Unidad 10 Movimiento de Suelos Rev 0

8/17/2019 Unidad 10 Movimiento de Suelos Rev 0

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E s c u e l a T é c n i c a d e V i a l i d a d N a c i o n a l N º 1 M . M . d e O . D o n O r e s t e C a s a n o

Tecnicatura Superior en Obras Viales - Trazado Vial I U-10 – Cátedra; Oscar Savastano 1/24

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 MárquezPliego de Especificaciones Técnicas 1971/1998 Dirección Nacional De Vialidad


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Introducción

El movimiento de suelos es una labor infaltable en la construcción vial, cualquiera sea lacategoría del camino.

Al trazar la Rasante de un camino, una de las variables fundamentales a tener en cuenta es esteítem , el cual representa una parte importante del costo total de la obra, sobre todo cuandotenemos 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 losdesmontes con los terraplenes y un proyecto diseñado sin tener en cuenta estos aspectos, sonmuy importantes en términos económicos.

Para comenzar debemos tratar de proyectar la rasante del camino cerca del terreno natural, estoen la medida de lo posible.

Esto es posible con terrenos llanos, cuando la zona está ubicada en terrenos montañosos uondulados las dificultades son mayores.

Durante el proyecto de la rasante del camino debemos tratar de balancear el volumen deexcavación, con el volumen del terraplén.

Con esto estamos compensando los volúmenes y con ello minimizando lo máximo posible elmovimiento de suelos.

Debemos procurar :

Compensar Transversalmente terraplén y excavación.

Compensar Longitudinalmente terraplén y excavación.Optimizar el transporte.


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

Perfiles Transversales

Estas secciones se toman cada x (metros) variando esta distancia según el tipo de terreno enque se encuentre emplazada la obra.Estos deben tomarse en todos los puntos nivelados del eje yen 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 ,pueslongitudinalmente 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 terrenoexistente.

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


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Se puede calcular el volumen de terraplén y desmonte con un sencillo programa decomputación, y además podemos graficar estos cálculos y así tener un panorama másclaro 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 ylas áreas de las secciones transversales de terraplén o desmonte, dicho grafico expresa elvolumen comprendido entre dichas secciones .Este es el fundamento del diagrama deáreas.

Conceptualmente resulta que el área de la superficie, encerrada por la línea de terraplén odesmonte, las ordenadas extremas y el eje de abscisas, representa en cierta escala elvolumen de terraplén o desmonte comprendido entre las progresivas de las seccionesextremas. (fig. 10.3.A)

Figura 10.3.A

Perfiles Transversales: Ajustes y Criterios

Terraplenes: Deben incrementarse el espesor estimado para limpieza de terreno ycompactación 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 enBanquinas y revestimiento de taludes.

Desmontes: Deben disminuirse el espesor resultante de la limpieza del terreno.(esto si latarea es pagada en otro Ítem que la contempla)

Las areas ajustadas representan a los terraplenes en posición definitiva y a losdesmontes en posición original.

La escala de volumen V: metro 3 / centimetro2

Es igual al producto de la escala horizontal de longitudes L = metro / centímetro

Multiplicado por la escala vertical de superficies S = metro 2 / centímetro


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Compensación – Factor de Compactación

Las áreas mencionadas anteriormente, expresan terraplenes en posición definitiva y alos desmontes en posición original.

Para compensar los terraplenes (Necesidad de suelo, - ) con los desmontes oexcavaciones ( Disponibilidad de suelo , +) , se requiere que ambos estén con la mismadensidad. Ya sea la posición original o la definitiva.

La relación entre ambas (densidad definitiva / densidad original) es lo que se llama factorde compactación (Fc).

Este valor (fc) depende de la calidad de los suelos y del grado de compactación de losmismos.

En resumen para Expresar los terraplenes en Posición original deben multiplicarse sussecciones por el factor de compactación (Fc) y para expresar los desmontes en suposición definitiva deben dividirse sus secciones por el mismo factor.

Esta última es la modalidad más común y la que está de acuerdo con las especificacionesmás usuales.

Según las instrucciones generales se deben utilizar los siguientes factores decompactación para la compensación del movimiento de suelos, a menos que se indiquenotros 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 superficielimitada por la línea de terraplenes representa la línea de terraplenes en posición definitiva,las superficies superpuestas de terraplén y desmonte representan la compensacióntransversal de los suelos.

Las superficies excedentes de desmonte representan disponibilidades ( + ) ,y lassuperficies excedentes de terraplén representan necesidades ( - )

El diagrama de áreas depurado de la compensación transversal se suele denominar delas masas excedentes, y las disponibilidades se representas arriba del eje y lasnecesidades para abajo del mismo. (Fig. 10.3.B)


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Figura 10.3.B

Transporte de Suelos

Para la determinación del transporte de suelos podemos utilizar el diagrama de áreashomogeneizadas.

Un volumen excedente de desmonte contiguo a un volumen igual de terraplén. Puede lograrse lacompensación longitudinal del movimiento de suelos transportando el material de desmontedisponible,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 ladistancia total de transporte por la diferencia de progresivas de los baricentros de las superficiesexcedentes, 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 viejospliegos de la DNV donde se especificaba que la distancia común de transporte era iguala 300 metros, veamos rápidamente cual era la operatoria.

Para simplificar la tarea de medición y control por parte de la inspección resultaba practicoespecificar que los transportes hasta determinada distancia media no recibian pago directo sinoque 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 esigual a 300 metros entre el centro de gravedad de la excavación y el del lugar donde se coloqueel material, hasta la cual el transporte no recibe pago directo.

Aclaración importante: El transporte se pagaba siempre, directa o indirectamente de acuerdocon las especificaciones.

DMT ( Distancia Media de Transporte ) : Es la longitud comprendida entre el centro degravedad 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 (entrecentros de gravedad) sobre el cual el transporte del suelo no recibe pago directo, pues suprecio 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 ladistancia común de transporte , fijadas de acuerdo a los párrafos anteriores ,la diferencia entreellas 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 yacimientoshasta los sitios de depósitos cuando esos productos no se utilicen en parte alguna de laconstrucción.

Medicion : La distancia excedente de transporte, medida en hectómetros y multiplicada porel volumen en m3 de suelo transportado ,dara el número de unidades del ítem “Transporte deSuelos”, en hectómetros-metros cúbicos (Hmm3).El volumen se medira en la posición definitiva del suelo y en su estado de compactación finalcuando se emplee en la construccion de terraplenes,banquinas,revestimientos de taludes yrecubrimientos 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 “Distanciaexcedente de transporte” será pagado en Hectometros-metros cúbicos, al precio unitario decontrato 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, esteconcepto debe quedar bien claro.

La finalidad básica del Diagrama de Bruckner es permitir la optimización de lostransportes, se trata de lograr el mínimo momento de transporte, determinar losvolúmenes 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 líneadescendente representa necesidad de suelo para terraplén ( - )

2) El volumen excedente acumulado en el origen es nulo y la horizontal trazada por el ,sellama fundamental.


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3) La ordenada de un punto cualquiera con relación a una horizontal dada, mide la sumaalgebraica de los volúmenes de excesos de excavación ( + ) y de los volúmenes de excesode terraplén ( - )entre el punto de intersección de la línea del diagrama con la horizontaldada y el punto considerado.

4) En cada punto donde el diagrama de masas excedentes cambia de signo, corresponde aun máximo o un mínimo del diagrama de Bruckner.

5) La diferencia entre dos ordenadas con respecto a una horizontal cualquiera, mide elvolumen de exceso de excavación o terraplén producido entre ellas

6) Entre las secciones correspondientes a dos puntos de intersecciones sucesivos de unahorizontal cualquiera con la línea del diagrama, existe compensación de volúmenes deexcavación y terraplén, El volumen total de suelos a transportar entre esas dos seccionesserá la ordenada máxima del arco de diagrama comprendido, con relación a la horizontalconsiderada.

7) El área de cada cámara de compensación correspondiente a una horizontal determinada,mide el momento de transporte de la compensación entre las secciones correspondientesa la intersección de dicha horizontal con la línea del diagrama.

8) Con respecto a una horizontal cualquiera las ondas situadas por arriba, con el primertramo ascendente(exceso de excavación) y el segundo descendente (exceso de terraplén)se llaman Montes , Del Mismo modo , las situadas por debajo con el primer tramodescendente y el segundo ascendente se llaman Valles.

9) El momento de transporte de una cámara con respecto a una horizontal, dividido por elvolumen 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 alturaigual 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 delmovimiento de suelos:

Algunos autores y algunos métodos expuestos para el cálculo de movimiento de suelosaplican métodos y términos como integración, derivadas nulas, cálculo de centros degravedad, fórmulas rigurosas para el cálculo analítico de distancias, etc. En el tratamiento deeste tema, cierta bibliografía más que en temas viales parece especializada en análisismatemático 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 unarigurosa exactitud.

Recordemos algunos pasos que hemos dado para llegar al punto del cálculo de losvolúmenes:

1) Nivelación longitudinal y transversal suponiendo variación lineal entre las cotas de puntossucesivos.

2) Ajuste de las superficies de terraplén y desmonte, suponiendo un determinado espesor dela limpieza del terreno.

3) Estimación de un factor de compactación medio para expresar los volúmenes deterraplén 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, perotambién dependen de la cantidad de información que se obtenga en el campo con losequipos de topografía disponibles.De la información relevada, es donde se va a apoyar el programa específico que se utilicepara los cálculos numericos. Cuando menos puntos relevados, menor información es laque 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 sentidoespecular con una rigurosa exactitud.Tampoco esto nos debe llevar al otro extremo y realizar el cómputo del movimiento desuelos a la ligera sin mayor prolijidad. Ni lo uno, ni lo otro, Ni volúmenes calculados contres decimales, ni método de las áreas medias con perfiles cada 300 metros.


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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 ala suma de las bases de los montes.

Reglas de Corini1- 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 yun valle de igual base.

3- De no ser posible la regla 2 , se trazaran horizontales comprendiendo mas valles y masmontes, de modo que la suma de las bases de los valles sea igual a la suma de lasbases de los montes.

4- La horizontal de distribución secundaria (dentro de una cámara auto compensada) debeser 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 desuelos 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 lalimpieza del terreno dentro de la zona de camino conforme a B.1, la ejecución de desmontes yfaldeos la construcción, profundización y rectificación de cunetas, causes, canales. La aperturade préstamos para la extracción de suelos, la remoción de materiales para destapes deyacimientos.

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 aldescubierto por la misma.

B.II 1.3 Sera parte de este ítem todo desbosque, destronque, limpieza ,preparación delterreno 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 estaespecificación, 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 enformación 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 mínimasexigidas para formar parte de los terraplenes.

B: la diferencia entre el volumen total de excavación, deducidas las excavaciones de suelosinaptos,ya indicadas en A y el volumen total de terraplén correspondiente al perfil tipo delproyecto.Se restaran los volúmenes utilizados en la formación de banquinas, revestimientos,

recubrimientos con suelos seleccionado, bases o subbases, multiplicados por sus respectivoscoeficientes de compactación.


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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 excavaciónse 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 ,serviránde 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 delcontrato, 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 losterraplenes, y en la formación de los mismos utilizando los materiales aptos provenientes delos distintos tipos de excavación, en un todo de acuerdo con lo indicado en los planos y loordenado por la supervisión.

Se deberá respetar en los distintos ítems de esta sección, lo establecido en el MEGA, Segúncorresponda.

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 métodode las medias de las áreas.

A este fin cada 100 metros o a menos distancia si la supervisión lo considera necesario, lamisma trazara un perfil del terreno después de compactado y antes de comenzar laconstrucción del terraplén.

Terminado el terraplén o durante la construcción si así lo dispone la supervisión, se levantarannuevos perfiles transversales en los mismos lugares que se realizaron antes de comenzar eltrabajo.

FORMA DE PAGO [B.III 6] :

El volumen de los terraplenes medidos en la forma especificada (posición definitiva) ,se pagaraal precio unitario de contrato estipulado para el ítem “Terraplenes”.

Dicho precio será compensación total por las operaciones necesarias para la limpieza delterreno, la construcción y conservación de los terraplenes y rellenos en la forma especificadaincluyendo los trabajos de compactación de la base de asiento del terraplén. Provisión de materiales aptos,Carga,Transporte y descarga de los materiales que componen elterraplén,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 deterraplén sobre el teóricamente calculado , aunque este dentro de las tolerancias dadas enB.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 M3 DE TERRAPLEN COMPACTADO

0,00

86,79

107,68

181,41

124,57

116,90

74,37

117,65

116,04

63,14

222,90

63,99

27,10

14,64

41,71

95,73

136,96

206,97

184,31

0,00

48,60

20,10

91,30

87,20

117,60

130,35

118,27

162,45

137,70

330,54

171,81

124,20

68,6778,84 81,76

93,75

132,80

59,22

0

50

100

150

200

250

300

350

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

DESMONTE COMPACTADO

TERRAPLEN COMPACTADO

0,00 38,19

125,76

215,88

253,25

252,55

196,57

195,95

149,54

74,98

-32,66

-140,48

-237,58

-291,62

-328,74

-314,77

-271,55

-197,38

-72,29

-350

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

V

O

L

U

M

E

N

S

U

E

L

O

DISTANCIAS METROS

Diagrama de BruckerDiagrama de masas


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EJEMPLO DE APLICACION

0,00

-137,50

-307,25-247,98

286,49

656,49

559,29

-88,21

-570,71

-800,00

-600,00

-400,00

-200,00

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00

Series1


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0,00

-98,21

-219,46-177,13

204,63

468,92

399,49

-63,01

-407,65

-500,00

-400,00

-300,00

-200,00

-100,00

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00

Series1


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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 delmovimiento de suelos.

3) Explique cuál es el método práctico para calcular el volumen de suelo entre dossecciones.

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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