Estructuras de La Tablestaca

7/22/2019 Estructuras de La Tablestaca

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Estructuras de la Tablestaca 1

Estructuras de la Tablestaca


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LA TABLESTACA

El Tablestacado de acero se compone de perfiles de acero laminados calientes,provistos de garras o enclavamientos de conexin de pilas sucesivas entre s para

formar una pared continua.

Las Tablestacas sirven generalmente para resistir las presiones horizontales

debido al suelo y el agua y derivan su estabilidad al soporte horizontal

proporcionado por la resistencia horizontal de la tierra y tambin desde el soporte

horizontal proporcionado por cualquier anclaje, lazos, o puntales colocados en un

nivel superior. Por otro lado, los pilotes se utilizan como pilas aisladas para llevar

cargas esencialmente verticales, debido a un edificio o estructura a travs de un

suelo pobre o hacia abajo del suelo en una de agua inferior o a una profundidad

ms firme.

Las tablestacas puede estar hecho de acero, madera o concreto reforzado, pero el

acero es el ms utilizado. Mientras las tablestacas prefabricadas de hormign

armado ahora se utilizan rara vez, ha habido recientemente un uso en-arrugado de

hormign en forma de muros pantalla de hormign colocados bajo bentonita

suspensin.

Secciones de las Tablestacas de Acero

El tablestacado de acero se puede considerar como un desarrollo de

tablestacas de madera. Los primeros intentos de encontrar un sustituto para la

madera se hicieron en el siglo XIX, cuando se produjeron las secciones

servales de chapa de hierro fundido acumulacin.

La fragilidad del hierro fundido era evidente como un material no satisfactorio

para pilotes, hasta que las secciones de acero laminado se produjeron al

principio del presente siglo. Las primeras secciones de acero exitosos emplean

enclavamientos remachados, pero con la mejora de las tcnicas de laminacin

mejores secciones ms adelante fueron fabricados Algunos ejemplos de estos

antes, ahora secciones obsoletos.

Eficiencia de las Secciones

Ciertos ha existido controversia en los ltimos aos con respecto a la diferencia

en el comportamiento de las secciones Z y U.


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En los Estados Unidos ha sido la prctica de utilizar slo la cantidad de

mdulos resistentes individual de secciones tipo U, debido a las grandes

distancias de bloqueo, mientras que la prctica Europa de sub-secciones ha

asumido, con algunas excepciones, puesto que la totalidad de la pared acta

como si no hubiese deslizamiento cortante y podra tener lugar en los

enclavamientos ubicados un eje neutro de la seccin.

Es interesante sin embargo, hay tener en cuenta una tendencia mundial hacia

el uso de la seccin Z en muchos pases. Al mismo tiempo en los ltimos aos

las mejoras en las prcticas de laminacin han permitido la produccin de

secciones ms eficientes, donde la eficacia se define como la relacin de

mdulo de seccin por pie de pared para el costo de la acumulacin por pie

cuadrado de pared.

La mejora de la eficiencia resulta principalmente de la utilizacin de secciones

ms amplias con una cierta reduccin en el espesor. Existen lmites prcticos a

mucho mayor progreso en esta direccin, pero un aumento adicional de laeficiencia relativa es ahora alcanzar mediante la funcin de mejor calidad.

Caractersticas SignificativasTres caractersticas importantes que se dan en las tablestacas y sus

particulares ventajas, son:

1) El enclavamiento sirve para conectar las pilas para formar una pared

continua, de haber sido roscadas las pilas en uno al otro durante el

proceso de instalacin. El enclavamiento es positivo y fuerte, y hay poca

posibilidad de una pila se salga de su posicin, excepto en casos muy

raros. El acabado de la pared, referente a su aspecto es satisfactoria.

El enclavamiento est completamente conectado del suelo y tambin es

suficientemente estanco para todos los propsitos prcticos. Slo una

pequea desviacin angular entre una pila y la siguiente es posible con


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secciones normales de tablestacas y pueden variar dependiendo de la

marca particular de apilamiento.

2) La forma de la pila en seccin transversal est diseada para hacer la

pared de apilamiento capaz de resistir la flexin como si se tratara de

una serie de vigas verticales conectadas entre s.

Las partes de metal estn en la parte delantera y la parte posterior de la

pared, es decir, los intervalos, son equivalentes a las bridas de un acero

laminado en forma de I y proporcionar la mayor parte de la resistencia a

la flexin de la seccin, mientras que las porciones transversales, o las

bandas , que conectan las bridas son lo contrario, son similares a la red

de acero en forma de I y sirven para resistir las fuerzas de corte tanto

como para mayores resistencias de flexin y para las tablestacas de

mayor profundidad total y con mayor grosor del metal en las bridas.

Sin embargo, aparte de resistencia a la flexin, la seccin debe ser

tambin capaz de ser impulsado en el suelo a la profundidad requerida y

la forma de la seccin transversal rgida proporciona para este

propsito.

3) El material de que las pilas de acero estn hechas les permite soportar

golpes de martillo pesado durante la instalacin. La cantidad de

resistencia del suelo que hay que superar en la conduccin va a

determinar la cantidad de acero en la seccin transversal, as como lacalidad del acero de la que se fabricarn los pilotes. El acero tambin

permite una alta resistencia de flexin al ser colocado en una pequea

cantidad de rea de la seccin transversal.

En consecuencia, mayores penetraciones se puede conseguir que en el

caso con hormign o madera tablestacas cuyas reas en seccin

transversal son comparativamente mucho ms grande. Adems, para

una resistencia a la flexin dado una tablestaca de acero es ms ligera

en peso que cualquier otro tipo, y dos ventajas importantes surgen de

esto: el transporte de las pilas y su manejo en la posicin de conduccin

es ms simple y menos costoso, y relativamente con un martillo ms

ligero se puede utilizar para lograr la misma tasa de penetracin.


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USO DE TABLESTACAS DE ACERO Y TIPOS DE ESTRUCTURAS

A. El caso ms comnmente encontrado es aquel en el que slo hay un nivel

muy pequeo diferencial de agua en ambos lados de las aplicaciones de

puerto mientras que en una de las aplicaciones se utiliza una sola lnea de

pilotes, muchos otros como muelles rompeolas, dos lneas paralelas de

que o tablestacas estn ancladas entre s y forman de hecho una

estructura de doble pared.

B. Esta condicin menos habitual, pero importante, cubre los casos en los que

existe un alto nivel de agua del diferencial a travs de dos lados de la hojade apilamiento, que se produce, por ejemplo, donde la acumulacin es

utilizado para formar las paredes de un dique seco, un bloqueo, los stanos

de los edificios, u otras estructuras subterrneas tales como cmaras de

bombeo.

El tablestacado sirve como soporte temporal durante la construccin y las

paredes como permanentes de la estructura. Mientras que el habitual de

los mtodos de anclaje rea de distribucin, se hace referencia a

continuacin, son aplicables a las estructuras tales como paredes dique

seco, en el caso de construccin de stanos y en ocasiones como la que

es prctica para el uso planta baja o plantas inferiores a puntal de las

paredes de separacin. Para una cmara subterrnea circular, largueros

en anillo de compresin son la forma ideal de apoyo en todas las

estructuras en esta categora es importante tener en cuenta el efecto de la

presin del agua en la base de elevacin tablestaca


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C. Entre otros usos permanentes de tablestacas son paredes del suelo para

ayudar en la prevencin de la filtracin o el flujo de agua debajo de las

estructuras. Ejemplos de ello son las paredes de corte por presas, diques,

incluyendo suelos y muros de contencin y control del agua presas,

compuertas y diques. Tambin puede ser usado como una proteccin

contra los efectos de la socavacin o erosin del suelo como en el dedo del

pie con pilotes de paredes mar, pilares de puentes y pilares y rompeolas de

hormign en masa.

D. Los muros de contencin de tipo Cantilever son probablemente menos

comnmente utilizados. En primer lugar son slo econmicos para paredes

que tienen una altura no mayor de aproximadamente 10 a 14 pies. Aparte

de esta restriccin, las paredes en voladizo son ms sensibles que los

muros anclados a las variaciones en las condiciones del suelo y tambin

estn sujetas a deflexiones horizontales ms grandes. Por lo tanto, sonms apropiados para las estructuras temporales.

E. Muros anclados de gama media de alturas, dicen desde 15 pies hasta 40

pies o menos dependiendo del suelo y las condiciones del sitio, forman la

mayor parte de la permanente de la hoja de acero uso acumulando. Por

esta razn, las paredes de esta categora especial se le dar mayor

atencin en las secciones siguientes de este captulo que trata sobre el

diseo y los detalles ms muros de contencin de esta categora son

compatibles con un sencillo sistema de largueros horizontales de acero a lo

largo de la acumulacin con tirantes de acero para transferir las cargas alos anclajes o DeadMen aislados. Estos pueden ser simples bloques de

concreto, losas de hormign armado vertical, o un grupo de 2 a 6

tablestacas cortos.

En algunos casos, vale la pena considerar tablestacas largas como

anclajes con la parte de debajo de las varillas de unin que son de mayor

longitud, que actan como anclajes de los voladizos. En otros casos

anclajes se construyen como paredes verticales continuos de hormign o

tablestacas. Las varillas de unin pueden ser rastrillado abruptamente-

decir, a 45 con la horizontal y conectados a los anclajes del suelo.

Alternativamente, el anclaje puede tomar la forma de H de acero pilas

tensin rastrillo detrs de la acumulacin a aproximadamente 45 y

conectado directamente a los largueros. Tirantes horizontales tambin

pueden estar conectados a los anclajes A-bastidor formado de hacia

adelante y hacia atrs rastrillar cojinete y pilas de tensin con o sin un

bloque sustancial de hormign en las cabezas de estas pilas.


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F. A las estructuras, muros de contencin secundaria. Con la disponibilidad

de los artculos de alto mdulo puede no ser la misma necesidad de

recurrir a una plataforma de alivio, ya que fue en el pasado cuando la

seccin disponible ms fuerte de acumulacin puede haber sido

insuficiente para un particularmente alto de la pared. Sin embargo, ambas

alternativas deben ser examinadas para determinar que produce la pared

de ms bajo costo en circunstancias dadas. Se ver que la presin de la

tierra en la pared, y en consecuencia el movimiento de flexin en la hoja de

apilamiento, se reducirn por la disposicin de la plataforma de hormign

armado detrs de la viruta cierta distancia por debajo del nivel del suelo.

Por lo tanto, las paredes de este tipo se utilizan en la construccin de un muro

convencional no es posible suponga problemas especiales. As pues, hay varias

circunstancias en las que deben ser considerados para aliviar plataformas de: (1)

donde la existencia de suelo sin adecuada impide el uso de anclajesconvencionales, (2) cuando no hay suficiente espacio para los tirantes ordinarias y

anclajes (3) donde hay grandes superloads o cargas de gra o ferrocarril pistas,

que requieren pilotes para apoyarlos.

PRINCIPIOS DE DISEO DE ASEGURADORES PARA PAREDES DETABLESTACA

Dependiendo de la cantidad relativa de penetracin de la acumulacin por debajo

de la lnea de dragado final. El primer tipo se vuelve a preferidos como soportegratuito-tierra y el segundo soporte en la tierra fija.

En el tipo de soporte gratuito en la tierra de la pared, que tiene una penetracin

menor que el segundo tipo, Se supone que la acumulacin debe estar

actuando como un haz vertical que abarca dos soportes, siendo estos el

sistema de anclaje y el suelo en frente de la acumulacin por debajo de la

lnea de draga. En el caso de apoyo-tierra fija el apilamiento tiene una mayor

penetracin en el suelo debajo de la lnea de dragado, se supone que la

acumulacin se fija en la direccin en la parte inferior. La viga apoyada en la

pared es entonces efectivamente equivalente a la fija en el extremo inferior.

1. Presin del suelo, momento de flexin y deflexinEsquemas convencionales para la presin del suelo, momento de flexin y las

condiciones de apoyo a tierra fija. El diagrama de red de la presin del suelo es

la diferencia entre el total de gramos da pasivo y activo totales (lnea

discontinua). La cantidad T representa el anclaje es la fuerza de presin activo


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neto total que acta sobre la resistencia, A la pared, y P es la fuerza pasiva

neta total disponible debajo de la lnea de dragado, mientras que Pr es una

fuerza pasiva inversa en la parte inferior de la acumulacin necesaria para la

obtencin "fijeza"

El diagrama de momentos corre muestra que la curvatura en algn lugar entre

momento mximo empate (positivo) mientras que P es una fuerza pasiva

inversa al correspondiente diagrama de momentos tiende muestra que la

curvatura como mximo (positivo) en algn lugar entre el nivel de la barra de

acoplamiento y la lnea de dragado, con un momento mximo inverso

(negativo) a cierta distancia por debajo de la lnea de dragado. A punto de

momento de flexin cero se producen una corta distancia por debajo de la lnea

de dragado, CP corresponde a la posicin de presin equivalente a cero,

momento de flexin y deflexin diagramas de forma gratuita- estabilizacin de

tierras. Aqu las nicas fuerzas son T y P, como se menciona anteriormente,mientras que el diagrama de momento de flexin indica un mximo nico

positivo. Este momento es significativamente mayor que el momento para el

apoyo-tierra fija para una pared de la misma altura en las mismas condiciones

del suelo. La desviacin del diagrama en este caso no tiene punto de apoyo.

2. Soporte en tierra fijaMientras una pared en determinado sitio y las condiciones del suelo en general

se pueden disear ya sea de forma gratuita o de apoyo-la tierra fija, la

experiencia ha demostrado que los resultados generales es ms economa

desde el diseo de la Tierra fija. Aunque se necesitan pilas ms largas, elmdulo de seccin requerida o resistencia a la flexin de las pilas es menor, y

las cargas de anclaje tienden a ser menores. Diseo fija la Tierra proporciona

automticamente la penetracin suficiente para dar un factor de seguridad

adecuado contra el movimiento hacia el exterior de las pilas debajo de la lnea

de dragado.


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Sin embargo, en el caso de la libre-tierra apoyan una penetracin adicional,

ms all de que slo es necesario para la estabilidad, que se requiere para

proporcionar un factor de seguridad contra el movimiento hacia el exterior de la

parte inferior de las pilas En consecuencia, la seccin ms tarde en los detalles

de diseo se ocupar esencialmente de apoyo en tierra fija solamente. El

diseo de apoyo libre Tierra podra, sin embargo, ser aplicable en casos tales

como (a) cuando existen arcillas debajo de la lnea de dragado o (b) cuando

exista roca medio a, o cerca de, la lnea de dragado para que las pilas no se

puedan conducir lo suficiente para proporcionar fijeza.

3. Modos de Falla de las TablestacasLas cargas que se ejercen sobre los sistemas de tablestacas tienden a producir

varios tipos de falla. De acuerdo al tipo de falla se deben evaluar las fuerzas

que las producen y se deben seleccionar ciertos parmetros para prevenirlas.

Los sistemas de falla ms comunes son los siguientes (fig. 13.16):

Falla por deslizamiento profundo. Esta falla afecta la totalidad de la masadel suelo incluyendo la tablestaca y es independiente de las caractersticas

estructurales del muro. Su posibilidad se debe estudiar realizando un anlisis

de estabilidad del talud con falla profunda por debajo de la tablestaca.

Generalmente, este tipo de falla no se remedia incrementando la profundidad

de la tablestaca y se requiere implementar otras obras de estabilizacin como

anclajes, drenajes, mejoramiento del suelo, etc.

Falla al volteo por profundidad insuficiente de la tablestaca. Las presioneslaterales ejercidas por la tierra tienden a ejercer una rotacin de la tablestaca.

Esta falla puede prevenirse profundizando la tablestaca.

Falla por falta de resistencia pasiva del pie de la tablestaca. Este tipo defalla ocurre para tablestacas ancladas por falta de profundidad de

empotramiento y se resuelve profundizando la tablestaca.

Falla estructural de la tablestaca. Estas fallas ocurren por exceso deesfuerzos de flexin o de cortante sobre la estructura de la tablestaca. Este

tipo de falla se resuelve colocando una tablestaca estructuralmente capaz desoportar los esfuerzos internos.


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Tablestaca Empotrada en Suelos Granulares

Se asume que la tablestaca rota como un cuerpo rgido alrededor de un punto en

su longitud empotrada. Esta suposicin implica que el muro est sujeto a una

distribucin de presin activa desde la corona del muro hasta un punto llamado

punto de transicin cerca al punto de desplazamiento cero. As mismo, seconsidera que la distribucin de la presin de diseo vara linealmente como se

indica en la figura 13.7. Las tablestacas empotradas en suelos granulares, sinanclaje, se disean por los mtodos de soporte fijo.

Los mtodos de soporte fijo (Fixed Earth Support) son los ms utilizados en los

Estados Unidos. El diagrama de presiones, como se indic anteriormente,

presenta un cambio en la magnitud y direccin de las fuerzas pasivas en el

extremo inferior de la tablestaca.

El anlisis consiste en determinar la profundidad del empotramiento para

garantizar la estabilidad del sistema. Una vez se determina la profundidad de

empotramiento requerida, se aumenta en un 30% para garantizar un factor de

seguridad adecuado (King, 1995).

Movimiento lineal de la capaTabla 13.2 Valores aproximados de penetracin requerida de una tablestaca.

Resistencia a laPenetracin

Estndar(N golpes/pie)

Profundidad dePenetracin

Requerida de laTablestaca

0 a 4 2.0 H

5 a 10 1.5 H

11 a 30 1.25H

31 a 50 1.0H

Ms de 50 0.75H

H = altura de la tablestaca por encima

del nivel inferior del terreno


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Figura 13.6 Modos de falla de los muros de tablestaca

Figura 13.7 Modos de falla de los muros de tablestaca


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PASOS PARA EL DISEO DE UNA TABLESTACA

El procedimiento para obtener el diagrama de presiones sobre una

tablestaca que permita realizar el diseo puede resumirse en los siguientes:

Paso 1. Asuma una profundidad de penetracin de la tablestaca, la cual

puede obtenerse como una correlacin de la altura teniendo en cuenta la

resistencia del suelo.

Paso 2. Calcule Ka y Kp, criterios de Rankine o de Coulomb.

Paso 3. Calcule p1 y p2. L1 y L2 deben estar definidas previamente.

Paso 4. Calcule L3

Paso 5. Calcule P total activo, sumando los diagramas de presiones.

Paso 6. Calcule z (El centro de presin del rea ACDE) tomando momentos

respecto a E.

Paso 7. Calcule p5

Paso 8. Calcule A1, A2, A3, A4 Transicin Presin Neta activa Presin

Neta pasiva Lmite inferior del muro


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Paso 9. Resuelva la ecuacin siguiente por tanteos para determinar L4

Paso 10. Calcule p4

Paso 11. Calcule p3

Figura 13.8Tablestaca en voladizo en suelos arenosos. (a)Presin de tierras.

(b)Diagrama de momentos


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Paso 12. Obtenga L5

Paso 13. Dibuje el diagrama de distribucin de presiones como el que se

muestra en la figura 7.8.

Paso 14. Obtenga la profundidad terica de penetracin L3 + L4. La

profundidad real de penetracin se debe incrementar entre 20% y 30%.

CLCULO DEL MOMENTO SOBRE LA TABLESTACA

La variacin del momento de flexin en una tablestaca en voladizo se

muestra en la figura 13.8. El momento mximo ocurre entre los puntos E yF.

Para obtener el momento mximo (Mmax) por unidad de longitud de

tablestaca se requiere la determinacin del punto con fuerza cortante cero.

Una vez determinado el punto de fuerza cortante nula (punto F en la figura

7.8), la magnitud del momento mximo se obtiene como:


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TABLESTACA EMPOTRADA EN SUELOS COHESIVOS

En el caso de tablestacas empotradas en mantos de arcilla, el diagrama de

presiones es diferente al de las tablestacas en suelos granulares. La diferencia

entre los diagramas se muestra en la figura 13.9.

Procedimiento para calcular la profundidad requerida de empotramiento para

una tablestaca en suelo arcilloso:

Paso 1. Asuma una profundidad de penetracin de la tablestaca, la cual

puede obtenerse como una correlacin de la altura teniendo en cuenta la

resistencia del suelo.

Paso 2. Calcule para el suelo granular.

Paso 3. Obtenga P1 y P2

Paso 4. Calcule P1 y z1

Paso 5. Use la ecuacin siguiente para obtener el valor terico de D.

Paso 6. Calcule L4

Paso 7. Calcule P6 y P7


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Paso 8. Dibuje el diagrama de distribucin de presiones como se muestraen la figura 13.10.

Paso 9. La profundidad real de penetracin es:

Figura 13.9Diferencia entre los diagramas de presiones de una tablestaca dealtura libre, en un suelo arenoso y un suelo arcilloso.

Figura 13.10 Diagrama de presiones para tablestaca en voladizo empotrada en arcilla.


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Tablestacas Ancladas

Es muy comn que las tablestacas tengan un anclaje en su seccin en voladizo.

En ese caso generalmente se supone que el empotramiento no es fijo, aunque

existen las dos formas de clculo.

Si suponemos que el empotramiento inferior es fijo, el diagrama de momentos es

diferente si el empotramiento es libre (Figuras 13.11 y 13.12).En las figuras 13.13 y 13.14 se muestran los diagramas de presiones para unatablestaca anclada empotrada en suelos granulares y para el caso de suelos

arcillosos, suponiendo el empotramiento libre.

En lo referente al anclaje, ste puede ser horizontal, con un muerto o bloque de

soporte en su extremo, o puede ser inclinado perforando y tensionando un ancla

con un bulbo inyectado. Si se utiliza un anclaje pretensado el ngulo deinclinacin con la horizontal es de mnimo 1.50 y se genera una fuerza inclinada

sobre la tablestaca, la cual presenta componentes horizontales y verticales.

La importancia radica en que las propiedades de la tablestaca y las propiedades

esfuerzo-deformacin del suelo se pueden utilizar en forma conjunta. En la

prctica el sistema consiste en la colocacin de una serie de resortes entre la

tablestaca y el suelo para simular la interaccin suelo-estructura.

Igualmente, si el desplazamiento es cero, se presentaran presiones de reposo y

de acuerdo a la magnitud de las deformaciones y su sentido, se obtienen los

esfuerzos activos y pasivos.

El sistema de elementos finitos es uno de los ms utilizados actualmente para el

diseo de tablestacas. Su gran ventaja consiste en que analiza el comportamiento

esfuerzo-deformacin y tiene en cuenta la flexibilidad de la tablestaca. Esto evita

los errores debidos a la sobresimplificacin de los sistemas de presiones de tierra

explicados anteriormente. El anlisis de tablestacas utilizando elementos finitos

permite determinar con mayor precisin los esfuerzos y momentos sobre la

estructura de la tablestaca.


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Figura 13.11 Presiones de tierra y momentos internos entablestacas por el mtodo de soporte fijo (Fixed EarthSupport).

Figura 13.12 Variacin de las deflexiones y momentos en utablestaca anclada. (a) Mtodo soporte libre. (b) Mtosoporte fijo

Figura 13.13 Tablestaca anclada en suelos arenosos.


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Figura 7.14 Tablestaca anclada en suelos arcillosos

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