Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol. 7 Núm. (14) 2024. ISSN: 2737-6249  
Análisis comparativo para el cálculo de la pila de un puente mediante el método tradicional y el software  
SAP2000  
ANÁLISIS COMPARATIVO PARA EL CÁLCULO DE LA PILA DE UN  
PUENTE MEDIANTE EL MÉTODO TRADICIONAL Y EL SOFTWARE  
SAP2000  
COMPARATIVE ANALYSIS FOR THE CALCULATION OF A BRIDGE PIER  
USING THE TRADITIONAL METHOD AND SAP2000 SOFTWARE  
1
2
Solórzano-Cedeño Iris Nicole ; Basurto-Mendoza José Gregorio ;  
3
Zevallos Marcos  
1
2
3
Resumen  
En este artículo se realiza un análisis comparativodetallado de las pilas de un puente utilizando  
el softwaredeelementos finitos SAP2000 y el método tradicional de análisis estructural dediseño  
por factores de cargade la AASHTO LRFD 2017 (8va edición). El objetivo principal es evaluar la  
efectividad y precisión de SAP2000 en comparación con los enfoques tradicionales,  
proporcionando una visiónintegral de las ventajas y limitaciones de cada método en términos de  
modelado, simulacióny resultados obtenidos. La metodologíaincluyelamodelización de las pilas  
del puente en SAP2000, especificando la geometría, propiedades del material, condiciones de  
contorno y cargas aplicadas. Simultáneamente, se realiza el análisis estructural de las pilas  
utilizando métodos tradicionales, detallando los procedimientos, simplificaciones y suposiciones  
involucradas. Los resultados obtenidos de ambos métodos se comparan minuciosamente en  
función de parámetros clave como esfuerzos, deformaciones y resistenciaestructural.  
Palabras clave: Pila de puente, elementos finitos, SAP2000, método tradicional.  
Abstract  
This article provides a detailed comparative analysis of the piers of a bridge using the finite  
element software SAP2000 and the traditional structural analysis method of load and resistance  
factor design by AASHTO LRFD 2017 (8th edition). The main objective is to evaluate the  
effectiveness and accuracy of SAP2000 compared to traditional approaches, providing a  
comprehensiveoverview of the advantages and limitations of each method in terms of modeling,  
simulation, and obtained results. The methodology includes modeling the bridge piers in  
SAP2000, specifying the geometry, material properties, boundary conditions, and applied loads.  
Simultaneously, the structural analysis of the piers is performed using traditional methods,  
detailing the procedures, simplifications, and assumptions involved. The results obtained from  
both methods are thoroughly compared based on key parameters such as stresses,  
deformations, and structural strength.  
Keywords: Bridge pile, finite elements, SAP2000, traditional method.  
Información del manuscrito:  
Fecha de recepción: 15 de abril de 2024.  
Fecha de aceptación: 25 de junio de 2024.  
Fecha de publicación: 10 de julio de 2024.  
166  
Solórzano-Cedeño et al. (2024)  
1. Introducción  
los cimientos. Con el avance de la  
tecnología, herramientas de  
El hombre en sus inicios más  
humildes buscó la forma de  
simulación computacional como el  
software SAP2000 han ganado  
expandirse  
en  
territorio,  
prominencia  
en  
el  
análisis  
encontrándose  
con  
numerosos  
estructural, ofreciendo capacidades  
sofisticadas para modelar y predecir  
el comportamiento de las estructuras  
bajo diversas condiciones de carga.  
obstáculos entre ellos accidentes  
geográficos, por los cuales tuvo que  
hacer uso de su ingenio para poder  
abatirlos creando los primeros  
puentes, utilizando los materiales  
disponibles en el entorno y con  
Aunque el software SAP2000 ha  
demostrado ser una herramienta  
poderosa en el análisis estructural,  
es esencial comparar sus resultados  
con enfoques tradicionales de  
modelado para validar su precisión y  
fiabilidad. En este contexto, este  
técnicas  
muy  
pobremente  
implementadas. Con el paso del  
tiempo la insuficiencia de estos  
puentes derivó en desarrollo de  
nuevas técnicas constructivas así  
como en el uso de nuevos  
artículo presenta  
un  
análisis  
comparativo de la pila de un puente  
utilizando tanto el software SAP2000  
como un modelo tradicional basado  
en métodos analíticos y empíricos.  
Se examinarán varios aspectos,  
incluida la distribución de tensiones y  
deformaciones, la capacidad de  
carga y el comportamiento frente a  
cargas estáticas y dinámicas.  
materiales,  
volviéndose  
más  
eficientes, prueba de esto son  
algunos puentes que todavía  
sobreviven a nuestra época como lo  
es el puente de Alcántara en  
Cáceres, España. Palacios (2011)  
El diseño y análisis estructural de  
puentes constituye un área crucial en  
la ingeniería civil, donde la seguridad  
y la eficiencia son de suma  
importancia. Entre los elementos  
fundamentales de un puente, las  
pilas desempeñan un papel crítico al  
El objetivo principal de este estudio  
es evaluar la concordancia entre los  
resultados obtenidos mediante el  
enfoque computacional avanzado de  
SAP2000  
y
las  
predicciones  
soportar  
cargas  
verticales  
y
derivadas del diseño por factores de  
carga de la AASHTO LRFD 2017  
horizontales,  
transmitiendo  
las  
fuerzas de la superestructura hacia  
167  
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Análisis comparativo para el cálculo de la pila de un puente mediante el método tradicional y el software  
SAP2000  
(
8va edición). Además, se busca  
métodos  
tradicionales  
identificar las ventajas y limitaciones  
de cada método, así como su  
aplicabilidad en la práctica ingenieril.  
Esta comparación permitirá a los  
aprendidos en la academia,  
describir el proceso y analizar los  
resultados.  
Identificar  
y
comparar las  
ingenieros  
informadas  
tomar  
decisiones  
la  
similitudes y diferencias en los  
resultados obtenidos mediante  
al seleccionar  
herramienta más adecuada para el  
análisis de pilas de puentes,  
contribuyendo así a la mejora  
continua en el diseño y la seguridad  
de las estructuras de transporte  
terrestre.  
SAP2000  
tradicionales.  
Definir las  
y
los  
métodos  
ventajas  
y
desventajas del uso de SAP2000  
en comparación con los métodos  
tradicionales,  
factores como  
considerando  
precisión,  
Objetivos.  
facilidad de uso, tiempo de  
Objetivo General:  
cálculo  
y
aplicabilidad a  
escenarios  
diferentes  
Realizar un análisis comparativo de  
la efectividad y precisión del software  
SAP2000 frente a los métodos  
tradicionales aprendidos en el  
análisis estructural de las pilas de un  
puente, para determinar las ventajas  
y limitaciones de cada enfoque en  
términos de modelado, simulación y  
resultados obtenidos.  
estructurales.  
Definición  
Pila de un Puente  
Las pilas o pilares de un puente son  
los apoyos intermedios los cuales  
deben soportar la carga viva y  
muerta sin que se produzcan  
asentamientos además de resistir los  
factores naturales como crecidas, la  
presión del agua, fuerzas de sismo,  
fuerzas de viento y empuje de los  
rellenos. Los pilares se comportan  
como columnas sujetas a cargas  
axiales y a momentos en dos  
direcciones lo cual puede variar  
Objetivos específicos:  
Modelar y simular la pila del  
puente utilizando el software  
SAP2000, describir el proceso y  
analizar los resultados.  
Realizar el análisis estructural de  
las pilas del puente utilizando  
168  
Solórzano-Cedeño et al. (2024)  
dependiendo de las características  
de la estructura (Bermejo & Clavijo,  
ejercicio 6.1, para comparar el  
mismo pilar modelado en el Software  
SAP2000. La metodología utilizada  
por el Ingeniero Arturo Rodríguez  
Serquén se describe a continuación:  
2014).  
Los pilares pueden ser de una  
sección transversal constante o  
variable dependiendo de su altura,  
también pueden tener una sección  
llena o hueca a elección de acuerdo  
a la construcción y estética de la pila  
En el Capítulo 6 del libro de Arturo  
Serquén, específicamente en el  
Ejercicio 6.1, se aborda el diseño de  
un pilar central de un puente ubicado  
en una zona no sísmica. A  
continuación, se describe el análisis  
y los pasos principales del método  
de cálculo que se utiliza en este  
ejercicio.  
(
Ramirez & León, 2010).  
Dos de los requerimientos  
funcionales de estos elementos de  
apoyo son:  
Transmitir las cargas debidas al  
peso propio, tráfico, cargas  
Descripción del Problema  
especiales,  
etc.  
A
las  
El problema 6.1 requiere diseñar un  
pilar central que consta de dos  
columnas circulares y una viga  
fundaciones.  
Transmitir a las fundaciones las  
componentes horizontales de las  
reacciones de apoyo, debidas al  
viento, frenado de los vehículos,  
rozamiento, terremotos, etc.  
travesaño Los  
materiales utilizados tienen una  
resistencia específica las  
rectangular.  
y
dimensiones de los elementos  
estructurales se proporcionan en el  
enunciado.  
2
. Materiales y métodos  
Pasos del Método de Cálculo.  
Materiales y Métodos  
1
.
Determinación  
de  
las  
El presente trabajo de investigación  
cuenta con datos obtenidos de  
Cargas Actuantes:  
o Cargas permanentes: incluyen el  
peso propio de las columnas y la  
viga, así como las cargas  
PUENTES, CON AASHTO LRFD  
017, 8va edición”, Serquén. A (2020  
actualizado). Situados en el capítulo  
, “Pilares” se decidió trabajar con el  
2
provenientes  
de  
la  
6
169  
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SAP2000  
superestructura  
y
cualquier  
o Cargas de viento y otras cargas  
horizontales: en este caso,  
debido a que la ubicación es no  
sísmica, no se consideran  
cargas sísmicas.  
carga adicional permanente.  
o Sobrecargas vivas: se deben  
considerar las cargas que actúan  
temporalmente sobre el puente,  
como vehículos y peatones.  
Figura 1: Determinación de datos de ejercicio. Rodríguez. A. (2020)  
2
.
Cálculo de la Resistencia  
del material y la geometría de las  
secciones transversales.  
Axial:  
o La fórmula general para la  
resistencia axial se presenta en  
el capítulo, junto con las  
o Se debe determinar la capacidad  
de carga axial de las columnas  
considerando las propiedades  
consideraciones  
específicas.  
de  
diseño  
Figura 2: Resistenciaaxial. Rodríguez. A (2020).  
170  
Solórzano-Cedeño et al. (2024)  
3
.
Diseño de la Flexión Biaxial:  
Este cálculo es crucial para  
garantizar la estabilidad del pilar  
bajo diferentes condiciones de  
carga.  
o Se aborda la capacidad del pilar  
para resistir momentos flectores  
en dos direcciones ortogonales.  
Figura 3: Diseño a Flexión Biaxial. Rodríguez. An (2020).  
4.  
Determinación del Refuerzo  
5.  
Cálculo del Factor de  
Longitudinal y Transversal:  
Longitud Efectiva (K):  
o Se especifica la cantidad y  
disposición del refuerzode acero  
necesario para garantizar que  
las columnas puedan soportar  
las cargas aplicadas sin fallar.  
o Este factor ajusta la longitud  
efectiva de las columnas para  
tener en cuenta las condiciones  
de soporte en los extremos de  
las columnas. El valor de K (1) se  
obtiene de tablas y nomogramas  
proporcionados en el libro (Libro  
de Puentes 2020).  
o El refuerzo transversal incluye  
estribos y zunchos que ayudan a  
mantener integridad  
la  
estructural y evitar el pandeo.  
Figura 3: Tabla 1. Factores de longitud efectiva, K. (Tabla C4.6.2.5-1, AASHTO)  
171  
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SAP2000  
6
.
Verificación  
de  
la  
asegura que todos los factores  
de seguridad se cumplan según  
las normas de diseño aplicables.  
Estabilidad:  
o Finalmente, se verifica la  
estabilidad global del pilar y se  
Figura 4: Verificaciónde la estabilidad. Rodríguez. A (2020).  
Modelado en SAP2000.  
asegurar que todo trabajo realizado  
durante cualquier actividad analítica,  
permita a los diseñadores producir  
un conjunto de documentos de  
construcción de calidad incluyendo  
El objetivo del análisis es investigar  
las respuestas más probables de  
una estructurade puente debido a un  
rango de cargas aplicadas. Los  
resultados de estas investigaciones  
deben ser convertidos en datos útiles  
de diseño, proporcionando a los  
planos, y  
estimaciones (Ramirez & León,  
010).  
especificaciones,  
2
diseñadores  
necesaria  
la  
para  
información  
evaluar el  
El realizar de la mejor manera  
posible las actividades del desarrollo  
de software siempre ha sido difícil  
para cualquier tipo de organización.  
Esto dada la falta de un enfoque  
funcionamiento de las estructurasde  
puentes y determinar las acciones  
apropiadas  
para  
lograr  
la  
configuración del diseño más  
eficiente. Adicionalmente, el cálculo  
ingenieril  
que  
guíe  
dichas  
actividades. Por ello, a lo largo de la  
historia del desarrollo y la ingeniería  
de software se han investigado,  
creado y aplicado una serie de  
posibles soluciones, unas con más  
éxito que otras, que intentan mejorar  
de  
capacidades  
del  
sistema  
estructural es un aspecto importante  
cuando determinamos la alternativa  
de diseño más confiable. Cada  
esfuerzo debe ser hecho para  
172  
Solórzano-Cedeño et al. (2024)  
Figura 5: Propiedades de los materiales  
el desarrollo de software. Entre estas  
soluciones se encuentra la mejorade  
procesos de software. Lo que se  
propone es definir, controlar y  
mejorar los procesos y actividades  
que utiliza una organización para el  
desarrollo  
de  
software  
para  
aumentar los niveles de calidad en  
los productos y servicios ofrecidos.  
(
Rioseco, 2012).  
A continuación, se muestra la  
metodología usada para la  
modelación en SAP-2000.  
Acero de Refuerzo: Se define  
Definir unidades.  
las propiedades del acero (fy,  
módulo de elasticidad, peso unitario,  
etc).  
1
.
Definir Unidades: Se asegura  
seleccionar las unidades correctas,  
en este caso sistema MKS (kg, cm).  
Figura 6: Propiedades del acero.  
Definir Materiales  
1.  
Materiales: Se definen los  
materiales para el concreto y el  
acero de refuerzo.  
Concreto: Se ingresa las  
propiedades del concreto (f'c, peso  
unitario, módulo de elasticidad, etc).  
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SAP2000  
Definir Secciones de Elementos  
Columnas: Define las  
Crear la Geometría del Modelo  
1. Dibujo de Elementos: Usa las  
1.  
secciones transversales de las  
columnas.  
herramientas de dibujo para crear la  
geometría del pilar central:  
Seleccionar la forma (circular)  
Dibuja las dos columnas como  
y específica el diámetro.  
elementos verticales.  
Figura 7: Definición de secciones y formas.  
Dibuja la viga travesaño como  
un elemento horizontal que conecta  
las dos columnas en la parte  
superior.  
Aplicar Cargas  
1.  
Cargas Permanentes: Aplica  
las cargas permanentes a las  
columnas y a la viga.  
Peso propio: Activa la opción  
2
.
Viga: Define la sección  
de considerar el peso propio del  
modelo.  
transversal de la viga travesaño.  
Seleccionar  
la forma  
especificar las  
Cargas adicionales: Agrega  
(
rectangular) y  
cualquier  
adicional.  
carga  
permanente  
dimensiones (ancho y altura).  
Figura 8: Definición de seccióntransversal.  
2
.
Cargas Vivas: Aplica las  
cargas vivas que actúan  
temporalmente.  
3.  
Cargas de Viento: Aplica las  
cargas de viento según las  
especificaciones del ejercicio.  
Definir Restricciones y Apoyos  
1.  
Apoyos: Define los apoyos en  
la base de las columnas.  
174  
Solórzano-Cedeño et al. (2024)  
Figura 10: Modelo de deformación de la  
Selecciona el tipo de apoyo  
estructura  
adecuado (fijo, empotrado, etc.).  
Análisis del Modelo  
1.  
Configuración del Análisis:  
Configurar las opciones de análisis.  
Seleccionar el tipo de análisis  
(
estático, dinámico, etc.).  
2.  
Ejecutar el Análisis: Se corre  
el análisis para obtener resultados.  
Revisar Resultados  
1.  
Reacciones  
y
Desplazamientos: Se revisa las  
reacciones en los apoyos y los  
desplazamientos de los elementos.  
2
.
Fuerzas Internas: Examina  
las fuerzas internas (momentos,  
cortantes, axiales) en las columnas y  
en la viga.  
Figura 9: Reacciones de la estructura  
3.  
Verificación de Esfuerzos:  
Compara los resultados del análisis  
con las capacidades de diseño de los  
materiales y secciones.  
Figura 11: Esfuerzos de la estructura  
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SAP2000  
Diseño y Refuerzo  
3. Resultados y discusión  
Resultados y análisis.  
1
.
Diseño de Refuerzo: Se utiliza  
las herramientas de diseño de  
SAP2000 para determinar el  
refuerzo necesario.  
El objetivo principal de esta  
investigación consistió en analizar el  
comportamiento de la pila de un  
puente a partir del libro “PUENTES”  
del ingeniero Serquén según el  
método de cálculo tradicional y la  
modelación de la pila en el programa  
SAP2000, a fin de realizar el análisis  
comparativo e identificar la cantidad  
de acero de los elementos de la  
estructurales.  
Se define las barras de  
refuerzo y su disposición en las  
columnas y en la viga.  
Figura 12: Área de acero requerida para  
cada elemento.  
Las conclusiones son las siguientes:  
Al realizar la comparación de  
los dos tipos de modelación de la pila  
en el programa SAP2000, y el  
método tradicional del ejercicio 6.1  
Capítulo  
Pilas,  
se  
muestran  
resultados similares de la cantidad  
de acero longitudinal, con 95.60 y  
97.53% de diferencia uno de otro,  
(
según vigas y columnas).  
Tabla 2: Comparación de acero longitudinal según método tradicional y SAP2000.  
Comparación del acero longitudinal  
As (cm²)  
Columna  
Método tradicional.  
60.81 cm²  
SAP2000  
63.61 cm²  
88.96 cm²  
Similitud  
95.60%  
97.53%  
Viga travesaño  
91.21 cm²  
Elaborado: Basurto. J y Solórzano. I (2024)  
176  
Solórzano-Cedeño et al. (2024)  
Al contrastar la cantidad de  
estructurales y las condiciones de  
borde. El cálculo manual del acero  
cortante en el ejercicio del autor y los  
resultados obtenidos de SAP2000  
acero a cortante se determinó que la  
capacidad cortante del concreto Vc  
es suficiente para resistir los  
esfuerzos aplicados sin necesidad  
de esfuerzo adicional. Sin embargo,  
el autor decidió usar un acero de  
cortante de ⅝’’, posiblemente para  
incorporar factores adicionales de  
seguridad y cumplir con los códigos  
de construcción que requiere un  
muestran  
diferencias  
en  
la  
necesidad de refuerzo debido a los  
distintos niveles de precisión y  
conservadurismo  
aplicados.  
Mientras que el método del auto  
adopta un enfoque conservador para  
asegurar la seguridad estructural.  
esfuerzo  
mínimo.  
SAP2000  
análisis más  
SAP2000  
proporciona  
una  
proporciona  
un  
evaluación detallada y optimizada, lo  
que puede justificar la necesidad  
exacta de refuerzode acero en áreas  
específicas.  
detallado y preciso al considerar  
múltiples factores, como la  
distribución real de cargas, la  
interacción entre elementos  
Tabla 3: Comparación de acero cortante según método tradicional y SAP2000.  
Comparación del acero a cortante  
As (cm²)  
Columna  
Método tradicional.  
1.98 cm²  
SAP2000  
0.00 cm²  
1.04 cm²  
Similitud  
0.00%  
Viga travesaño  
0.71 cm²  
68.27%  
Elaborado: Basurto. J y Solórzano. I (2024)  
Figura 13: Cantidad de acero en columna. Rodríguez. A (2020) Figura 14: Cantidad de acero  
en viga. Rodríguez. A (2020)  
177  
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Análisis comparativo para el cálculo de la pila de un puente mediante el método tradicional y el software  
SAP2000  
Figura 15: Área de acero sugerida por SAP2000. (Basurto J & Solórzano I)  
4. Conclusiones  
genéricos según su contexto y  
nornas.  
La comparación entre la resolución  
del ejercicio de diseño del pilar  
central de un puente mediante  
cálculos manuales según el método  
del autor y los resultados obtenidos  
-
Conservadurismo: El método  
manual a menudo emplea un  
enfoque conservador, añadiendo  
refuerzos adicionales para cubrir  
posibles  
incertidumbres  
y
a
través de SAP2000 revela  
variaciones en las condiciones  
reales de carga y resistencia para  
asegurar mayor fiabilidad.  
diferencias significativas en la  
aproximación y resultados finales.  
Aquí se presentan las conclusiones  
claves de esta comparativa:  
SAP2000:  
-
Precisión: SAP2000 proporciona un  
1. Precisión y Detalle del Análisis  
análisis más detallado y preciso,  
considerando la distribución real de  
cargas, la interacción entre los  
Método Tradicional:  
-
Simplificando: Los cálculos  
elementos estructurales  
y
las  
manuales tienden a simplificar varios  
aspectos del análisis estructural,  
considerando condiciones ideales y  
aplicando factores de seguridad  
condiciones específicas de la  
estructura.  
178  
Solórzano-Cedeño et al. (2024)  
-
Optimización: El software permite  
de las normativas al evaluar con  
precisión las necesidades de  
refuerzo en cada área específica de  
la estructura.  
optimizar el diseño al determinar la  
cantidad  
exacta  
de  
refuerzo  
necesario en cada sección de la  
viga, lo que puede resultar en un uso  
más eficiente de materiales.  
3.Consideraciones de Seguridad y  
Durabilidad  
2
. Uso de Materiales y Eficiencia del  
Método Manual:  
Seguridad Adicional: La adopción  
Diseño  
-
Método Tradicional:  
Exceso de Conservadurismo:  
de un enfoque conservador puede  
proporcionar una mayor seguridad y  
durabilidad, especialmente bajo  
condiciones de carga imprevistas o a  
largo plazo.  
-
Puede llevar a un uso excesivo de  
materiales debido a la incorporación  
de márgenes de seguridad amplios,  
como el uso de acero de cortante  
-
Redundancia  
menudo se  
simplificados  
Estructural: A  
utilizan modelos  
que pueden no  
adicional  
cuando  
el  
cálculo  
simplificado sugiere que no es  
necesario.  
capturar toda la redundancia de la  
estructura. Por ejemplo, se puede  
asumir que ciertos elementos son  
innecesarios o que no contribuyen  
significativamente a la estabilidad  
general, lo cual puede no ser cierto  
en la práctica.  
-
Estándares Normativos: Cumple  
con los códigos de construcción que  
requieren refuerzos mínimos,  
asegurando así un nivel de  
seguridad aceptable.  
SAP2000:  
4.Interpretación de Resultados  
-
Eficiencia de Materiales: Permite  
diseñar estructuras más eficientes al  
calcular la cantidad exacta de  
 Método Tradicional: Requiere  
una interpretación cuidadosa de los  
resultados y una comprensión sólida  
refuerzo  
necesario,  
evitando  
sobrecostos sin comprometer la  
seguridad.  
de  
las  
teorías  
y
principios  
estructurales. Puede ser menos  
intuitivo para aquellos sin una sólida  
formación en análisis estructural.  
-
Cumplimiento Normativo Detallado:  
Asegura el cumplimiento detallado  
179  
Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol. 7 Núm. (14) 2024. ISSN: 2737-6249  
Análisis comparativo para el cálculo de la pila de un puente mediante el método tradicional y el software  
SAP2000  
SAP2000:  
Facilita  
la  
6.  
Reinoso CAR. MODELADO Y  
MEJORA DE PROCESOS DE  
interpretación  
mediante  
SOFTWARE  
[Internet].  
visualizaciones gráficas y reportes  
detallados. Los resultados pueden  
ser presentados de manera más  
comprensible, lo que facilita la toma  
de decisiones informadas y la  
Pucv.cl. [citado el 7 de agosto  
de 2024]. Disponible en:  
http://opac.pucv.cl/pucv_txt/tx  
t-3500/UCF3545_01.pdf  
7.  
Rodríguez.  
A
(2020).  
PUENTES CON AASHTO  
LRFD 2017. (Actualizado  
comunicación  
profesionales.  
con  
otros  
2020. 8th Edición).  
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