proyecto de carreteras ii

PROYECTO DE CARRETERAS I UNIV. NELSON HANS GUTIERREZ LIMACHI

PROYECTO DE CARRETERAS IELEMENTOS DE DISEÑO

GEOMETRICOS DE UNA CARRETERA (CURVAS HORIZONTALES Y CURVAS

VERTICALES)

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DISEÑO GEOMETRICO DE UNA CARRETERA

2.1 INTRODUCCIÓN

Para empezar el diseño de la carretera tanto alineamiento horizontal y alineamiento vertical debemos tener la carta geográfica del (IGM) Instituto Geográfico Militar ampliado a una escala de 1:10 000 para trazar las tangentes de la poligonal abierta.

Después de trazar la poligonal abierta debemos ampliar más la carta geográfica hasta tener una escala de 1: 1000 con su respectiva interpolación a cada metro de elevación y su poligonal abierta.

Aplicando criterios según la topografía del lugar y con las normas que detallan en el manual geométrico del SERVICIO NACIONAL DE CAMINOS , tales como los pendientes longitudinales máximos y mínimas, radios de curvaturas mínimos, longitudes de transición mínimas, el ancho del carril según la categoría de la carretera, y el diseño de los elementos de las curvas horizontales y verticales.

Para el diseño de las curvas verticales (alineamiento vertical) debemos realizar o graficas el perfil longitudinal de eje de la vía del terreno a la misma escala de la planimetría, respetando la relación 1:10.

Del perfil longitudinal realizado tenemos que ubicar los denominados puntos de intersección vertical (PIV) de la rasante o la capa de rodadura de la carretera respetando los cortes y los rellenos máximos que se deben realizar y la compensación del volumen de corte con el volumen del terraplén; para el respectivo diseño de las curvas verticales (parabólicas). Con sus elementos de cada curva sean estas curvas cóncavas o convexas de acuerdo a las tangentes verticales que fueron ubicados.

2.2 OBJETIVO

2.2.1 OBJETIVO GENERAL.

Obtener mejor interpretación de los conceptos que se que se enunciaron durante el desarrollo del contenido de la metería CARRETERAS I.

El desarrollo de la etapa de la factibilidad del proyecto carretero cuya finalidad es el diseño del alineamiento vertical y horizontal.

2.2.2 OBJETIVO ESPECIFICO

Diseño del alineamiento horizontal y el alineamiento vertical con sus elementos de diseño de cada curva PI y PIV respectivamente.

Categorizar la carretera de esta manera obtener algunos datos para el diseño de los alineamientos vertical y horizontal.

Aplicar el diseño del las curvas horizontales en cada PI con sus respectivos elementos de diseño respetando las condiciones mínimas y máximas.

Realizar el perfil longitudinal para el desarrollo de la ubicación de los puntos de intersección verticales y su respectivo diseño de curvas verticales en cada PIV.

2.3 UBICACIÓN

Como referencia, La ubicación geométrica de la carretera en sus coordenadas reales según Instituto Geográfico Militar, tanto del punto de inicio (PI-0 progresiva cero) y del punto final de la carretera (PF progresiva 2+001.951).

2.3.1 COORDENADAS DE LOS PUNTOS DE INTERSECCIÓN

Los puntos de intersección de las curvas horizontales en este proyecto tenemos diez puntos de intersección (PI), las cuales están bien definidas por sus coordenadas, los ángulos de deflexión y el peralte máximo de diseño los cuales mostramos en el siguiente cuadro.

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CATEGORIA DE LA CARRETERA

CARACTERISTICAS 1) CRITERIO DE CLASIFICACION 2)VELOCIDADES DIRECTRICES

(Km/h) 3)

PENDIENTES MAXIMAS

(%)

ANCHO DE CARRIL

(m)

ANCHO DE BERMAS

(m)

DERCHO DE VIA(m)

0

Doble calzada Dos o mas carriles por

dirección Control total de acceso

TMDA mayor de 15000 VHD corresponde a nivel de servicio C Función de total prioridad: movilidad

120 – 80 3 – 5 3.65 – 3.50 3.50 – 3.00 100

I.A

Doble calzada Dos o más carriles por

dirección Control parcial de acceso

TMDA mayor de 5000 VHD corresponde a nivel de servicio C o

superior Función mas importante movilidad

120 – 70 3 – 6 3.65 – 3.50 3.50 – 2.50 100 – 50

I.B Calzada simple Dos carriles Control parcial de acceso

TMDA mayor de 1500 VHD corresponde a nivel de servicio igual

o superior al C o D120 – 70 3 – 7 3.65 – 3.50 3.00 – 2.50 100 – 50

II Calzada simple Dos carriles

TMDA mayor de 700100 – 50 4 – 8 3.65 – 3.35 3.00 – 2.00 100 – 50

III Calzada simple Dos carriles

TMDA mayor de 30080 – 40 6 – 8 3.50 – 3.00 3.00 – 1.00 80 – 40

IV Calzada simple Dos carriles

TMDA mayor de 200 4)80 – 30 7 – 10 3.35 – 3.00 3.00 – 0.50 50 – 30

2.4 CATEGORÍA DE LA CARRETERA (CATEGORÍA II) cuadro 1.2

1) Donde no se indica el tipo de control de acceso este puede ser parcial o no existir según cada caso.2) Los valores del TMDA (Transito Diario Medio Anual) -expresados en vehículos/día- y los niveles de servicio al que corresponde el VHD (Volumen Horario de Diseño) son a los Diez años de habilitada la obra. Donde no se identifica la función, esta dependerá de cada caso particular. Cuando no se indique el VHD, este debe corresponder a las condiciones cualitativas de operación de nivel de servicio C o D, según las condiciones prevalecientes del transito y la calzada, aunque según el manual de capacidad de caminos esos niveles no están definidos para velocidades directrices inferiores a 72 y 64 Km/h respectivamente.3) La elección de la velocidad directriz dependerá de las dificultades que ofrezca el terreno el rango es solo indicativo.4) En el caso particular de la categoría IV el TMDA corresponde al año de habilitado

2


En el diseño de nuestra carretera primeramente tomamos su ubicación topográfica y su pendiente longitudinal, de acuerdo a esto adaptamos la categoría II.Donde al categorizar la carretera obtenemos los siguientes datos que se muestran en el cuadro 1.2 utilizados en el diseño de este tramo carretero PI son los que nos dan la referencia para trazar las tangentes de la carreteras y de acuerdo a las normas de la SNC (Servicio Nacional de Caminos) las pendientes máximas (10 %) y las pendientes mínimas (0.5 %) se toman muy en cuenta para el trazado de las tangentes (poligonal abierta). Ya que las tangentes dan lugar al procedimiento de diseño de las curvas horizontales con sus respectivos elementos y criterios.

2.5 ALINEAMIENTO HORIZONTAL

2.5.1 ELEMENTOS DEL ALINEAMIENTO HORIZONTAL

Los elementos del alineamiento horizontal representado gráficamente con la planimetría respectiva en la escala de 1: 1000 donde están diseñadas todos los elemento del alineamiento horizontal tales como las tangentes y las curvas horizontales, geográficamente ubicado con sus coordenadas respectivas de cada punto de intersección y su ubicación respecto al nor te (Azimut)

Como también se conoce teóricamente tenemos que hacer las progresivas de cada punto principal tales como el principio de curva y el final de curva de cada PI; las progresivas de cada 20 metros longitudinales en los tramos rectos y las progresivas a cada 10 metros en los tramos curvos o las curvas horizontales, para el proyecto solo se realizo las progresivas cada 50 m

Las curvas de nivel están interpoladas cada un metro con sus respectivas cotas o elevaciones.

Estos elementos del alineamiento horizontal son los siguientes:

Curvas de nivel a cada metro de desnivel. Poligonal abierta o las tangentes. Las progresivas a cada 50 metros en todo el tramo Los ángulos de deflexión. Puntos de intercesión. Azimut de cada punto de intersección. Radios de curvatura de diseño. Anchos de carril y ancho de la calzada y berma. Entre tangencias horizontales. Cuadricula donde indica las coordenadas (cada 100 metros al Norte y al Este). Referencia del norte magnético.

2.5.2 PARÁMETROS DE DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERA

En los tramos curvos o en cada punto de intersección es indispensable realizar los denominados PERALTE donde según la norma nos dice que es preferible trabajar con límite máximo, los indicados como deseables, para la selección del peralte se tiene que considerar algunas descripciones de la zona, para el proyecto se eligió zona Rural con probabilidad de hielo o acumulación de nieve sobre la calzada nos da como un parámetro de peralte máximo de 6%, que evitará que el vehículo salga fuera de la curva horizontal. Pero por diferentes circunstancias de velocidad el peralte puede ser:

Cuando la velocidad de circulación es igual a la velocidad de equilibrio, podemos calcular con la siguiente fórmula:

Cuando la velocidad de circulación es igual a la velocidad excesiva y es mayor a la velocidad de diseño, se puede calcular con la siguiente ecuación:

3


Cuando la velocidad de circulación es igual a la velocidad reducida y menor a la velocidad de diseño o equilibrio se puede calcular con la siguiente ecuación:

Pero en este proyecto para el diseño de curvas horizontales aplicamos como peralte máximo, de alguna descripción de la zona como dice la norma del S.N.C. (Servicio Nacional de Caminos) actualmente A.B.C. que adoptamos (e=6%) en todos los tramos curvos.

2.5.3 COEFICIENTE DE FRICCION

El coeficiente de fricción transversal del diseño de la carretera es la fuerza que se opone a la circulación del vehículo producto del contacto de las ruedas del vehículo con la capa de rodadura.Este coeficiente puede depender de varios factores físicos que se presentan durante la circulación del vehículo pero en el manual de SNC proporciona la ecuación para su cálculo un cuadro de valores admisibles del coeficiente de fricción transversal, para el proyecto se trabajo con el cuadro 1.3

Dónde:V = Es la velocidad de diseño en el lugar expresados en (km/h).

Velocidades directriz (Km/h)

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

f 0.18 0.17 0.16 0.15 0.15 0.14 0.13 0.13 0.12 0.11

En este diseño de geométrico necesariamente necesitamos el coeficiente de fricción para el cálculo de los radios mínimos de curvatura para esto en la siguiente tabla presentamos los coeficientes de fricción en cada punto de intersección.

Cuadro de descripción de los punto PI

Punto de Intersección PI

Velocidad (Km/h)

Fricción

PI – 1 100 0.13PI – 2 100 0.13PI – 3 100 0,13PI – 4 90 0,13PI – 5 90 0,13PI – 6 90 0,13PI – 7 90 0,13PI – 8 80 0,14PI – 9 60 0,15

PI – 10 90 0,13

2.5.4 RADIO MINIMO DE CURVATURA

Para cada curva horizontal se fueron diseñando y se calcularon los radios mínimos de curvatura utilizando la velocidad de diseño para este cálculo utilizamos la siguiente ecuación establecida por S.N.C. (Servicio Nacional de Caminos).

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Donde: Rmin = Radio mínimo de curvatura calculada.V = Velocidad de diseño.Emax = Peralte máximo que se presenta en la curvatura (6%)f = Coeficiente de fricción transversal.

Se puede utilizar este valor de radio de curvatura pero para mayor seguridad debemos adoptar radios de curvatura mayores a radios de curvatura mínima R>Rmin. En el cálculo se muestra los radios de curvatura mínimas y los radios de curvaturas adaptados en cada punto de intersección, también mostramos estos valores en la siguiente tabla:

Punto de intersección PI

Velocidad (Km/h)

R mínimo R adoptado

PI – 1 100 414 415

PI – 2 100 414 415

PI – 3 100 414 415

PI – 4 90 414 415

PI – 5 90 335.7 336

PI – 6 90 335.7 336

PI – 7 90 335.7 336

PI – 8 80 252. 252

PI – 9 60 135 135

PI – 10 90 335.7 336

2.5.5 BOMBEO

En el diseño de la carretera es indispensable diseñar el bombeo con una pendiente determinada por el tipo de calzada y la zona donde se encuentra ubicada (departamento de Potosí), el porcentaje de bombeo se eligió el tipo de calzada es pavimento flexible con carpeta asfáltica y la zona Seca y el diseño de sus respectivas Bermas en ancho y su pendiente.

El objetivo de este diseño es el de desalojar las aguas de lluvia por calzada a las cunetas, desalojar los basurales, las piedras y el polvo que caen a la calzada. En este diseño adoptamos como el valor de bombeo de 2 % y berma de 5 % para carreteras con pendiente longitudinal hacia un solo sentido de dos carriles de circulación.

2.5.6 PERALTE

Es denominado a la pendiente transversal que se da en los tramos curvos del tramo de la carretera este valor es el alcanzado en el tramo central de la curva Según SNC. En las zonas rurales con probable acumulación de nieve o hielo sobre la calzada y en zonas de desarrollo urbano de alto tráfico se debe adoptar como el valor máximo deseables es de 6 % para el proyecto.

Como se menciona anteriormente en nuestro caso es una zona rural con muchas probabilidades de acumulación de hielo y nieve por que la cota de terreno está entre los 4200 metros sobre el nivel del mar y esta sobre el altiplano.

2.5.7 DISEÑO DEL ALINEAMIENTO HORIZONTAL

En la planimetría de este proyecto carretero está definido por una poligonal abierta conformada por rectas tangentes que se interceptan en los puntos de intersección (PI), cada una de estas rectas tangentes están

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PROYECTO DE CARRETERAS I UNIV. NELSON HANS GUTIERREZ LIMACHI Definidas con sus coordenadas, y su ángulo de partida referidos al norte (acimut) y sus ángulos de deflexión definidos.

Punto PI Deflexión(0)Acimut

Tg Entrada Tg SalidaPI – 1 43 – 4 – 28 170 – 56 – 29 30 – 0 – 56PI – 2 28 – 30 – 28 214 – 0 - 56 62 – 31 – 24 PI – 3 12 – 42 – 48 242 – 31 – 24 75 – 14 – 12PI – 4 4 – 33 – 10 255 – 14 - 12 70 – 41 - 2PI – 5 18 – 8 – 55 250 – 41 - 2 52 – 32 – 6PI – 6 5 – 7 – 40 232 – 32 - 6 57 – 39 - 47PI – 7 14 – 4 – 3 237 – 39 - 47 72 – 28 – 49PI – 8 10 – 40 - 14 252 – 28 - 49 61 – 40 – 36PI – 9 17 – 5 – 36 241 – 48 - 36 44 – 42 – 59PI – 10 38 – 31 – 42 224 – 42 - 59 6 – 11 – 17PI – 11 7 – 58 – 10 186 – 11 - 17 358 – 12 - 36

2.5.7.1 CURVAS HORIZONTALES

2.5.7.1.1 CURVA CIRCULAR SIMPLE

En el diseño de este tramo carretero solo se realizo pura curvas simples en los 10 PI (puntos de intersección).

Este tipo de curva generalmente es utilizado para un diseño en tramos con suficiente espacio para el giro adecuado de la transición de peralte y es una curva más sencilla para realizar su diseño.

Para su diseño correspondiente se debe seguir los pasos:

Definir los puntos de intersección (Pl) con sus respectivos coordenadas (Norte, Este, Elevación), la progresiva de los puntos de intersección, el Angulo de deflexión, y sus tangentes de entrada y de salida.

Debemos definir los parámetros de diseño a utilizar en el proyecto de acuerdo a sus factores físicos (topografía, geología), su respectiva velocidad de diseño, radio de curvatura mínima, radio de curvatura de diseño, pendientes longitudinales, valores de los bombeos y peralte máximos y las distancias de visibilidad.

Debemos calcular el radio mínimo de curvatura con la siguiente fórmula:

De acuerdo al valor de radio mínimo de curvatura adoptamos el valor de radio de curvatura. Se deben definir los valores a utilizarse en el proyecto referente a sus radios sin descuidar la relación:

Radop >Rmin y la relación Lt adop > Lt min.Debemos diseñar los elementos de la curva simple para cada punto de intersección (PI) los cuales serán: Tangente (T), Longitud de curva (Lc), Cuerda larga (CI), la externa (E) y la media (M) con sus respectivas fórmulas de cálculo:

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El procedimiento de estos cálculos se ve en la memoria de cálculo.

Veremos algunos cuadros con los detalles de cada punto de intersección PI

PI – 1 (CURVA SIMPLE)

DEFLEXON Δ 19°12'00'' sexagesimal

FRICCION MAXIMA f 0.13 ……..

VELOCIDAD DE DISEÑO Vd 100 Km / h

RADIO DE CURVATURA Rc 414.4 metros

TANGENTE T 69.4 metros

LONGITUD DE CURVA Lc 137.4 metros

CUERDA LARGA Cl 136.8 metros

CUERDA EXTERNA E 5.8 metros

MEDIANA M 5.68 metros


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CUERDA LARGA Cl 101 metros













8




























LONGITUD DE CURVA Lc 82 metros



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RADIO DE CURVATURA Rc 252 metros




CUERDA EXTERNA E 26 metros






RADIO DE CURVATURA Rc 135 metros












LONGITUD DE CURVA Lc 41 metros


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PLANILLA PROGRESIVAS DE LOS PUNTOS PRINCIPALES DEL ALINEAMIENTO HORIZONTAL

(CURVAS SIMPLES)

PI PC FC

1 0 + 083.69 0 + 220.98

2 0 + 265.37 0 + 438.78

3 0 + 503.32 0 + 605.32

4 0 + 638.95 0 + 861.33

5 0 + 896.55 0 + 997.08

6 1 + 130.11 1 + 166.16

7 1 + 308.26 1 + 389.03

8 1 + 431.98 1 + 653.76

9 1 + 684.68 1 + 783.10

10 1 + 909.28 1 + 940.45

2.6 ALINEAMIENTO VERTICAL

2.6.1 PERFIL LONGITUDINAL

La sección transversal (alineamiento vertical), de este tramo carretero está en la misma escala de 1:1000 horizontal y 1:100 en lo vertical, así de esta forma respetando la relación 1:10.Las distancias parciales están a cada 50 metros, de esta forma la distancia acumulada, acumula cada 50 metros.

También veremos las progresivas de los puntos principales del diseño de las curvas horizontales tales como Principio de curva, Final de curva en las curvas simples; TE, EC, CE.

2.6.2 ELEMENTOS DEL ALINEMIENTO VERTICAL

El diseño del alineamiento vertical del tramo carretero es el trazado de las líneas con pendientes constantes entre los puntos de intersección vertical continuos (PIV).

En el alineamiento vertical está las curvas verticales parabólicas ayudando a la normal circulación y comodidad del vehículo que circularan por esta carretera.

En el alineamiento vertical está relacionado directamente con el relieve de terreno, donde también debe estar la rasante de la carretera, los volúmenes de corte y de relleno a ejecutarse también se ven en el alineamiento vertical.

El alineamiento vertical está representado mediante coordenadas en la cual en el eje de las abscisas representaremos a las distancias parciales y acumuladas con sus respectivas localizaciones (progresivas) de aquellos puntos principales que intervienen en el diseño del alineamiento vertical y en el eje de las ordenadas está representado las elevaciones de cada punto del terreno original.

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También están los parámetros o los elementos de diseño en cada curva vertical, pendientes longitudinales de entrada y de salida de cada curva los puntos de intersección verticales (PIV), las progresivas de principio de curva vertical y el final de la curva vertical, la longitud de curva vertical en proyección horizontal.

El trazo del perfil tiene una distancia horizontal de 2 Km2.6.2.1 DISEÑO DEL ALINEAMIENTO VERTICAL

Debemos definir los parámetros de diseño como la pendiente longitudinal máxima, factores físicos, topográficos.

Debemos trazar tangentes que representaran la rasante de la carretera con su respectivo pendiente longitudinal mismas que están definidas por sus PIV.

Analizando los cuatro criterios para el diseño de la curva vertical (longitud de curva vertical en proyección horizontal). De donde en este proyecto lo realizamos con dos criterios que son: Criterio de la comodidad y el Criterio de la apariencia estética.

2.6.2.2 PENDIENTE LONGITUDINAL MÁXIMA

La categoría adoptada para el diseño es Categoría ll entonces la pendiente longitudinal máxima está dada por la siguiente tabla:

Categoría Velocidad Pendiente

II 100-50 km/h 4-8%

Nota: El terreno era muy pronunciado para lo cual no se cumplió el rango especificado para la categoría II, el proyecto se realizo con algunas pendientes pero respetando la máxima pendiente que es 10 % y la mínima de 0.5 %

PUNTO DE INICIO Y FINAL

PUNTO C terreno C rasante

A 4859.6 4859.62

B 4816.1 4816.11

2.6.2.3 RAZON DE DIVERGENCIA EN CURVAS VERTICALES

Denominamos como razón de divergencia a la diferencia entre las pendiente de salida y de entrada a la curva vertical en cualquier tipo de curva ya sea cóncava o convexa.

(n y m con su propio signo).

2.6.2.4 LONGITUD DE LA CURVA VERTICAL

La curva vertical parabólica tiene una razón de variación de pendiente constante de tal forma que si L es proyección de la curva sobre la horizontal entonces la longitud de la curva vertical se calculará con la siguiente ecuación:

Lmin = KaDonde:

L debe ser mayor a Lmin.

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La constante (k) se debe calcular con cualquiera de los cuatro criterios, pero en este diseño aplicamos el criterio de la apariencia estética y el criterio de la comodidad, adoptando como K min al valor mayor de los dos criterios.

ó .

2.6.2.5 DISEÑOS DE ORDENADAS DE CURVAS VERTIVALES

En el manual del S.N.C. nos dan dos tipos de curva vertical simétricas y asimétricas para hallar las ordenadas del diseño de la curva vertical y la cota rasante

Curva Simétrica

Curva Asimétrica

CURVAS CONVEXAS

.CURVAS CONCAVAS

Para el replanteo topográfico de curvas verticales.

2.6.2.6 PUNTO DE INFLECCION EN CURVAS VERTICALES

La pendiente en un punto cualquiera en una curva es igual a la tangente de curva en ese mismo punto.

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PROYECTO DE CARRETERAS I UNIV. NELSON HANS GUTIERREZ LIMACHI El punto de inflexión en curvas convexas da el punto más alto de la curva vertical, mientras en curvas cóncavas el punto de inflexión ya da en el punto más bajo de la curva.

2.6.2.7 PLANILLA DE REPLANTEO DE CURVAS VERTICALES (CV)

PLANILLA DE REPLANTEO DE LAS PROGRESIVAS DE LOS PUNTOS PRINCIPALES DE PIV CON SUS COTA DE TERRENO Y RASANTE

PUNTOSPunto de Intersección Vertical

Cota terreno Cota rasante progresiva

PIV-1 4855.06 4856.6 0 + 065.85

PIV-2 4860 4860.59 0 + 155.83

PIV-3 4888.02 4887.92 0 + 445.62

PIV-4 4910 4908.2 0 + 698.38

PIV-5 4892.17 4892.11 0 + 890.39

PIV-6 4878.13 4878.09 1 + 031.58

PIV-7 4850 4850.03 1 + 325

PIV-8 4823.44 4825.43 1 +617.13

PIV-9 4834.93 4833.03 1 + 770.41

PLANILLA DE LA RAZON DE DIVERGENCIA

PIV ( m ) % ( n ) % ACóncava oConvexa

PIV-1 9.27 4.63 -4.64 CONCAVA

PIV-2 4.95 9.67 4.72 CONCAVA

PIV-3 9.67 8.64 -1.03 CONVEXA

PIV-4 8.64 -9.38 -18.02 CONVEXA

PIV-5 -9.38 -9.95 -0.57 CONVEXA

PIV-6 -9.95 -9.59 0.36 CONCAVA

PIV-7 -9.59 -9.32 0.27 CONCAVA

PIV-8 -9.32 7.00 16.32 CONCAVA

PIV-9 7.00 -8.36 -15.36 CONVEXA

Las cóncavas y convexas pueden aparecer depende al terreno

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