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Fabricación de los Componentes Metálicos Estructurales de un Puente
Las etapas clave en la manufactura abarcan:
Ensamblaje mediante soldadura a tope en la fase de pre-montaje:
Esta etapa es fundamental para la creación de la estructura de acero del puente. Durante el ensamblaje, se unen meticulosamente las diferentes partes y componentes metálicos mediante soldadura a tope. Este proceso garantiza la cohesión y resistencia necesarias para soportar las cargas y tensiones a las que estará expuesta la estructura en su funcionamiento.
Unión mediante soldadura a tope durante el premontaje:
En la fabricación de estructuras de acero, es común que el contratista realice la soldadura a tope en las bridas y placas de alma a lo largo de su extensión en el taller, previo al proceso de ensamblaje de la viga. Esta estrategia implica que dichas uniones de taller pueden variar en su ubicación entre las dos alas, sin necesidad de coincidir con ninguna junta de taller en el alma. En caso de ser factible, se busca llevar a cabo la soldadura a tope de la placa suministrada en su totalidad (la cual será utilizada para cortar varios componentes), ya que este enfoque tiene el efecto de disminuir la cantidad de placas de escorrentía requeridas y, por ende, reducir los criterios para pruebas de soldadura a tope.
Esta práctica no solo optimiza la eficiencia del proceso de manufactura, sino que también contribuye a la solidez y resistencia de la estructura resultante. Al realizar una soldadura exhaustiva en el taller, se asegura una unión sólida y uniforme en las partes esenciales de la viga, lo que a su vez se traduce en una mayor fiabilidad y durabilidad del componente final.
Además, este enfoque permite una mayor flexibilidad en términos de diseño, ya que las uniones de taller no requieren una perfecta coincidencia entre las alas y el alma. Esto simplifica el proceso de ensamblaje en el sitio de construcción, agilizando la instalación y evitando posibles complicaciones durante el montaje.
La soldadura a tope completa durante el premontaje es un método que equilibra eficazmente la productividad de la fabricación con la calidad y solidez del producto terminado. Esto contribuye a la creación de estructuras de acero duraderas y confiables para diversos propósitos, como puentes y otras infraestructuras cruciales.
Procesos de corte y perfilado:
La precisión en el corte y perfilado de las piezas metálicas es esencial para lograr una perfecta integración en el conjunto. Empleando tecnología de vanguardia, se realiza un corte exacto de las formas requeridas, asegurando una alineación precisa y un ajuste adecuado durante el montaje. Este paso es crucial para la calidad y estabilidad del puente.
Procesos de Corte y Perforación en la Fabricación de Estructuras de Acero
Para realizar los cortes y perforaciones necesarios en la fabricación, se emplea el equipo de corte por llama o plasma. Este equipo se utiliza para cortar las alas a lo largo y ancho, perfilar y curvar las almas, así como dar forma a los refuerzos. Utilizando equipos de corte por plasma, es posible perfilar placas de hasta 35 mm de grosor. En el caso de placas con un espesor mayor a 35 mm, se opta generalmente por el corte con oxipropano, que se considera una alternativa más segura en comparación con el oxiacetileno.
Adicionalmente a las necesidades geométricas de curvatura y precambrado definidas por el diseñador, el contratista de la estructura de acero también considera las tolerancias requeridas para el corte térmico y la contracción. Esto garantiza que la geometría final de la viga concuerde con las especificaciones establecidas.
Algunas máquinas cortadoras de placas incluyen la capacidad de marcar las posiciones de los refuerzos en las placas del alma y las alas, así como perforar agujeros para pernos destinados a conexiones de empalme. En casos contrarios, las placas cortadas se marcan manualmente y se perforan en etapas posteriores.
Mantener constantes los diámetros de los pernos y los diámetros de los agujeros resultantes en una estructura es crucial para evitar posibles errores costosos. Si se requiere una tolerancia adicional en una conexión atornillada o en un agujero para barra de refuerzo, es más práctico y eficiente especificar un agujero de mayor diámetro en lugar de optar por un agujero ranurado.
Este proceso meticuloso de corte y perforación no solo asegura la precisión en la fabricación, sino que también contribuye a la integridad estructural y durabilidad de la viga de acero, garantizando su capacidad de soportar las cargas y tensiones a las que estará expuesta a lo largo de su vida útil.
Taladrado y acondicionamiento de los bordes:
La preparación minuciosa de los bordes mediante taladrado y acondicionamiento es un paso crítico para garantizar una unión sólida entre las piezas. Se crean orificios precisos para los elementos de unión y se acondicionan los bordes para facilitar la posterior soldadura. Este proceso contribuye a la integridad estructural y a la resistencia a la fatiga del puente.
Ensamble y Montaje
La fase de construcción implica la disposición y ensamblaje de las partes previamente preparadas. Se siguen cuidadosamente los planos y especificaciones de diseño para asegurar que cada componente se coloque en su posición correcta. La meticulosa atención a los detalles durante esta etapa es esencial para lograr un ensamblaje sólido y seguro.
Optimización del Ensamblaje y Montaje en Estructuras de Acero Mediante Automatización
El uso estratégico de equipos automatizados por parte de un contratista de estructuras de acero puede generar reducciones sustanciales en los costos de producción y elevar la calidad del producto final. Esta consideración adquiere un protagonismo especial en el proceso de ensamblaje de placas planas en componentes fabricados.
En situaciones de manufactura particularmente complejas, es improbable que un diseñador logre desarrollar el detalle más rentable sin la valiosa contribución del contratista encargado de la construcción de la estructura de acero. Es crucial tener presente que distintos contratistas de acero cuentan con equipos diversos y, por lo tanto, capacidades variadas.
Algunos de estos contratistas poseen maquinaria especializada para ensamblar placas planas en configuraciones de secciones en 'T', las cuales evolucionan posteriormente a secciones en 'I'. Dichas máquinas presentarán limitaciones en términos de longitud, altura, anchura, peso, curvatura (tanto en planta como en alzado) y perfilado de las vigas que pueden ser gestionados, lo cual divergirá entre diferentes proveedores de estructuras de acero. Las máquinas más voluminosas, por ejemplo, son capaces de producir vigas con profundidades de hasta 4 metros y anchos de 1,5 metros. Aunque las soldaduras pueden ser acumuladas a lo largo de varias pasadas a través de la maquinaria, segmentos cortos de soldadura acumulada deberán ser realizados manualmente.
Como se destacó previamente, la idoneidad de una estructura para el ensamblaje automatizado impacta directamente en su viabilidad económica. La elección de diseñar vigas en formato 'I' en lugar de vigas de cajón las hace más propicias para este proceso automatizado. Por lo general, una viga en formato 'I' involucrará un 85% de ensamblaje automatizado, y solamente el reforzamiento será ejecutado manualmente (a menos que se utilice tecnología robótica). En contraste, una viga de sección superior abierta podría contar con un 70% de ensamblaje automatizado, con soldaduras realizadas automáticamente entre las almas y las alas superiores, junto con la soldadura de refuerzos en las almas y las alas inferiores hacia las placas rigidizadas, todo ello ejecutado mediante robots. Por su parte, la soldadura del ala inferior a las almas se completará de manera manual. Para una sección superior cerrada, la automatización se reduce al 35%, abarcando principalmente el perfilado y marcado automático de las placas, mientras que el resto del proceso (ensamblaje y refuerzo de la sección) se realiza manualmente.
Estas consideraciones en el ensamblaje y montaje no solo contribuyen a optimizar la producción, sino que también son vitales para garantizar la integridad estructural y la longevidad de las estructuras de acero, asegurando su capacidad de resistir las diversas cargas y tensiones que enfrentarán a lo largo de su ciclo de vida.
Ejecución de soldaduras:
La aplicación de soldaduras de alta calidad garantiza la cohesión entre las piezas metálicas. Los soldadores altamente capacitados realizan uniones resistentes que soportarán las fuerzas dinámicas y estáticas que actuarán sobre el puente. La precisión en la ejecución de las soldaduras es fundamental para asegurar la integridad estructural a lo largo del tiempo.
Acceso para Procesos de Soldadura
En el diseño de las vigas, es esencial contemplar la accesibilidad requerida para las tareas de soldadura que llevará a cabo el contratista de estructuras de acero. En este sentido, se debe detallar de manera adecuada los refuerzos de las vigas, de modo que el equipo de soldadura pueda acceder a las zonas necesarias para realizar las soldaduras en los refuerzos. Esta consideración adquiere una relevancia especial en las ubicaciones de soporte, donde es crucial contar con un espacio limitado entre los refuerzos de apoyo y los de elevación.
En el contexto de la soldadura automatizada, en particular mediante el uso de robots, se establece una distancia mínima entre refuerzos adyacentes, la cual no debe ser inferior a 400 mm o el ancho del refuerzo, optando por el valor mayor. Dicha distancia toma en cuenta la inclinación de cualquier refuerzo presente en la estructura.
La especificación detallada de las soldaduras entre los rigidizadores y el alma de la viga principal también debe reflejar el sesgo requerido para estos rigidizadores. Siempre debe indicarse que las soldaduras sean de tipo filete de doble cara, hasta que el ángulo formado entre el refuerzo y el alma de la viga sea menor a 30 grados. En ese punto, se requiere una especificación distinta: una soldadura a tope de resistencia completa, realizada en un solo lado (es importante recalcar que esto no se trata de una soldadura a tope de penetración completa).
La correcta planificación y diseño de estos detalles no solo facilita los procesos de soldadura, sino que también incide en la calidad y resistencia del producto final. El acceso óptimo para las operaciones de soldadura contribuye a una mayor eficiencia en la producción y, a su vez, se traduce en la integridad estructural y la durabilidad de las vigas de acero, asegurando su capacidad para soportar las cargas y tensiones a lo largo de su vida útil.
Selección y Dimensionamiento Adecuado del Tipo y tamaño de las Soldaduras
En ocasiones, los diseñadores pueden sentir la tentación de sobredimensionar las soldaduras con el fin de agilizar el proceso de diseño. No obstante, es importante reconocer que una combinación de soldaduras de refuerzo excesivamente grandes y almas de vigas delgadas puede tener como consecuencia la deformación visible del alma, un fenómeno más conocido como el efecto del "caballo hambriento". De igual manera, la utilización de soldaduras sobredimensionadas en los extremos de los refuerzos de apoyo puede generar distorsiones locales que dificultan la creación de una superficie adecuada para las placas de soporte. En este sentido, las soldaduras en los refuerzos deben ser diseñadas y dimensionadas para cumplir su propósito específico, sin exceder lo necesario.
Es fundamental que todas las uniones soldadas sean detalladas de manera que la longitud de apoyo exceda en 5 mm la longitud del lado de la soldadura. Esta consideración garantiza la calidad óptima de la soldadura y evita la necesidad de preparaciones innecesarias en el borde de la placa.
A medida que se abordan las decisiones sobre el tipo y tamaño de las soldaduras, es importante tener en cuenta la integridad estructural y la estética visual de la estructura final. Una cuidadosa selección y dimensionamiento de las soldaduras no solo contribuyen a la eficiencia del proceso de fabricación, sino que también preservan la apariencia y funcionalidad deseada de las vigas de acero. En última instancia, el equilibrio entre el tamaño adecuado de las soldaduras y su rendimiento óptimo es esencial para garantizar la resistencia y durabilidad de las estructuras, a la vez que se minimizan las posibles distorsiones y efectos indeseados.
Consideraciones en la Cobertura de Orificios en los Refuerzos
Al abordar los detalles de los refuerzos, el diseñador debe abordar cuidadosamente la estrategia más adecuada para manejar las soldaduras entre el alma de la viga y el ala.
Históricamente, se ha empleado un enfoque de remate en el diseño para asegurar que el refuerzo no entre en contacto con la soldadura de la viga. Sin embargo, esta metodología puede ocasionar dificultades en la aplicación de un tratamiento protector dentro del orificio de la cubierta. Este inconveniente se agrava aún más al considerar el mantenimiento de estos detalles a lo largo de la vida útil de la estructura. En el caso de puentes sujetos a procesos de pintura, esta problemática puede evitarse mediante la utilización de refuerzos "cortados" que se adapten a la perfección sobre la soldadura que conecta el alma de la viga y el ala. Posteriormente, la soldadura del refuerzo se superpone a la soldadura de la viga, creando así un enfoque de "soldadura sobre soldadura" que elimina las áreas de acceso restringido para el tratamiento de protección.
No obstante, para puentes construidos con acero resistente a la intemperie, donde no se aplica un sistema de tratamiento protector, resulta fundamental garantizar un drenaje eficiente. En este contexto, se prefiere la inclusión de un orificio de remate con un radio de 50 mm en el área del ala inferior donde se requiere el drenaje. Por otra parte, se deben evitar las esquinas cortadas (cortes a 45° a través de la esquina interna) en los puentes de acero expuestos a las inclemencias del tiempo, ya que este enfoque dificulta el acceso en comparación con un orificio de remate. Además, el ángulo agudo de las esquinas cortadas podría contribuir a la formación de grietas en las soldaduras.
La elección del enfoque adecuado para cubrir los agujeros en los refuerzos no solo impacta en la eficiencia constructiva, sino que también juega un rol crucial en la integridad estructural y la durabilidad a largo plazo de las vigas de acero. Asegurar un equilibrio entre la protección anticorrosión y el drenaje adecuado es esencial para mantener el rendimiento y la apariencia de la estructura en diversas condiciones ambientales.
Componentes de acero resistente a la intemperie
Los componentes de acero resistente a la intemperie desempeñan un papel fundamental en el proceso de fabricación de estructuras metálicas, especialmente cuando se trata de crear construcciones duraderas y confiables que puedan resistir las condiciones climáticas adversas y el paso del tiempo. Estos componentes están diseñados específicamente para mantener su integridad estructural y su apariencia a lo largo de su vida útil, incluso cuando están expuestos a la humedad, la lluvia, la nieve y otros elementos ambientales corrosivos.
En el contexto del proceso de fabricación de una estructura metálica, los componentes de acero resistente a la intemperie se distinguen por su composición química y propiedades especiales que los hacen altamente resistentes a la corrosión. Algunos aspectos clave en su incorporación son:
- Composición Química Específica: El acero resistente a la intemperie, también conocido como acero intemperizado o acero patinable, a menudo contiene elementos como el cobre, el fósforo, el níquel y el cromo. Estos elementos se integran en la estructura del acero de manera que forman una capa protectora superficial de óxido o pátina que actúa como barrera contra la corrosión.
- Formación de Pátina: La pátina es una capa delgada de óxido que se forma naturalmente en la superficie del acero resistente a la intemperie cuando está expuesto al aire y la humedad. Esta pátina no solo brinda una protección efectiva contra la corrosión, sino que también otorga al acero un aspecto característico y atractivo.
- Resistencia a la Corrosión: Los componentes de acero resistente a la intemperie están diseñados para resistir la corrosión atmosférica, lo que los hace ideales para aplicaciones en exteriores y en ambientes altamente corrosivos, como áreas costeras o industriales.
- Mantenimiento Reducido: A diferencia del acero convencional, que puede requerir un mantenimiento constante para prevenir la corrosión, el acero resistente a la intemperie suele necesitar un mantenimiento mucho menor a lo largo de su vida útil. Esto disminuye los costos de mantenimiento y prolonga la durabilidad de la estructura.
En el proceso de fabricación, los componentes de acero resistente a la intemperie deben ser manipulados con precaución para preservar su integridad. Los métodos de corte, soldadura y acabado deben ser seleccionados con cuidado para evitar dañar la capa protectora de pátina. Además, es esencial considerar la disponibilidad de estas secciones de acero, ya que su oferta puede ser más limitada en comparación con el acero estructural convencional.
La integración de componentes de acero resistente a la intemperie en la fabricación de estructuras metálicas no solo asegura la durabilidad y el rendimiento a largo plazo, sino que también contribuye a la estética y la apariencia general de la construcción. Estos componentes permiten la creación de estructuras robustas y confiables que pueden resistir las condiciones climáticas más desafiantes sin comprometer su integridad ni su valor estético.
Las secciones laminadas en acero resistente a la intemperie presentan una disponibilidad más limitada en comparación con las secciones convencionales de acero estructural. Este desafío es aún más notorio cuando se trata de requerimientos de cantidades reducidas. En vista de esta situación, es recomendable que los diseñadores verifiquen la posibilidad de adquirir las secciones laminadas en acero resistente a la intemperie necesarias a través del fabricante en las primeras etapas del proyecto.
La eventual escasez de secciones laminadas en acero resistente a la intemperie podría requerir que se diseñen elementos adicionales de arriostramiento, los cuales podrían adoptar la forma de placas planas soldadas en la sección deseada. Esto podría reemplazar el uso de ángulos o canales laminados. En el diseño de estos elementos, se debe prestar especial atención a la adecuada disposición de las soldaduras, asegurando que cada una cuente con un detalle de conexión apropiado.
La adaptación a la disponibilidad limitada de secciones laminadas en acero resistente a la intemperie no solo exige creatividad en el diseño, sino que también influye en la eficiencia del proceso de fabricación y montaje. La consideración de alternativas viables para el arriostramiento secundario garantiza la integridad estructural y la durabilidad de la construcción, mientras se enfrenta el desafío de obtener los materiales necesarios en condiciones de disponibilidad reducida.
Acabado y Rectificado de las Soldaduras a Tope
Existe una creencia común entre muchos clientes de que las soldaduras a tope pueden volverse invisibles al esmerilarlas al ras con el metal base. Sin embargo, esta noción no refleja la realidad en la práctica. El proceso de esmerilar las soldaduras a tope al ras tiene como resultado la expansión de la zona rectificada sobre un área más extensa junto a la soldadura, lo que incluso en una estructura pintada resulta claramente visible. Al tomar nota de la apariencia de una soldadura a tope tratada de esta manera, la mayoría de los clientes concuerda en que un enfoque más estético es "vestir" los extremos de dichas soldaduras, eliminando salpicaduras y excesos, en lugar de llevar a cabo el esmerilado al ras.
Desde la perspectiva del diseño, es importante señalar que una soldadura a tope esmerilada representa un detalle de fatiga más favorable en comparación con una soldadura a tope que no ha sido tratada de esta manera. Sin embargo, en la mayoría de los casos, la presencia cercana de refuerzos anula esta diferencia y hace que la elección sea en gran medida irrelevante.
Cabe mencionar que, no obstante lo anterior, se requiere un enfoque específico para las soldaduras en la superficie superior de las alas superiores de la viga principal. Estas deben ser esmeriladas al ras para facilitar el asentamiento del encofrado permanente y en voladizo. Asimismo, en el caso de puentes fabricados con acero resistente a la intemperie, se debe implementar un esmerilado completo al ras en las soldaduras de la superficie superior de las alas inferiores de la viga principal. Esta medida tiene como objetivo facilitar la correcta escorrentía del agua de lluvia, contribuyendo así a la preservación y durabilidad de la estructura en condiciones climáticas desafiantes.
Integración de refuerzos estructurales:
Para maximizar la capacidad de carga y la durabilidad del puente, se incorporan estratégicamente refuerzos adicionales en áreas clave. Estos refuerzos refuerzan los puntos críticos de tensión y compresión, asegurando una distribución equilibrada de las cargas y mejorando la capacidad de respuesta ante las condiciones cambiantes.
RIGIDIZADORES Y REFUERZOS
Refuerzos de Alma
Una configuración común para un único y sencillo rigidizador de alma implica la utilización de una placa plana soldada en una de las caras del alma y conectada a un ala, generalmente la superior. En esta aplicación, los rigidizadores planos son la elección preferida, ya que se pueden unir de manera sencilla a las placas del alma y del ala mediante soldaduras de filete que se extienden a lo largo de todo el perímetro. Estos refuerzos se añaden típicamente después de que el alma haya sido unida a las alas, asegurando una conexión robusta.
Es importante tener en cuenta que la incorporación de refuerzos conlleva un costo adicional en el proceso de fabricación. Por lo tanto, la decisión de incluir refuerzos intermedios debe basarse en la necesidad real de unir elementos de arriostramiento intermedio a las vigas principales. Esta consideración contribuye a optimizar la economía y eficiencia del proyecto sin comprometer la integridad estructural.
En el proceso de fortalecimiento de las vigas, se recurre a una disposición común que implica la inclusión de refuerzos en el alma. Un enfoque típico consiste en la incorporación de un único y sencillo rigidizador de alma. Este elemento se configura mediante la soldadura de una placa plana a una de las caras del alma, estableciendo una conexión con el ala correspondiente, generalmente seleccionando el ala superior como punto de unión. En la búsqueda de una solución práctica, se ha comprobado que los rigidizadores planos son altamente eficaces. Estos pueden fusionarse con facilidad a las placas del alma y del ala a través de soldaduras de filete que abarcan todo el perímetro. Es importante destacar que la implementación de estos refuerzos suele ocurrir una vez que el alma ha sido integrada con las alas, garantizando así una unión sólida y confiable.
Si bien los refuerzos cumplen un papel significativo en la mejora de la integridad estructural, es esencial considerar los aspectos económicos. La adición de refuerzos implica un costo adicional en el proceso de fabricación, lo que justifica una evaluación minuciosa de su necesidad. Estos refuerzos intermedios deberían ser introducidos en situaciones en las que resulten esenciales para la conexión de elementos de arriostramiento intermedio a las vigas principales. Esta decisión, basada en la evaluación de la necesidad real, garantiza la optimización de recursos sin comprometer la seguridad y la eficiencia del proyecto.
Refuerzos de Rodamiento: Optimización de los Refuerzos en Puntos de Apoyo
Dentro de la planificación y diseño de vigas maestras y vigas laminadas, se incorporan comúnmente refuerzos de rodamiento en cada posición de apoyo. La disposición estándar implica que la viga del puente se coloque con el ala inferior apoyada sobre la estructura de soporte, mientras que los refuerzos concéntricos se sitúan en la misma posición. En la mayoría de los casos, se hace necesaria la inclusión de una placa de cojinete cónica entre la superficie superior del cojinete y la parte inferior de la brida, asegurando así la horizontalidad del cojinete.
La conexión adecuada de los extremos de un refuerzo de apoyo a ambas alas es un aspecto crucial, especialmente cuando el refuerzo está firmemente vinculado a una brida que enfrenta cargas concentradas, generalmente la brida inferior. Para garantizar esta unión sólida, a menudo se requiere un proceso de rectificación en el extremo del refuerzo del cojinete.
La efectividad de los refuerzos de apoyo también depende de su ancho. Estos deben ser dimensionados para mantener la alineación precisa de las vigas principales en las posiciones de apoyo. En casos de puentes con un alto grado de sesgo, puede ser necesario considerar refuerzos adicionales contiguos a los refuerzos de apoyo, con el propósito de controlar la alineación de las vigas de manera efectiva.
La especificación de los refuerzos de apoyo y elevación requiere especial atención. Se recomienda que estos refuerzos sean diseñados para "ajustarse" a la superficie superior del ala inferior del elemento al que están conectados. Sin embargo, debido a las variaciones en la planitud de la placa y la alineación de la viga que pueden surgir durante el proceso de fabricación, establecer un nivel de ajuste uniforme para ambas alas puede no ser práctico en todos los casos.
En última instancia, la consideración cuidadosa de los refuerzos en los puntos de apoyo contribuye significativamente a la estabilidad y la integridad de la estructura metálica. La optimización de estos refuerzos es esencial para garantizar la capacidad de soportar cargas y garantizar la durabilidad a lo largo de la vida útil del puente.
Implementación de conectores de corte:
Los conectores de corte son elementos cruciales para mantener la estabilidad y rigidez de la estructura. Se instalan de manera estratégica para unir las diferentes secciones del puente y asegurar la transferencia eficiente de las cargas entre ellas. Esto fortalece la integridad estructural y mejora la capacidad de carga del puente.
Ensayos de montaje (realizados de forma ocasional):
Se realizan ensayos de montaje en ciertos momentos del proceso para evaluar la precisión y la calidad de la construcción. Estas pruebas proporcionan una oportunidad para identificar posibles desviaciones o problemas antes de avanzar en la producción. Los resultados de estos ensayos informan las decisiones de ajuste y corrección, asegurando un puente final confiable y seguro.
Aplicación de revestimiento protector:
Para salvaguardar la estructura de acero contra la corrosión y los elementos ambientales adversos, se aplica un revestimiento protector. Este revestimiento proporciona una barrera resistente que prolonga la vida útil del puente y reduce los efectos del desgaste a lo largo del tiempo. Su aplicación meticulosa contribuye a la sostenibilidad y durabilidad a largo plazo del puente.
Las técnicas de calidad empleadas en cada etapa del proceso de fabricación, deben garantizar la robustez y durabilidad de la estructura de acero final. Estas prácticas aseguran la integridad y seguridad del puente, y se convierten en un factor determinante para su vida útil y funcionamiento óptimo a lo largo del tiempo.
