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Escuela Técnica de Vialidad Nacional Nº 1 M. M. de O. Don Oreste Casano

UNIDAD 10

MOVIMIENTO DE SUELOS

Bibliografía Consultada Trazado y diseño geométrico de caminos rurales

Ing. Francisco Sierra

Apuntes Movimiento de suelos

Ing. R. Agosta – Ing. A. Papazian

Carreteras Estudio y Proyecto

Jacob Carciente

Vías de comunicación

Ing. Marcelo Márquez

Pliego de Especificaciones Técnicas 1971/1998

Dirección Nacional De Vialidad

Tecnicatura Superior en Obras Viales - Trazado Vial I U-10 –

Cátedra; Oscar Savastano

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Introducción El movimiento de suelos es una labor infaltable en la construcción vial, cualquiera sea la categoría del camino. Al trazar la Rasante de un camino, una de las variables fundamentales a tener en cuenta es este ítem , el cual representa una parte importante del costo total de la obra, sobre todo cuando tenemos Roca en Montaña. Los Ítems Principales Son : ** Desmonte ** Terraplenes ** Transporte de Suelos Desmonte : Toda excavación necesaria para la construcción de un camino. Terraplen : Parte de un camino ubicada sobre las cotas del terreno natural. Como mencionamos ya en anteriores capítulos la clasificación del terreno será : ** Terreno Llano ** Terreno Ondulado

** Terreno Montañoso.

Dificultad creciente Las diferencias de estudiar con mucho cuidado las rasantes y tratar de compensar los desmontes con los terraplenes y un proyecto diseñado sin tener en cuenta estos aspectos, son muy importantes en términos económicos. Para comenzar debemos tratar de proyectar la rasante del camino cerca del terreno natural, esto en la medida de lo posible. Esto es posible con terrenos llanos, cuando la zona está ubicada en terrenos montañosos u ondulados las dificultades son mayores. Durante el proyecto de la rasante del camino debemos tratar de balancear el volumen de excavación, con el volumen del terraplén. Con esto estamos compensando los volúmenes y con ello minimizando lo máximo posible el movimiento de suelos.

Debemos procurar : Compensar Transversalmente terraplén y excavación. Compensar Longitudinalmente terraplén y excavación. Optimizar el transporte. Tecnicatura Superior en Obras Viales - Trazado Vial I U-10 –


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Por supuesto que debemos respetar las condiciones de borde que aparecen en cualquier proyecto como ser: Altura mínima sobre cursos de agua, Gálibos mínimos en puentes, cruces sobre Ferrocarriles, distancias visuales mínimas.

Perfiles Transversales

Estas secciones se toman cada x (metros) variando esta distancia según el tipo de terreno en que se encuentre emplazada la obra.Estos deben tomarse en todos los puntos nivelados del eje y en una longitud superior en 15 metros a ambos lados del ancho de la zona de camino. Mayor complejidad de la topografía del terreno, más cerca debemos dibujar cada perfil ,pues longitudinalmente la variación de las secciones puede ser importante. Se deberá dibujar el terreno existente, Indicar a que progresiva corresponde, y las cotas. La obra proyectada será realizada en trazo de mayor espesor que el utilizado en el terreno existente. Podrá también indicarse las áreas de terraplén y desmonte.

Secciones típicas



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Sección en Desmonte

Sección en Terraplén

Sección en Terraplen y Desmonte

Elementos de La Sección Transversal

Calculo del Volumen de Suelo Tecnicatura Superior en Obras Viales - Trazado Vial I U-10 –


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El volumen de suelo de un terraplén o un desmonte comprendido entre dos secciones transversales no puede calcularse con rigurosa exactitud dado que la variación de las áreas intermedias nos es una función matemática definida. A los efectos prácticos se supone una variación lineal y se emplea entonces el método de las áreas medias.

Volumen de Suelo entre dos secciones Una vez confeccionados los perfiles transversales y determinados las áreas de terraplén y desmonte de cada sección, Calculamos el volumen de suelo resultante entre dos secciones por el método de las aéreas medias. 1) Areas Medias Tomamos la superficie de dos secciones A1 –A2 (m2) los sumamos, promediamos y luego multiplicamos por la distancia d (m) que los separa. Esto para terraplén y desmonte.

Con este procedimiento podemos confeccionar una tabla y hacer el cómputo en forma ordenada, basándonos en las distancias entre perfiles considerados y los volúmenes calculados de terraplén y desmonte para cada perfil transversal. Tecnicatura Superior en Obras Viales - Trazado Vial I U-10 –


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Se puede calcular el volumen de terraplén y desmonte con un sencillo programa de computación, y además podemos graficar estos cálculos y así tener un panorama más claro de las necesidades y disponibilidad de suelos a lo largo de la traza. Si en un grafico, en escalas adecuadas se representan las progresivas en las abscisas y las áreas de las secciones transversales de terraplén o desmonte, dicho grafico expresa el volumen comprendido entre dichas secciones .Este es el fundamento del diagrama de áreas. Conceptualmente resulta que el área de la superficie, encerrada por la línea de terraplén o desmonte, las ordenadas extremas y el eje de abscisas, representa en cierta escala el volumen de terraplén o desmonte comprendido entre las progresivas de las secciones extremas. (fig. 10.3.A) Figura 10.3.A

Perfiles Transversales: Ajustes y Criterios Terraplenes: Deben incrementarse el espesor estimado para limpieza de terreno y compactación de la base de asiento. Si para el cálculo de superficies se ha considerado toda la sección, deben descontarse: Las superficies correspondientes al paquete estructural, del pavimento, lo mismo en Banquinas y revestimiento de taludes. Desmontes: Deben disminuirse el espesor resultante de la limpieza del terreno.(esto si la tarea es pagada en otro Ítem que la contempla) Las areas ajustadas representan a los terraplenes en posición definitiva y a los desmontes en posición original. La escala de volumen V: metro 3 / centimetro2 Es igual al producto de la escala horizontal de longitudes L = metro / centímetro 2

Multiplicado por la escala vertical de superficies S = metro / centímetro



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Compensación – Factor de Compactación Las áreas mencionadas anteriormente, expresan terraplenes en posición definitiva y a los desmontes en posición original. Para compensar los terraplenes (Necesidad de suelo, - ) con los desmontes o excavaciones ( Disponibilidad de suelo , +) , se requiere que ambos estén con la misma densidad. Ya sea la posición original o la definitiva. La relación entre ambas (densidad definitiva / densidad original) es lo que se llama factor de compactación (Fc). Este valor (fc) depende de la calidad de los suelos y del grado de compactación de los mismos.

En resumen para Expresar los terraplenes en Posición original deben multiplicarse sus secciones por el factor de compactación (Fc) y para expresar los desmontes en su posición definitiva deben dividirse sus secciones por el mismo factor. Esta última es la modalidad más común y la que está de acuerdo con las especificaciones más usuales. Según las instrucciones generales se deben utilizar los siguientes factores de compactación para la compensación del movimiento de suelos, a menos que se indiquen otros en el pliego de condiciones particulares. Suelos: 1.25 ( o el que corresponda a la calidad del suelo) Roca: 0.80 Resumiendo: En un diagrama de áreas homogeneizado a posición definitiva, la superficie limitada por la línea de terraplenes representa la línea de terraplenes en posición definitiva, las superficies superpuestas de terraplén y desmonte representan la compensación transversal de los suelos. Las superficies excedentes de desmonte representan disponibilidades ( superficies excedentes de terraplén representan necesidades (

+ ) ,y las

-)

El diagrama de áreas depurado de la compensación transversal se suele denominar de las masas excedentes, y las disponibilidades se representas arriba del eje y las necesidades para abajo del mismo. (Fig. 10.3.B) Tecnicatura Superior en Obras Viales - Trazado Vial I U-10 –


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Figura 10.3.B

Transporte de Suelos Para la determinación del transporte de suelos podemos utilizar el diagrama de áreas homogeneizadas. Un volumen excedente de desmonte contiguo a un volumen igual de terraplén. Puede lograrse la compensación longitudinal del movimiento de suelos transportando el material de desmonte disponible,para cubrir las necesidades del terraplén contiguo. Para volúmenes de suelo expresados en la misma densidad debe cumplirse la relación: EXCAVACION + PRESTAMO = TERRAPLEN + DEPOSITO El volumen transportado está representado por la superficie excedente de desmonte y la distancia total de transporte por la diferencia de progresivas de los baricentros de las superficies excedentes, en el caso que se compensen

Transporte Total o Momento Total de Transporte Es igual al producto del volumen transportado por la distancia total de transporte. (Fig 10.3.C) MTT = VOL x DTT = 3625 M3 x 3.1 Hm = 11300 Hm m3



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Figura 10.3.C

PLIEGO GENERAL DE CONDICIONES Y ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LA DIRECCION NACIONAL DE VIALIDAD [Ed. 1971] Existe bibliografía y apuntes donde todavía se hace referencia a conceptos de los viejos pliegos de la DNV donde se especificaba que la distancia común de transporte era igual a 300 metros, veamos rápidamente cual era la operatoria. Para simplificar la tarea de medición y control por parte de la inspección resultaba practico especificar que los transportes hasta determinada distancia media no recibian pago directo sino que su costo se incluiá en el de otro ítem del contrato, generalmente en el de terraplén terminado. Según las especificaciones de la DNV (ed.1971) la Distancia Común de Transporte DCT es igual a 300 metros entre el centro de gravedad de la excavación y el del lugar donde se coloque el material, hasta la cual el transporte no recibe pago directo. Aclaración importante: El transporte se pagaba siempre, directa o indirectamente de acuerdo con las especificaciones. DMT ( Distancia Media de Transporte ) : Es la longitud comprendida entre el centro de gravedad de una excavación y el centro de gravedad que se coloque el producto de la misma. Medido a lo largo de la más corta vía de transporte practicable, sea que se utilice o no. DCT ( Distancia Común de Transporte ) : Es la longitud medida en la forma indicada (entre centros de gravedad) sobre el cual el transporte del suelo no recibe pago directo, pues su precio está incluido en el precio de contrato para los distintos ítems de la especificación “ Movimiento de Suelos” La distancia común de transporte es de 300 Metros = (3 Hectómetros) DET ( Distancia Excedente de transporte ) : Si la distancia Total de transporte es mayor que la distancia común de transporte , fijadas de acuerdo a los párrafos anteriores ,la diferencia entre ellas se llamara Distancia Excedente de transporte (DET). DET = DMT – DCT



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TRANSPORTE DE SUELOS (Esp, Tec DNV Ed 1971) Consiste en el transporte de los materiales necesarios para la formación de terraplenes, recubrimiento de suelos, banquinas, rellenos, depósitos y demás partes de la obra que se ejecuten con suelos. Incluirá también el transporte de los productos de excavaciones y destape de yacimientos hasta los sitios de depósitos cuando esos productos no se utilicen en parte alguna de la construcción.

Medicion : La distancia excedente de transporte, medida en hectómetros y multiplicada por el volumen en m3 de suelo transportado ,dara el número de unidades del ítem “Transporte de Suelos”, en hectómetros-metros cúbicos (Hmm3). El volumen se medira en la posición definitiva del suelo y en su estado de compactación final cuando se emplee en la construccion de terraplenes,banquinas,revestimientos de taludes y recubrimientos de suelo seleccionado y en su posición originaria cuando el producto no se emplee en esos trabajos.

Forma de pago: Todo transporte de suelos efectuado a lo largo de la “Distancia excedente de transporte” será pagado en Hectometros-metros cúbicos, al precio unitario de contrato estipulado para el ítem “Transporte de suelos”.



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El volumen total de Suelo a transportar esta dado por la ordenada máxima.

Diagrama de Bruckner o De Masas Excedentes El diagrama de Bruckner no calcula los volúmenes totales de terraplén o de desmonte, este concepto debe quedar bien claro. La finalidad básica del Diagrama de Bruckner es permitir la optimización de los transportes, se trata de lograr el mínimo momento de transporte, determinar los volúmenes a transportar, las distancias de transportes, los depósitos y los préstamos.

Propiedades del Diagrama de Bruckner 1) La línea del ascendente del diagrama representa desmonte ( + ) .Por el contrario la línea descendente representa necesidad de suelo para terraplén ( - ) 2) El volumen excedente acumulado en el origen es nulo y la horizontal trazada por el ,se llama fundamental. Tecnicatura Superior en Obras Viales - Trazado Vial I U-10 –


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3) La ordenada de un punto cualquiera con relación a una horizontal dada, mide la suma algebraica de los volúmenes de excesos de excavación ( + ) y de los volúmenes de exceso de terraplén ( - )entre el punto de intersección de la línea del diagrama con la horizontal dada y el punto considerado. 4) En cada punto donde el diagrama de masas excedentes cambia de signo, corresponde a un máximo o un mínimo del diagrama de Bruckner. 5) La diferencia entre dos ordenadas con respecto a una horizontal cualquiera, mide el volumen de exceso de excavación o terraplén producido entre ellas 6) Entre las secciones correspondientes a dos puntos de intersecciones sucesivos de una horizontal cualquiera con la línea del diagrama, existe compensación de volúmenes de excavación y terraplén, El volumen total de suelos a transportar entre esas dos secciones será la ordenada máxima del arco de diagrama comprendido, con relación a la horizontal considerada. 7) El área de cada cámara de compensación correspondiente a una horizontal determinada, mide el momento de transporte de la compensación entre las secciones correspondientes a la intersección de dicha horizontal con la línea del diagrama. 8) Con respecto a una horizontal cualquiera las ondas situadas por arriba, con el primer tramo ascendente(exceso de excavación) y el segundo descendente (exceso de terraplén) se llaman Montes , Del Mismo modo , las situadas por debajo con el primer tramo descendente y el segundo ascendente se llaman Valles. 9) El momento de transporte de una cámara con respecto a una horizontal, dividido por el volumen a transportar en dicha cámara es igual a la Distancia Total De Transporte ( DTT).Gráficamente es igual a la base del rectángulo equivalente a la cámara y de altura igual a su ordenada máxima.



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Consideraciones sobre los conceptos expuestos Luego de todo lo expuesto haremos un llamado de atención respecto del cómputo del movimiento de suelos: Algunos autores y algunos métodos expuestos para el cálculo de movimiento de suelos aplican métodos y términos como integración, derivadas nulas, cálculo de centros de gravedad, fórmulas rigurosas para el cálculo analítico de distancias, etc. En el tratamiento de este tema, cierta bibliografía más que en temas viales parece especializada en análisis matemático con cantidad de fórmulas y desarrollos dignos de mejor causa. Todo esto puede hacer suponer al proyectista novel y desprevenido de que este ítem se resuelve con una rigurosa exactitud. Recordemos algunos pasos que hemos dado para llegar al punto del cálculo de los volúmenes: 1) Nivelación longitudinal y transversal suponiendo variación lineal entre las cotas de puntos sucesivos. 2) Ajuste de las superficies de terraplén y desmonte, suponiendo un determinado espesor de la limpieza del terreno. 3) Estimación de un factor de compactación medio para expresar los volúmenes de terraplén y desmonte en la misma densidad. 4) Calculo de los volúmenes por el método aproximado de la media de las áreas, suponiendo variación lineal entre dos perfiles. 5) Los cálculos con ordenador han minimizado algunos de los aspectos anteriores, pero también dependen de la cantidad de información que se obtenga en el campo con los equipos de topografía disponibles. De la información relevada, es donde se va a apoyar el programa específico que se utilice para los cálculos numericos. Cuando menos puntos relevados, menor información es la que va a manejar el programa y menor va a ser el grado de exactitud de los resultados. Con cálculos sustentados sobre estas bases, vemos entonces que no tiene sentido especular con una rigurosa exactitud. Tampoco esto nos debe llevar al otro extremo y realizar el cómputo del movimiento de suelos a la ligera sin mayor prolijidad. Ni lo uno, ni lo otro, Ni volúmenes calculados con tres decimales, ni método de las áreas medias con perfiles cada 300 metros. Tecnicatura Superior en Obras Viales - Trazado Vial I U-10 –


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Costo Mínimo del Transporte Para minimizar el costo, en el diagrama la suma de las bases de los valles debe ser igual a la suma de las bases de los montes.

Reglas de Corini 1- La longitud de distribución estará comprendida entre la fundamental y una horizontal trazada por la sección extrema. 2- Se trazaran diversas horizontales de compensación comprendiendo cada una un monte y un valle de igual base. 3- De no ser posible la regla 2 , se trazaran horizontales comprendiendo mas valles y mas montes, de modo que la suma de las bases de los valles sea igual a la suma de las bases de los montes. 4- La horizontal de distribución secundaria (dentro de una cámara auto compensada) debe ser tangente a la onda.



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PLIEGO GENERAL DE CONDICIONES Y ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LA DIRECCION NACIONAL DE VIALIDAD [Ed. 1998] A continuación algunas definiciones extractadas que interesan para el ítem movimiento de suelos del pliego en vigencia:

EXCAVACIONES , DESCRIPCION [B.II 1] : B.II 1.1 Consiste en toda excavación necesaria para la construcción del camino e incluirá la limpieza del terreno dentro de la zona de camino conforme a B.1, la ejecución de desmontes y faldeos la construcción, profundización y rectificación de cunetas, causes, canales. La apertura de préstamos para la extracción de suelos, la remoción de materiales para destapes de yacimientos. B.II 1.2 Incluirá la conformación, el perfilado y conservación de taludes, banquinas, cunetas, préstamos y demás superficies formadas con los productos de excavación o dejados al descubierto por la misma. B.II 1.3 Sera parte de este ítem todo desbosque, destronque, limpieza ,preparación del terreno en aquellos sitios en los cuales su pago no esté previsto por ítem separado. B.II 1.4 Se deberá respetar en los distintos ítems de esta sección, lo establecido en el MEGA, Según corresponda.

CLASIFICACION [B.II 2] : B.II 2.1 Toda excavación de materiales llevada a cabo de acuerdo con los requisitos de esta especificación, será considerada como “Excavación no Clasificada “. B.II 2.2 La excavación no clasificada , consiste en la excavación de todo material encontrado, sin tener en cuenta su naturaleza ni los medios empleados en su remoción.

MEDICION [B.II.6] : Cuando el producto total de una determinada excavación se utilice en formación de terraplenes, banquinas, revestimientos de taludes, recubrimiento de suelo seleccionado, bases y sub bases, no se computara el volumen del mismo como excavación. Se medira según el siguiente apartado Excavación (a medir) = A + B + C A: Volumen de excavación de suelos inaptos , que no cumplen con las exigencias mínimas exigidas para formar parte de los terraplenes. B: la diferencia entre el volumen total de excavación, deducidas las excavaciones de suelos inaptos,ya indicadas en A y el volumen total de terraplén correspondiente al perfil tipo del proyecto.Se restaran los volúmenes utilizados en la formación de banquinas, revestimientos, recubrimientos con suelos seleccionado, bases o subbases, multiplicados por sus respectivos coeficientes de compactación. Tecnicatura Superior en Obras Viales - Trazado Vial I U-10 –


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C: Volumen de excavaciones necesarias para construcción de desagües y cauces. Toda excavación se medirá por medio de secciones transversales y el volumen de excavación se computara por el método de la media de las áreas., expresándose en metros cúbicos. Para ello, una vez efectuada la limpieza del terreno y luego de preparada la subrasante, se levantaran perfiles transversales que conformados con la supervisión y el contratista ,servirán de base para la medición final.

FORMA DE PAGO [B.II 7.1]: El volumen de excavación medido en la forma indicada (posición original),se pagara por m3 al precio unitario de contrato establecido para el ítem “Excavación no clasificada “.. Los precios serán compensación por todo trabajo de excavación no pagado en otro ítem del contrato, por la carga y descarga del producto de las excavaciones que deban transportarse, por los trabajos de limpieza y preparación del terreno, por todo desbosque y destronque cuando el ítem respectivo no figure en el presupuesto.

TERRAPLENES , DESCRIPCION [B.III 1] : Este trabajo consistirá en la limpieza del terreno en las áreas donde se construirán los terraplenes, y en la formación de los mismos utilizando los materiales aptos provenientes de los distintos tipos de excavación, en un todo de acuerdo con lo indicado en los planos y lo ordenado por la supervisión. Se deberá respetar en los distintos ítems de esta sección, lo establecido en el MEGA, Según corresponda.

MEDICION [B.III 5] : Los Terraplenes que cumplan con las exigencias del control de calidad establecidas en B.III.4, se medirán en metros cúbicos de acuerdo con los perfiles transversales y aplicando el método de las medias de las áreas. A este fin cada 100 metros o a menos distancia si la supervisión lo considera necesario, la misma trazara un perfil del terreno después de compactado y antes de comenzar la construcción del terraplén. Terminado el terraplén o durante la construcción si así lo dispone la supervisión, se levantaran nuevos perfiles transversales en los mismos lugares que se realizaron antes de comenzar el trabajo.

FORMA DE PAGO [B.III 6] : El volumen de los terraplenes medidos en la forma especificada (posición definitiva) ,se pagara al precio unitario de contrato estipulado para el ítem “Terraplenes”. Dicho precio será compensación total por las operaciones necesarias para la limpieza del terreno, la construcción y conservación de los terraplenes y rellenos en la forma especificada incluyendo los trabajos de compactación de la base de asiento del terraplén. Provisión de materiales aptos,Carga,Transporte y descarga de los materiales que componen el terraplén,Perfilado, compactación especial, el costo del agua regada y por todo otro trabajo, equipo para la correcta ejecución del ítem.No se pagara ningún exceso de volumen de terraplén sobre el teóricamente calculado , aunque este dentro de las tolerancias dadas en B.III.4.2.



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EJEMPLO CON DESMONTES EN POSICION DEFINITIVA = DESMONTE / FC



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EL RESULTADO NOS INDICA LA NECESIDAD DE 72.29 M DE TERRAPLEN COMPACTADO DESMONTE COMPACTADO TERRAPLEN COMPACTADO

350

330,54 300

250 222,90 206,97 200

181,41 171,81

162,45 150

118,27 124,57 130,35 116,90 117,60 117,65 91,30

107,68 100 86,79

87,20

48,60

50

137,70

95,73 68,67

63,99

74,37 63,14

78,84 81,76

93,75 59,22

41,71 27,10 14,64

0,00 0

132,80

124,20

116,04

20,10 0

184,31

136,96

50

100

150

200

250

300

350

Diagrama de Brucker

300

400

450

Diagrama de masas

253,25 252,55

250 215,88

195,95

200 V O 150 L 100 U M 50 0,00 E 0 N 0 -50

196,57

149,54

125,76 74,98 38,19 50

DISTANCIAS METROS 100

150

200

250

300

350

-32,66

S -100 U -150 E L -200 O -250 -300 -350


400

450 -72,29

-140,48 -197,38 -237,58

-291,62

-271,55 -314,77

-328,74


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EJEMPLO DE APLICACION

800,00 656,49

600,00

559,29

400,00 286,49 200,00 0,00

0,00 0,00

-200,00

50,00 -137,50

100,00

150,00

200,00-88,21

250,00

Series1 300,00

-247,98 -307,25

-400,00 -600,00

-570,71

-800,00



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600,00 500,00

468,92

400,00

399,49

300,00 204,63

200,00 100,00 0,00 -100,00 -200,00

Series1

0,00 0,00

50,00 -98,21

100,00

150,00

200,00-63,01

250,00

300,00

-177,13 -219,46

-300,00 -400,00

-407,65

-500,00



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UNIDAD 10 - CUESTIONARIO

1) Definir Desmonte , Terraplén 2) Que es lo que debemos procurar al trazar la rasante de un camino, respecto del movimiento de suelos. 3) Explique cuál es el método práctico para calcular el volumen de suelo entre dos secciones. 4) Que es el factor de compactación 5) Definir momento total de transporte 6) Que es la distancia media de transporte , como se calcula 7) Según Pliego ETVN 1971 Que es la distancia común de transporte 8) Según Pliego ETVN 1971 Que es la distancia excedente de transporte 9) Según Pliego ETVN 1971 Cuál es la finalidad del Diagrama de Bruckner 10) Como es la curva en el diagrama para los desmontes y los terraplenes. 11) Mencione tres propiedades del Diagrama de Bruckner 12) Que debe ocurrir en el diagrama de Brukner para minimizar el costo de transporte. 13) Excavación ,Terraplén ,Cual es el método de medición según el Pliego ETVN 1998 14) Que es lo que incluye la forma de pago de los terraplenes según el Pliego ETVN 1998



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