!it e!itand ando o en lo posib posible le no a*ec a*ecta tarr el *lu#o *lu#o norm normal al del del río río gara garant nti+ i+an ando do así así la *unc *uncio iona nalilida dad d de la estr estruc uctu tura ra proy proyec ecta tada da ante ante e!ent e!entuale ualess ocurren ocurrencias cias de caudale caudaless "á&imo "á&imo E&traor E&traordin dinario arioss $ue pueden pueden ocurrir durante la !ida ,til de la estructura- se ha estimado una sección estable del río utili+ando la hidrología super*icial para temas especí*icos como la modelación de escurrimiento super*icial en la cuenca transito de
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La super*icie del terreno cuya escorrentía super*icial *luye en su totalidad a tra!%s de una serie de corrientes ríos $uebradas y e!entualmente lagos por una ,nica desembocadura estuario o delta( Cue!" A#$" Es la parte de la cuenca hidrológica en el cual predomina el *enómeno de soca!ación es decir $ue hay aportación de material terreo hacia las partes ba#as de la cuenca en las $ue se pueden distinguir claramente tra+as de erosión(
Cue!" Me%&" Es la parte de la cuenca hidrográ*ica en la cual hay un e$uilibrio entre el mate ma teria riall sólid sólido o $ue llega llega traíd traído o por por la corrie corrient ntee y el mate materia riall $ue sale sale !isiblemente no hay erosión(
Cue!" B"'" Es la parte de la cuenca hidrológica en la cual el material e&traído de la parte alta es depositado(
Cue!" ( A)(*$"!&+
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El perímetro de la cuenca o la longitud de la línea di!orcio de la hoya es un parámetro importante pues #unto al área no puede decir la *orma de cuenca( A!( %e #" Cue!" El ancho se de*ine como la relación entre el área y la longitud de la cuenca(
Pe%&e$e Es una medida de la inclinación de la super*icie del *ondo en el sentido de la corriente( Se e&presa como la tangente del ángulo $ue *orma la hori+ontal con la línea del *ondo en sentido longitudinal(
S&u(,&%"% %e u T*"( %e# C"u!e P*&!&)"# Relación entre la distancia de línea recta entre los puntos y la longitud medida en el cauce principal siguiendo la línea del thal1eg(
I$e,&%"% %e P*e!&)&$"!&+ Es la altura de precipitación por unidad de tiempo se e&presa en mm2h /milímetros por hora0(
Le!( M"(*
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Es el hidrograma de escorrentía directa $ue se producirá en la salida de la cuenca si sobre ella se produ#era una precipitación neta de una duración determinada( T"#7e/ Línea $ue une los puntos de mayor pro*undidad a lo largo de un curso de agua(
E*(,&+ L(!"# Los procesos de erosión local se originan en mo!imientos !orticosos $ue ocurre al pie de obstáculos al *lu#o en el curso del río(
1.8 METODOLOG9A METODOLOG9A EMPLEADA )on el *in de reunir los criterios adecuados para conocer el potencial erosionable las características hidráulicas hidrológicas y de drena#e del río se reali+aron los estudios en las siguientes etapas3 PRIMERA ETAPA 4urante esta etapa se reali+ó la recopilación de in*ormación y las !isitas de campo correspondientes(
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1. )oe*iciente de rugosidad de "anning :;.;48 2. )aracterísticas del tipo de suelo y uso de la tierra en cuenca con lo cual se ha de*inido un CN:<; 3. Huella de ni!eles má&imos de agua en los márgenes del río con una altura promedio de 2.=; e$*(,. TERCERA ETAPA -T*">"'( e G">&e$e Los traba#os de gabinete consistieron en la elaboración de un in*orme el mismo $ue contiene una e!aluación detallada de la in*ormación recogida en campo( Gee*"#&%"%e, En este primer capítulo se describe la introducción los ob#eti!os de estudio importancia del estudio de*inición de t%rminos empleados y la metodología empleada usada en la elaboración del presente in*orme(
I6(*"!&+ B,&!" )ontiene la ubicación del área de estudio la ubicación del puente la cuenca de inter%s la climatología los parámetros climáticos y una pe$ue.a clasi*icación del clima en la +ona(
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)ontiene3 mecánica *lu!ial del río determinación de la capacidad de arrastre determinación de los !alores de dise.o(
C(!#u,&(e, %e# E,$u%&( )ontiene indicaciones de un resumen de los principales resultados y recomendaciones a tomar en cuenta(
Cu"%*(, %e H&%*(#(/0" e H&%*u#&!" )ontiene3 indicaciones del procedimiento los !alores tomados y los principales resultados por cada caso(
M")", P#"(, )ontiene los mapas y planos ob#eto de estudio(
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La región San "artin se encuentra ubicado en la Sel!a alta del :or oriente peruano entre los paralelos 5AGDC y IADBC de latitud sur a partir del Ecuador y los meridianos B5AGBC y BBAIDC de longitud oeste( Limita por el :orte con el departamento de Loreto por el Este con los departamentos de Loreto y Huánuco por el Sur con el 4epartamento de Huánuco y por el este con los departamentos de La Libertad y 'ma+onas( )ontiene territorios de sel!a alta y ba#a(
Por el Norte
:
Región Loreto
Por el Sur
:
Región Huánuco
Por el Este
:
Región Loreto y Huánuco
Por el Oeste
:
Región de la Libertad y Amazonas
;igura :< 6= /Jbicación del Proyecto0
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1.2.1 A!!e,( "# Á*e" %e E,$u%&( El acceso a la +ona del proyecto desde la ciudad Soritor es a tra!%s de la carretera a*irmada con destino a la ciudad de Yorongos y desde la ciudad de rio#a a tra!%s del camino !ecinal $ue es separado por el rio TonchimaTambien es a tra!%s de !ía terrestre partiendo de la ciudad de Tarapoto
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4esde la )iudad de "oyobamba a tra!%s de una carretera a ni!el de 's*alto a GG Km con tiempo de recorrido de G minutos hasta llegar a la Localidad de Soritor(
;igura :< 67 8eolocali+ación del Proyecto
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4e la in*ormación disponible se desprenden parámetros y dimensiones de la cuenca( Orea de la cuenca 3 @D5I(=B6 KmG Perímetro de la cuenca 3 DD5(D@G Km longitud del río 3 G7B(57B Km apro&imadamente coe*iciente de compacidad 3 =(55G ;actor de *orma 3 6==D Teniendo en cuenta el *actor de compacidad de =(55G podemos concluir $ue estamos *rente a una cuenca de *orma alargada predominantemente sigue la dirección :or este Sur Este tal como obser!amos en la siguiente imagen( /;igura :< 6D )uenca del Río "ayo0(
;igura :< 6D )uenca Río "ayo
2.3 CLIMATOLOG9A El puente a ser construido sobre el río "ayo se encuentra ubicado en la localidad de Santa Rosa de '1a#un ra+ón por lo cual para la descripción de
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precipitaciones plu!iales los cuales están comprendidos entre los meses de Setiembre a "ayo con un clima de precipitación en ctubre y 'bril mientras $ue el período de estia#e está marcado por los meses de Qunio a 'gosto y de 4iciembre a 'gosto(
Te)e*"$u*"
El clima de la pro!incia de "oyobamba dentro de esta clasi*icación es de ligero a moderado en todo caso pertenece al semi secocálido( La temperatura promedio anual es de GI(6A) con una má&ima de 7G(DA) y una mínima de =G(5 A) y humedad relati!a de BI(5N siendo la má&ima de I6(6 N y la mínima de BB(6N( III.
DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS Las características *ísicas de una cuenca *orman un con#unto de parámetros $ue in*luyen predominantemente en el comportamiento hidrológico de dicha +ona tanto a ni!el de e&citaciones como de las respuestas de la cuenca tomada como un sistema( 'sí pues es estudio sistemático de los parámetros *ísicos de las cuencas es de
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IV. ANÁLISIS HIDROLÓGICO
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horas
de
las
estaciones
de
"oyobamba
Tarapoto
y
Lamas(
4.2 P*e!&)&$"!&+ M5&" D&"*&" Los datos empleados corresponden a los !alores de precipitaciones má&imas en GD horas registradas- estos datos se ad#untan en ane&os( 4.3 A#&,&, %e C(,&,$e!&" -S"#$(, Te%e!&", La no homogeneidad e inconsistencia de los datos hidrológicos presenta uno de los aspectos más importantes en el estudio de la hidrología contemporánea particularmente relacionado a la conser!ación desarrollo y control de los recursos hídricos un error signi*icati!o puede causar la obtención de resultados altamente sesgados en el cálculo de datos *uturas( En este caso se ha e*ectuado pre!iamente el análisis de consistencia /'nálisis
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Los registros de precipitación má&imas en GD horas *ueron anali+ados estadísticamente /8umbell :ormal 8amma Log :ormal y el de Logaritmos Pearson Tipo 9990 pre!iamente *ueron sometidos a la prueba de datos dudosos( Se adoptó la distribución 8umbell correspondiente a estación "oyobamba por presentar mayor bondad de a#uste /menor error de estimación0( 4. M@$(%( %e T*",6(*"!&+ %e A#$u*", %e L#u?&" e C(**e$0" )on las alturas de llu!ia obtenidas el cálculo de !olumen de agua se ha reali+ado utili+ando el m%todo de Soil )onser!ation Ser!ice S)S /=BG0 dicho m%todo está basado en la simulación de la escorrentía super*icial $ue resulta de una precipitación mediante la presentación de la cuenca como un sistema de componentes interconectados( )ada componente modela un aspecto del proceso de llu!ia escorrentía dentro de una cuenca o área de estudio( El componente de escorrentía super*icial para un área se utili+a para representar el mo!imiento de agua sobre la super*icie del terreno hacia los cauces del río y riachuelos( La entrada en este componente es un histograma de precipitación el e&ceso de llu!ia se calcula restando la in*iltración $ue debe acogerse de !arias opciones incluyendo el n,mero de cur!a S)S de la tasa de
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ESTUDIO HIDRÁULICO FLUVIAL V.
DETERMINACIÓN DE LA SOCAVACIÓN EN SITIOS DE INTERÉS 8.1 Gee*"#&%"%e, El proceso erosi!o de la corriente de agua en los ríos pro!oca la soca!ación del lecho mó!il de los mismos en *unción básicamente a las características hidráulicas del río y las características granulom%tricas del material $ue con*orma el cauce( La soca!ación resulta más intensa a medida $ue se
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ancho de la sección con las estructuras proyectadas entre la margen i+$uierda y margen derecha debe corresponder al acho del e$uilibrio( Para e*ectos del cálculo de la sección de e$uilibrio se han utili+ado teoría tales como la de Lacey la de Pettits la de Simons y Herderson el "%todo de lench 'ltunin( Para el cálculo del ancho de e$uilibrio para cada uno de los perUodos de retorno sobre el río ante la ocurrencia de di!ersos caudales( Estos resultados se presentan en el )uadro :< =7 8.3 De$e*&"!&+ %e #" S(!"?"!&+ Gee*"# Se entiende $ue soca!ación normal el descenso del *ondo de río $ue se produce al presentarse una creciente y es debida al aumento de la capacidad de arrastre de material sólido $ue en ese momento ad$uiere la corriente en !irtud de su mayor !elocidad( La erosión del *ondo de un cauce de*inido por el cual discurre una corriente es una cuestión de e$uilibro entre el aporte sólido $ue pueda traer el agua a una cierta sección y el material $ue sea remo!ido por el agua de esa secciónen a!enida aumenta la !elocidad del agua y por lo tanto la capacidad de arrastre( La posibilidad de arrastre de los materiales de *ondo en cada punto
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La erosión general puede llegar a producirse inclusi!e cuando el lecho del río es rocoso con tal de $ue la !elocidad de la corriente sea superior a la necesidad para producir el desgaste de la roca( Jn hecho curioso obser!ado es $ue la soca!ación general disminuye para una misma !elocidad media de la corriente en *ondos no cohesi!os cuando el agua arrastra en suspensión gran cantidad de partículas *inas del tama.o de limos y arcillas- el hecho se atribuye a la disminución en este caso del grado de turbulencia del agua por aumento de su peso especí*ico y de su !iscosidad( Para e*ectos del cálculo de la soca!ación general se ha utili+ado la *órmula propuesta por L(L Lischt!an Lede!ie!- con un resumen descripti!o $ue se presenta a continuación3
g Hs Ho En donde3
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g
Pro*undidad de soca!ación general(
Los resultados de soca!ación general en el cauce del río obtenido mediante la aplicación del "%todo de Lischt!anLebedie! se presentan en los )J'4RS :<== y =G( 8.4 De$e*&"!&+ %e #" S(!"?"!&+ L(!"# La determinación de la soca!ación local del río en la sección del inter%s será a$uella $ue se produce cuando las condiciones naturales del cauce y *lu#o son alteradas por e*ectos de la instalación de alguna estructura sobre el lecho del mismo tales como estribos pilares u otros( Por lo tanto por tratarse de la e#ecución de un proyecto de construcción de un puente sobre el río los cálculos por soca!ación local son imprescindibles( La construcción del puente origina una soca!ación local al pie de los estribos $ue es la $ue precisamente determina la pro*undidad de cimentación de los mismos por e*ectos de soca!ación( )on la *inalidad de calcular la soca!ación local al pie de los estribos se ha utili+ado la metodología propuesta por A*$""(? con una *ormulación resumida $ue se presenta a continuación3
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$ue dan hacia la corriente( Jtili+ando la metodología propuesta anteriormente se ha calculado para los di!ersos caudales má&imos del río la soca!ación local para una lu+ del Puente sobre el río Tonchima de 5G( 66 m presentándose los resultados res,menes en el )uadro :< =D( 8.8 De$e*&"!&+ %e #" S(!"?"!&+ T($"# La soca!ación total se determina sumando la soca!ación general y la soca!ación local por lo cual en el Puente se puede reconocer el siguiente tipo de soca!ación total3 Soca!ación total al pie de estribos( )on los resultados encontrados anteriormente re*erentes a soca!ación general y soca!ación local se ha calculado la soca!ación total al pie de estribos para luces del Puente a 5G(66 m tal como se presenta en el )uadro :<=5
VI. CONSIDERACIONES SOBRE HIDRÁULICA FLUVIAL DEL R9O .1 Me!&!" F#u?&"# %e# R0(
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comparados con los ni!eles má&imos indicaos por los pobladores en campo esto con la *inalidad de permitir un paso adecuado del *lu#o de agua aun en condiciones e&tremas y no permitir de %sta manera $ue las aguas llegue a rebasar la estructura del puente( ' continuación se describe los ni!eles má&imos halados para la sección del río con presencia de los estribos( El ni!el má&imo para un periodo de retorno igual a =66 a.os es de ID(D m(s(n(m( con un tirante má&imo de D(@= metros en un ancho 5G(66 metros( .3.3 N&?e# %e C&e$"!&+ %e E,$*&>(, )(* E6e!$(, %e S(!"?"!&+ El ni!el de cimentación de los estribos por e*ectos de la soca!ación total /en este caso gobernada por la soca!ación general0 al pie de estribos deber ser tal $ue permita soportar con un *actor de seguridad adecuado el caudal de a!enidas e&traordinarias con la *inalidad de $ue en presencia probable de la misma la estructura no colapse( 'corde al criterio *undamental antes e&puesto y a los resultados encontrados en el presente estudio se recomienda considerar una *undidad de cimentació )"*" e,$*&>(, %e =.8; . )"*" )($e, "
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=( Para la reali+ación de datos hidrológicos /precipitaciones má&imas en GD horas0 se han ad$uirido los datos de las estaciones de "oyobamba Tarapoto y Lamas $ue son las $ue se encuentran alrededor de la cuenca de estudio( G( Se ha reali+ado el análisis de consistencia de la in*ormación plu!iom%trica lo $ue permitió determinar $ue dichas estaciones no presentan saltos( 7( Ha sido necesario completar datos en la Estación "Y'"' para poder tener una !ariedad importante de datos para lle!ar a cabo el análisis hidrológico( D( )omparando la cur!a e&perimental y la cur!a de mayor a#uste a %sta se ha usado la cur!a de distribución 8umbell para la estación "oyobamba descartando las otras distribuciones ya $ue estas muestran !alores por deba#o de la distribución anterior( 5(
Los periodos de retorno traba#ados en el presente estudio son G5 56 =66 G66 y 566 a.os- calculados para mostrar la incidencia de los casos e&tremos de má&imas a!enidas(
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del Puente tiene una cota de IDD(II m(s(n(m( y el tirante de agua má&imo es de D(@= m( es necesario considerar en orde Libre de 'gua $ue garantice la estabilidad de la estructura a proyectar( RECOMENDACIONES =( Para complementar el cálculo del ni!el de cimentación de los estribos se recomienda reali+ar los estudios estratigrá*icos del suelo de *undación y obtener el per*il geológico de la +ona(
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CUADRO N A AJUSTE DE FUNCIONES DE DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD DE LAS PRECIPITACIONES MÁIMAS DE 24 HORAS DE LA CUENCA DEL R9O TONCHIMA
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CÁLCULO DE CAUDALES -MÉTODO DE SOIL CONSERVATION SERVICE
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CÁLCULO HIDRÁULICOS JUSTIFICATORIOS
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“CREACION DEL PUENTE VEHICULAR SOBRE EL RIO TONCHIMA, CRUCE ENTTRE LOS DISTRITOS SORITOR – YORONGOS, EN EL DISTRITO DE SORITOR, PROVINCIA DE MOYOBAMBA – SAN MARTIN”
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CÓDIGO HIDROLÓGICO INTERNO
IMAGEN SATELITAL
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CARACTER9STICAS DE LA CUENCA L H S A
23<.84 1;<8.;; ;.;; 48=.1<
Longitud de cauce principal /[m0 4i*erencia de )otas /m0 Pendiente de la )ur!a /m2m0 Orea /[mG)
I. FÓMULA DE QIRPICH Tc 6(6@@GI L G7B(5D 4istancia más le#ana aportante al canal de des!iación o cauce principal /[m0 S 6(66 4i*erencia de ni!el entre la salida de la cuenca y el punto hidráulicamente más ale#ado /m0 Tc # +,9 Hr
II. FÓMULA DE R. TEME Tc 6(76 L G7B(5D S 6(66 T! : 32.4< H*
6( B5
Longitud de cauce principal /[m0 Pendiente media del tramo /m2m0
III.FÓMULA DEL SOIL CONSERVATION SERVICE OF CALIFORNIA
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MALLA
ABERTURA MATERIAL RETENIDO PORCENTAJE ACUMULADO - GRAMOS RETENIDO UE PASA
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Rempla+ando los !alores tendremos3 4atos3 S 6(66D5 m2m # *;+! /g$m # !!! /g$m d # !,!+9!*= R
Sustituyendo los !alores del radio medio hidráulico se calcula el diámetro de arrastre en el río considerado( L(, *e,u#$"%(, ,e )*e,e$" )"*" e# !"u%"# %e %&,e( e e# ,&/u&e$e !u"%*(
CAPACIDAD DE ARRASTRE EN EL R9O
CUADRO N ;= CÁLCULO DEL GASTO SÓLIDO DE FONDO EN EL PUENTE VEHICULAR EN
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%>A?RO N@ !< CÁLCULO DE LA RUGOSIDAD DEL CAUCE DEL PUENTE VEHICULAR SOBRE EL R9O MAO La siguiente tabla nos muestra los dis4ntos 5alores de JnK ue se ada(tarán: VALORES DE COAN: ;.;4< SCOBE: ;.;48 N A,u&%(: ;.;48 SEGN COAN )o1an desarrolló un procedimiento para estimar el !alor de n mediante este procedimiento el !alor de n puede calcularse por3 : -; 1 2 3 4 8 4onde n6 es un !alor básico de n para el canal recto uni*orme y liso en los materiales naturales in!olucrados n = es un !alor $ue debe agregarse al n 6 para corregir el e*ecto de rugosidades super*iciales n G es un !alor para considerar las !ariaciones en *orma y tama.o de la sección trans!ersal del canal n7 es un !alor para considerar las obstrucciones n D es un !alor considerar la !egetación y las condiciones de *lu#o y n 5 es un *actor de corrección de los e*ectos por meandros en el canal( 4e no a n D y n 5
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MÉTODO DE BLENCH
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CAUDAL DE DISE/O (m0")
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PERODO DE RETORNO (!&")
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CAUDAL
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SOCAVACIN GENERAL (m) 23
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CUADRO N 13
CÁLCULO DE LA SECCIÓN DE EUILIBRIO DEL PUENTE VEHICULAR SOBRE EL R9O MAO EN LA LOCALIDAD DE SANTA ROSA
MÉTODO DE LISCHTVAN K LEVEDIEV
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%>A?RO N@ -
CÁLCULO DE LA SOCAVACIÓN LOCAL AL PIE DE ESTRIBO IUIERDO EN EL PUENTE VEHICULAR SOBRE EL R9O MAO EN LA LOCALIDAD DE SANTA ROSA MÉTODO DE ARTAMONOV
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CUADRO N 18
CÁLCULO DE LA SOCAVACIÓN TOTAL AL PIE DE ESTRIBO DEL PUENTE VEHICULAR SOBRE EL R9O MAO EN LA LOCALIDAD DE SANTA ROSA