Memoria Sala Elect Inf RB

7/25/2019 Memoria Sala Elect Inf RB

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CORPORACION NACIONAL DEL COBRE DE CHILEGERENCIA DE PROYECTOS

DIRECCIN DE PROYECTOS FUNDICIN TENIENTE

INGENIERA PARA CONSTRUCCIN REEMPLAZOSISTEMA GRAS Y ALZA GRA NAVE

CONVERTIDORES

MEMORIA ESTRUCTURAL

SALA ELECTRICA GRUPO GENERADOR

Santiago, 03 de Septiembre de 2015


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CONTROL E IDENTIFICACIN DE CAMBIOS DEL DOCUMENTO

RevisinFecha de

Revisin

Observaciones, Detalle del Cambio o Modificacin

A

B

03.09.2015

07.09.2015

Emitido para Revisin y Comentarios

Se Modifica segn Comentarios de Cliente


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TABLA DE CONTENIDOS

DESCRIPCIN PG

1.0 INTRODUCCIN

2.0 REFERENCIAS

3.0 OBJETIVOS Y ALCANCES

4.0 DESCRIPCIN DEL ANALISIS ESTRUCTURAL

5.0 ANALISIS Y RESULTADOS

6.0 DESCRIPCION ANALITICA DE LOS RESULTADOS

7.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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1. INTRODUCCIONEl presente documento muestra los resultados del anlisis mecnico-estructural realizado a la SalaElctricas de dimensiones largo 8m, ancho de 4.3m y alto de 3.95 m, de proyecto Reemplazo Sistema

Gras y Alza Gra Nave Convertidores para CODELCO DIVISION TENIENTE ubicada en laFundicin Caletones a 1600 msnm.

2. REFERENCIAS

Documentos, Especificaciones y Normas de referencia

AISC LRFD 2007 Load and Resistance Factor Design Specification For StructuralSteel Buildings

AISC 360-2005 Specification for Structural Steel BuildingsAWS D1.1-2006 Structural Welding Code Steel.ASCE 7-2005 Minimum Design Loads for Buildings and Other StructuresNCh 427 Normas Chilenas para la construccinNCh 2369 Diseo Ssmico de Estructuras e Instalaciones IndustrialesNCh 432 Clculo de la Accin del Viento Sobre las ConstruccionesNCh 3171 Diseo estructural Disposiciones generales y combinacin

de cargas

Planos de Referencia Construccin Sala:

N ARE-3437-LAY-01 Rev 1 Plano de Dimensiones Generales Sala.

N ARE-3437-LAY-02 Rev 1 Plano Elevacin Pilares

N ARE-3437-LAY-03 Rev 1 Plano Reticulado Base Principal Sala Elctrica.

N ARE-3437-LAY-04 Rev 1 Plano Reticulado Base Techo Sala Elctrica.

3. OBJETIVOS Y ALCANCES

El documento, tiene por objetivo la verificacin y respaldo de los diseos de Sala Elctricas tipocontenedor de cliente Codelco Gerencia de Proyectos, en su proyecto Construccin ReemplazoSistema Gras y Alza Gra Nave Convertidores, como alcance del reporte, se informarn lasdistribuciones de desplazamientos - esfuerzos y anlisis de estabilidad de las estructuras bajodiferentes combinaciones de carga enumeradas en el tem 5.1.2.


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4. DESCRIPCIN DEL ANALISIS

El anlisis mecnico-estructural se realiza utilizando el mtodo de elementos finitos (FEM)

mediante el programa Inventor, el cual, permite modelar el comportamiento de la estructurabajo la accin de las diferentes combinaciones de carga. Este programa se basa en la utilizacinde elementos de viga y placas de seis grados de libertad por nodo (Tres de desplazamiento ytres de rotacin) y elementos de barras de tres grados de libertad por nodo (Tres dedesplazamiento) a nivel elemental permite definir secciones y materiales diferentes para cadaelemento.

El programa trabaja asumiendo que en los elementos componentes de la estructura se cumplenlas siguientes hiptesis:

Una relacin entre desplazamientos y deformaciones de primer orden.

Una relacin entre tensiones y deformaciones del tipo elstica lineal e isotrpica.

Las cargas solicitantes (peso propio, sobrecargas de uso y eventualidades) se descargan en lasbarras, nudos o placas, segn corresponda. Las cargas ssmicas se obtienen del anlisis ssmicoesttico que se realiza a la estructura global.

El programa para modelar sus elementos tipo vigas considera la norma AISC 2005

5. ANALISIS Y RESULTADOS

Materiales

Se consideran los siguientes materiales:

Acero Calidad ASTM A-36

Densidad de masa: m 0.00785 Kg/cm3

Mdulo de elasticidad: E= 2.1x106kgf/cm2Esfuerzo de fluencia fl = 2400 Kgf/cm

2 (240MPa)Esfuerzo admisible en traccin: ad= 1140 kgf/cm

2

Esfuerzo de corte admisible ad = 1150 kg/cm2

Perfiles Estructurales Calidad ASTM A-36

Vigas IPE 240Perfil Cuadrado 150x150x6

Perfil Rectangular 100x150x6

Perfil C 100x50x5

Vigas UPN 200Vigas IPE 200Vigas IPE 140


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5.1 Criterios y Consideraciones de diseo

5.1.1 Cargas de diseo

Para el anlisis se consideran las siguientes cargas:Peso Propio (D). Se considera el peso propio real de la estructura de acuerdo a laspropiedades fsicas de cada elemento estructural utilizado, las cuales son calculadasinternamente por el software, se suma tambin peso de todos los revestimientos y partesconstituyentes de aislacin F120 y los equipos permanentes que estarn contenidos dentrode la sala (Peso aprox 8000 Kgf).

Cargas de uso (Lr) considera al interior Sala una carga distribuida en el piso de la estructuraigual a 1000 kgf/m( condicin de cliente)

Cargas de uso (Lt). Considera carga otra sala Superior corresponden a una carga en la basetecho de la estructura igual a 16000 kgf aprox.

Cargas de uso (L) considera personas al interior. Las cargas corresponden a tres cargaspuntuales en el piso de la estructura igual a 100 kgf.

Cargas de Techo (Nt). Se considera una carga distribuida igual a 300 kg/maplicadas sobrelas cerchas de la estructura. ( condicin de cliente)

Cargas de Viento (Vi). Se considera una presin bsica de 70 kgf/m aplicadas sobre lasestructuras en conformidad a la Norma Chilena NCh 432 Clculo de la accin del vientosobre estructuras.

El factor de forma de utilizado es 1.2 para superficies planas, por lo que la carga de vientototal es de 85 kg/m2 para cada direccin de anlisis como carga distribuida sobre los murosde la sala y 30 kg/m2 para succin.

Cargas ssmicas (Si). Para el anlisis, y de acuerdo a la Norma Chilena NCh 2369 DiseoSsmico de Estructuras e Instalaciones Industriales se considera un 40% de la aceleracin degravedad aplicada en las direcciones horizontales a las estructuras.

Si: Carga ssmica horizontal aplicada en la direccin i

Coeficiente Horizontal Ch= 0.75

Coeficiente vertical Cv =0.6 x Ch

Se utilizan coeficientes mximos que indica Tabla 5.7 NCh 2369,

( Zona 2 con R=3, I =1 y =0.02)


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5.1.2 Combinaciones de carga.

Las combinaciones de carga utilizadas para el anlisis estructural de Salas elctricas, son lassiguientes:

1. D + L

2. D + Lr + Lt

3. D + L + Lt + Nt

4. D + L+ Lt Vi

5. D + L + Lt + Sx Sz

6. D + L+ Lt + Sy Sz

7. Izaje

Tabla 1: Resumen de Cargas aplicadas a Sala Elctrica Grupo Generador

SALA ELCTRICA

Combinacin de carga

Direccion de las Cargas

Eje X Eje Y Eje Z

1) D + L

2) D + Lr + Lt

3) D + L + Lt + Nt

4.1)D + L + Lt + Vx

4.2)D + L + Lt - Vx

5.1) D + L + Lt + Sx + Sz

5.2) D + L + Lt + Sx - Sz

6.1) D + L + Lt + Sy + Sz

6.2) D + L + Lt + Sy - Sz

7) Izado **


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5.1.3 Deflexiones admisibles

Los desplazamientos mximos de los elementos estructurales quedarn acotados segn loestipulado en la NCh 427 (Capitulo 13) y Nch 2639 (6-8)

Las flechas mximas verticales de vigas de piso sern evaluadas segn criterio L/300; paraL transversal = 4300 mm,

Flecha Admisible => = L / 300 donde L = 4300 (cm.)

adm = 14.3 (mm.) (1.43 cm).

Las deflexiones mximas horizontales sern evaluados segn el siguiente criterio 0.015xh.

Flecha Admisible => = 0,015xh donde h = 3500 (mm.) (altura de muros)

adm = 52.5 (mm) (5.25 cm)


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Viga IPE 200

5.2 Modelamiento y Anlisis de Sala Elctrica

La sala elctrica proyectada de, 4.3 m de ancho, 8.0 m de largo y 3,95 m se compone deestructura tipo marco metlico simple con emparrillado de piso conformado por vigas

principales IPE y vigas secundarias C. En columnas se consideran perfiles tipo cajn cuadradoy rectangular, mientras que para la techumbre se considera emparrillado conformado por vigasUPN y IPE principales y perfiles C como vigas secundarias.

La estructura proyectada es modelada por medio de elementos tipo vigas a travs del mtodo deelementos finitos, considerando uniones soldadas rgidas entre ellos.

La siguiente figura muestra el modelo realizado en INVENTOR y la nomenclatura consideradapara el desarrollo de la presente memoria.

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Figura 1A

Columnas150x100x6

VigaPrimariaIPE 240

Perfil C100x50x5

Travesao150x100x6

VigaPrimariaUPN 200

Perfil C 100x50x5Viga IPE 140

Perfil [ ]150x150x6


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Modelamiento y Anlisis de Sala Elctrica

Se analiza el comportamiento mecnico y estructural de la Sala Elctrica bajo las diferentescombinaciones de carga mostradas en el tem 5.1.2.

Los resultados (Desplazamientos y Esfuerzos) para todas las combinaciones de carga aplicadasal modelo estructural se muestran en el tem 5.3 (Tabla 2).En la figura 1A se muestra el modeloestructural objeto de anlisis.

Para la presente memoria las Vigas y Perfiles componentes ser condicionante sucomportamiento sometidas a flexin, por lo que el principal criterio para discriminar suresistencia, es el desplazamiento mximo que se produce cuando estn sometidas a cargas lascuales se aplican en forma puntual (kgf) y/o distribuida (kgf/mm), y en segundo lugar losesfuerzos mximos que se producen en los puntos de unin, y que en ningn caso sobrepasenlos esfuerzos admisibles del material.

5.2.1 Resultados para la combinacin de carga de:

CASO 1 --- D+L

Figura 1.Resultado de Desplazamientos.


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Figura 2. Resultado de Tensiones en MPa.


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CASO 2 --- D + Lr + Lt


Figura 4 Resultado de Tensiones en MPa. viga


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CASO 3 --- D + L + Lt + Nt-------

Figura 5. Resultado de Desplazamientos.

Figura 6. Resultado de Tensiones en MPa. vigas


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CASO 4.1 --- D + L + Lt + Vx-------

Figura 7. Resultado de Desplazamientos.

Figura 8. Resultado de Tensiones en MPa. vigas


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CASO 4.2 --- D + L+ Lt - Vx----


Figura 10 .Resultado de Tensiones..


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CASO 5.1 --- D + L + Lt + Sx + Sz -------

Figura 11 .Resultado de Desplazamientos.

Figura 12.Resultado de Tensiones.


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CASO 5.2 --- D + L + Lt + Sx - Sz -------




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CASO 6.1--- D + L+ Lt + Sy + Sz------




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CASO 6.2 --- D + L+ Lt + Sy - Sz------

Figura 17 .Resultado de Desplazamientos



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5.2.10 Resultados para la combinacin de carga izaje:

Para el izaje, este se realizara tomando la sala desde los cuatro punto de levante que se instalaran en elmarco superior, distribuidos simtricamente con respecto al centro de masa de la misma, tal como se

muestra en el esquema superior. La carga que va a levantar para efecto de clculo se amplificara por unfactor 2.


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CASO 7 Izamiento


Figura 20.Resultado de Tensiones


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5.2.11 Resultados para la combinacin para Pandeo.

Se analiza la condicin de pandeo de elementos estructurales sometidos a cargas de compresin,para el clculo, se consideran las combinaciones de cargas ms restrictivas Caso 2

Figura 21.Resultado de Tensiones



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5.3 Resumen de resultados

En las Tabla 2 se presenta un resumen de los resultados obtenidos para cada una de las combinacionesde carga:

Tabla 2: Resumen de resultados del anlisis para Sala Elctrica

SALA ELCTRICA

Combinacin deCarga

Esfuerzos mximos MPa(N/mm2)

DesplazamientosMximos (mm)

Sx

(MPa)

Sy

(MPa)

Saxial

(MPa)

(Viga)

(MPa)

Total

Mximo

Total

Admisible

f/ o

(FS)

1) D + L

2) D + Lr + Lt

3) D + L + Lt + Nt

4.1)D + L + Lt + Vx

4.2)D + L + Lt - Vx

5.1) D + L + Lt + Sx + Sz

5.2) D + L + Lt + Sx - Sz

6.1) D + L + Lt + Sy + Sz

6.2) D + L + Lt + Sy - Sz

7) Izado **

FS: Factor de seguridad con respecto al lmite Fluencia del material.

** Para caso 7 la carga se amplifico por 2


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5.4 Resultados para la Anlisis de Orejas de Izaje.

5.4.1 CARACTERISTICAS DEL MODELO

CARACTERISTICASEspesor de la placa 20 mm

Material considerado ASTM A-36

240 MPa

Modulo de elasticidad (E) 2,1 x 106kgf/cm2

5.4.2 CONDICIONES DE CARGA

Figura 23: Fuerza aplicada sobre la oreja de izaje considerada.

El anlisis del elemento es de tipo esttico, la carga de diseo es de 3860 kg Con el objeto de absorber cargas producidas por impactos, se amplifica la carga de diseo en un

60%. La carga amplificada que se aplica en la oreja es de 61750 N Se fijan cuatro (4) puntos de forma axial y radial, dando como nico grado de libertad

tangencialmente. La lnea de accin de la fuerza debe tener una inclinacin mxima de 15 y 30 con respecto a la

vertical como lo muestra la figura 23.


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5.4.3 RESULTADOS DE LA MODELACIN

Figura 24: Resultado de tenciones en N/mm^2

Figura 25: Resultado de los desplazamiento en mm.

Para el acero considerado se obtiene el siguiente factor de seguridad n:

Fuerza aplicada 61750 Ncomponente x 13850 N

componente y 59600 N

componente z -8000 N


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5.4.4 VERIFICACIN DE PERNOS DE FIJACIN

Puntos

defijacin

Reacciones Fuerza actuante en pernos Esfuerzos en pernos

Magnitud(N)

Componentes

(x ; y ; z)(N)

En corte(N) En traccin(N) traccin(N/mm^2) corte(N/mm^2)

P1 24327,3

5789,39

15098,6 19074,8 53.35 42.23-13944,6

19074,8

P2 39582,4

-12734,4

20487,4 33867,9 94.73 57.3-16048,9

33867,9

P3 35882,7

-12061.7

19918,4 -29846,6 83.49 55.72-15851,1

-29846,6

P4 21063,4

5156,93

14690,8 -15094,6 42.22 41.09-13755,9

-15094,6

Se consideran pernos 3/4" Calidad ASTM A-354 Gr.8

Se analizan los dos casos mas crticos P2 y P3:

DN: 25.4 mm Dimetro del perno

Ap: 357.5 mm2 rea efectiva del perno

calculado 94.73 N/mm2 Tensin de traccin de diseo (Pern P2)

calculado 83.49 N/mm2 Tensin de traccin de diseo (Perno P3)

calculado 57.3 N/mm2 Tensin de corte de diseo (Perno P2)

calculado 55,72 N/mm2 Tensin de corte de diseo (Perno P3)

adm 1034 N/mm2 Tensin admisible de traccin de un perno

adm adm0.75 N/mm2 Tensin admisible de corte de un perno


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Siendo los pernos ms crticos P2 y P3, se comprueba que estos cumplan la siguiente formula deInteraccin Traccin - Corte:

=> P2 0,17 < 1,2

=> P3 0,15 < 1,2

Se comprueba que cuatros (4) pernos DN 1" Gr. 8 son suficientes para la fijacin de cada oreja deizaje

5.4.5 VERIFICACIN DE PLACA DE FIJACIN

La placa de fijacin est compuesta por una placa de respaldo, en donde se encuentran distribuidos cuatro(6) pernos de fijacin. El resultado de los esfuerzos de corte y aplastamiento sobre estas es el siguiente:

CARACTERISTICAS DEL MODELOEspesor de la seccin (e): 20 mmrea de corte mas desfavorable (Ac): 630 mmDimetro del agujero (): 27 mmrea de apoyo tuerca hex. o cabeza. del perno (Ap): 664,5 mmFuerza de corte Fc ms desfavorable: 20487,4 N (en perno P2)Fuerza de compresin Fp ms desfavorable: 29486,6 N (en perno P3)

c = Fc => 20487,4 => c = 32,5 N/mm2Ac 630

p. = Fp => 29846,6 => p = 44,9 N/mm2Ap 664,5

Se considera que la placa de respaldo calidad A-36, es suficientes para resistir los esfuerzos enlos puntos de fijacin.


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5.4.6 VERIFICACIN DE LA SOLDADURA

CARACTERISTICAS DEL MODELO

Electrodo considerado - ER 70S-6Limite elstico del electrodo Sy 400 N/mm^2Resistencia a la traccin del electrodo Su 480 N/mm^2Factor de seguridad ns 2 ulEsfuerzo admisible (respecto a ns) Sal 200 N/mm^2Garganta del filete a 8,6 mmAncho del filete z 12 mm

CONDICIONES DE CARGA

Fuerza mx. aplicada F 59600 N

Angulo de accin de la fuerza F 75Distancia al centro agujero Z 90Largo de Plancha H 160Espesor de Plancha B 20Distancia al centro del agujero Y 80

Figura 26: Esquema de soldadura cncamo soporte

RESULTADOS

Esfuerzo admisible a 145 N/mm^2

Garganta mnima del filete amin 5 mmEsfuerzo normal de la soldadura 1 76,207 N/mm^2Esfuerzo de corte mximo 20,919 N/mm^2

Esfuerzo normal resultante r 84,382 N/mm^2Fuerza mxima soportante Fmax 102415 N

Se comprueba un clculo positivo debido que: a


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5.4.7 VERIFACION DE BASES DE ANCLAJE

Verificacin de los puntos de anclaje de la base, la cual deber soportar adems la sala superior, por lotanto el peso final sumados todos los componentes es de aprox. 32100 kg.

La base est compuestas por vigas IPE 240. Soldados a las alas de las vigas se encuentran distribuidospernos de anclaje. El resultado de los esfuerzos de corte y aplastamiento sobre estos es el siguiente.

Figura 27. Seccin transversal de uno de los puntos de anclaje de la base

Considerando:

espesor de la seccin (e): 2 cmrea de corte (Ac): 8dimetro del agujero (): 3 cmrea de la cabeza del perno (Ap): 8.87fuerza de corte ms desfavorable: 31298 (la soportan 6 pernos)

fuerza de compresin ms desfavorable: 33536 (la soportan 6 pernos)

Fc = 31298 Kgf => Fc = 5216 Kgf6

c = 5216 Kgf => c= 652 Kgf/cm2

8Fp = 33536 Kgf => Fp = 5589 Kgf

6c = 5589 Kgf => c = 630 Kgf/cm

28.87

Se considera que seis (6) anclajes por cada lado de la viga IPE 240 calidad A-36 es suficientes pararesistir los esfuerzos en los dichos puntos.


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6. DESCRIPCION ANALITICA DE LOS RESULTADOS

Los resultados de desplazamientos para la combinacin de carga del caso 6.1, 6.2 y 7.0 de acuerdo a

Tabla N2 resultan ser los ms desfavorables, sin embargo las tensiones no superan los 135 Mpa.Las magnitudes de esfuerzos registrados para todos los casos en las estructuras de Sala Elctrica nosuperan el esfuerzo de fluencia admisible del material.

Las deflexiones mximas horizontales en todos los casos modelados cumplen criterio de ser menor0,015*h (52.5 mm) con h = 3500 mm que es la altura muros

Las deflexiones mximas verticales de vigas de piso en todos los casos modelados cumplen criterioL/300; para L transversal = 4300 mm, deformacin mxima permitida 14.3 mm

Segn se puede apreciar en Tabla N 2 que el menor factor de seguridad es 1.8, lo cual indica que eldiseo incluso sin considerar todos los revestimientos en planchas de acero, satisfacen plenamente lascondiciones de carga planteadas; Si se consideraran estos revestimientos de muro y techo los factores

de seguridad aumentaran en gran proporcin.

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En conformidad al anlisis de los resultados obtenidos se establecen las siguientes conclusiones yrecomendaciones:

7.1 Conclusiones

No hay riesgo de inestabilidad estructural (Pandeo por compresin) bajo las diferentescombinaciones de carga, esto incluye la Sala Elctrica Grupo Generador (MT).

Las estructuras diseadas no presentan riesgo de falla bajo las condiciones de carga planteadas,por lo tanto es viable su fabricacin.

Al revisar tambin los resultados obtenidos, tanto para las orejas de izaje, como las placas deanclaje, estas en ningn caso superan los esfuerzos de fluencia, cuando sean sometidos a lascargas que deben soportar en servicio, por lo que es viable su fabricacin.

7.2 Recomendaciones

Las estructuras deben ser manufacturadas en conformidad a los planos de fabricacinrespectivos

Hacer inspecciones tcnicas a las soldaduras realizadas en taller y en terreno.

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