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REPLANTEOS DE OBRA Y APLICACIONES Un acercamiento a la topografía de obra desde un punto de vista práctico. De la recepción del proyecto y la elección de la instrumentación, hasta los procesos constructivos

SERGIO LUQUE ALCÁCER Ingeniero Técnico en Topografía Profesor de Ciclo Formativo, Familia, Edificación y Obra Civil

LUIS ALARCÓN ABIÉTAR Ingeniero Técnico en Topografía Experto docente Servef-Formador Ocupacional Profesor asociado Universidad Politécnica de Valencia Profesor Ciclo formativo, Familia, Edificación y Obra Civil (Enseñanza Concertada)

Valencia, 2009

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© SERGIO LUQUE ALCÁCER LUIS ALARCÓN ABIÉTAR

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La presente publicación surge con la intención de cubrir el nexo de unión entre la topografía de replanteo teórica, y su aplicación práctica a los diferentes procesos de ejecución de la obra civil y de edificación de hoy en día.

Actualmente, existen multitud de procesos constructivos e instrumentación utilizados en la ejecución de los infinitos elementos que definen un proyecto. Dada la imposibilidad de abarcar a todos ellos, hemos descrito aquellos que consideramos más generales según nuestra experiencia en obra.

Agradecemos su colaboración a las personas que nos han apoyado a lo largo de este proyecto. Este libro es también un poco vuestro.

A nuestras familias y, especialmente, a Arantxa, Luisa, Queralt y Arnau.

A Pascual Garrigues, docente de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Geodésica, Cartografía y Topográfica.

A los responsables del laboratorio de instrumentos topográficos de la Universidad Politécnica de Valencia.

A Alfonso Pérez, Francis Guillamón, Rubén Blasco, Alfredo Granell, Daniel Gómez, Mar González, Sergio Rodríguez y Tomás García.

A Sonia Moreno de Nivela A Marc Bos y Teresa Bueso de Geoconcept SL. A Rubén Cubel y Maribel Pros de Leica Geosystems.

A Julio del Río y Raymond Sandgren de Al-Top. A Luis Ros de Trimble Ibérica.

A Jorge, Christian, Diego y Dani de Inlandgeo Valencia.

En especial a Alberto Gómez del Grupo Inlandgeo y a Topcon, por su apoyo y respaldo al proyecto.

Los autores

Índice Tema 1.

EL PROYECTO DE INGENIERÍA CIVIL Y DE EDIFICACIÓN. PLANOS Y DATOS DE REPLANTEO EN LOS PROYECTOS 1.

EL PROYECTO DE INGENIERÍA CIVIL Y EDIFICACIÓN .......................

17

2.

PLANOS Y DATOS DE REPLANTEO EN LOS PROYECTOS ...................

18

3.

CONCEPTO DE REPLANTEO ......................................................................

27

4.

CONDICIONES A CUMPLIR POR EL REPLANTEO .................................

28

5.

RED DE BASES DE REPLANTEO ...............................................................

28

6.

INTRODUCCIÓN GEOMETRÍA DE UN PROYECTO LINEAL .................

30

7.

NECESIDAD DE ESTUDIO DEL PROYECTO ............................................

30

Tema 2.

INSTRUMENTACIÓN DE PRECISIÓN: ESTACIÓN TOTAL, NIVELES, GPS, LASER ESCÁNER Y MAQUINARIA 1.

NECESIDAD DE LA INSTRUMENTACIÓN ...............................................

31

2.

CLASIFICACIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN ........................................

31

3.

LA ESTACIÓN TOTAL ...................................................................................

3.1. Evolución histórica ...................................................................................

3.2. Elementos de una estación total ..............................................................

3.3. Estacionamiento y horizontalización de la estación total ......................

3.4. Los angulos medidos por la estacion total...............................................

3.5. Tipos de estacion total ..............................................................................

3.6. Aplicaciones para estación total. funciones programadas ......................

32 32 34 36 37 38 42

4.

EL NIVEL ........................................................................................................

4.1. El nivel óptico automático ........................................................................

4.2. Nivel digital ..............................................................................................

4.3. El nivel y la tecnologia laser ...................................................................

48 48 50 50

5.

GPS ..................................................................................................................

5.1. Tipos de posicionamiento con gps ............................................................

5.2. Ventajas e desventajas del gps en replanteos de obra ............................

52 55 56

10

ÍNDICE

6.

LÁSER ESCÁNER ..........................................................................................

58

7.

MAQUINARIA 3D...........................................................................................

58

8.

ECOSONDA, GPS Y BATIMETRÍAS ............................................................

59

9.

CALIBRACIÓN DEL INSTRUMENTAL.......................................................

60

10. COMPROBACION DEL INSTRUMENTAL..................................................

61

11. PRECAUCIONES EN EL MANEJO DEL INSTRUMENTAL .....................

66

Tema 3.

ACCESORIOS TOPOGRÁFICOS, MEDIOS AUXILIARES E INSTRUMENTOS DE REPLANTEO: CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES 1.

ELECCION DEL MATERIAL DE REPLANTEO .........................................

69

2.

ACCESORIOS DEL INSTRUMENTAL TOPOGRÁFICO ............................

69

3.

MATERIALIZACIÓN DEL REPLANTEO.....................................................

73

4.

MEDIOS AUXILIARES ..................................................................................

76

Tema 4.

ERRORES EN TOPOGRAFÍA. INDICES DE PRECISIÓN 1.

ERRORES EN TOPOGRAFÍA .......................................................................

77

2.

ESTIMADORES DE LA DIPERSIÓN: VARIANZA Y DESVIACIÓN TÍPICA.....................................................................................................................

80

3.

ERRORES A PRIORI EN PLANIMETRÍA....................................................

83

4.

ERRORES EN RADIACIÓN Y REPLANTEO PLANIMETRICO ................

86

5.

ERRORES A PRIORI EN ALTIMETRÍA, NIVELACIÓN GEOMÉTRICA ..

87

6.

ERRORES CON GPS ......................................................................................

88

7.

EVITAR LOS ERRORES ................................................................................

88

ÍNDICE

11

Tema 5.

PREVISIÓN EN EL REPLANTEO. DATOS Y CROQUIS DE REPLANTEO 1.

PREVISIÓN Y COORDINACIÓN ENTRE REPLANTEO EJECUCIÓN .....

91

2.

EL CROQUIS DE REPLANTEO.....................................................................

2.1. Necesidad ..................................................................................................

2.2. Levantamientos puntuales para encajes y ajustes .................................

92 92 92

3.

EL LISTADO DE REPLANTEO ....................................................................

92

4.

ARCHIVO DE REPLANTEO .........................................................................

94

Tema 6.

PLANIMETRÍA: MÉTODOS DE REPLANTEO. LA RED DE REPLANTEO 1.

PLANIMETRÍA ...............................................................................................

95

2.

ELEMENTOS BÁSICOS PARA EL CÁLCULO DE COORDENADAS PLANIMÉTRICAS .................................................................................................

2.1. El azimut...................................................................................................

2.2. El azimut recíproco...................................................................................

2.3. Trabajos con el aparato orientado ...........................................................

2.4. La desorientación .....................................................................................

2.5. Cálculo de coordenadas ............................................................................

2.6. Método de bisección ..................................................................................

95 95 95 96 97 97 98

3.

SISTEMAS DE REFERENCIA CARTESIANOS ..........................................

3.1. Coordenadas rectangulares .....................................................................

3.2. Coordenadas polares ................................................................................

3.3. Paso de rectangulares a polares y viceversa ...........................................

3.4. Cambio de base .........................................................................................

99 99 99 99 99

4.

CONCEPTO DE REPLANTEO PLANIMÉTRICO .......................................

4.1. Replante externo ......................................................................................

4.2. Replanteo interno .....................................................................................

100 100 101

5.

PROCEDIMIENTO DE REPLANTEO PLANIMÉTRICO CON ESTACIÓN TOTAL .............................................................................................................

101

Tema 7.

GEOMETRIA DE TRAZADOS. ESTADO DE ALINEACIONES 1.

ESTADO DE ALINEACIONES ......................................................................

103

2.

LA RECTA .......................................................................................................

103

12

ÍNDICE

2.1. Cálculos de la recta ..................................................................................

2.2. Elementos de la ecuación de una recta....................................................

2.3. Formas de la ecuación de una recta.........................................................

2.4. Intersección de rectas ...............................................................................

2.5. Alineaciones perpendiculares ..................................................................

2.6. Alineaciones paralelas..............................................................................

2.7. Alineación retranqueada ..........................................................................

2.8. Bisectrices .................................................................................................

104 104 105 106 106 107 108 109

3.

ESTADO DE ALINEACIONES ......................................................................

3.1. Planimetría ...............................................................................................

3.2. Altimetría..................................................................................................

110 110 112

4.

MARCADO DE ALINEACIONES RECTAS ..................................................

113

Tema 8.

CURVAS CIRCULARES Y DE TRANSICIÓN. ENLACES 1.

MODOS DE ENLACE DE RECTAS EN EL ESTADO DE ALINEACIONES ..................................................................................................................

115

2.

LA CURVA CIRCULAR ..................................................................................

2.1. Elementos de la curva circular ................................................................

2.2. Método de cálculo .....................................................................................

2.3. Métodos de replanteo ...............................................................................

2.4. Curvas circulares de n centros.................................................................

2.5. Inconvenientes de las curvas circulares en los trazados de carretera ...

116 116 117 118 118 119

3.

LA CURVA DE TRANSICIÓN .......................................................................

3.1. Características ..........................................................................................

3.2. Elementos .................................................................................................

3.3. Modo de cálculo.........................................................................................

3.4. Sistemas cartesianos de la clotoide .........................................................

3.5. Método de replanteo .................................................................................

3.6. Tipos de enlaces entre clotoides ...............................................................

119 120 121 121 123 124 124

4.

CÁLCULO DE RECTAS NORMALES AL EJE DEL TRAZADO .................

125

Tema 9.

ALTIMETRÍA: RASANTE, PERFIL LONGITUDINAL, ACUERDO VERTICAL

1.

ALTIMETRÍA FRENTE A PLANIMETRÍA ..................................................

127

2.

EL PERFIL LONGITUDINAL .......................................................................

127

3.

DIAGRAMAS DE CURVATURA ....................................................................

131

ÍNDICE

13

4.

ACUERDOS VERTICALES............................................................................

4.1. Elementos .................................................................................................

4.2. Formulario ................................................................................................

4.3. Procesos de cálculo ...................................................................................

4.4. Cálculo automatizado ...............................................................................

131 132 132 133 134

5.

COTA ROJA ....................................................................................................

134

Tema 10.

EL PERFIL TRANSVERSAL. LA SECCIÓN TIPO. PERALTE 1.

EL PERFIL TRANSVERSAL .........................................................................

1.1. Metodología de trabajo .............................................................................

1.2. Función programada ................................................................................

135 135 137

2.

LA SECCIÓN TIPO.........................................................................................

2.1. Necesidad ..................................................................................................

2.2. Elementos .................................................................................................

137 137 138

3.

BOMBEO Y PERALTE ...................................................................................

140

Tema 11.

APLICACIÓN DE REPLANTEO EN OBRAS DE TIERRA, ZANJAS, INCAS Y OBRAS DE FÁBRICA. ALINEACIÓN, APLOMADO, Y NIVELACIÓN DE ELEMENTOS DE OBRAS 1.

OBRAS DE TIERRA. EXPLANACIONES .....................................................

143

2.

ZANJAS ...........................................................................................................

2.1. Tipos ..........................................................................................................

2.2. Pendientes.................................................................................................

2.3. Proceso de ejecución y datos de replanteo. Marcado ..............................

144 144 144 145

3.

OBRAS DE FÁBRICA .....................................................................................

3.1. El esviaje ...................................................................................................

3.2. Datos de replanteo....................................................................................

146 146 147

4.

INCAS ..............................................................................................................

148

5.

ALINEACIÓN, APLOMADO Y NIVELACIÓN DE ELEMENTOS DE OBRAS .............................................................................................................

5.1. Aplomado ..................................................................................................

5.1.1. Métodos expeditos ..........................................................................

5.1.2. Métodos rigurosos ..........................................................................

5.2. Nivelación .................................................................................................

150 151 151 151 152

14

ÍNDICE

Tema 12.

APLICACIÓN DE REPLANTEO EN CARRETERAS. REPARCELACIONES 1.

DEFINICIÓN GEOMÉTRICA........................................................................

1.1. Planimétrica .............................................................................................

1.2. Altimétrica ................................................................................................

1.3. Transversal. Sección tipo .........................................................................

155 155 155 155

2.

PROCESO DE EJECUCIÓN ..........................................................................

2.1. Operaciones topográficas iniciales ...........................................................

2.2. Operaciones de replanteo .........................................................................

2.3. Replanteo de las cunetas..........................................................................

2.4. Procedimiento de visto bueno para cada una de las capas.....................

156 156 157 159 160

3.

COORDINACIÓN DEL PROCESO DE REPLANTEO .................................

160

4.

PRECISIONES REQUERIDAS EN CADA FASE .........................................

160

5.

REPARCELACIONES ....................................................................................

160

Tema 13.

APLICACIÓN DE REPLANTEO EN PROYECTOS DE EDIFICACIÓN Y URBANIZACIÓN 1.

EDIFICACIÓN ...............................................................................................

1.1. Encaje de la planta y solar .......................................................................

1.2. Red de replanteo .......................................................................................

1.3. Encaje de la planta ...................................................................................

1.4. Cimentación en edificios...........................................................................

1.5. Estructura metálica .................................................................................

161 162 162 163 163 165

2.

URBANIZACIÓN ............................................................................................

2.1. Elementos constructivos visibles en urbanizaciones ..............................

2.2. Sección tipo ...............................................................................................

2.3. Proceso de ejecución .................................................................................

166 166 168 169

Tema 14.

APLICACIÓN DE REPLANTEO EN TRAZADOS DE FERROCARRIL 1.

INTRODUCCIÓN HISTÓRICA .....................................................................

171

2.

PARTES QUE MATERIALIZAN EL CAMINO DE RODADURA ................

171

3.

ELEMENTOS DE LA SUPERESTRUCTURA..............................................

171

4.

OTROS ELEMENTOS CARACTERÍSTICOS DE LA VÍA ...........................

173

ÍNDICE

15

5.

OTRAS INSTALACIONES DE VÍA ...............................................................

174

6.

TRABAJOS EN LA VÍA ..................................................................................

174

7.

DEFECTOS DE LA VÍA .................................................................................

175

8.

ESTADO GEOMÉTRICO DE LA VÍA. TOMA DE DATOS ..........................

8.1. Toma de datos ...........................................................................................

8.2. Toma de datos tradicional ........................................................................

175 175 176

9.

INSTRUMENTACIÓN ESPECÍFICA DE VÍA ..............................................

179

10. PROCESOS CONSTRUCTIVOS ....................................................................

10.1. Vía nueva sobre balasto .........................................................................

10.2. Renovación de vía sobre balasto ............................................................

10.3. Vía nueva sobre placa de hormigón .......................................................

180 180 181 182

Tema 15.

APLICACIÓN DE REPLANTEO EN TÚNELES 1.

EL TÚNEL.......................................................................................................

185

2.

ELEMENTOS DE UN TÚNEL ......................................................................

185

3.

PROCESOS DE EJECUCIÓN........................................................................

186

4.

REPLANTEO TOPOGRÁFICO DE UN TÚNEL SUBTERRÁNEO.............

189

5.

REPLANTEO DEL EJE .................................................................................

190

6.

CUBICACIÓN .................................................................................................

191

7.

AUSCULTACIÓN ............................................................................................

191

Tema 16.

APLICACIÓN DE REPLANTEO EN OBRA MARÍTIMA 1.

TIPOS ..............................................................................................................

193

2.

MUELLES .......................................................................................................

2.1. Elementos a ejecutar ................................................................................

2.2. Batimetrías ...............................................................................................

193 194 195

3.

PROCESOS CONSTRUCTIVOS ....................................................................

196

16

ÍNDICE

Tema 17.

APLICACIÓN DE REPLANTEO EN ESTRUCTURAS Y PUENTES 1.

TIPOS ..............................................................................................................

201

2.

ELEMENTOS CARACTERÍSTICOS: ............................................................

2.1. El estribo ...................................................................................................

2.2. La pila .......................................................................................................

2.3. Los neoprenos ...........................................................................................

2.4. El tablero ..................................................................................................

202 202 203 204 205

3.

FASES EN EL REPLANTEO-EJECUCIÓN DE UNA PILA/ESTRIBO ......

3.1. Replanteo de la excavación ......................................................................

3.2. Replanteo de la zapata .............................................................................

3.3. Replanteo del alzado del muro .................................................................

3.4. Aplomado del encofrado del alzado..........................................................

3.5. Cotas de coronación de muro ...................................................................

3.6. Marcado de ejes de neoprenos..................................................................

3.7. Marcado de la rasante de hormigón en el tablero ..................................

206 206 206 207 207 207 207 208

4.

PRUEBA DE CARGA......................................................................................

4.1. Mediante dinamómetro ............................................................................

4.2. Mediante nivelación .................................................................................

208 208 208

Tema 1

El proyecto de Ingeniería Civil y de Edificación. Planos y datos de replanteo en los proyectos 1. EL PROYECTO DE INGENIERÍA CIVIL Y EDIFICACIÓN Conjunto de estudios redactados, calculados y definidos en planos, que, siguiendo un orden y normalización, tienen el objetivo de definir tanto la geometría, los materiales utilizados, los procesos constructivos, como el presupuesto de una obra que satisfaga una determinada necesidad. Su calidad de definición debe ser tal, que permita a un facultativo distinto de su autor dirigir su ejecución.

Se diferencia entre proyecto de ingeniería civil y de edificación. El proyecto de ingeniería civil se encuentra promovido, salvo casos excepcionales, por iniciativa pública (Administración) y, como tal, destinado al uso de interés general. La ingeniería civil engloba carreteras, canales, ferrocarriles, presas, túneles, puentes, puertos…

Los proyectos de edificación son promovidos, en la mayoría de los casos, por iniciativa privada para la construcción de viviendas particulares, centros comerciales... La Administración promueve únicamente edificios de utilidad pública (hospitales, escuelas…). Los proyectos de edificación engloban viviendas particulares, centros comerciales, y naves industriales.

Los proyectos constan de las siguientes partes.

• Parte gráfica: Planos de proyecto • Parte documental: Memoria Anejo de cálculos Pliego de condiciones Presupuestos y mediciones.

La parte gráfica El Plano de proyecto es el documento gráfico donde se detalla gráficamente y según normalización, las dimensiones geométricas de planta y alzado de la obra que se desea proyectar.

Parte documental La Memoria expone de forma clara y detallada el desarrollo de un proyecto.

Consta de consideraciones generales, descripción del proyecto y de anejos a la memoria.

18

SERGIO LUQUE ALCÁCER Y LUIS ALARCÓN ABIÉTAR

El Anejo de cálculo incluye los documentos justificativos de las afirmaciones de la memoria así como los cálculos realizados para la determinación las dimensiones, materiales de la obra proyectada, así como el informe geológico del terreno donde se asentará la misma.

El Pliego de condiciones regula las relaciones entre las partes contratantes desde el punto de vista legal, facultativo, económico y técnico.

Consta de dos partes: • Las condiciones de contratación.

• Las condiciones técnicas.

Las Condiciones de contratación desarrollan la forma de pago de los trabajos ejecutados, los tiempos de ejecución y las disposiciones generales del contrato jurídico.

Las Condiciones técnicas incluyen la descripción, características y calidades de los materiales de cada unidad de obra, así como los procesos constructivos. Se incluyen las tolerancias de las medidas, precisiones e instrumentación, aspectos muy importantes desde el punto de vista del replanteo topográfico.

Los Presupuestos y mediciones determinan el coste económico del proyecto. Las mediciones y/o cubicaciones cuantifican, de forma desglosada, cada unidad de obra por elemento constructivo. A partir de las mediciones de proyecto y, teniendo en cuenta el cuadro de precios de cada unidad de obra (generalmente de obra ejecutada), se obtiene el presupuesto de proyecto, como estudio previo del coste de la obra. A lo largo de la ejecución del objeto del proyecto este presupuesto se ve afectado por las modificaciones que la Dirección de obra estime oportuna como una revisión de precios.

2. PLANOS Y DATOS DE REPLANTEO EN LOS PROYECTOS El plano de un proyecto constructivo es el documento gráfico normalizado que permite transmitir información concreta a cerca del objeto de la obra de una forma visual. Como documento del proyecto, el plano tiene carácter contractual, por lo que el contratista queda obligado a su cumplimiento. Esta característica hace de la labor de replanteo pieza fundamental en el engranaje de la ejecución de una obra.

Mediante la operación de replanteo el objeto del proyecto constructivo es ejecutado en la posición indicada por los planos del mismo. Los datos de replanteo son las dimensiones y las referencias a otros elementos ya existentes que permiten situar la posición del elemento a construir. En un proyecto se pueden encontrar diferentes tipos de planos a tener en cuenta a la hora de llevar a cabo el replanteo. Entre ellos:

EL PROYECTO DE INGENIERÍA Y EL REPLANTEO

19

El plano de situación ubica la obra proyectada en un entorno concreto, utilizando para ello cartografía ya existente de diferentes escalas (entre 1:10.000 y 1:500.000).

Plano de situación.

El plano de planta general o plano de conjunto facilita la visión general del conjunto a ejecutar.

Las escalas utilizadas dependen de las dimensiones de la obra, siendo en general mayores que en los planos de situación (entre 1:500 y 1:10.000).

El plano guía se utiliza para la fácil localización de una zona concreta dentro de las múltiples hojas utilizadas para representar un mismo tipo de plano. Muy utilizado en obras lineales de longitud notable.

Planta general.

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SERGIO LUQUE ALCÁCER Y LUIS ALARCÓN ABIÉTAR

Plano guía.

El plano se situación actual o topográfico del terreno es aquel que representa el terreno existente sirviendo de base para el diseño de una nueva construcción o una modificación de la existente. Puede ser elaborado mediante levantamiento topográfico, por restitución de fotografías aéreas. En el caso de obras portuarias y ante la necesidad de conocer la superficie del fondo marino se recurre a batimetrías.

El plano topográfico de replanteo sitúa con precisión la obra objeto del proyecto mediante sus coordenadas, insertada en un plano topográfico con curvas de nivel. Para facilitar el trabajo de replanteo, aparecen dibujadas las bases de replanteo (BR), añadiendo un listado con sus coordenadas.

Plano topográfico o del levantamiento.

EL PROYECTO DE INGENIERÍA Y EL REPLANTEO

21

Plano de replanteo.

El plano de expropiación determina los límites o ámbito legal de la obra, y por lo tanto las expropiaciones que sufrirán las parcelas colindantes a la misma.

Plano de expropiación.

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SERGIO LUQUE ALCÁCER Y LUIS ALARCÓN ABIÉTAR

El plano de acceso se incluye en aquellas obras de nueva ejecución cuyo acceso sea difícil. Pueden definir geométricamente viales, pequeñas carreteras o desvíos de carreteras existentes.

Posteriormente pueden ser aprovechados para vía de evacuación.

El plano de servicios afectados representa la situación de aquellos elementos de los servicios (aguas, Plano de accesos. electricidad, conducciones…) que se encuentran dentro del ámbito de la obra. Es muy recomendable notificar la existencia del nuevo proyecto durante su redacción y ejecución a las compañías u organismos encargados de su gestión, con el objetivo de incluir actualizaciones y evitar roturas.

Servicios afectados.

EL PROYECTO DE INGENIERÍA Y EL REPLANTEO

El plano de definición de elemento no lineal representa, ya sea en planta o en alzado, aquellos elementos del proyecto no catalogables como lineales (estructuras de hormigón, obras de drenaje, cimentaciones…). La escala utilizada es lo suficientemente grande para observar el conjunto en un único plano.

Definición de alzado.

Definición cimentación.

El plano de detalle tiene como finalidad aclarar cualquier elemento constructivo que, por la escala utilizada en un plano de un uso más general, pueda dar lugar a confusión.

El plano de proceso constructivo indica, paso a paso, las distintas operaciones a seguir dentro de la ejecución de una obra o parte de la misma. Puede ser representado mediante planos de planta, alzado o perfil. En ocasiones aparece representada la maquinaria o elementos auxiliares (estructuras metálicas auxiliares, andamiajes…) que participa en la ejecución.

Plano de detalle.

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SERGIO LUQUE ALCÁCER Y LUIS ALARCÓN ABIÉTAR

Proceso constructivo.

El plano de perfil longitudinal refleja el desarrollo en alzado del eje del proyecto a lo largo del todo su ámbito. Incluye la guitarra de datos, donde se especifica información numérica y gráfica que complementa el propio perfil.

Perfil longitudinal.