resumen de movimiento de tierras

TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRAREFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

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LOS MOVIMIENTOS DE TIERRAS

1. INTRODUCCIÓNSe denominan movimientos de tierras aquellos trabajos que se relacionan con la modificación del relieve de un terreno. Esta modificación de niveles del suelo se realiza por la ejecución de desmontes y terraplenes.

El desmonte consiste en rebajar el nivel del terreno por extracción de tierras; el terraplén, en aporte de tierras para elevar aquel nivel. Desmonte y terraplén representan asimismo, en términos del oficio, volúmenes de tierras extraídas o amontonadas a consecuencia de un movimiento de tierras (Fig. 95).

Representación de los desmontes y los terraplenes (Con indicación de los colores convencionales utilizados en los cortes y las plantas.)En planta, las dobles rayas del sombreado indican siempre la parte alta del talud.

Los movimientos de tierras, en términos generales, son los que abarcan una gran superficie y se ejecutan en terrenos descubiertos (para la realización de carreteras,

aeródromos, etc.).

La limpieza o de desmoche de tierras es un movimiento de tierras de muy escasa profundidad (de unos 25 cm) y de gran superficie (se denomina también despeje de terrenos.

Las excavaciones son movimientos de tierras cuya profundidad, en relación con la superficie o la anchura, es más importante. Las excavaciones sirven para la ejecución de los edificios. Nomenclatura de las excavaciones El talud es la pendiente o la inclinación dada a las paredes de las tierras para evitar su desmoronamiento. Depende de la naturaleza del terreno.

La expropiación de un movimiento de tierras está limitada por la intersección del talud (de desmonte o de terraplén) con el terreno natural.

2. EXCAVACIONESSe denomina excavación a plena anchura el movimiento de tierras general de la superficie construida, cuya profundidad está limitada, por ejemplo, al nivel del suelo de los sótanos o bodegas de la construcción (Fig. 96).

La excavación en zanja o en regata es una trinchera cuya anchura mínima es de 0,40 m, y está destinada a alojar los muros, las cimentaciones, las canalizaciones, etc. (en cuanto a su profundidad, véase capítulo VI: Las Cimentaciones).

La excavación de pozo es un movimiento de tierras de pequeñas superficies y gran profundidad. Este género de excavación se lleva a cabo para establecer las cimentaciones de

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pilares aislados, por ejemplo. Las dimensiones mínimas de estas excavaciones dependen de los medios de realización de que se dispone.

Se denomina excavación en galería aquella que se ejecuta bajo tierra y requiere el empleo de entibaciones a medida que la excavación va avanzando (Fig. 97).

Movimiento de tierras en galeríaLa realización de los movimientos de tierras en galerías implica la ejecución de una entibación o

de un enmaderado.

2.1. AGOTAMIENTO DE EXCAVACIÓNA fin de eliminar las aguas de lluvia o de infiltración se instala un sumidero en un punto bajo de la excavación. El sumidero es un hueco de 1 m de profundidad poco más o menos (medio tonel enterrado), hacia el cual convergen todas las aguas drenadas por las excavaciones en grietas y hendiduras y mediante pequeños canalizos excavados al efecto. Del sumidero el agua es evacuada por medio de bombas u otro medio de agotamiento al exterior de la excavación. En las obras de importancia, se instala una estación de agotamiento automática (Fig. 98).

Las bombas.

La altura manométrica de la bomba es igual a la altura de impulsión más la altura de aspiración (1 a 6 m).

La altura manométrica varía según el tipo, potencia y estado de la bomba empleada, y puede oscilar de 5 a 100 m.

Se denomina bombas sumergidas a las que están cubiertas por el agua en el interior del sumidero. El rendimiento de estos aparatos generalmente es excelente. Durante las obras de movimiento de tierras, las aguas que hay que evacuar están generalmente cargadas de materias sólidas: tierra, arena, cemento, desperdicios, etc. Las bombas empleadas son de dos tipos: las bombas de membrana y las centrífugas.Las bombas de membrana o de diafragma son baratas y de fácil manejo. Son accionadas a mano o por medio de motores eléctricos o de explosión.

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Las bombas centrífugas tienen potencias y rendimiento muy superiores a los de las precedentes. Algunas de ellas, accionadas por un motor eléctrico y protegida por una campana sumergible, van colocadas bajo el agua a evacuar. Permiten la impulsión hasta de 1,000 m3

por ahora a grandes alturas. Estas bombas no necesitan ser cebadas, y son muy fáciles de instalar y manejar.

3. CLASIFICACIÓN SUMARIO DE LOS TERRENOS Y CARACTERÍSTICAS NECESARIAS PARA LA VALORACIÓN DE LOS MOVIMIENTOS DE TIERRAS

La tabla 10 indica la clasificación de los terrenos en función de las dificultades que presentan para la ejecución de los movimientos de tierras (véase también el capítulo VI: las cimentaciones, tabla 13, clasificación de los terrenos para la construcción).

Tabla 10. Clasificación de los terrenos establecida en función de las dificultades que presentan durante la ejecución de los movimientos de tierras.

Designación Naturaleza Características

Tiempo necesario para la realización

de 1 m3 de excavación

Terreno ordinario

Arenas, tierras, escombros

Tierra vegetal: mullir con el zapapico o la azada; arenas, cascote: fáciles de recoger con la pala.

0,8 h, o sea 48 min.

Terreno semicompacto o medio

Pedregoso, conguijarros, arcilloso.

Fácilmente atacable con el zapapico y con la azada, pero difícil de recoger con la pala sola.

1,2 h, o sea 1 h 12 min.

Terreno duroGreda pesada, arcilla y marga compacta.

Atacable con el martillo neumático, difícil para la azada o el pico.

1,55 h, o sea 1 h 33 min.

Terreno compacto

Rocas calizas, mamposterías antiguas.

Atacable con el martillo neumático y con el pico; empleo de cuñas y de explosivos.

2,75 h, o sea 2 h 45 min.

La experiencia demuestra que un obrero, de fuerza normal, puede lanzar con la pala, por término medio, de 1,6 a 2 m3 de tierra a una distancia horizontal de 4 m o a una altura de 1, 60 m.

Tabla 11. Volúmenes medios de desmonte según las diversas clases de terrenos, cavados y lanzados a 1,60 m de altura, que un obrero especializado desplaza en 10 horas de trabajo.

Naturaleza del sueloVolumen removido y lanzado en 10 h, en

m3

Reparto de las horas excavación carga o lanzamiento

Tierras vegetales, arenas. 7,7 6,2 h 3,8 hTierras de compacidad media, angulosas.

6,0 6,7 3,3

Tierras compactas, duras. 5,2 7,1 2,9Tierras saturadas de agua. 4,2 7,3 2,7Rocas blandas, arrancadas con pico y cuña.

2 8,8 1,2

3.2. ESPONJAMIENTOEl esponjamiento de las tierras es el aumento de volumen consecutivo al mullido provocado por la extracción. En efecto, ordinariamente la tierra extraída de una excavación ocupa un volumen superior al que ocupa el terreno antes de ser excavado. La importancia del esponjamiento depende de la naturaleza del terreno; se atenúa y casi se anula con el tiempo, en el caso de tierra vegetal, de arena y de gravilla fina. Un apisonado enérgico de los terraplenes y el rociado o regado de las tierras disminuye considerablemente el esponjamiento.

3.3. TALUD NATURAL DE LAS TIERRASLa inclinación natural de los taludes, con relación a un plano horizontal, es el ángulo de talud natural de las tierras. Este ángulo varía con la naturaleza de las tierras (Fig. 99).

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En general, al hacer los movimientos de tierras. En terraplén, se admite un talud de 3:2 (3 de base por 2 de altura), y en desmonte de 1:1 (1 de base por 1 de altura) (Fig. 100).

Ángulo de los taludes naturales

La tabla 12 indica el ángulo de talud natural de las tierras; el peso de 1 m3 de tierra “sin mover” (antes de desmontarla); el volumen de desmonte obtenido por un movimiento de 1 m3 de tierras en este terreno (volumen esponjado, pasajero). La última columna da el esponjamiento permanente, el volumen de tierra extraído de una excavación de 1 m3 utilizado como terraplén, cuidadosamente apisonado y apelmazado al colocarlo en su sitio.

Tabla 12. Valores característicos de algunos terrenos.

Naturaleza de las tierrasAngulos de

talud natural

Peso t/m3Esponjamiento

Pasajero dm3 Permanente dm3 (l)

Arena fina, secaArena fina, mojadaGrava media, ligeramente húmedaTierra vegetal, húmedaTierra muy compactaGuijarros, escombrosMarga secaArcilla secaArcilla húmedaGres tierno, rocas diversas

10 a 20°15 a 25°30 a 40°30 a 45°40 a 50°40 a 50°30 a 45°30 a 50°0 a 20°

50 a 90°

1,41,6

1,9 a 2,11,6 a 1,71,6 a 1,81,5 a 1,71,5 a 1,6

1,61,8 a 1,22 a 2,5

1 1001 2001 2501 1001 6501 5001 5001 5001 2501 500

1 0301 0401 0401 0301 1001 1501 0801 1501 080

1 100 a 1 200

Estos valores pueden ser influenciados considerablemente por el agua contenida en el terreno.

4.1. APUNTALAMIENTO (O REVESTIMIENTO) DE LAS EXCAVACIONESLas excavaciones se ejecutan por desmontes sucesivos de capas de 0,40 m de profundidad. Cuando la profundidad de una excavación es importante, a fin de prevenir los desmoronamientos y los riesgos de accidentes, por una parte, y para disminuir la superficie total ocupada, por parte, es conveniente y a veces necesario apuntalar o entibar las tierras.

La inclinación de los taludes naturales, en un terreno determinado, pueden ser desfavorablemente influenciada por ciertos factores externos. Las posibles infiltraciones de agua en el interior o procedentes de las lluvias, el efectos de las trepidaciones provocadas por las máquinas o los vehículos, las cargas situadas en la proximidad inmediata de la excavación, son elementos que modifican los planos de rotura de los terrenos.

Fig. 100. Pendiente admitida generalmente para los taludes en los proyectos.

En cada caso particular de excavación, estos diferentes factores deben examinarse seriamente antes de iniciar la ejecución.

De una manera general, la pared de cualquier excavación debe ser apuntada o revestida cuando la pendiente de talud excede de las relaciones siguientes:

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1:1 en terrenos movedizos o desmoronables (Fig. 101a);1:2 en terrenos blandos pero resistentes (Fig. 101b); 1:3 en terrenos muy compactos (Fig. 101c).

Pendientes máximas de los taludes admitidas en tres tipos de terrenosa. Terrenos demoronablesb. Terrenos blandos pero resistentesc. Terrenos muy compactos

CORTES TRANSVERSALES DE EXCAVACIONES EN ZANJA QUE OFRECEN GRARANTÍA DE SEGURIDAD

Se conserva el talud natural del terreno

Se estivan las paredes para disminuir el terreno ocupado por la excavación

Se conservan los taludes naturales para la parte superior, pero se entiba la parte inferior

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Cuando las capas halladas son de diferente consistencia se efectúa los entibados con tablas verticales u horizontales.

Este método de entibación presenta evidentes riesgos porque no es posible sostener eficazmente el terreno con los puntales.

Es peligroso e incluso está prohibido en determinadas regiones establecer pendientes más pronunciadas sin la correspondiente entibación o el revestimiento. El terreno natural helado no permite en ningún caso anotar las citadas pendientes.Los factores enunciados más arriba pueden desde luego modificar esos últimos valores disminuyendo la inclinación.Así, esquemáticamente, las excavaciones profundas pueden presentar perfiles transversales, como los mencionados en las figuras 102 a 106. La ejecución del apeo o entibación puede realizarse según las costumbres locales. Sin embargo, ciertos puntos son objeto de una reglamentación establecida por los servicios de seguridad y por las compañías de seguros. Entre tales condiciones merecen citarse:a) La anchura de las excavaciones a entibar debe ser tal que la entibación pueda efectuarse

en las condiciones normales.Como mínimo dicha anchura debe ser:_ hasta 1,00 m de profundidad0,65 m hasta 1,50 m de profundidad0,75 m hasta 2,00 m de profundidad0,80 m hasta 3,00 m de profundidad0,90 m hasta 4,00 m de profundidad1,00 m para más de 4,00 m de profundidad

b) Es necesario entibar a tiempo, y el material destinado al revestimiento de la excavación debe estar a pie de obra con la suficiente antelación, en buen estado y en cantidad suficiente (Fig. 107).

c) La entibación de las excavaciones debe comprender tablas de 4 a 5 cm de espesor y los codales utilizados debe ser maderos, rollizos y de sección proporcionada a los esfuerzos que han de soportar. El diámetro de dichos rollizos no deben ser inferior a 10 cm para las excavaciones más estrechas de 80 cm. Debe tener, como mínimo, 12 cm para las excavaciones más anchas. Los puntales metálicos y los de madera escuadrada se autorizan siempre que su resistencia sea igual o superior a la de los rollizos. Las tablas deben quedar aseguradas a lo menos por 3 apoyos, equidistantes aproximadamente.

d) La distancia libre entre las tablas depende de la naturaleza del terreno. En terreno movedizo y fluyente (como las arenas, por ejemplo), las tablas deben estar a tope sin dejar espacio libre entre ellas. En terreno resistente, es posible, si los reglamentos locales lo autorizan, dejar un hueco entre las tablas; el fin perseguido con tal forma de entibación es impedir la puesta en movimiento de grandes masas de materiales.

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e) La situación y número de los codales depende de la resistencia de las tablas utilizadas y del empuje de las tierras, que debe presumirse el más desfavorable que pueda actuar sobre las paredes de entibación. Este empuje aumenta con la profundidad.

f) Los codales deben disponerse perpendicularmente a la superficie de la tablazón. Los montantes de apeo que sostienen las tablas de servicio deben estar sostenidos por grapas o tacos que impidan todo deslizamientos verticales. Además, deben colocarse plintos o rebordes en todos los lados de los tableros de servicio.

g) El pie del montón de las tierras o escombros sacados de las excavaciones deben estar, por lo menos, a un metro de distancia de la madera de entibado o de la arista superior del talud. La tablazón de revestimiento debe rebasar el nivel de terrenos en unos 5 a 10 cm a fin de prevenir toda caída de materiales en la excavación (Fig. 108 y 109).

h) Toda excavación de más de dos metros de profundidad debe estar provista de escalera para facilitar el acceso de la misma. Esta escalera debe rebasar el nivel del suelo, por lo menos, en 75 cm (Fig. 110).

Las entibaciones pueden utilizar tablazones horizontales como travesaños verticales, o tablas verticales con travesaños horizontales.

Los croquis que siguen muestran las disposiciones adoptadas comúnmente cuando se ejecuta el revestimiento de las excavaciones. Se hace mención de las cotas y dimensiones para dar una idea de los trabajos corrientes. Para la ejecución de trabajos especiales, son necesarios cálculos estáticos, y la dirección de las operaciones deberá confiarse a especialistas (Ingenieros Civiles).

Entibación de las excavaciones

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Medidas de seguridad

Variante de entibación de tablas verticales

Alturas máximas admisibles sin entibación en terreno estable sin sobrecargas sobre los bordes de la excavación, sin vibraciones particulares y sin afluencia de agua.


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Entibaciones que no están a topeEntibaciones con tablazón horizontal: en terreno consistente, las tablas pueden no estar a tope. Sin embargo, la distancia entre dos tablas debe ser limitada.

Empuje de las tierrasPara simplificar, al determinar el valor del empuje contra la entibación, admitiremos la hipótesis siguientes: Terreno horizontal Parámetro de entibación vertical

Ángulo de razonamiento nulo entre pared y muro, o sea empuje horizontal.Determinación de los empujesSegún la teoría clásica, el empuje de las tierras pueden ser representado por una carga triangular que actúa sobre la parte superior del parámetro.e = presión unitaria o específica del terreno (en Kg/cm2, t/m2, etc.)e = h.y.ג donde: h = altura considerada en relación con el

plano superiorY = densidad de las tierras:coeficiente de presión activa, o sea = ג

e1 = presión en el nivel h1e2 = presión en el nivel h2

eג = presión en el nivel h

E = empuje general contra la pared, que actúa sobre el centro de gravedad de la superficie que representa a ese empuje .

E1 = empuje producido

entre los niveles h1 y h2

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EMPUJE DE LAS TIERRAS CONTRA LAS PAREDES DE LA ENTIBACIÓN (FIG. 113 a 116)

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C

CARGAS SOPORTADAS POR LOS TABLEROS DE ENTIBACIÓN (Fig. 120 a 123)Cargas unitarias en t/m2 soportadas por una entibación de 1 m de altura; en función de la longitud y del espesor de la tablazón que forma horizontalmente la pared. Se ha admitido que la anchura de los travesaños de apoyo es de 20 cm.

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Carga que pueden admitir los codales o rollizos que sostienen los travesaños de una entibación de tablas horizontales. Los codales metálicos regulables pueden facilitar en cierta medida el apeo de las excavaciones. Conviene asegurarse de la equivalencia de carga con los rollizos. Por otra parte, el recubrimiento de la barra y el tubo debe ser suficiente (como máximo el triple del diámetro de la barra) para evitar el pandeo cuando el alargamiento es máximo.

Vista en alzado de los travesañosEntibación con tablas horizontales. Según la longitud de los travesaños debe preverse y distribuirse el número y la posición de los codales; véase los croquis adjuntos. La sección de los travesaños en las entibaciones corrientes es de 4 x 20, 5 x 25, 6 x 30; los rollizos de 14 de ø o de 16 de ø. En las excavaciones profundas, los travesaños pueden estar constituidos por cables o piezas de mayor sección.

Si se respectan las proporciones dadas para la puesta en obra de los codales, con secciones corrientes es raro que puedan sobrevenir roturas.

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Apoyo de los codalesDebe hacerse de manera que ofrezca el máximo de resistencia y se evite el deterioro de las piezas de madera.

ENTIBACIÓN DE LAS EXCAVACIONES

Entibación de tablas horizontalesEn terrenos movedizos.

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Puntal metálico


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4.2. MARCIVANTI (MARCHA AVANTE)La entibación con tablas verticales permite obtener por hincadura progresiva y de modo permanente una pared de tablas a tope con las tierras. Este método de ejecución llamado en italiano “marciavanti” y que en castellano podríamos denominar “marcha avante” se emplea sobre todo en los terrenos muy fluyentes, para la realización de excavaciones muy profundas y

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cuando se quiere evitar el más mínimo asiento. En cambio, la realización de ese revestimiento es muy costosa.

Croquis esquemático de la profundización de una excavación realizada en terreno de arena y grava movedizas bajo la protección de una entibación vertical, a) croquis, b)corte por AA, C) corte por BB, d) corte por CC.

Los travesaños horizontales toman el nombre de largueros y se hacen con rollizos de 18 cm de diámetro aproximadamente.

Los codales o puntales, también hechos con rollizos, son de n diámetro mínimo de unos 15 cm.

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Vista de una pared de excavación, cuyo revestimiento por el sistema de “marchas avante” se halla en curso de ejecución. Los bastidores pueden estar suspendidos de un travesaño por medio de cables o cadenas.

Las paredes del revestimiento de protecciónPueden establecerse empleando las tablas o “marchas avante” en posición inclinada o en posición vertical. En este último caso la anchura de la excavación va disminuyendo en cada larguero.

a) “Marcha avante” inclinadab) “Marcha avante” vertical.

Las tablas, que se hincan en el terreno y se denominan “marchas avante”, tienen su extremidad inferior cortada en bisel a fin de facilitar su penetración en el terreno.Para evitar el desplazamiento vertical de los codales y de los largueros de la construcción emplea también montantes o “candelas” de madera rolliza.Todos los elementos estructurales, largueros,

codales y montantes, se enlazan entre sí con grapas o garfios. Las tablas se apoyan sobre esta armazón por intermedio de calas o cuñas.Las figuras 141, 143 y 144 indican los dispositivos adoptados en tales realizaciones.Para las excavaciones de gran anchura, y para reducir el estorbo de los codales, es posible suprimir estos últimos y reemplazarlos por postes verticales. Tales postes, hincados en el suelo y anclados sólidamente por su parte superior mantienen unos tirantes horizontales que soportan la tablazón (Fig. 142)

Revestimiento de protección por medio de hierros laminados que apoyan a los larguerosEste método ofrece la ventaja de librar a los trabajos de movimiento

de tierras del engorro de lo codales.

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Entibación de las excavacionesBastidores suspendidos.

Entibación de las excavacionesBastidores apoyados

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5.1. REALIZACIÓN DE LOS MOVIMIENTOS DE TIERRASLas herramientas y el material utilizado para la ejecución de los movimientos de tierras dependen de la importancia de los trabajos, de las posibilidades de la empresa, de las exigencias e imperativos impuestos por la propia obra y sus instalaciones; los plazos de ejecución y la calidad del trabajo realizado dependen también de dichas circunstancias.

Las excavaciones pueden realizarse con pala o con azadón si se trata de tierras vegetal, arena, terrenos fangosos, etc. Se utiliza el zapapico para mullir la tierra, los conglomerados, las arcillas y las margas cuya cohesión no sea excesiva.

El pico, los martillos neumáticos se emplean para las rocas y las arcillas compactas.

Paleo por banquetasConsiste en lanzar la tierra por etapas verticales sucesivas de 1,60 a 1,80 m de altura, aproximadamente.

Se efectúan a mano las excavaciones cuando se trata de movimientos de tierras de escaso volumen o cuando lo exigen circunstancias especiales. Estas circunstancias pueden ser: excavaciones llevadas a cabo entre el estorbo de los acodalamientos; las que se realizan subterráneamente para recalce de construcciones o en las cercanías inmediatas de éstas. La ejecución de pequeñas excavaciones, necesarias para las cimentaciones y para las canalizaciones de los edificios, se hace generalmente a mano.

Los movimientos de tierras se efectúan por excavaciones de capas de 40 cm de profundidad. La tierra, fluida y desmenuzada, se lanza fuera de la excavación pro medio de palas. El aumento de la profundidad exige el lanzamiento de tierras por etapas sucesivas. Esta última labor se llama paleo por banquetas. La altura entre dos banquetas sucesivas, en un trabajo normal no debe exceder de 1,80 m. Estas banquetas pueden hacerse a base de escalones o de andamios (Fig. 145 y 146).

Cuando el volumen de los movimientos de tierras adquiere importancia, resulta más económico usar aparatos mecánicos para efectuar dichos movimientos. La capacidad de trabajo de tales máquinas puede variar entre 25 a 400 m3 por hora. Las excavadoras pequeñas tienen una producción de 25 a 0 m3 por hora. Conviene, pues, conocer las posibilidades de diversas máquinas utilizables así como sus características de eficiencia a fin de adoptar, en cada caso particular, el tipo más apropiado a la clase de obra y al modo de llevarla a cabo.

Paleo o lanzamiento por banquetas dentro de la entibaciónEn las excavaciones entibadas, la banqueta se realiza en la propia entibación, afianzando el codal de apoyo mediante cuñas o grapas.

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