Cercha

Tipo de estructura. Configuración. Tipos de Cercha. Diseño. Dimensiones. Clases de Esfuerzos. Acciones Directas. Acciones Indirectas. Edificios industriales. Ventajas. Desventajas. Pasarelas de Acero. Puentes

  • Enviado por: Yeiro Hincapie
  • Idioma: castellano
  • País: Venezuela Venezuela
  • 15 páginas
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Cercha

Lacerchaesuno delosprincipalestiposdeestructurasempleadaseningeniería.Proporcionauna soluciónprácticayeconómicaamuchassituacionesdeingeniería,especialmenteeneldiseñodepuentesy edificios.Unaarmaduraconstadebarrasrectasunidasmediantejuntasonodos.Loselementosdeunacercha seunensóloenlosextremospormediodepasadoressinfricciónparaformararmazónrígida;porlotanto ningúnelementocontinúamásalládeunnodo.Cadacerchasediseñaparaquesoportelascargasqueactúan ensuplanoy,enconsecuencia,puedenconsiderarsecomounaestructurabidimensional.Todaslascargas debenaplicarse enlasunionesynoenlosmismoselementos.Porellocadacerchaesunelementosometidoa fuerzasaxialesdirectas(tracciónocompresión).

Configuración

Unaarmadurasimple se obtiene de adicionarbarrasa la armadurabásicatriangular.Debeobservarse queunaarmadurasimpleno estánecesariamenteformadaportriángulos.Enunaarmadurasimpleelnúmero total de barrasesb=2n-3, dondenenel númerototaldenodos.

Enunsistemaestructuralconformadoporcerchas,sedisponedeunsistemadearriostramientolateral afinde contrarrestareldesplazamientolongitudinal dela edificacióndebidoalasfuerzastransversales.

Unacerchaesta formada porlossiguienteselementos:

1. Losmiembrosde arribacordónsuperior.

2. Losmiembrosde abajocordóninferior.

3. Diagonales.

4. VerticalesMontantesopendolonesdependiendodel tipodeesfuerzo.

Tipos de cercha

Deacuerdoconlaformadecrearlaconfiguracióndeunacercha,seclasificanensimples,compuestas ycomplejas.

Cerchasimple:

Unacercharígidaplanapuedeformarsesimplepartiendo detresbarrasunidaspornodosensus extremosformandouna triánguloyluegoextendiendodosnuevasbarrasporcadanuevonodoounión.

Cerchacompuesta:

Sidosomáscerchassimplesse unenparaformaruncuerporígido,lacerchaasíformadase denomina cerchacompuesta.Unacerchasimplepudeunirse rígidamente aotraenciertosnodospormediodetres vínculosnoparalelosni concurrentesopormediode untipoequivalentede unión.

Diseño de Cerchas

DiseñoporTracción

Ciertosmiembrosdelacerchaestasometidosafuerzas axialesdetracción(porlogeneralelcordón inferior)ylaseccióntransversal puede tenervariasformas,yaque paracualquiermaterial,el únicofactorque determinalaresistenciaeseláreatransversal.Eldiseñoportraccióneslamaneramáseficientedeusarel aceroestructural mediante barras.

Eldiseño consisteenseleccionarunelemento conáreatransversalsuficienteparaquelacarga factorizadaPunoexcedalaresistenciadediseñoφtFyAreq.

DiseñoporCompresión

SilacargaaxialPesaplicadalentamente,elmiembro seacortao secomprimeenladireccióndela cargayalalcanzarunvalordadocesaladeformaciónporacortamiento,ocurreentoncesunadeformación lateralyelmiembrosevuelveinestablelimitandoasílacapacidadporcargaaxial.Estacondiciónindicaqueelmiembrosehapandeadoy lacarga correspondienteaestasituaciónsellamacargacríticadepandeo.Sielmiembroesrobusto,serequerirá una carga mayorpara que el miembrose vuelvainestable.

Paramiembrossumamenterobustos,lafallapuedeocurrirporCedenciacompresivaenvezdepor pandeo.Lacargabajolacualocurreelpandeoesunafuncióndelaesbeltezyparamiembrosmuyesbeltos, estacargapuedesermuypequeña.Porello,laresistenciaalpandeodeunacolumnadisminuyeconuna longitudcreciente.

Galpones

Construcción destinada al depósito de mercaderías o maquinarias. Generalmente son construcciones grandes y rurales con una sola puerta. Son de diseño sencillo, prefiriéndose que no tenga apoyos intermedios para facilitar la circulación.

Dimensiones:

Las dimensiones del galpón surgen como respuesta a las necesidades de espacio/volumen de la nave; ésta quedará completamente definida en función de las siguientes magnitudes:

a) Ancho o Luz (L): Amplitud necesaria, capaz de cubrir el ancho máximo presupuestado en el diseño.

b) Altura útil (H): También llamada altura de columna, equivale a la altura disponible para la instalación de equipos, accesorios al galpón o la altura necesaria para el paso de vehículos, si fuera necesario.

c) Pendiente (a): Angulo de la vertiente con respecto a la horizontal que pasa por los extremos de las columnas. Deberá representar la inclinación necesaria que impida el efecto pleno del viento sobre las vertientes, evacue convenientemente las aguas lluvias y deslice la nieve acumulada en el techo.

d) Longitud (Z): Extensión, capaz de cubrir la longitud máxima presupuestada en el diseño.

e) Separación entre Marcos (S): La experiencia en el cálculo de galpones de acero, recomienda una separación entre marcos que varíe entre cuatro y seis metros.

Clases de esfuerzos:

En el diseño del método se distinguen dos clases de esfuerzos, en función de las características y naturaleza de la nave:

Acciones Directas:

Se definen como aquellas solicitaciones sobre las cuales un usuario podrá tener control absoluto de ellas, cuantificando su magnitud o ignorando completamente su efecto en función de las condiciones geográficas, forma, posición o instalación. Entre este tipo de cargas es posible de distinguir:

• Acción del viento. • Nieve sobre la estructura. • Variación de la Temperatura. • Acción del viento

Acciones Indirectas:

Se definen como aquellas solicitaciones sobre las cuales el usuario no tiene un control de ellas, sino responden a magnitudes debidamente acotadas según las normas estructurales de diseño, y no a condiciones del entorno de la instalación. Entre este tipo de cargas, es posible distinguir:

• Peso Propio • Cargas sísmicas • Sobrecargas de cálculo

Edificios industriales

Lo que se conoce con el nombre de Naves Industriales es el lugar conformado por una estructura metálica donde se instala generalmente algún tipo de fábrica. Se le otorga este nombre por que el techo del galpóntiene forma de “v”, como una nave. Tambiénse los denomina como edificios industriales.

Las estructuras industriales de un solo nivel tienen como elemento primarios resistente a las cargas: marcos de un solo claro paralelo marcos de claros múltiples de un solo nivel, marcos con cabezal a dos aguas o armaduras. La parte de la estructura consiste en una armadura de pecho y sus columnas de apoyos se designan como marco. La distancia entre dos marcos sucesivos de un edificio industrial se llama claro o crujía. Por lo tanto, la longitud del edificio se divide en claro o crujías. El espacio entre dos filas de columnas se llama vano o claro. Un edificio industrial puede ser de un solo vano o vanos múltiples. Las dos cuerdas de la armadura del techo pueden conectarse a las columnas del marco, lo que les proporciona rigidez lateral. Las armaduras que soportan techos ligeros, por lo regular van espaciadas a cada 20 o 40 pies.

La superficie externa de los edificios industriales normalmente no soporta cargas. Las ligeras láminas de metal, acanaladas para proporcionarles la resistencia a la flexión o revestidas en el interior con material aislante, son muy utilizadas como recubrimiento.

Los muros de edificios industriales pueden construirse con mampostería, laminas de metal u otros materiales de superficie. A veces se usan paneles de concreto pre-colado, lo suficientemente largos para que puedan cubrir un vano completo. En la actualidad, en Estados Unidos se están utilizando ampliamente paneles en Sándwich de tres capas con cara de metal formado en frío de calibre ligero y núcleo de espuma, en edificios comerciales e industriales como envolventes del mismo. El importante incremento de su uso se debe a su eficiencia estructural, capacidad de aislamiento térmico y de sonido, capacidad de producción en masa, transportabilidad, durabilidad y posibilidad de reuso. Los paneles de muro, por lo regular son de dos pulgadas de espesor, pero tienen altos valores de aislamiento y propiedades térmicas que exceden la de los métodos tradicionales de construcción que pueden requerir el doble o incluso hasta 4 veces mas de espesor. Están disponibles en ancho de 24, 30 y 36 pulg.

Estos edificios generalmente se conforman de dos partes: el área de oficinas y el área de producción. Siendo en su mayoría de veces el área de oficinas una construcción de concreto armado y el área de producción de acero estructural, lámina, madera y mampostería.

Ventajas:

1.                Las cargas que soportan pueden ser altas.

2.                Son amplios en su interior y esto los hace que se adapten perfectamente a procesos industriales pesados.

3.                Son de montaje fácil y rápido ya que sus elementos estructurales principales son prefabricados.

4.                Los costos de demolición son bajos permitiendo que los cambios en la instalación resulten económicos.

5.                Por ser del tipo prefabricado sus elementos principales (vigas, techo y tabiques) pueden ser vendidos en un momento determinado.

 

Desventajas:

1.                Aunque el acero es un material incombustible cuando se le somete al fuego directo y continuo, disminuye su resistencia y se deforman los elementos con probables defectos destructivos. Este riesgo es posible disminuirlo mediante la instalación de rociadores suspendidos, los cuales se accionan a una temperatura predeterminada.

2.                Son estructuras susceptibles a la vibración, lo cual trae como consecuencia una instalación ruidosa.

3.                Su costo de mantenimiento es alto.

Tanto para Galpones como para Edificios Industriales se debe tener en cuenta lo siguiente:

CargaPermanente:accióncuyavariacióneneltiempoes despreciableenrelaciónasusvaloresmediosoaquellaparala cualla variacióntiende aun valor constante.

Sobrecarga de uso: acción variable en el tiempo que se determina porla función yusodeledificio.Presentavariaciones frecuenteso continuas, nodespreciablesen relación asuvalor medio.

Sobrecarga de uso:

a)Los techos deben diseñarse considerando una sobrecarga mínima uniformemente distribuida sobre la proyección horizontal de qk = 100 kgf/m2.

b) Los envigadosdecielocon accesosólo para mantención y lascostanerasde techodebendiseñarse para resistirunacarga de100kgfenlaposiciónmás desfavorable.

c) Se debe realizar un cálculo para una carga concentrada impuesta al elemento en la posición más desfavorable. A falta de datos adicionales dicha carga actúa sobre una superficie cuadrada de 0.1 m de lado y tiene un valor igual al de la sobrecarga de uso uniformemente repartida por m2. Esta carga no debe considerarse actuando simultáneamente con otras sobrecargas de uso para techos.

Pasarelas de acero

Laspasarelaspeatonalessonestructurasque seproyectanpara proteger tantoalos peatones como alosconductores. Porlo general están conformadas por dos semiestructuras: dosescalerasorampasde accesoaambosladosdelavía yunpuente peatonal;adicionalmenteseincluyen los cerramientos los cualescumplen también una función deproteccióncontralos factores climáticos,caídasolanzamientos deobjetosalavía.

Podemos considerardiversos materiales para laconstrucción depasarelas;pero por larapidezenlafabricaciónyelmontaje,sin dudaalguna,elaceroconstituyeunodelos másutilizadoslogrando demostrarqueen sus diversas manifestaciones los productos deacerocontribuyen aresolver problemas cotidianosdeseguridadyconfort.

Para lasrampasoescalerassonmuyútiles losperfilesSIDETURIPN,UPLloscuales trabajan comovigasdesoporte; asimismo, losperfilesLylaspletinasseempleanenla elaboracióndelosescalones. Tantoenlas estructurasdelasescalerasyrampas,comoen ladelpuentemismo,losperfilesSIDETURse utilizan también como arriostramientos,ya sean diagonalesolateralesentrelasvigas principales. Es frecuente ver IPN140 o combinacionesdeparesdeUPL comolas columnasquesoportanlasrampasyescaleras.

Las pasarelasde grandes lucesrequierende vigasmuy altas,que puedensustituirse con una estructuraencelosía, que amenudo resulta unasolución arquitectónica agradable yfuncional.

Celosía:Tiposdeestructura formadasporunconjuntode elementos dispuestosen triangulaciónmúltiple.

Los sistemas estructurales más comunesconsisteenunavigaencajónformada porcelosías tipoWarren, con unamodulacióndeunos9 metros.Cada cordón está constituidoporunaseccióncompuestaportrespiezas:doslateralesde30x40cmyuna central,queseinterrumpeen losnudos,conunasección aproximadade40x35cm. Aunque sus dimensiones dependerán de la población.

Puentes

Un puente es una construcción, por lo general artificial, que permite salvar un accidente geográfico o cualquier otro obstáculo físico como un río, un cañón, un valle, un camino, una vía férrea, un cuerpo de agua, o cualquier obstrucción. El diseño de cada puente varía dependiendo de su función y la naturaleza del terreno sobre el que el puente es construido.

Su proyecto y su cálculo pertenecen a la ingeniería estructural, siendo numerosos los tipos de diseños que se han aplicado a lo largo de la historia, influidos por los materiales disponibles, las técnicas desarrolladas y las consideraciones económicas, entre otros factores.

Existen cinco tipos principales de puentes: puentes viga, en ménsula, en arco, colgantes, atirantados. El resto son derivados de estos.

Puentes viga: Es un puente cuyos vanos son soportados por vigas. Este tipo de puentes deriva directamente del puente tronco. Se construyen con madera, acero u hormigón (armado, pretensado o postensado).

Se emplean vigas en forma de I, en forma de caja hueca, etcétera. Como su antecesor, este puente es estructuralmente el más simple de todos los puentes.

Se emplean en vanos cortos e intermedios (con hormigón pretensado). Un uso muy típico es en las pasarelas peatonales sobre autovías.

Puente en ménsula: Es un puente en el cual una o más vigas principales trabajan como ménsula o voladizo. Normalmente, las grandes estructuras se construyen por la técnica de volados sucesivos, mediante ménsulas consecutivas que se proyectan en el espacio a partir de la ménsula previa. Los pequeños puentes peatonales pueden construirse con vigas simples, pero los puentes de mayor importancia se construyen con grandes estructuras reticuladas de acero o vigas tipo cajón de hormigón postensado, o mediante estructuras colgadas.

Puente de arco: Es un puente con apoyos a los extremos de la luz, entre los cuales se hace una estructura con forma de arco con la que se transmiten las cargas. El tablero puede estar apoyado o colgado de esta estructura principal, dando origen a distintos tipos de puentes.

Los puentes en arco trabajan transfiriendo el peso propio del puente y las sobrecargas de uso hacia los apoyos mediante la compresión del arco, donde se transforma en un empuje horizontal y una carga vertical. Normalmente la esbeltez del arco (relación entre la flecha máxima y la luz) es alta, haciendo que los esfuerzos horizontales sean mucho mayores que los verticales. Por este motivo son adecuados en sitios capaces de proporcionar una buena resistencia al empuje horizontal.

Puente colgante: Es un puente sostenido por un arco invertido formado por numerosos cables de acero, del que se suspende el tablero del puente mediante tirantes verticales. Desde la antigüedad este tipo de puentes han sido utilizados por la humanidad para salvar obstáculos. A través de los siglos, con la introducción y mejora de distintos materiales de construcción, este tipo de puentes son capaces en la actualidad de soportar el tráfico rodado e incluso líneas de ferrocarril ligeras

Puente atirantado: En términos de ingeniería civil, se denomina puente atirantado a aquel cuyo tablero está suspendido de uno o varios pilones centrales mediante obenques. Se distingue de los puentes colgantes porque en éstos los cables principales se disponen de pila a pila, sosteniendo el tablero mediante cables secundarios verticales, y porque los puentes colgantes trabajan principalmente a tracción, y los atirantados tienen partes que trabajan a tracción y otras a compresión. También hay variantes de estos puentes en que los tirantes van desde el tablero al pilar situado a un lado, y de ahí al suelo, o bien están unidos a un único pilar.

Sistema estructural

Predominante pueden ser:

  • isostáticos 

  • hiperestáticos

Aunque esto nunca será cierto al menos que se quisiera lograr con mucho empeño, todos los elementos de un puente no podrán ser isostáticos, ya que por ejemplo un tablero apoyado de un puente está formado por un conjunto altamente hiperestático de losa de calzada, vigas y diafragmas transversales (separadores), cuyo análisis estático es complicado de realizar.

Este tipo de clasificación es cierta si se hacen algún tipo de consideraciones, como por ejemplo:

- se denomina "puente isostático" a aquel cuyos tableros son estáticamente independientes uno de otro y, a su vez, independientes, desde el punto de vista de flexión, de los apoyos que los sostienen.

- se denomina "puente hiperestático" aquel cuyos tableros son dependientes uno de otro desde el punto de vista estático, pudiendo establecerse o no una dependencia entre los tableros y sus apoyos.

También según el sistema estructural los puentes se pueden clasificar como:

  • puentes en arco o arqueados (el elemento estructural predominante es el arco, utilizando como material de construcción el acero y que pueden ser estáticos o hiperestáticos). Pueden ser de:

    • tablero superior

    • acero con tímpano de celosía

    • arcadas y de hormigón

    • con tímpano abierto o macizo

    • tablero inferior, discurriendo la calzada entre los arcos, paralelos o no, con diversos tipos de sujeción.

  • puentes colgantes. Constan de un tablero suspendido en el aire por dos grandes cables, que forman sendas catenarias, apoyadas en unas torres construidas sobre las pilas. El tablero puede estar unido al cable por medio de péndolas o de una viga de celosía. Existen diversos puentes colgantes con luces superiores a 100.

  • puentes de vigas Gerber (tienen tableros isostáticos apoyados sobre voladizos de tramos isostáticos o hiperestáticos).

Ventajas y desventajas de los puentes y pasarelas metálicos:

Ventajas:

CONSTRUCTIVAS:

  • Óptima para encañonados, altas pendientes, donde no permita instalar apoyos temporales.

  • Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura.

  • Facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches.

  • Rapidez de montaje

  • Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas.

  • Resistencia a la fatiga.

AMBIENTALES:

  • No contamina el medio ambiente

  • No requiere la utilización de los recursos naturales

  • Se minimizan los residuos que afectan el entorno ecológico.

  • El acero es 100% reciclable.

ECONÓMICAS:

  • Disminución de cargas muertas entre 40% a 50% reduciendo los costos en cimentación.

  • Beneficio económico para la región por el plazo reducido de la obra.

  • Menores costos para ampliación de capacidad.

Desventajas:

  • COSTOS DE MANTENIMIENTO

La mayor parte de estructuras metálicas son susceptibles a la corrosión al estar expuestos a agua, aire, agentes externos, cambios climáticos por lo que requieren de pintado periódico.

  • CORROSIÓN

La exposición al medio ambiente sufre la acción de agentes corrosivos por lo que deben recubrirse siempre con esmaltes primarios anticorrosivos.

  • COSTO DE PROTECCION CONTRA FUEGO

Debido a este aspecto su resistencia se reduce considerablemente durante incendios.

  • FRACTURA FRÁGIL

Puede perder ductilidad bajo ciertas condiciones provocando la falla frágil en lugares de concentración de esfuerzos. Las cargas producen fatiga y las bajas temperaturas contribuyen a agravar la situación.

Susceptibilidad al pandeo por ser elementos esbeltos y delgados.

Sistema de pisos de acero

Los pisos son estructuras que permiten multiplicar la superficie útil, para disponer de más zona de almacenaje, de trabajo, o incluso de oficinas.

Soluciona los problemas de espacio, es adaptable a las necesidades concretas de cada bodega, gracias al piso deacero, variedad de medidas y resistencia al trabajo.

Los elementos básicos de un entrepiso son las columnas, las vigas, los atirantados, la barandilla, el piso y la escalera.

Los sistemas de pisos y techos de acero; la lamina de acero puede colocarse tan pronto como se hayan erigidos las vigas. Cuando la lamina de acero se ha diseñado he instalado de manera adecuada, también actúa como plataforma de trabajo o de almacenamiento segura para diferentes oficios.

Las láminas de acero livianas, son fuerte y pueden cubrir claros de hasta 20 pie o más. Las celdas de las lamina pueden utilizarse conveniente para alojar conductos, tubos y alumbrados, como el acero probable para esta función es galvanizado y se queda expuesto por abajo puede dejarse tal como viene de fabrica o pintarse, según se desee.

Ventajas

  • Circulación de uso rudo

  • Instalación rápida y sencilla

  • 100% desarmable

Losacero

Losacero15”esuna láminacorrugadade acerogalvanizadoestructural,que funcionacomounencofradocolaborante,creadaparaconjugarlaspropiedades delconcretoylaresistenciadel acero,conunperfilqueposeenerviosdealta resistenciadiseñados paralograrunatotaladherencia(acero/concreto)yun consumoeconómicodeconcreto.Esproducidaapartir deacerolaminadoenfrío, previamentegalvanizadomedianteunprocesocontinuodeinmersiónencaliente.

LasláminascorrugadasLOSACEROactúancomounencofradoestructural de acero cumpliendoundoblepropósito:

1.Sustituyealencofrado tradicionalde madera.Durantelaetapadela construcción,ellaformaunaplataformadetrabajo estable y segura,eliminandoel engorrosoapuntalamiento,ocupandopoco espacioenobraeinstalándosede maneramuyrápida,conservandolasuperficiedetrabajoordenadaypermitiendo el avancedelaobra.

2.Actúacomoelaceroderefuerzopositivo.Unavez fraguadoelconcreto,la láminaactúaconjuntamenteconelconcretopararesistirsobrecargas,debidoa quelas muescas quepresenta,garantizanlaadherenciaentreambos materiales.

Comoresultado tenemos unsistemadeconstrucciónde placasparaestructuras metálicas económicoymuyeficiente.

ApartirdelaintroducciónenVenezuela deencofradosmetálicosy degran variedaddeperfiles deacero,la industriadelaconstrucciónpresenció elaugede lasestructuras metálicas,queseaprovechabanlascaracterísticasdelacero para lograr diseñosmodernos,yconstrucciones livianas yeficientes.

ESPECIFICACIONES TECNICAS:

Losacero estáformadoporláminasdeaceroestructural,deacuerdoala normaASTMA-611óA-466conunespesornominalmínimode0.70mm(calibre #22), y galvanizadas según la norma ASTM-525. Adicionalmente se le han troquelado unas muescas en alto y bajorrelieve que le confieren adherencia mecánicaentreel acero yel concreto.

CUADROCOMPARATIVODE ELEMENTOS:

ITEM

ELEMENTO / SISTEMA

ALTO

(mm)

LARGO

(M)

ANCHO

(M)

AREA

UTIL (M)

PESO x M2

PESO

TOTAL (kg)

2

LOSACERO (CALIBRE No. 22 - 0,07 mm)

38

4,10

0,76

3,12

7,45

23,28

LOSACERO (CALIBRE No. 20 - 0,09 mm)

38

4,10

0,76

3,12

0,00

LOSACERO (CALIBRE No. 22), CONCRETO

120

4,10

0,76

3,12

220,00

687,32

Usos:

Puedeserutilizadaenlaconstrucciónoampliacióndeedificacionessiguientes:

  • Centros Comerciales

  • Oficinas

  • Galpones industriales

  • Estacionamientos

  • Viviendas

Ventajas:

  • El galvanizado de la lámina 183 gr/m2 (G-60), le garantiza una larga vida útil en cualquier condición ambiental.

  • Elimina el uso de puntales, reduciendo costos de instalación.

  • Logra placas más livianas (10 a 12 cm de altura), reduciendo peso en vigas y columnas.

  • No es necesario colocar cabillas de refuerzo, ya que el diseño de la lámina y el concreto se integran en la placa, permitiendo al acero aportar sus cualidades estructurales.

  • Se instala de forma rápida y limpia.

Desventajas:

  • Cuando se combina con el vaciado de la losa de concreto, su peso x metro cuadrado es alto, pudiendo llegar hasta 300 kg /m2.

  • Su acabado inferior no es acorde para viviendas. Requiere plafón.

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFESA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA (UNEFA) NUCLEO PORTUGUESA EXTENCION TURÉN

Estudiantes

Yeiro Hincapie

Froiver Mendoza

Jesús Castillo

Carrera:Ing. Civil.

Turén/Julio/2011