4_ Manuel Romana

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MICROPILOTES

Manuel Romana RuizUniversidad Politécnica de Valencia

STMR [email protected]

Madrid,Enero de 2010

iiR

Manuel Romana Ruiz Micropilotes 2

Situación de la Normativa

Hasta hace poco tiempo no había ningunaEn este momento (2008):

Norma EN 14199 “Execution of special geotechnical works – Micropiles”(2005)“Guía para el proyecto y la ejecución de micropilotes en obras de carretera”, DGC, Dirección General de Carreteras (diciembre de 2005)Norma UNE EN 14199 “Ejecución de trabajos geotécnicos especiales-Micropilotes”, AENOR (diciembre de 2006)

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Normas españolas para micropilotes


Norma UNE EN 14199 “Ejecución de trabajos geotécnicos especiales. Micropilotes”

Dos clases de micropilotesPerforadosHincados

“Esta norma establece principios generales para la ejecución de micropilotes: perforados con un diámetro de fuste ≤ 300 mm ; hincados con un diámetro (o dimensión máxima de la sección transversal) del fuste ≤ 150 mm “

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Norma UNE EN 14199 Clasificación de micropilotes perforados


Norma UNE EN 14199 Clasificación de micropilotes hincados

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Norma UNE EN 14199. Elementos no incluidos

Columnas mezcladas in situPilotes de maderaColumnas de jet groutingAnclajes


Norma UNE EN 14199. Campos de aplicación de los micropilotes

Trabajos con acceso/gálibo restringidoNuevas cimentaciones (especialmente en formaciones muy heterogéneas de suelo o roca)Trabajos de recalceReducción de asientos/desplazamientosFormación de murosRefuerzo de suelos para portancia/contenciónMejora de estabilidad de taludesEvitar levantamientosOtras aplicaciones en que la técnica sea apropiada

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Nueva Guía de Micropilotes

de la DGCCon fecha diciembre, 2005Puesta al público en 2006Obligatoria en obras de carreterasSecuela de EN 14199Secuela de la Guía de Cimentaciones de la DGC para el cálculo como cimentación Nuevo planteamiento en paraguas de túneles


Guía de Micropilotes de la DGC. Micropilotes considerados 1/2

Con fecha diciembre de 2005, editada en 2006Obligatoria en obras de carreterasSecuela de

Guía de Cimentaciones de la DGC para el cálculo como cimentación Borrador de AETESS para inyección y rellenoEN 14199 (no adaptada en 2005 como Norma UNE) para algunos aspectos

Solo incluye pilotes perforados con armadura de tuboNuevo planteamiento en paraguas de túneles

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Guía de Micropilotes de la DGC. Micropilotes considerados 2/2


¿Qué es un micropilote? (I)Terminología

Italiano : Palo radice, MicropaliPlural: Pali radici, Micropali

Francés: Pieux racines, Pieux aiguilles, Micropieux

Inglés: Micropile, Minipile, Root pile, Needle pile

Alemán: Wurzelpfahle, VerpresspfahlePortugues: Estaca raiz

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Los primeros micropilotes

Patente de FONDEDILE en Italia (1952)Primera referencia en SANSONI (1963)Definidos como pilotes:

Perforados a rotación (entubación 100mm)Con armadura central de barra/barrasHormigonados con presión de aire comprimido en cabeza Dosificación “elevada” de cemento


Primera aplicación documentada

Recalce de la Escuela “Angiulli” en NápolesArenas, puzolanas y cenizas volcánicasPali radici

Diámetro 100 mm.Longitud 13 m.Barra central 12mm

Carga de trabajo 20 T.

Primera prueba de cargaCarga máxima 46 T. Asiento máximo 4 mm. Asiento remanente 0,3 mm

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Denominación a usar

“Palo radice” es una denominación comercial patentada por FONDEDILEEn Italia se prefiere “Micropalo”En USA y muchos países europeos

“Minipile” diámetro 150-250 mm.“Micropile” diámetro < 150 mm.

En España “Micropilote” diámetro <300 mm.


Áreas de utilización

Muros continuos y/o discontinuosFLEXION

Corrección de corrimientos FLEXOTRACCIÓN

Presostenimiento de túneles (paraguas)FLEXION + CORTANTE

Cimentaciones y/o recalces COMPRESIÓN

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Áreas de utilización. Muros (I)

Poco frecuentePara armar muros “especiales”Para reforzar muros existentes (mampostería, otros...)


Áreas de utilización.Muros (II)

Muro de micropilotes para proteger un edificio (Metro de Barcelona)

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Áreas de utilización. Corrección de corrimientos (I)

Poco frecuente aúnUso crecienteCaroFácil de construirNunca empeora la situaciónRequiere rapidez de ejecución


Áreas de utilización. Corrección de corrimientos (II)

Parador de Carmona

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Áreas de utilización.Presostenimiento de túneles

“Paraguas” de emboquille con micropilotes resistentes a flexión

Paraguas pesadosParaguas medios

Muy frecuenteSoluciones para los paraguas ligeros

BulonesColumnas horizontales de “jet-grouting”

“Paraguas” de micropilotes para interior


Paraguas de emboquille (I)

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Paraguas de emboquille (II)


Áreas de utilización. Cimentaciones

Menos frecuenteSustituyendo a pilotes normalesConveniente en casos especiales

Terrenos muy heterogéneosTerrenos con inclusiones de hormigón

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Áreas de utilización. Recalces

Muy frecuenteConveniente en casi todos los casos


Ventajas de los micropilotes en cimentaciones y/o recalces

Equipos de tamaño reducidoAtraviesan cualquier tipo de terreno (inclusiones “duras” o hormigón)Similar a sondeo (detecta cavidades)Trabaja casi exclusivamente por fusteProyecto y replanteo sencillo que se adapta a condiciones variables del terreno y/o de la cimentación

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Equipo de micropilotartrabajando en un sótano


Inconvenientes de los micropilotes en cualquier uso

La relación coste/carga admisible es mayor en los micropilotes que en los pilotesLos procesos de cálculo son empíricos y solo pueden contrastarse con pruebas de cargaLa calidad depende mucho de que el proceso de ejecución sea riguroso

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Orden de la presentación

Métodos de ejecución y clasificacionesFases de ejecuciónCálculo de la carga admisible a compresiónAplicaciones a cimentacionesAplicaciones a recalcesMicropilotes como refuerzo de estructuras




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Método de ejecución de un “palo radice” (I) (FONDEDILE)

1-2 Perforación 3 Colocación de armadura4 Puesta en obra del mortero(con tremie)5 Hormigonado6 Extracción de entubación y presión de aire comprimido7 Palo radice terminado

Según LIZZI, 1985


Método de ejecución de un “palo radice” (II) (FONDEDILE)

Perforación a rotación lavada con agua o fango bentoníticoArmadura: barra, tubo o compuestaMortero muy ricoPresión máxima 6-7 bares

LONGITUD:Arena y/o grava compacta 6-10 m.

Arcilla media 10-15 m

Suelos duros 10-15 m

Arcilla blandahasta 20 m.

Suelos muy blandoshasta 30 m.

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Método de ejecución de un “Tubfix” o “Ropress”(I) (RODIO)

A) PerforaciónB) Colocación de armadura tubularC) Inyección del relleno para formar vainaD) Inyección del relleno para formar bulboE) Micropilote terminado

MASCARDI, 1985


Método de ejecución de un “Tubfix” o “Ropress”(II) (RODIO)

Perforación a rotación con diámetro 10-20 cm.Sin entubaciónInyección de relleno a baja presiónInyección posterior por etapas, a alta presión, en longitudes estudiadas para conseguir el bulbo

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Método de ejecución de un “Tubfix”o “Ropress”(III) (RODIO)


Método de ejecución con inyecciones de compensación

A) PerforaciónB) Colocación de armadura de barraC) Inyección con retirada simultanea de la tubería de perforaciónD) Pilote terminado tras la retirada total de la tubería de perforación

A

C D

B

ARMIJO, 2003

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Norma UNE EN 14199. Métodos de relleno e inyección del taladro

Relleno del taladro con lechadaInyección a presión con lechada

En un paso, o inyección única global a través de tubería de revestimiento temporalEn un paso, o inyección única global a través del elemento portanteDurante la hinca y/o perforación

Inyección repetitiva (en uno o múltiples pasos) a través de tubos-manguitos, válvulas especiales o tubos de reinyección


Método de ejecución con relleno sin presión ni inyección

A) Perforación con lavado a aire o agua, y circulación inversaB) Vertido del mortero fluido con tolva y tubería, sin presiónC) Colocación de la armadura (tubo, barra o perfil de acero) y retirada de la entubaciónD) Micropilote terminado

HERBERT, 1985

Es el método más frecuente

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Inyección directa sin/con presión Norma UNE EN 14199

Relleno de la perforación sin

presión

Inyección a través de la tubería de

entibación

Inyección a través de una tubería

específica

Presión posible en cabeza


Inyección a presión con tubos manguito Norma UNE EN 14199

En un paso a través de

varios tubos

En un paso a través de varios

manguitos

En varios pasos a través de

varios manguitos

1 obturador

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Clasificación FHWA (USA) (1997)

Tipo A Mortero vertido por gravedadTipo B Inyección a baja presión por la entubación en retiradaTipo C Inyección de lechada posterior (IGU)Tipo D Inyección en varias fases con obturadores en la entubación (IRS)

(BRUCE et al, 1995)

A CB D


Clasificación francesa (según Bustamante, 1986)

Tipo IGU, inyección en una sola pasada (“injection globale et unitaire”) con presión pi 0,5pl<pi<pl (IR AETESS)

Tipo IRS, inyección repetitiva y en varias pasadas (“injection repetitive et selective”) con presión pi pi>pl(se puede llegar a 2-3 Mpa.) (IRS AETESS)

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Clasificación de la Guía de Micropilotes de la DGC (2005)

Sigue la clasificación de AETESS, 2000Tipo 1(IU),inyección única globalTipo 2(IR), inyección única repetitivaTipo 3(IRS), inyección repetitiva y selectiva

IU IR IRS


Guía de Micropilotes de la DGC. Sistemas de inyección considerados

IU: Inyección única global. Inyectados en una sola faseIR: Inyección repetitiva. Reinyectados hasta dos veces a través de tubos o circuitos con válvulas antirretornoIRS: Inyección repetitiva y selectiva. Reinyectados varias veces a través de tubos-manguito, desde el interior de la armadura, en toda o parte de la longitud

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Guía de Micropilotes de la DGC. Sistemas de inyección recomendados


Guía de Micropilotes de la DGC. Sistemas de inyección recomendados

IU: Inyección única globalRocas más o menos sanas, Suelos cohesivos muy duros, Suelos granulares

IR: Inyección repetitivaRocas blandas y fisuradas, Materiales granulares gruesos de compacidad media

IRS: Inyección repetitiva y selectivaSuelos cohesivos no muy duros, Suelos de consistencia baja o media, Suelos granulares donde se intenta crear un bulbo

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Guía de Micropilotes de la DGC. Inyección IU

Presión de inyecciónA la salida de la bomba si

Desnivel< 1mDistancia< 50m

En boca de taladro

plim/2 <pi <plim

0,5 Mpa< pi < 1Mpa


Guía de Micropilotes de la DGC. Inyección IR

Presión de inyección como en IU (pi>=0,5 Mpa)

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Guía de Micropilotes de la DGC. Inyección IRS


Guía de Micropilotes de la DGC. Inyección IRS

Inyección previa de sellado de la corona entre armadura y terrenoInyección por manguitos (d<1m)Inyección final de relleno de la armadura

Presión de inyección por manguitos

A la salida de la bomba si

Desnivel< 1mDistancia< 50m

En boca de taladro

plim <pi

1 Mpa< pi

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Fases de ejecución

PerforaciónLimpiezaIntroducción de la armaduraPuesta en obra del morteroInyección

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Perforación / Limpieza

MÉTODOSA rotación con

WidiaDiamanteTricono

A rotopercusión conMartillo en fondo

Con hélice continua

ENTIBACIÓNEn secoCon lodo bentoníticoCon tubería

RecuperableNo recuperable

Fluido: aire o aguaCirculación inversa


Tipos de armadura (I)

Varias posibilidadesBarrasTubosCombinación

Lo más frecuenteTubo

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Tipos de armadura (II) (BACHY)


Características del acero

Resistencia fyk entre 250 MPa y 800 MPaLímite elástico más frecuente 560 MPaEl tubo

Garantiza continuidadAñade resistencia a:

FlexiónEsfuerzo cortante

TUBO Longitud comercial máxima 9 mResistencia a flexión y cortante si el empalme es por:

Rosca, pierde 50%Manguito, no pierde

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Mortero/Lechada de inyección

CARACTERÍSTICASResistencia fck=25MPaRelación agua/cemento baja w/c= 0,5Árido: arenaDosificación típica: agua(0,5),cemento(1), arena(0,5) en pesoVolumen 140-180 %

INYECCIÓN Resistencia fck=25 MPaRelación agua/cemento baja w/c=0,5Número de fases en:

Rocas 2Suelos compactos 3Suelos blandos 4

Caudal máximo (m3/h)0,3-0,6 suelo cohesivo0,8-1.2 suelo granular




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Cálculo

Métodos de cálculo de la cargaPor fustePor punta

Pruebas de cargaDistribución de la carga en el fusteTope estructural del micropilote


Cálculo de la carga admisible a compresión

Método tradicional para “pali radici”Método de BUSTAMANTE

A) anclajeB) micropilote

Método convencional

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Método tradicional para “pali radici” (LIZZI, 1985)

Pult = π D L K I (sólo resistencia por fuste)D diámetro; L longitud; K rozamiento por

fuste; I coeficiente adimensional función de D

0,8025200Muy compacto (grava)0,8520150Compacidad media0,9015100Suelto1,001050Blando

ID(cm)K(KPa)SUELO


Método de BUSTAMANTE (1980/6)

Válido paraIGU (fase única)

IRS (varias fases)Coeficiente de seguridad 2 (1,8)A compresión

QT= QP + QS

QP = 0,15 QS

A tracciónQT= QS

QS=Σ π Dsi Li qsi

Dsi = α Dni

α incremento de diámetro α=Dsi/Dpi

qsi resistencia unitaria por fusteα y q se toman de tabla y ábacos

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Tabla de BUSTAMANTE para α


Ábaco de BUSTAMANTE (I) para qsiarcilla y limos

IRS 1

IGU 2

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Ábaco de BUSTAMANTE (II) para qsiarena y grava

IRS 1IGU 2


Ábaco de BUSTAMANTE (III) para qsiroca alterada y fragmentada

IRS 1

IGU 2

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Ábaco de BUSTAMANTE (IV) para qsimargas, margas calcáreas, creta

IRS 1

IGU 2


Método convencional (I)

PN =(πDLqs/F2+πD2qP/4F3)/F1

Coeficientes de seguridad (OTEO, 2001)

GrandeGrande1,50BastanteMedia1,40PocaPoca1,25

IMPORTANCIA ECONÓMICA

RESPONSABILIDADF1

F2=1,5-2

F1=1,2-1,6

F3=3-4

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Método convencional (II)

La resistencia por la punta puede despreciarse La resistencia por el fuste vale

En cada estrato iqsiadm=c’i/Fc+(σ’vio+σiny)tgφ’/Fφ

En todo el micropilotePn= Σ π D Li qsiadm

c’ será muy bajo en rellenos,arenas y arcillas normalmente consolidadas (puede tomarse 0)


Pruebas de carga

Dispositivo usado por URIEL et alEscalones de carga: 25%,,50%, 75%, 100%, 125%Mantener cada escalón

Hasta estabilizaciónMínimo 30-45 min.

Asiento límite 0,5% D

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Prueba de carga (LIZZI, 1980)

Asiento máximo para movilizar resistencia por fuste en :

Palo radice:1 a 4 mm, que es menos del 2% de DPilote convencional no inyectado: 7 mm, que es el 5% de D


Prueba de carga (LIZZI, 1980)

Asiento máximo para movilizar resistencia por fuste en :

Palo radice:1 a 4 mm, que es menos del 2% de DPilote convencional no inyectado: 7 mm, que es el 5% de D

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Prueba de carga (URIEL et al,1990)

Micropilote de 22cmRelleno por gravedadTerreno cársticoCiclos 1º/2º (600kN)

Régimen elásticoAsiento 2mm (1% D)

Ciclo 3º (800 kN)Régimen no elásticoAsiento 5mm (>2% D)Asiento remanente 2mm


Prueba de carga (URIEL et al,1990)

Micropilote de 22cmRelleno por gravedadTerreno cársticoCiclos 1º/2º (600kN)

Régimen elásticoAsiento 2mm (1% D)

Ciclo 3º (800 kN)Régimen no elásticoAsiento 5mm (>2% D)Asiento remanente 2mm

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Distribución de la carga en el fuste

Diámetro 242 mmEsbeltez (L/D) 45Área de la punta muy reducida (<0,05 m2)No llega carga a la punta

BUSTAMANTE, 1986


Distribución de la carga en el fuste

Diámetro 242 mmEsbeltez (L/D) 45Área de la punta muy reducida (<0,05 m2)No llega carga a la punta

BUSTAMANTE, 1986

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Tope estructural del micropilote

Fórmula de JIMENEZ SALAS T=0,25 fck x B + 0,4 fyk x A

con 0,25fck< 6Mpa y 0,40fyk< 140MPaFórmula de la EHT=(0,85fck x B + fyk x A) /1,2 x 1,8 con A>0,2B y coeficiente global de seguridad 2,16Fórmula para soportes de la EHET=(0,85B fck/1,5 + A fyk/1,15)/F1




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Conexión con la zapata/encepado.Guía de micropilotes de la DGC

Métodos sugeridosapoyo empotramiento


Conexión con la zapata/encepado

AETESS, 2000CLASICO

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Conexión con la zapata/encepadoSolución simple (aceptada en la Guia de la DGC)


Cimentaciones normales mediante micropilotes

Máquina aislada Solera industrial

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Cimentación de un nuevo elemento en una fábrica


Encepado con micropilotes

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Ejemplo de recalce con micropilotes (I)

Castillo de Bootham, York, Inglaterra

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Ejemplo de recalce con micropilotes (II)

Viaducto de Teruel


Ejemplo de recalce con micropilotes (III)

Torre campanil de la catedral de Buranoen VeneciaSe recalza la estructuraSe crea un “bulbo”de terreno asociado a la torre, bajando su centro de gravedad

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Ejemplo de recalce con micropilotes (III)

Torre campanil de la catedral de Buranoen VeneciaSe recalza la estructuraSe crea un “bulbo”de terreno asociado a la torre, bajando su centro de gravedad




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Ejemplo de tratamiento de fábricas con micropilotes

Iglesia de S. Andresde los frati (Roma)Se recalza la estructuraSe “arman” los muros de mampostería


Ejemplo de tratamiento de fábricas con micropilotes

Iglesia de S. Andresde los frati (Roma)Se recalza la estructuraSe “arman” los muros de mampostería

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Micropilotes

GRACIAS POR SU

ATENCIÓNManuel Romana Ruiz

[email protected]

www.stmr.com

MICROPILOTES Apéndice. Paraguas para túneles

Manuel Romana RuizUniversidad Politécnica de Valencia

STMR [email protected]

Madrid, junio de 2008

IIR

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Áreas de utilización.Presostenimiento de túneles

“Paraguas” de emboquille con micropilotes resistentes a flexión

Paraguas pesadosParaguas medios

Muy frecuenteSoluciones para los paraguas ligeros

BulonesColumnas horizontales de “jet-grouting”

“Paraguas” de micropilotes para interior


Paraguas de emboquille (I)

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Paraguas de emboquille (II)


Paraguas de interior en túnel (I)

Túnel de Maçico

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Paraguas de interior en túnel (II)

Túnel del Fabar


Reglas de uso de paraguas de presostenimiento en túneles

DE EMBOQUILLEDe micropilotes

PesadoRMR<30Medio

30<RMR<70De bulones

60<RMR<80

DE INTERIORCon problemas

De inestabilidad del techo y/o frenteDe tiempo de estabilidad (“stand up time”) muy reducido

RMR<30

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Guía de micropilotesParaguas en Túneles


Guía de micropilotes Paraguas en Túneles. Alzado

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Guía de micropilotes Paraguas en Túneles. Emboquille


Cálculo deparaguas

de emboquille

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Guía de micropilotes Paraguas en Túneles.

Solapes de interior

4_ Manuel Romana

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