caminos i - trazo de gradiente

CAMINOS I 2013

U N I V E R S I D A D N A C I O N A L P E D R O R U I Z G A L L OU N I V E R S I D A D N A C I O N A L P E D R O R U I Z G A L L O

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INDICE

1. INTRODUCCION………………………………………………..2

2. OBJETIVOS………………………………………………………3

3. MARCO TEÓRICO……………………………………………...4

4. EJECUCIÓN DE PRÁCTICA………………………………….18

5. TOMA Y CÁLCULO DE DATOS………………………………21

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………………25

7. PLANOS Y ANEXOS……………………………………………26

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1.INTRODUCCION

En ingeniería una de las ramas de especialización más importantes es la rama de transportes que estudia todo lo relacionado con las carreteras, el flujo vehicular, planificación, diseño y operación de tráfico en las calles, carreteras y autopistas, sus redes, infraestructuras, tierras colindantes y su relación con los diferentes medio de transporte consiguiendo una movilidad segura, eficiente y conveniente.

En el Diseño Geométrico de Carreteras es la parte más importante ya que nos dará una idea concreta de lo que será nuestra carretera. Se debe tomar muy en cuenta el tipo de Topografía del terreno porque de esta se determinará su funcionalidad, su costo, su seguridad y otros.

El trazo de la línea de gradiente es uno de los primeros trabajos para definir el alineamiento de una carretera, ello se realiza en función de la pendiente del camino y el intervalo de las curvas de nivel.

El presente informe es de trazo de línea de gradiente que se realizó con el fin de conocer mas a cerca de un trazo preliminar, realizando caminatas de reconocimiento, considerando la topografía y orografía manteniendo un determinado rango de pendiente, el tramo mas corto entre los dos puntos de interés, los posibles recursos que se podrían aprovechar y algunas intervenciones que se realizarían con áreas de cultivo.

El trabajo realizado en campo denominado Trazo de Línea de Gradiente elaborado por la presente brigada, tiene la finalidad de brindar el aspecto teórico concerniente y brindar los cálculos obtenidos en el lugar de la práctica.

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2.OBJETIVOS

El trazado directo de una poligonal estacada en el campo, como eje preliminar con cotas que configuran una pendiente constante, hasta alcanzar un punto referencial de destino, de un trazo nuevo.

Conocer el significado y la importancia de la línea gradiente.

El estudiante debe ser capaz, de poder trazar la línea gradiente con la ayuda de un eclímetro.

El estudiante debe tener la destreza y capacidad de poder dirigir,y elegir las distancias de los puntos de la línea gradiente.

realizar un trazo de línea de gradiente para saber la pendiente máxima promedio aceptable para el tipo de vía en la cual se va a trabajar.

Tener una distancia apropiada para poder cumplir con la pendiente establecida a trabajar.

Cumplir con las normas establecidas en el Diseño Geométrico de Carreteras 2001.

Señalar la dirección q ha tomado nuestro trazo para el diseño con respecto al Norte.

3.MARCO TEÓRICO

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3.1LINEA DE GRADIENTE:

El objetivo principal de realizar un trazo de línea de gradiente es de saber la pendiente máxima promedio aceptable para el tipo de vía de comunicación dado.

Para realizar el trazo de la ruta se hace mediante el uso del eclímetro ubicado estratégicamente en los puntos visados llevando así un porcentaje de pendiente determinada o de criterio según las normas de diseño de carreteras.

DEFINICION:

Es la línea de trazo curvilíneo que se obtiene, al unir puntos con igual pendiente, al tratar de unir los puntos a enlazar. La localización de una ruta entre dos puntos, uno inicial y otro terminal, establecidos como condición previa, implica encontrar una franja de terreno cuyas características topográficas y factibilidad de uso, permita asentar en ella una carretera de condiciones operativas previamente determinadas.

3.2. CONSIDERACIONES GENERALES DEL TRAZO:

La localización de una ruta entre dos puntos, uno inicial y otro terminal, establecidos como condición previa, implica encontrar una franja de terreno cuyas características topográficas y factibilidad de uso, permita asentar en ella un camino de condiciones operativas previamente determinadas.

El procedimiento de localización empieza tradicionalmente, con la determinación de un trazado tentativo mediante la señalización de una línea de banderas a través del territorio, cuando éste es de topografía plana u ondulada, siguiendo en lo posible la ruta más directa entre los extremos fijados para el camino, con la condición de ir salvando los accidentes naturales y las edificaciones o instalaciones que revistan un carácter relativamente intangible por su importancia. En los puntos de inflexión de la poligonal que se va formando, se señaliza el trazado con algún elemento, tal como una bandera que permite identificar el recorrido seguido.

Cuando el territorio es accidentado, el trazo resulta controlado por las inclinaciones del terreno. En estos casos, además de la necesidad, de

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salvar los accidentes importantes, el trazo se enfrenta a la necesidad de salvar la diferencia de alturas en los tramos en que se requiere ascender o descender para pasar por puntos obligados de la ruta.

Para estos casos se traza en el terreno una "línea de gradiente" que se trata de un alineamiento de dirección variable, que tiene la particularidad de ascender o descender el terreno, con una pendiente constante para el tramo, elegida o calculada previamente en razón a dos parámetros principales: la altura por salvar y la pendiente máxima promedio, aceptable para el camino. La pendiente seleccionada deberá estar algunos puntos por debajo de esa pendiente máxima, como criterio previsor dado que hay que asegurar que en el trazo definitivo se requiere no sobrepasar las pendientes máximas permitidas.

La materialización de este trazado tentativo o preliminar, tradicionalmente se hace con la ayuda de un eclímetro. Este es un instrumento manual que permite señalar la horizontalidad mediante un nivel y la pendiente deseada mediante un visor graduado respecto a la horizontal. De esta manera el operador señala a quien porta la mira, su ubicación en el terreno en una poligonal que asciende o desciende con la pendiente establecida. En cada punto se estaca el terreno para no perder la referencia y se mide la distancia entre estacas. Este procedimiento es similar tanto para el trazado de la línea de banderas, como de la línea de gradiente.

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Fig. 01.

El uso del eclímetro para el trazo de línea de gradiente.

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3.3 .LA IMPORTANCIA DEL ECLÍMETRO EN TRAZOS DE CARRETERAS:

Sin lugar a duda es de gran importancia el eclímetro en obras civiles como el trazo de vías, ejemplos claros son: vía aérea, vía marítima, vía ferroviaria, vías de transporte de agua (acueducto), de gas (gasoductos), de petróleo (oleoductos) y vías de vehículo; todas están tiene una particularidad de obras civiles, que tienen una gran longitud y un poco ancho, éstas obras se pueden trabajar con una gran variedad de equipos.

Por ejemplo para el trazo de carreteras que son las más comunes, se utiliza el Eclímetro y los jalones, específicamente.

Primero depende mucho de cómo es el terreno, si nos encontramos en un terreno fofo preferible es voltear el jalón y poner la parte que no tiene punta en suelo, pero lo que hacemos es pasar la altura de la visual al jalón y colocamos una señal que sea vistoso a distancia, luego determinaremos si por ahí podrá pasar la carretera dependiendo de las pendientes mínimas o máximas, en este caso que la pendiente máxima para la carreta es de 10% que nos quiere decir que nunca debe sobre pasar una pendiente del 10%.Para poder llevar este control con el eclímetro fijo en este la pendiente del 10% dependiendo la posición si estoy bajando será como el ángulo de depresión, lo que hacemos es coincidir el hilo metálico con la burbuja y la pendiente que estoy mirando seria de 10% si la marca se encuentra arriba de mi visual la pendiente es menor; si yo miro ángulo de elevación una pendiente del 10% y la marca del jalón se encuentra arriba de la visual la pendiente será mayor.

3.4. ELECCIÓN DE LA PENDIENTE PARA EL TRAZO DE LA LÍNEA DE GRADIENTE

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El rango de valores que puede tener nuestra pendiente de trabajo, para el trazo de la línea de gradiente, estará comprendido entre la pendiente mínima aumentada en 1% y la máxima disminuida en 1%. En esta fase del trabajo se recomienda no utilizar los valores mínimo y máximo de la pendiente, reservar estas ya en el diseño definitivo de la rasante y caso fuese necesario utilizarla.

Pendiente de trabajo para LG = (pendiente mínima +1% pendiente máxima -1%)

PENDIENTE MAXIMA.

Sección 403.c4.02 DG-2001: con la tabla 1, se establece la pendiente máxima de nuestra carretera. Si esta se ubica en zonas cuyas cotas sean superiores a los 300msnm, y el terreno es montañas y escarpados los valores máximo de esta tabla se reducen en 1%. También indican que en carreteras con calzadas independientes y de pendientes de bajada podrán superar hasta en 2% de las máximas establecidas por la tabla:

TABLA Nro 1.

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NOTA: con respecto a lo trascrito de las nuevas normas en la que respecta a las pendientes máximas, sugiero mas bien considera en el caso de las vías ubicadas cotas superiores a los 3000msnm que los valores de las tablas se reducen más bien en un 2%, el problema más grave no es por la dificultad de circulación o congestión que pueden ocasionar los vehículos pesados sobre los vehículos ligeros el caso de rampa ascendente, sino más bien el riesgo de accidente que se presentaría en caso de malograrse los frenos, específicamente en de vehículos pesados que se encuentra en su carga máxima de transporte y estando circulando en la rampa descendente sería difícil controlarlo y detener el vehículo.

En la que se refiere a calzadas independiente y de rampa en bajada, por la misma razón anterior indicada, no soy de la opinión de permitir un aumento en un 2% de las pendientes indicadas, más bien respetarlas.

Observe en las anteriores normas del 70, que a continuación se transcribe, el valor de la rasante era más conservador.

PENDIENTES MAXIMAS DE LAS NORMAS DEL 70

COTA DEL TERRENO PENDIENTE MAXIMA

PENDIENTE EXCEPCIONAL

Cota de terreno por debajo de 3000msnm

7% 8%

Cota de terreno por encima de 3000msnm

6% 7%

3.5. TRAZO DE LA LÍNEA DE GRADIENTE

Definición.- Es la línea de trazo curvilíneo que se obtiene, al unir puntos con igual pendiente, al tratar de unir los puntos a enlazar.

Imaginemos que queremos escalar un cerro para desde un punto A hacia B en este casi nosotros “el móvil” y al dirigirnos hacia B lo haremos con “pendiente promedio” el que nos permite muestro cuerpo

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llegar en el mínimo tiempo y esfuerzo posible, con aberturas de pasos constantes que irán dejando huellas en el camino. Vistas estas desde arriba resulta en ella una línea curvilínea que se pega a la sinuosidad del terreno, esta será nuestra LINEA DE GRADIENTE. En el campo se utiliza eclímetro, para llevar una determinada pendiente y en gabinete utilizaremos el compás, que en la actualidad ya contamos con software que nos pueden ayudar facilitar esta labor.

3.6. TRAZO DE LA LINEA GRADIENTE SOBRE UN PLANO DE CURVAS DE NIVEL

Para el trazo de la línea gradiente sobre un plano de curvas de nivel es muy sencillo teniendo a mano los materiales necesarios ya sea un compás, escuadras, escalímetro. Se procede de la siguiente manera, ubicamos el punto inicial y final de nuestro trazo de carretera.

Fig. 02.

Plano de curvas de nivel y se requiere llegar desde un punto A a un punto B

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Fig. 03

Determinación de puntos positivos de control(por donde debe pasar la carretera)

Para cada dos puntos de control mas inmediatos determine sus cotas y la longitud de la línea de vuelo entre ellas(distancia recta) a la que se le aumentará un porcentaje(de acuerdo a la topografía) obteniéndose la longitud probable de trazo, a fin de que con estos valores calculamos la pendiente para la siguente fórmula:

Si la calculada es un dato compatible de diseño o trazo se procede a calcularla abertura del compás.

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Si la diferencia de alturas es considerable , se hace la necesidad de generar una mayor longitud, esto se hace planteando desarrollos y consecuentemente se tendría que buscar en el plano , los lugares mas convenientes para las curvas de vuelta.

La definición de abertura del compás se ejecuta asi:

CALCULO DE LA ABERTURA DEL COMPAS

Donde:

: Abertura del compás.

E: Equidistancia de curvas de nivel.

K: denominador de la escala del plano.

i: pendiente en porcentaje.

Ejemplo: abertura de compas para escala 1/2000 y distancia entre curvas de nivel de 2 metros

Pendiente Abertura del compas

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2% 5 cm3% 3.33 cm3.5% 2.86 cm4% 2.5 cm5% 2.0 cm

Se recomienda no utilizar los valores mínimos y máximos de pendientes, reservar estos valores para el diseño definitivo de rasante.

Con la pendiente elegida, se toma el compás con aberturas correspondientes a esta y procedemos a interceptar de curva en curva de nivel. Luego procedemos a unir estos puntos, mediante una línea curvilínea siguiendo la sinuosidad del terreno, la que denominaría LINEA DE GRADIENTE, se sugiere que al unir estos puntos, la trayectoria de esta línea mantenga un paralelismo con las curvas de nivel, es decir no las corte. Este procedimiento nos facilitara la lectura de cuanto aproximadamente se estaría cortando o rellenando en una determinada zona, lo que nos permitirá hacer ciertas correcciones y optimización del siguiente paso a seguir, que es el trazo del alineamiento.

3.7. ELECCIÓN DE LOS VALORES DE PENDIENTE DE LA LÍNEA DE GRADIENTE

Al tratar de unir dos puntos, lo ideal sería enlazarlos con un solo valor de pendiente, sin muchas variantes, si la distancia entre los puntos a enlazar es corta, es posible estimar este valor i % de partida, midiendo a groso modo distancia horizontal que pudiera tener nuestra vía siguiendo el contorneo de las curvas de nivel, y con la diferencia de altura entre

ambos. La pendiente inicial de trabajo: de partida

.

Al tratar de unir dos puntos de A hacia B, pueden presentarse las siguientes posibilidades mostrados en los esquemas, obsérvense estos como planos verticales y no en planta.

Que ambos puntos se encuentren a igual cota. La elección de la gradiente, la posición y el número de cambios, estarán supeditados a puntos adicionales que se deseen enlazar(otro

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poblado, una carretera, etc.) o zonas que se deseen evadir, pues presentan condiciones geológicas desfavorables, suelos pantanosos, áreas de alto costo de construcción, expropiación, etc. Las condiciones pluviométricas de la zona condicionarán la pendiente mínima.

Que ambos puntos presenten un diferencial de nivel suave(fig. 04)que permita tal vez, enlazarlos con una sola pendiente o las variantes en la elección del valor de a pendientea causa de o indicado en el párrafo anterior.

Fig. 04

La tercera situación que puede presentarse es que la diferencia de altura entre ambos puntos a ser enlazados sea extremadamente fuerte (Fig. 05) lo que obligaría a diseñarse “desarrollos” o curvas de volteo para ir ganando altura paulatinamente. Generalmente esto sucede sobre la misma falda del cerro, por lo que para ubicar los puntos de quiebres o cambios de la dirección del alineamiento tenemos que tener presente, la proporción de mínimo valor de radio y preveer que no existan interferencias entre los ejes de la vía.

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Fig. 05

Se recomienda en todos los casos no realizar cambios innecesarios de las pendientes, es decir que el número de contrapendienteso curvas verticales sea lo mínimo necesario. Se sugiere no mas de 5 curvas verticales en un tramo de 1 km aproximadamente y no pronunciadas. Para lo cual podrían estar distanciados los puntos de inflexión cada 200 a 180 m como mínimo. El libro de Paraud dice:

“Trabajos experimentales aconsejan que la longitud mínima del tramo de pendiente debe ser la recorrida por el vehículo en 20 segundos. Las Normas Peruanas fijan en 200 m. como longitud mínima.”

Las antiguas normas consideraban una longitud mínima de la curva vertical de 80 m, hoy consideran por razones de estética, una longitud mínima igual al valor de la velocidad directriz, pero esto debe primero verificarse en función a la distancia mínima de parada y en algunos casos a la de sobrepaso.

Si ha de aplicarse una pendiente continua y mayor al 5 % , se proyectará mas o menos, cada tres kilómetros, un tramo de descanso de una longitud no menor de 500 m y de pendiente no mayor del 2 % , de preferencia éstos deben manejarse en la etapa del trazo de la línea de gradiente y se ubicarán estratégicamente

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en los lugares que presente mayores ventajas y menos costos de construcción

A manera de referencia, las normas anteriores a as del 70, indicaban que si se utilizaba la pendiente máxima, esta no debía prolongarse más a allá de los 800 m. y si el valor era el excepcional , no m;as de 300 m, con sus posteriores tramos de descanso de valor de pendiente 2 % menos que la pendiente máxima, y aplicado este descanso a o largo de no menos de 400 m. Esto debe controlarse como se ha dicho, desde la fase inicial de trazo de la línea de gradiente.

4.EJECUCIÓN DE PRÁCTICA

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4.1. INSTRUMENTOS Y MATERIALES:

4.2. PERSONAL: -Operador de eclímetro(1).-Medicion de distancias con wincha(2).-Jaloneros (1).-Libretista (1).

4.3. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN:

Para medir la pendiente que existe entre dos puntos, lo primero que tenemos que hacer es señalar en el jalón, el lugar donde cae la línea visual de la persona que medirá.

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Eclímetro

Cinta topográfica

Brújula

Jalones

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Luego la persona que medirá con el eclímetro se posiciona en un punto de inicio, mientras tanto el que tiene el jalón, se posiciona en un segundo punto, donde a través del eclímetro se mide la pendiente en porcentaje. Buscándose de esta manera obtener una sola pendiente de 10 %. Este proceso se repite para medir la pendiente de todos los puntos del recorrido.

En el caso de que se nos complique hallar la pendiente establecida por una ruta, trataremos de cambiar de ruta, de tal forma que encontremos la pendiente que habíamos establecido, en este caso del 10 %

uMEDICIÓN DE LA PENDIENTE

MARCA LA VISUAL

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Para la medición de los azimut de cada alineamiento con respecto al norte magnético, lo que se hace primero es colocar la pínula verticalmente para poder verla en el espejo, de tal forma que coincida el hilo que se encuentra en el espejo con el reflejo de la pínula, bifurcándola longitudinalmente, además el hilo también tiene que coincidir con el reflejo del jalón. Finalmente se tiene que nivelar el nivel de aire circular, y se procede a leer el azimut con respecto al norte.

5.TOMA Y CÁLCULO DE DATOS

5.1. CUADRO DE PENDIENTES CON ECLÍMETRO

Datos tomados en campo:

Puntos Distancia Azimut PendienteBM-1 23.00 m 30° 10%1-2 15.50 m 45° 10%2-3 17.60 m 39° 10%3-4 25.40 m 349° 10%4-5 24.40 m 347° 10%5-6 22.24 m 311° 10%6-7 29.60 m 5° 10%7-8 21.70 m 23° 10%8-9 28.40 m 41.5° 10%9-10 25.50 m 45° 10%

10-11 24.30 m 327° 10%11-12 22.10 m 5° 10%12-13 27.60 m 320° 10%13-14 29.40 m 6° 10%

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14-15 23.50 m 35° 10%15-16 26.30 m 350° 10%16-17 19.60 m 329° 10%17-18 22.70 m 320° 10%18-19 24.20 m 10° 10%19-20 23.10 m 4° 10%20-21 25.10 m 25° 10%21-22 21.20 m 355° 10%22-23 25.40 m 26° 10%

Datos calculados en gabinete:

Nota: Usaremos como cota referencial un BM de 2000 msnm. Esta cota que usaremos es relativa debido a que no se contaba con el GPS para poder hacer la lectura de la cota de BM. Así también como para el ESTE y el NORTE de nuestro BM se asumirán valores relativos por la misma razón mencionada.

Punto

Distancia(m)

Azimut

Pendiente(%)

ESTE(m)

NORTE(m)

COTA(m)

BM1000.00

01000.000

2000.000

1 23.00 m 30° 10%1011.50

01019.919

2002.300

2 15.50 m 45° 10%1022.46

01030.879 2003.85

3 17.60 m 39° 10%1033.53

61044.557 2005.61

4 25.40 m 349° 10%1028.69

01069.489 2008.15

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5 24.40 m 347° 10%1023.20

11093.264 2010.59

6 22.24 m 311° 10%1006.41

61107.855

2012.814

7 29.60 m 5° 10%1008.99

61137.343

2015.774

8 21.70 m 23° 10%1017.47

51157.318

2017.944

9 28.40 m 41.5° 10%1036.29

31178.589

2020.784

10 25.50 m 45° 10%1054.32

41196.619

2023.334

11 24.30 m 327° 10%1041.09

01216.999

2025.764

12 22.10 m 5° 10%1043.01

61239.015

2027.974

13 27.60 m 320° 10%1025.27

51260.158

2030.734

14 29.40 m 6° 10%1028.34

81289.396

2033.674

15 23.50 m 35° 10%1041.82

71308.647

2036.024

16 26.30 m 350° 10%1037.26

01334.547

2038.654

17 19.60 m 329° 10%1027.16

51351.347

2040.614

18 22.70 m 320° 10%1012.57

41368.737

2042.884

19 24.20 m 10° 10%1016.77

61392.569

2045.304

20 23.10 m 4° 10%1018.38

81415.613

2047.614

21 25.10 m 25° 10%1028.99

51438.361

2050.124

22 21.20 m 355° 10%1027.14

81459.480

2052.244

23 25.40 m 26° 10%1038.28

21482.310

2054.784

PROCEDIMIENTO PARA CALCULAR EL ESTE:

Para calcular el este de un punto emplearemos la siguiente fórmula:

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Ejemplo:

Para calcular el este del primer punto 1, lo que haremos es tomar la medida de la distancia de BM al punto 1. En este caso es de 23.00 m. Luego tomar el azimut de la linea BM-1 con respecto al norte magnético, obteniéndose de esta manera su respectivo azimut.

Y como el este del punto BM es de 1000.000 en este caso, lo que se hará es calcular mediante la formula anterior el este del punto 1 , y luego sumarle el este del punto anterior (punto BM):

PROCEDIMIENTO PARA CALCULAR EL NORTE

Para calcular el norte de un punto emplearemos la siguiente fórmula:

Ejemplo:

Para calcular el norte del primer punto 1, lo que haremos es tomar la medida de la distancia de BM al punto 1. En este caso es de 23.00 m. Luego tomar el azimut de la linea BM-1 con respecto al norte magnético, obteniéndose de esta manera su respectivo azimut.

Y como el norte del punto BM es de 1000.000 en este caso, lo que se hará es calcular mediante la formula anterior el norte del punto 1 , y luego sumarle el norte del punto anterior (punto BM):

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PROCEDIMIENTO PARA CALCULAR LAS COTAS

Para calcular la cota de un punto emplearemos la siguiente fórmula:

Cota cota

Ejemplo:

Para calcular la cota del primer punto 1, lo que haremos es tomar la medida de la distancia de BM al punto 1. En este caso es de 23.00 m. Luego tomar la medida de la pendiente de la ruta, que en este caso es del 10 %. Tengamos en cuenta que en párrafos anteriores se mencionó que se tomó como valor relativo una cota de 2000.000 para BM.

Teniendo estos datos reemplazamos y tendríamos:

Cota cota

Cota cota

Cota 2000.000

Cota 2002.300 m

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6.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

No es recomendable tomar las pendientes límites sino un valor ligeramente menor ya que en los estudios posteriores probablemente haya reducción de longitud lo que conllevaría a que suba la pendiente.

Se recomienda no realizar cambios innecesarios de las pendientes, es decir que el número de curvas verticales sea lo mínimo necesario. Se sugiere no más de 5 curvas verticales en un tramo de 1km aproximadamente.

En el caso de que se nos complique hallar la pendiente requerida, trataremos de cambiar de ruta, de tal forma que encontremos la pendiente que habíamos establecido, en este caso del 10 %. se recomienda una pendiente única.

Cuando la diferencia de alturas entre dos puntos a unir es extremadamente fuerte, lo que se hace es diseñarse “desarrollos” o curvas de volteo para ir ganando altura paulatinamente.

7.PLANOS Y ANEXOS

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Anexo 01: DATOS TOMADOS EN CAMPO.

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