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FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
INFORME
Titulo
DISEÑO GEOMÉTRICO HORIZONTAL EN PLANTA DEL EJE DE LACARRETERA
Autor (a):
HUANILO GONZÁLEZ YASIR
VILLAR POLO, Leny
Asesor:
CHÁVEZ SANCHEZ ELEAZAR ENRIQUE
Nuevo Chimbote – Perú
2015
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ÍNDICE
I. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 3
II. OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 4
III. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................ 5
3.1. CURVAS HORIZONTALES .......................................................................................................... 6
3.1.1. Empalmes básicos ........................................................................................................... 6
3.1.3. Empalme espiral clotoide ................................................................................................ 6
3.1.2. Empalme circular simple ................................................................................................ 6
3.2. Información de la curva ........................................................................................................... 7
3.3. Elementos de la curva ............................................................................................................. 7
3.4. Lista de coordenadas del eje de la curva ................................................................................. 8
IV. Croquis De La Poligonal Para La Obtención De Ángulos Y Coordenadas ....................................... 9
V. Determinación De Ángulos De La Poligonal ................................................................................. 10
VI. Cálculo De Las Coordenadas De Los Pi Para La Poligonal ............................................................ 11
VII. Determinación de los lados de la poligonal (Aproximación a metros) ....................................... 13
VIII. Fundamentos de Parámetros para el Diseño del tramo (1km)................................................. 14
a)
Velocidad Directriz Según DG- 2014 ............................................................................... 14
b)
Clasificación de la Red Vial.............................................................................................. 16
c)
Radios Mínimos y Peraltes Máximos según DG - 2014 .................................................. 18
d) Longitud de Tramos en Tangente ................................................................................... 19
IX. Plano de Diseño de Curvas Horizontales del Tramo (1km) .......................................................... 20
X. Cuadro de Elementos de Curvas Horizontales .............................................................................. 21
XI. Cuadro de los Estacados de los PC, PI, PT de las Curvas Horizontales ........................................ 21
XII. CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 23
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I. INTRODUCCIÓN
Una vez trazado la línea de gradiente y elegida la mejor ruta, en la etapa anterior, se
procederá a trazar la poligonal de la carretera, como también la obtención del trazado del
eje de las curvas horizontales del eje del camino en planta para 1 km. de la vía. En esta etapa
para el trazo de la poligonal se tendrá en cuenta que esta abarque la mayor cantidad posible
de los trazos de la línea de gradiente, así también manteniéndola lo más cercana posible a
la línea de gradiente, y que el trazo este compensado tanto en corte como relleno. Una vez
trazada la poligonal se procederá con el estacado cada 20m en tramos de tangencia y 10m
en curvas horizontales, obtención de ángulos (valor y sentido), azimut, rumbos, distancias,
proyecciones en los ejes x e y etc.
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II. OBJETIVOS
Objetivo General:
Trazar la poligonal de la vía la cual debe ser tomada la más cercana a la línea de
gradiente, compensándola entre corte y relleno.
Objetivos Específicos:
Obtención de las coordenadas de los diferentes puntos de la vía en el cual haremos
uso de una libreta, para el cálculo de azimuts, rumbos, proyecciones en el eje x y en
el eje y, cálculo de coordenadas.
Obtención del trazo de las tangentes del eje del camino en planta
Obtención del trazo de las curvas horizontales de eje del camino en planta
Cálculos de los elementos de curvas
Estacado de los tramos en tangencia y tramos de curva
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III. MARCO TEÓRICO
DISEÑO GEOMÉTRICO HORIZONTAL EN PLANTA DEL EJE DE LA CARRETERA
Los elementos geométricos de una carretera deben estar convenientemente relacionados, para
garantizar una operación segura, a una velocidad de operación continua y acorde con las
condiciones generales de la vía. Lo anterior se logra haciendo que el proyecto sea gobernado por un
adecuado valor de velocidad de diseño; y, sobre todo, estableciendo relaciones cómodas entre este
valor, la curvatura y el peralte. Se puede considerar entonces que el diseño geométrico propiamente
dicho se inicia cuando se define, dentro de criterios técnico – económicos, la velocidad de diseño
para cada Tramo homogéneo en estudio.
El alineamiento horizontal está constituido por alineamientos rectos, curvas circulares y curvas de
grado de curvatura variable que permiten una transición suave al pasar de alineamientos rectos a
curvas circulares o viceversa o también entre dos curvas circulares de curvatura diferente.
El alineamiento horizontal debe permitir una operación segura y cómoda a la velocidad de diseño.
Durante el diseño de una carretera nueva se deben evitar tramos en planta con alineamientos rectos
demasiado largos. Tales tramos son monótonos durante el día, especialmente en zonas donde la
temperatura es relativamente alta, y en la noche aumenta el peligro de deslumbramiento de las
luces del vehículo que avanza en sentido opuesto.
Es preferible reemplazar grandes alineamientos (superiores a un kilómetro con quinientos metros
(1.5 km)), por curvas amplias de grandes radios (dos mil a diez mil metros (2000 a 10000 m)) que
obliguen al conductor a modificar suavemente su dirección y mantener despierta su atención. Para
vías de sentido único no tiene sentido utilizar radios superiores a diez mil metros (10000 m). En el
caso de doble vía (en ambos sentidos), las condiciones de visibilidad pueden implicar radios de granmagnitud.
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3.1. CURVAS HORIZONTALES
3.1.1. Empalmes básicos. Descripción y cálculo de los elementos geométricos: A continuación se
hace la descripción general de las curvas y se indican los elementos que conforman los diferentes
tipos de curvas, dejando a la academia y a los libros de texto dedicados al diseño geométrico de
carreteras, las demostraciones de las fórmulas que definen la diferentes variables del diseño.
3.1.2. Empalme circular simple. Los empalmes curvas circulares presentan una curvatura constante,
la cual es inversamente proporcional al valor del radio. En el diseño de carreteras corresponde a un
elemento geométrico de curvatura rígida.
PI Punto de cruce de dos tangentes que
forman el empalme
PC Punto de inicio del empalme
PT Punto final del empalme
Δ Ángulo de deflexión en el PI, en grados o
radianes.
R Radio del arco circular, en metros
LC Longitud del arco circular, en metros
T Tangente del empalme, en metros
3.1.3. Empalme espiral clotoide. Este tipo define el empalme entre una recta y arco circular de radio
RC. Es el empalme básico para conformar los diferentes tipos de curvas espiralizadas.
La espiral Clotoide corresponde a la espiral con más uso en el diseño de carreteras ya que sus
bondades con respecto a otros elementos geométricos curvos permiten obtener carreteras
cómodas, seguras y estéticas.
Las principales ventajas de las espirales en alineamientos horizontales son las siguientes:
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Un empalme espiral diseñado apropiadamente proporciona una trayectoria natural y fácil
de seguir por los conductores, de tal manera que la fuerza centrífuga crece o decrece
gradualmente, a medida que el vehículo entra o sale de una curva horizontal.
La longitud de la espiral se emplea para realizar la transición del peralte y la del sobre ancho
entre la sección transversal en línea recta y la sección transversal completamente peraltada
y con sobre ancho de la curva.
El desarrollo del peralte se hace en forma progresiva, logrando que la pendiente transversal
de la calzada sea en cada punto, la que corresponda al respectivo radio de curvatura.
La flexibilidad de la Clotoide y las muchas combinaciones del Radio con la Longitud permiten la
adaptación del trazado a la topografía. Con el empleo de las espirales se mejora considerablemente
la apariencia en relación con curvas circulares únicamente. En efecto, mediante la aplicación de
espirales se suprimen las discontinuidades notorias al comienzo y al final de la curva circular.
3.2. Información de la curva: La información particular que requiere este tipo de curva es:
Para el tramo circular central: Radio (RC).Para cada una de las espirales (entrada y salida): Parámetro (A) o su longitud (Le).
Dependiendo de los valores ingresados para cada una dependerá si son simétricas o
asimétricas
Sentido de la curva.
3.3. Elementos de la curva
Los elementos que despliega la aplicación para esta curva son:
Valores únicos para la curva: Δ, longitud total (distancia entre el punto inicial y final), ΔC, LC.
Para cada espiral: Le, Parámetro (A), θe, Xe, Ye, XM, ΔR, Te.
En este mismo bloque se despliega información relacionada con la abscisa y las coordenadas N y E
de los puntos PI, TE, EC, CE, ET y centro de la curva.
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3.4. Lista de coordenadas del eje de la curva: Aparece el listado de coordenadas planas cartesianas
y polares del eje de la curva, el cual se presenta en forma de tabla con las siguientes columnas:
Tipo de punto. Punto inicial, TE, EC, CE, ET y punto final.
Abscisa del punto.
Coordenada Norte (N).
Coordenada Este (E).
Angulo positivo (α positivo). Ángulo medido desde la línea de referencia hasta el punto o
abscisa del eje de la curva. En el caso en que la línea de referencia corresponda a la Norte,
este ángulo corresponderá al azimut.
Distancia. Longitud calculada desde el punto de estación del equipo al punto a localizar dela curva.
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V. DETERMINACIÓN DE ÁNGULOS DE LA POLIGONAL
Vértice Valores de calculo Métodoempleado Valor del ángulo Sentidoa(cm) c(cm)
PI 1 2 0.9 cuerda 26° D
PI 2 2 2.8 cuerda 88°51' D
PI 3 2 1.7 cuerda 50°18' D
PI 4 2 1.5 cuerda 44°2' I
PI 5 2 2.3 cuerda 70°11' I
PI 6 2 2.5 cuerda 77°21' DPI 7 2 2.3 cuerda 70°11' I
PI 8 2 1.35 cuerda 39°26' I
PI 9 2 0.85 cuerda 24°32' I
PI 10 2 3.85 cuerda 148°31' D
PI 11 2 1.7 cuerda 50°18' D
PI 12 2 1.4 cuerda 40°58' I
PI 13 2 1.05 cuerda 30°26' I
PI 14 2 3.75 cuerda 139°16' I
PI 15 2 0.9 cuerda 26°0' D
PI 16 2 3.5 cuerda 126°5' D
PI 17 2 1.5 cuerda 44°2' D
PI 18 2 1.5 cuerda 44°2' I
PI 19 2 1.2 cuerda 34°54' I
PI 20 2 2 cuerda 60°0' D
PI 21 2 1.05 cuerda 30°26' D
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VI. CÁLCULO DE LAS COORDENADAS DE LOS PI PARA LA POLIGONA
PI Tramo Long(m) Angulos I Azimut(z) Proyecciones Coordenadas
Valor Sentido P(X)Sen θ
P(Y)Cos θ
Este (x) Norte (y)
I 799943.00 8900250.00
I - PI 1 135 170° 23.44 -132.94
799966.44 8900117.06
PI 1 26° D 799966.44 8900117.06
PI 1 -PI 2
113 144° 66.41 -91.41 800032.85 8900025.65
PI 2 88°51' D 800032.85 8900025.65
PI 2 -PI 3
102 55°9' 83.7 58.28 800116.55 8900083.93
PI 3 50°18' D 800116.55 8900083.93PI 3 -PI 4
94 4°51' 7.94 93.66 800124.49 8900177.59
PI 4 44°2' I 800124.49 8900177.59
PI 4 -PI 5
179 48°53' 134.85 117.7 800259.34 8900295.29
PI 5 70°11' I 800259.34 8900295.29
PI 5 -PI 6
141 119°4' 123.24 -68.5 800382.58 8900226.79
PI 6 77°21' D 800382.58 8900226.79
PI 6 -
PI 7
174 41°43' 115.78 129.88 800498.36 8900356.67
PI 7 70°11' I 800498.36 8900356.67
PI 7 -PI 8
150 111°54' 139.17 -55.94 800637.53 8900300.73
PI 8 39°26' I 800637.53 8900300.73
PI 8 -PI 9
156 151°20' 74.83 -136.87
800712.36 8900163.86
PI 9 24°32' I 800712.36 8900163.86
PI 9 -PI 10
126 175°52' 9.08 -125.67
800721.44 8900038.19
PI
10
148°31' D 800721.44 8900038.19
PI 10 -PI 11
88 27°21' 40.42 78.16 800761.86 8900116.35
PI11
50°18' D 800761.86 8900116.35
PI 11 -PI 12
170 337°3' -66.28 156.54 800695.58 8900272.89
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PI12
40°58' I 800695.58 8900272.89
PI 12 -PI 13
134 18°1' 41.44 127.42 800737.02 8900400.31
PI13 30°26' I 800737.02 8900400.31
PI 13 -PI 14
60 48°27' 44.9 39.79 800781.92 8900440.10
PI14
139°16' I 800781.92 8900440.10
PI 14 -PI 15
120 187°43' -16.11 -118.91
800765.81 8900321.19
PI15
26°0' D 800765.81 8900321.19
PI 15 -PI 16
162 161°43' 50.82 -153.82
800816.63 8900167.37
PI
16
126°5' D 800816.63 8900167.37
PI 16 -PI 17
50 39°38' 31.89 38.5 800848.52 8900205.87
PI17
44°2' D 800848.52 8900205.87
PI 17 -PI 18
106 355°36' -8.132 105.68 800840.39 8900311.55
PI18
44°2' I 800840.39 8900311.55
PI 18 -PI 19
245 39°38' 156.91 189.45 800997.30 8900501.00
PI19
34°54' I 800997.30 8900501.00
PI 19 -PI 20
84 74°32' 80.95 22.4 801078.25 8900523.40
PI20
60°0' D 801078.25 8900523.40
PI 20 -PI 21
256 14°32' 64.24 247.8 801142.49 8900771.20
PI21
30°26' D 801142.49 8900771.20
PI 21 -
PI 32
140 344°6' -38.35 134.64 801104.14 8900905.84
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VII. DETERMINACIÓN DE LOS LADOS DE LA POLIGONAL
(APROXIMACIÓN A METROS)
Tamo Long.Lados(m)
I - PI 1 135
PI 1 - PI 2 113
PI 2 - PI 3 102
PI 3 - PI 4 94
PI 4 - PI 5 179
PI 5 - PI 6 141
PI 6 - PI 7 174
PI 7 - PI 8 150
PI 8 - PI 9 156
PI 9 - PI 10 126
PI 10 - PI 11 88
PI 11 - PI 12 170
PI 12 - PI 13 134
PI 13 - PI 14 60
PI 14 - PI 15 120
PI 15 - PI 16 162PI 16 - PI 17 50
PI 17 - PI 18 106
PI 18 - PI 19 246
PI 19 - PI 20 84
PI 20 - PI 21 256
PI 21 - PI 32 140
Long. Total 2986
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VIII. FUNDAMENTOS DE PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DEL TRAMO (1Km)
a) Velocidad directriz según dg- 2014:
Ya que la carretera es de tercera clase, cuya orografía es accidentada; la velocidad
directriz a considerar es de 30km/h.
Es la velocidad escogida para el diseño, entendiéndose que será la máxima que se
podrá mantener con seguridad y comodidad, sobre una sección determinada de la
carretera, cuando las circunstancias sean favorables para que prevalezcan las
condiciones de diseño.
Es el proceso de asignación de la Velocidad de Diseño, se debe otorgar la máxima
prioridad a la seguridad vial de los usuarios. Por ello, la velocidad de diseño a lo largo
del trazado, debe ser tal, que los conductores no sean sorprendidos por cambios
bruscos y/o muy frecuentes en la velocidad a la que pueden realizar con seguridad
el recorrido.
El proyectista, para garantizar la consistencia de la velocidad, debe identificar a lo
largo de la ruta, tramos homogéneos a los que por las condiciones topográficas, se
les pueda asignar una misma velocidad. Esta velocidad, denominada Velocidad de
Diseño del tramo homogéneo, es la base para la definición de las características de
los elementos geométricos. Para identificar los tramos homogéneos y establecer su
Velocidad de Diseño, se debe atender a los siguientes criterios:
1.
La longitud mínima de un tramo de carretera, con una velocidad de diseño dada,
cada ser de tres(3,00) kilómetros, para velocidades entre veinte y cincuenta
kilómetros por hora(20 y 50 km/h) y de cuatro (4,0) km para velocidades entre
sesenta y cuento veninte kilómetros por hora )60 y 120 km/h).
2. La diferencia de la Velocidad de Diseño entre tramos adyacentes, no debe ser mayor
a veinte km/h.
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b)
Clasifica de la Red Vial: Según el manual de diseño geométrico DG-2014, la
clasificación se divide en dos secciones: Demanda y Orografía.
Por Demanda:
AUTOPISTAS DE PRIMERA CLASE: Son carreteras con IMDA (Índice Medio Diario Anual)
mayor a 6.000 veh/día, de calzadas divididas por medio de un separador central mínimo de
6,00 m; cada una de las calzadas debe contar con dos o más carriles de 3,60 m de ancho
como mínimo, con control total de accesos (ingresos y salidas) que proporcionan flujos
vehiculares continuos, sin cruces o pasos a nivel y con puentes peatonales en zonas urbanas.
La superficie de rodadura de estas carreteras debe ser pavimentada
AUTOPISTAS DE SEGUNDA CLASE: Son carreteras con un IMDA entre 6.00 0 y 4.001 veh/día,
de calzadas divididas por medio de un separador central que puede variar de 6,00 m hasta
1,00 m, en cuyo caso se instalará un sistema de contención vehicular; cada una de las
calzadas debe contar con dos o más carriles de 3,60 m de ancho como mínimo, con control
parcial de accesos (ingresos y salidas) que proporcionan flujos vehiculares continuos;
pueden tener cruces o pasos vehiculares a nivel y puentes peatonales en zonas urbanas.
La superficie de rodadura de estas carreteras debe ser pavimentada.
CARRETERAS DE PRIMERA CLASE: Son carreteras con un IMDA entre 4.000 y 2.001
veh/día, de con una calzada de dos carriles de 3,60 m de ancho como mínimo. Puede
tener cruces o pasos vehiculares a nivel y en zonas urbanas es recomendable que se
cuente con puentes peatonales o en su defecto con dispositivos de seguridad vial,
que permitan velocidades de operación, con mayor seguridad. La superficie de
rodadura de estas carreteras debe ser pavimentada.
CARRETERAS DE SEGUNDA CLASE: Son carreteras con IMDA entre 2.000 y 400
veh/día, con una calzada de dos carriles de 3,30 m de ancho como mínimo. Puede
tener cruces o pasos vehiculares a nivel y en zonas urbanas es recomendable que se
cuente con puentes peatonales o en su defecto con dispositivos de seguridad vial,
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que permitan velocidades de operación, con mayor seguridad. La superficie de
rodadura de estas carreteras debe ser pavimentada.
CARRETERAS DE TERCERA CLASE: Son carreteras con IMDA menores a 400 veh/día,
con calzada de dos carriles de 3,00 m de ancho como mínimo. De manera
excepcional estas vías podrán tener carriles hasta de 2,50 m, contando con el
sustento técnico correspondiente. Estas carreteras pueden funcionar con soluciones
denominadas básicas o económicas, consistentes en la aplicación de estabilizadores
de suelos, emulsiones asfálticas y/o micro pavimentos; o en afirmado, en la
superficie de rodadura. En caso de ser pavimentadas deberán cumplirse con las
condiciones geométricas estipuladas para las carreteras de segunda clase.
TROCHAS CARROZABLES: Son vías transitables, que no alcanzan las características
geométrica de una carretera, que por lo general tienen un IMDA menor a 200
veh/día. Sus calzadas deben tener un ancho mínimo de 4,00 m, en cuyo caso se
construirá ensanches denominados plazoletas de cruce, por lo menos cada 500 m.
La superficie de rodadura puede ser afirmada o sin afirmar.
Por Orografía:
Las carreteras del Perú, en función a la orografía predominante del terreno por donde
discurre su trazado, se clasifican en:
Terreno plano (tipo 1)
Tiene pendientes transversales al eje de las vías menores o iguales al 10% y sus
pendientes longitudinales son por lo general menores de tres por ciento (3%),
demandando un mínimo de movimiento de tierras, por lo que no presenta
mayores dificultades en su trazado.
Terreno ondulado (tipo 2)
Tiene pendientes transversales al eje de la vía entre 11% y 50% y sus pendientes
longitudinales se encuentran entre 3% y 6 %, demandando un moderado
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movimiento de tierras, lo que permite alineamientos más o menos rectos, sin
mayores dificultades en el trazado.
Terreno accidentado (tipo 3)
Tiene pendientes transversales al eje de la vía entre 51% y el 100% y sus
pendientes longitudinales predominantes se encuentran entre 6% y 8%, por lo
que requiere importantes movimientos de tierras, razón por la cual presenta
dificultades en el trazado.
Terreno escarpado (tipo 4)
Tiene pendientes transversales al eje de la vía superiores al 100% y sus
pendientes longitudinales excepcionales son superiores al 8%, exigiendo el
máximo de movimiento de tierras, razón por la cual presenta grandes
dificultades en su trazado.
La carretera se encuentra en:
Según demanda: Carreteras de Tercera Clase
Según orografía: Terreno accidentado (tipo 3)
c) Radios mínimos y peraltes máximos según dg - 2014
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d) Longitud de tramos en tangente
Según DG-2013, al ser una velocidad de 30km/h, se considera: Longitud mínima (m) para trazados en “S” (alineamiento recto entre
alineamientos con radios de curvatura de sentido contrario): 42
Longitud mínima (m) para el resto de casos (alineamiento recto entre
alineamientos con radios de curvatura del mismo sentido):
84
Longitud máxima deseable (m):
500
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X. CUADRO DE ELEMENTOS DE CURVAS HORIZONTALES
N° decurva
Io Radio (m) Tangente(m)
Long. Curva(m)
Cuerda (m) Externa (m) Flecha (m)
C1 26° 60 13.85 27.22 27 1.57 1.53
C2 88°51' 30 29.4 46.52 42 12 8.57
C3 50°18' 30 14.08 26.33 25.49 3.14 2.84
C4 44°2' 30 12.13 23.05 22.49 2.35 2.18
C5 70°11' 40 28.1 49 45.99 8.88 7.27
C6 77°21' 40 32.01 54 50 11.23 8.77
C7 70°11' 30 21.07 46.74 34.49 6.66 5.45
= ∗
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XI. CUADRO DE LOS ESTACADOS DE LOS PC, PI, PT DE LAS CURVAS
HORIZONTALES
Punto Tramo Longitud Progresivas
1 0 km 00 + 00+ 00
1 - PI 1 135
PI 1 135 km 00 + 12 + 15
T 1 13.85
PC 1 121.15 km 00 + 12 + 1.15
LC 1 27.22
PT 1 148.37 km 00 + 14 + 8.37
PT1 - PI2 99.15
PI 2 247.52 km 00 + 24 + 7.52T 2 29.4
PC 2 218.12 km 00 + 20 + 18.12
LC 2 46.52
PT 2 264.64 km 00 + 26 + 4.64
PT 2 - PI 3 72.6
PI 3 337.24 km 00 + 32 + 17.24
T 3 14.08
PC 3 323.16 km 00 + 32 + 3.16
LC 3 26.33
PT 3 349.49 km 00 + 34 + 9.49PT 3 - PI 4 79.92
PI 4 429.41 km 00 + 42 + 9.41
T 4 12.13
PC 4 417.28 km 00 + 40 + 17.28
LC 4 23.05
PT 4 440.33 km 00 + 44 + 0.33
PT 4 - PI 5 166.87
PI 5 607.2 km 00 + 60 + 7.2
T5 28.1
PC 5 579.1 km 00 + 56 + 19.1LC5 49
PT 5 628.1 km 00 + 62 + 8.1
PT5 - PI6 112.9
PI 6 741 km 00 + 74 + 1
T6 32.01
PC 6 708.99 km 00 + 70 + 8.99
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XII. CONCLUSIONES
Se logró obtener las coordenadas de los diferentes puntos en la vía en la cual hicimos
el cálculo de azimuts, rumbos y proyecciones en “x” y “y”.
Se logró el cálculo de los PC y PT por medio de las tangentes
Se lograron obtener las coordenadas parciales, gracias a las proyecciones en “x” y
“y”
LC6 54
PT 6 762.99 km 00 + 76 + 2.99
PT6 - PI7 141.99
PI 7 904.98 km 00 + 90 + 4.98
T7 21.07PC 7 883.91 km 00 + 88 + 3.91
LC7 40.41
PT 7 924.32 km 00 + 92 + 4.32