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ESTUDIO Y CARACTERIZACIÓN DE LA CHIMENEA INDUSTRIAL “CERÁMICA LA

PAZ” EN AGOST (ALICANTE) PARA SU EVALUACIÓN SÍSMICA.

S. IVORRA

Dr. Ing. Industrial

Universidad de Alicante

Alicante; España

e-mail [email protected]

R. REYNAU

MSc Ing. Materiales.


Alicante; España

e-mail

D. BRU

MsC. Ing. de Caminos


Alicante; España


J. Gª. BARBA

Dr. Ing. de Caminos.


Alicante; España


RESUMEN

El presente trabajo trata del análisis del estado actual, por un lado las características geométricas, daños estructurales y

las patologías existentes, y como segundo punto se realizó la caracterización de los materiales empleados en la

construcción de la chimenea industrial situada en la antigua fábrica de Cerámica La Paz, de los años 50, ubicada en el

término municipal de Agost de la provincia de Alicante (España), todo ello para determinar el grado de incidencia en el

riesgo sísmico implícito para esta zona.

1. INTRODUCCIÓN

La chimenea industrial objeto de este estudio [Figura 1] se encuentra ubicada en la población de Agost, perteneciente a

la provincia de Alicante y por lo tanto, se encuentra cimentada en una región con actividad sísmica moderada (0.11g,

conforme a la normativa sismorresistente [1]. Esta población tenía como principal industria, durante el siglo XX, la

fabricación de ladrillos, tejas, tinajas, cantaros, botijos y todo material cerámico, repartiéndose a lo largo de sus 22

fábricas en los años de mayor auge. Actualmente existente dos chimeneas industriales que continúan en pie, aunque sin

actividad, pertenecientes una a Cerámica San Ramón y la otra a Cerámica La Paz (objeto del estudio). Esta última se

encontraba con una edificación primaria que data del año 1880 situada sobre una parcela total de 38.918 m2 al Este de la

población, no obstante la chimenea no se realizó hasta la década de los 50 concretamente en el año 1957.

La chimenea industrial a estudio, es una tipología de construcción de una esbeltez geométrica elevada (λ>8,7) obtenida

como la relación entre la altura y la base, comparada con otras tipologías estructurales de fábrica u hormigón armado

(torres medievales, bloques de edificios) Por otro lado, los materiales que constituyen este tipo de estructuras, se

corresponden con fábrica de ladrillo sin armadura de refuerzo. Esta particularidad de los materiales, dota a este tipo de

construcciones de un comportamiento con ductilidad prácticamente nula. El efecto de su baja ductilidad y su elevada

esbeltez, provocará situaciones de riesgo sísmico por desplazamientos excesivos. Por ello, y como trabajo preliminar

previo a cualquier estudio de intervención, se precisa de un reconocimiento profundo del estado actual de la chimenea

industrial analizada, como marca el Eurocódigo 8. En base a dicha normativa, es importante conocer las propiedades

mecánicas de los materiales constituyentes, así como su grado de deterioro por efectos ambientales, y la constitución

propia de dichos materiales

mailto:[email protected]

Ivorra, S.; Reynau, R.; Bru, D.; Barba, J.Gª, EVALUACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LA CHIMENEA

INDUSTRIAL “CERAMICA LA PAZ” EN AGOST (ALICANTE) PARA SU EVALUACIÓN SÍSMICA

Figura 1: Chimenea industrial de “Cerámica La Paz – Agost” en Alicante.

2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

El proceso de caracterización de la chimenea industrial se basó en la realización de una inspección visual con toma de

muestras en las zonas más representativas de la misma y en la realización de un levantamiento topográfico de la misma,

con el objeto de determinar posibles irregularidades en su geometría inicial. Las actividades de toma de muestras

consistieron en la extracción de 12 muestras del mortero de agarre de la chimenea a diferentes alturas y diferentes caras,

mediante el rascado de las llagas o tendeles, para obtener parte del mortero de las juntas. Al mismo tiempo se retiraron

muestras enteras de mortero del interior de la grieta que se encontraba sueltas, concretamente a la altura de 16,00 metros

y en la cara Noreste. Por otro lado, se pudieron obtener 3 muestras de ladrillo de la propia chimenea que se encontraban

sueltas en la zona de la corona y a modo de prevención se retiraron para que no causaran algún tipo de daño. Estas

muestras se compararon con los ladrillos cerámicos existentes en la fábrica, obteniéndose valores de comportamiento

muy similares, permitiéndonos tomar una muestra más representativa de los materiales de estudio.

Con el objeto de determinar las características microscópicas del mortero y los ladrillos, y determinar de esta forma la

tipología del mortero de agarre y las propiedades físicas del ladrillo, se realizaron ensayos mediante microscopía

electrónica de barrido (SEM) y análisis mineralógico por difracción de rayos X (DRX), tal y como se muestra en la

tabla 1 y tabla 2. También se realizaron ensayos para la determinación de la densidad real y el coeficiente de absorción

de agua conforme a lo dispuesto en la norma UNE-EN 1015-18 [2] y la norma UNE-EN 772-21 [3] .

Por otro lado, para determinar las propiedades mecánicas de los materiales constituyentes de la fábrica, se determinó la

resistencia a compresión Para poder realizar el ensayo en las muestras de mortero obtenidas de la estructura conforme la

norma UNE EN 1015 11 [4], se tuvo que adaptar su superficie mediante la realización de un modelo especial, según lo

establecido por Magalhaes [5]. Para ello se utilizó mortero de mayor resistencia, CEM I 52,5 R y arena silícea

normalizada según la EN 196-1, en una dosificación 1:3 en peso. De esta forma se pudo adaptar las muestras de mortero

irregulares. Una vez fraguados y endurecidos a 28 días los morteros de los moldes, se realizó el ensayo de compresión

de las muestras en una prensa electromecánica con una célula de carga de 2 TN. La determinación de la resistencia a

compresión y a flexión de los ladrillos, se realizó según la norma UNE-EN 772-1 [6] para la resistencia a compresión y

para la resistencia a flexión de los ladrillos cerámicos se determinó mediante un dispositivo flector por formado por dos

cilindros sobre el que se apoya la muestra y un rodillo superior con el que se aplica la carga en el centro del ladrillo,

como ha realizado Adorni, E. et al. [7]. Las muestras seleccionadas fueron 3 muestras diferentes a las utilizadas para los

ensayos anteriores.

3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

3.1 Caracterización in situ

La chimenea industrial es de planta cuadrada en la base y octogonal en el fuste, está realizada mediante fábrica de

ladrillo cerámico macizo. Tiene una altura total de 24,74 metros y una pendiente del fuste del 3%, superior a la

referenciada por Pallarés y Patiño [8], [9] en un 20%. En relación a las características de las diferentes partes que

conforman la estructura se destaca la base que es de sección cuadrada exteriormente, con una altura de 3,50 metros y un

ancho de 2,75 m en el centro de la base, interiormente es de sección circular con un diámetro interior de 1,44 metros. En

la unión con el fuste la ornamentación ejecutada se realizó con los mismos ladrillos sin necesidad de ladrillos

aplantillados o piezas especiales. En su cara norte está la entrada al interior de la chimenea por el cual se realizaba el

mantenimiento y limpieza de la misma, esta es una apertura de 0,60 metros de ancho x 1,21 metros de alto, siendo

coronada esta apertura mediante un arco de medio punto del mismo ancho que el hueco. El fuste es de sección

octogonal exteriormente con una altura de 19,06 metros, interiormente es de sección circular reduciéndose la sección



conforme se avanza en la altura del fuste. En las esquinas del fuste se han utilizado ladrillos aplantillados o piezas

especiales [Figura.2] para poder conseguir esta geometría tan característica. La corona también es de sección octogonal

en el exterior con una altura de 2,18 metros e interiormente es de sección circular como ocurre con el fuste [Figura3].

La ornamentación existente en esta parte de la chimenea es de una complejidad media y si se utilizaron tanto piezas de

esquina como piezas especiales en el que uno de sus extremos es de forma redondeada.

Figura 2: Tipología de ladrillos usados en su construcción.

Figura 3: Levantamiento del estado teórico y actual de la chimenea industrial y zonas de las toma de muestras (M*).

La chimenea industrial está ejecutada íntegramente de fábrica de ladrillo cerámico macizo de dimensiones 24x11,5x5

cm, salvo las piezas especiales de esquina cuya geometría por su parte exterior (16+12,5)x11,5x5 cm y por su parte

interior (10+5,5)x11,5x5 cm y las piezas de ornamentación de la corona que tiene la peculiaridad de tener uno de sus

testas redondeadas. El aparejo utilizado a lo largo de toda la chimenea es de tipo flamenco o gótico, es el aparejo

formado por la alternancia de sogas y tizones en una misma hilada. Los solapos para las sogas son de 1/4,

correspondiendo en una misma vertical los centros de sogas y tizones. En cuanto a las llagas y tendeles son de tipo

enrasadas y de espesor 1,50 cm de media, a lo largo de toda la chimenea.

Referente a otros tipos de elementos importantes que han afectado al estado actual de la chimenea, es la presencia de los

pates a modo de escalera que recorren todo el interior de la propia chimenea en la cara Noreste, que se utilizaban para el

mantenimiento de la misma y por otro lado en el exterior continúan existiendo las picas que anclaban el cable que

descendía del pararrayos en la cara Este.



Tras la inspección visual de la chimenea y la toma de muestras, se detectaron varias irregularidades en el aspecto formal

de la misma. En este sentido, la figura 3 y la figura 4, muestran una situación de desplome concentrada en el tercio

superior del fuste de la chimenea, concretamente en los 11 últimos metros hasta el remate en coronación de la misma.

Dicho desplome se produce en el eje Norte-Sur de -0,2868 metros y en el eje Este-Oeste de -0,1380 metros, es decir,

valores de desplome próximos a h/100 y h/200, respectivamente. Dichos valores de desplome en situación de servicio

sin efecto de la acción sísmica, están muy próximos a los valores recomendados por el Eurocódigo 8 (h/125, h/250),

para el caso de acciones sísmicas. Este hecho, pone de manifiesto la escasa reserva elástica de la estructura debido a la

presencia del desplome inicial y el elevado riesgo de caída de la misma en caso de generarse una acción sísmica en su

situación actual.

Por otro lado, la [Figura 4] muestra la presencia de una grieta vertical de 10,39 m, situada en la cara Noreste del fuste, la

cual se extiende a las caras contiguas con fisuraciones de menor envergadura, tanto en la cara Norte como en la cara

Este. El desarrollo de la grieta no tiene establecido un patrón de rotura, rompiendo la fábrica indistintamente por el

ladrillo cerámico como por la junta de mortero, y llegando en algunos puntos a producir una fisuración pasante en todo

el espesor de la fábrica de ladrillo. Dicha fisuración, se relaciona directamente con el desplome anteriormente analizado,

siendo la presencia de la fisura vertical el síntoma claro de deterioro de la chimenea. Por último, como patologías

menores, se destaca por un lado, la presencia de una variación de la coloración tanto del mortero, como en el ladrillo

cerámico del material de fábrica situado a partir de los 11 primeros metros de la estructura, coincidente con la zona

activa en la que se ha detectado el desplome de la chimenea. Además, se ha detectado en esta misma zona, la pérdida

tanto del material cerámico de los ladrillos a modo de descascarillado, como de parte de las juntas del mortero de agarre

con pérdidas de hasta 4-5 cm de profundidad.

Figura 4: Detalles de las patologías señaladas.

3.2 Caracterización microestructural

Con el objeto de determinar la composición química de los materiales constituyentes, y analizar como posibles causas

de las patologías detectadas, el efecto de reacciones químicas de los elementos de la propia fábrica, se realizó un

análisis mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), de 12 muestras extraídas a diferentes alturas, tal y como se

indica en la Tabla 1. Asimismo, para poder identificar la presencia de cristales o compuestos químicos que pudieran

estar directamente relacionados con las patologías anteriormente descritas, se analizaron muestras de mortero mediante

difracción de rayos X (DRX), tal y como se muestra en la tabla 2.

Los resultados del SEM (tabla 1), mostraron la presencia de azufre (S) en proporciones elevadas debido a la combustión

del carbón que se realizaba en el proceso de fabricación de los materiales cerámicos de la fábrica, produciéndose en esta

combustión CO2, SO2 y H2O en forma de vapor y calor. Tanto el CO2 y SO2 combinados con el agua proveniente de las

condensaciones o del exterior, podían reaccionar y producir líquidos ácidos, como ya citaban Díaz Gómez C. et al. [10],

quedando el azufre impregnado en la fábrica, y deteriorando por efecto de los ácidos, tanto al mortero, como a las

propias unidades de ladrillo.



Tabla1: Resumen datos SEM. MUESTRA MORTERO EN CHIMENEA INDUSTRIAL DE CERAMICA LA PAZ - AGOST

Muestra Ubicación en

cara octogonal

Altura toma

muestra (m)

Composición en porcentaje % (SEM)

C O Fl Mg Al Si S Cl K Ca Fe P Na Ti

M1 Noreste interior 1,50 6,47 39,96 10,34 0,32 2,00 2,21 11,47 1,13 0,55 24,95 0,62 0,00 0,00 0,00

M2 Este interior 1,50 5,71 45,76 4,74 0,00 0,64 1,58 13,08 0,91 0,42 26,79 0,40 0,00 0,00 0,00

M3 Este 10,00 12,03 53,03 0,00 0,37 2,30 3,17 0,00 0,00 0,45 27,57 1,22 0,00 0,00 0,00

M4 Oeste 10,00 11,20 52,33 0,00 0,53 1,48 4,55 0,00 0,00 0,57 28,46 0,91 0,00 0,00 0,00

M5 Sur 10,00 11,55 54,01 0,00 0,58 1,74 3,40 0,34 0,00 0,66 26,94 0,81 0,00 0,00 0,00

M6 Noreste grieta 16,00 13,51 54,01 0,00 0,24 1,32 3,00 0,07 0,79 0,66 25,79 0,62 0,00 0,00 0,00

M7 Este 16,00 12,02 53,28 0,00 0,42 1,42 4,11 0,10 1,72 0,63 25,57 0,75 0,00 0,00 0,00

M8 Oeste 16,00 11,65 47,44 0,00 0,45 1,53 4,04 0,00 2,62 0,76 30,76 0,78 0,00 0,00 0,00

M9 Sur 16,00 9,16 47,72 0,00 0,99 2,49 5,96 0,10 1,69 1,37 28,21 2,31 0,00 0,00 0,00

M10 Norte 24,00 13,78 54,51 0,00 0,39 1,63 3,07 0,22 0,69 0,83 24,09 0,82 0,00 0,00 0,00

M11 Oeste 24,00 11,09 49,04 0,00 1,81 3,02 9,30 0,49 1,46 0,87 20,78 2,17 0,00 0,00 0,00

M12 Sur 24,00 14,01 47,03 2,24 1,37 6,05 10,77 0,26 2,32 3,27 7,59 4,63 0,05 0,14 0,32

Figura 5: Imágenes de la matriz cementicia junto con la tipología del árido para la muestra M7.

Por otro lado, a partir de los resultados a través de los ensayos de difracción por rayos x (DRX) mostrados en la tabla 2,

se pudieron aseguran dos aspectos muy importantes en la evaluación microestructural de los materiales de la chimenea.

En primer lugar, los altos porcentajes de Calcita y Cuarzo, muestran que el mortero empleado en la construcción de la

chimenea se trata de un mortero de cal con arena de sílice. En segundo lugar, del análisis de las muestras obtenidas del

interior de la chimenea, situadas por debajo de los dos primeros metros de altura, mostraron un bajo contenido en

Calcita. Este hecho pone de manifiesto el efecto negativo que los fenómenos de combustión generan en el material

estructural de mampostería.

Particularmente, la ausencia de Calcita se debe a la reacción de los gases producidos durante la combustión del carbón

con la Calcita, generando como producto de la reacción la Anhidrita. En las ecuaciones (1) y (2) se muestra el proceso

de conversión de Calcita a Anhidrita. Simultáneamente a estos motivos, las elevadas concentraciones de Anhidrita,

junto con los procesos de condensación en las paredes de la chimenea y la acumulación de agua por lluvias [10],

facilitan la formación yesos, descrito en la ecuación (3), tal y como muestran las muestras M1, M6 y M12.

Tabla2: Resumen de los resultados DRX.

Muestras

Fases cristalinas

Yeso

(CaSO4·2H2O) Cuarzo

(SiO2) Anhidrita (CaSO4)

Silvina

(KCl) Calcita (CaCO3)

Dolomita (CaMgCO3)

Aragonito (CaCO3)

Ferrosilicato

potasio (KFeSi3O8)

M1 8,05% 14,10% 75,94% 1,91%

M3 28,97% 59,76% 6,85% 4,42%

M6 14,22% 25,55% 60,23%

M8 28,67% 67,58% 3,75%

M12 34,43% 19,53% 46,04%

Proceso de fabricación del mortero de agarre

Cal + Agua Mortero de cal + Ambiente Calcita

CaO + H2O Ca (OH)2 + Calor + CO2 (atmosférico) CaCO3 (1)

Proceso de conversión de la Calcita (CaCO3) en Anhidrita (CaSO4)

Calcita + Gases combustión + Ambiente

CaCO3 + CO2 + SO2 + ½ H2O CaSO3 · ½ H2O + CO2

2CaSO3 · ½ H2O + 2SO2 + H2O 2Ca (HSO3)2

2Ca (HSO3)2+ O2+ H2O CaSO4 · 2H2O · H2SO4 (2)

H2SO4 + CaCO3 + H2O CaSO4 · 2H2O · CO2

SO2 + CaCO3 · 1/202 (g) + H2O CaSO4 · 2H2O + CO2



Proceso de conversión de la Anhidrita (CaSO4) en Yeso (CaSO4·2 H2O)

Anhidrita + Ambiente Yeso

CaSO4 + H2O CaSO4·2 H2O (3)

3.3 Caracterización estructural

La caracterización estructural de los materiales se realizó mediante el análisis de la densidad real, coeficiente de

absorción de las muestras de mortero [Figura 7], determinación de la resistencia a compresión de los morteros y los

ladrillos y la capacidad a flexión de las unidades de ladrillo.

3.3.1. Densidad real y coeficiente de absorción de agua

La determinación del coeficiente de absorción de agua y la densidad real, se realizó mediante el ensayo llevado a cabo

por Magalhaes [5], obteniéndose las masas relevantes de las tres muestras, masa a temperatura y humedad ambiente,

masa seca (Md), masa saturada (Ms) y masa saturada en balanza hidrostática (M´s), todas ellas en diferentes intervalos

de tiempo (15, 30, 60 90 y 1440 minutos). Una vez obtenidas las pesadas correspondientes se calculó la absorción de

agua y la densidad real, según la ecuación 4

𝑊𝑠 =Ms − Md

Md 𝑥 100 𝑑𝑟 =

Md

Ms− M´s ; (4)

Figura 7: Imagen de las 3 muestras de mortero de agarre.

Figura 8: Gráfica de la absorción de agua y de la densidad real de los morteros y de los ladrillo cerámicos.

En la [Figura 8], se muestran los resultados de dichos ensayos, en los cuales se destaca que ambos materiales tiene unas

densidades muy similares, con un coeficiente de variación (CV) de valor 4% para los morteros y 2% para los ladrillos.

Como contrapunto, el coeficiente de absorción presenta una gran diferencia entre ambos materiales, teniendo para los

morteros un 20% y los ladrillos un 9%. Estos resultados confirman los datos mostrados por otros investigadores, Luxan

Mª et al. [11] , donde se afirmaba la relación entre las pérdidas de resistencia mecánicas en los morteros de cal y el

coeficiente de absorción, llegándose a alcanzar pérdidas de resistencia de hasta un 50% respecto de su valor original.

3.3.2 Determinación de la resistencia a compresión

En la tabla 3 se muestran los resultados referentes a la resistencia a compresión de mortero y ladrillo [Figura9]

respectivamente. En el primer caso, los valores se corresponden con resistencias altas para moteros de cal, tal y como se

muestra en Magalhaes [5], obteniéndose un valor medio de resistencia a compresión de 7,63 N/mm², con coeficiente de

variación de 6%. Además, se observa que la muestra con mayor coeficiente de absorción, M1, presenta valores

1.7000

1.8000

1.9000

2.000

2.1000

9%

11%

13%

15%

M1 M2 M3 M4 M5 M6 Den

sid

ad

rea

l (g

r/cm

3)

Ab

osc

ión

de

ag

ua

Absorción de agua Morteros Absorción de agua Ladrillos

Densidad real Morteros Densidad real Ladrillos



relativamente más bajos de resistencia a compresión, tal y como afirmaba Luxan en sus investigaciones. En el segundo

caso, las piezas de ladrillo cerámico, mostraron una resistencia a compresión media de 37,79 N/mm² y desviaciones del

8%. Estos resultados muestran una resistencia mayor a valores medios obtenidos por otros investigadores [12] [13] [14].

Tabla3: Resultados ensayos de compresión.

MORTERO DE CAL

Muestras Fuerza

aplicada (N)

Superficie

aplicada (mm2)

Tensión

rotura

(N/mm2)

M1 5,060.23 706.86 7.16

M2 5,648.63 706.86 7.99

M3 5,462.30 706.86 7.73

LADRILLO CERÁMICO MACIZO

Muestras Fuerza

aplicada (N)

Superficie aplicada

(mm2)

Tensión

rotura

(N/mm2)

M1 911,528.12 24753.00 36.82

M2 1,006,260.36 24528.00 41.02

M4 863,769.73 24309.00 35.53

Figura 9: Ensayos a compresión de mortero y ladrillos.

3.3.3 Determinación de la resistencia a flexión

Por último, en la tabla 4, se muestran los resultados obtenidos relacionados con la resistencia a flexión [Figura 10] de

los ladrillos cerámicos, los cuales muestran que su resistencia a flexión es inferior al 15% respecto de la resistencia de

compresión, este resultado es superior a los niveles esperados, aunque la falta de homogeneidad en los resultados (CV=

29%), hace que cualquier efecto externo (ej. movimiento sísmico), condiciona su capacidad portante a lo largo de su

vida útil.

Tabla4: Resultados ensayos de flexión. LADRILLO CERÁMICO MACIZO

Muestras Dimensiones

(mm) b x h

Fuerza

aplicada (N) Tensión rotura

(N/mm2)

Mf1 111 x 57 5,609.40 3.27

Mf2 111 x 58 8,953.47 5.04

Mf3 111 x 64 12,905.55 5.96

Figura 10: Ensayos a flexión.

4. CONCLUSIONES

La caracterización de los materiales de la chimenea industrial de Cerámica La Paz en Agost (Alicante), por medio de las

diferentes técnicas, han permitido clasificar los materiales empleados y proporcionar información de sus propiedades

tanto químicas como mecánicas, para su posterior análisis estructural y así realizar una correcta intervención.

El mortero de la chimenea industrial se ha demostrado que es un mortero de cal y arena de sílice con patologías

evidentes, una vez analizados los resultados obtenidos de los ensayos realizados. Es un mortero con una resistencia a

compresión que está dentro de los valores estimados, pero una disparidad en los valores de absorción de agua que hace

que el mortero sea uno de los causantes de algunas patologías, como la inclinación del fuste de la chimenea. Por otro

lado el ladrillo cerámico es un elemento con alto grado de resistencia a compresión pero con baja resistencia a flexión,

debido a que la fábrica de ladrillo no posee ningún tipo de refuerzo, esto, junto con la gran esbeltez que tiene la

chimenea, condiciona su respuesta a cualquier movimiento sísmico.



El estado crítico de la chimenea a nivel estructural y por tanto de conservación de la misma como patrimonio, es debido

por una parte a las patologías del mortero y su expansividad por a la trasformación de la cal en yeso y su deterioro y

pérdida de parte de las juntas, y por otro lado a las grietas que posee en su cara Noreste producidas por la corrosión de

los pates de la escalera interior, además de coincidir en la cara donde más favorece este proceso. Es necesario por ello,

la intervención integral de la chimenea para su recuperación como construcción del patrimonio histórico de la provincia

de Alicante.

AGRADECIMIENTOS

Los autores desean agradecer al Ministerio de Economía y Competividad del Gobierno de España, la

financiación del trabajo a través del proyecto BIA2012-34316, así como a la Generalitat Valenciana a través del

proyecto ACOMP/2014/289

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ESTUDIO Y CARACTERIZACIÓN DE LA CHIMENEA ...CP2015/Link/Papers/8430.pdfsuperior del fuste de la chimenea, concretamente en los 11 últimos metros hasta el remate en coronación de