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UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA2017
GOMEZ DUMAGUALA JAVIER ALONSOINGENIERO CIVIL
DISEÑO DE LA CAPTACIÓN DE REJILLA LATERAL PARA DOTARAGUA PARA UN PROYECTO ACUÍCOLA EN EL SECTOR EL PADMI
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UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA2017
GOMEZ DUMAGUALA JAVIER ALONSOINGENIERO CIVIL
DISEÑO DE LA CAPTACIÓN DE REJILLA LATERAL PARADOTAR AGUA PARA UN PROYECTO ACUÍCOLA EN EL SECTOR
EL PADMI
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UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA16 de agosto de 2017
GOMEZ DUMAGUALA JAVIER ALONSOINGENIERO CIVIL
DISEÑO DE LA CAPTACIÓN DE REJILLA LATERAL PARA DOTAR AGUA PARAUN PROYECTO ACUÍCOLA EN EL SECTOR EL PADMI
MACHALA, 16 DE AGOSTO DE 2017
SIVISACA CARAGUAY JORGE RODRIGO
EXAMEN COMPLEXIVO
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SECTOR EL PADMI.pdf (D29643891)Submitted: 2017-07-14 10:43:00 Submitted By: [email protected] Significance: 2 %
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CADENA LEMA MARIA FERNANDA - ELABORACION Y CALIBRACION DE VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA.pdf (D29624107) CORTEZ ROSARIO JORGE VLADIMIR.docx (D16389588)
Instances where selected sources appear:
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DEDICATORIA
A Dios, por darme la oportunidad de vivir y por estar
conmigo en cada paso que doy, por fortalecer mi
corazón e iluminar mi mente y por haber puesto en mi
camino a aquellas personas que han sido mi soporte y
compañía durante todo el periodo de estudio.
A Fernanda, pues ella fue el principal cimiento para la
construcción de mi vida profesional, fuiste mi
motivación más grande para concluir con éxito en mi
carrera.
Javier Alonso Gómez Dumaguala
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AGRADECIMIENTO
Primeramente dandole gracias a Dios por tenerme con salud
y fuerzas de seguir adelante en mis estudios y guiarme hasta
ahora en todos los conocimientos que adquirido en mi etapa
de formación académica.
A la Universidad Técnica de Machala ya que a través de sus
docentes, quienes han compartido sus conocimientos y
experiencias, contribuyeron con mi formación profesional.
A mis padres por haberme dado su apoyo incondicional y
de manera muy especial a Fernanda por estar siempre a mi
lado dándome su fortaleza para seguir adelante y poder
hacer realidad este Título, que a la vez es su logro también.
Javier Alonso Gómez Dumaguala
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RESUMEN
DISEÑO DE LA CAPTACIÓN DE REJILLA LATERAL PARA DOTAR DE AGUA
PARA UN PROYECTO ACUÍCOLA EN EL SECTOR EL PADMI
Autor: Javier Alonso Gómez Dumaguala
E-mail: [email protected]
Lo que se ha plasmado en este trabajo es el diseño de una toma convencional para dotar de
agua para el proyecto acuícola que se encuentra ubicado en el sector el PADMI cantón
Yanzatza provincia de Zamora Chinchipe, con la información recopilada se realizó todo el
diseño del sistema como lo son el azud, rejilla lateral, cajón desripiador, cajón de transición,
desarenador, vertederos de excesos y dispositivos de limpieza, muros de protección, para ello
se escogió criterios de algunos autores para el diseño de estos elementos considerándose los
factores de seguridad respectivos para cada uno de ellos, además se anexa un presupuesto
referencial, memoria técnica, cálculos, especificaciones técnicas y planos respectivos de cada
uno de los componentes a diseñar.
PALABRAS CLAVES: Acuícola, Desripiador, Vertederos, Desarenador, Dispositivo de
Limpieza
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SUMMARY
SIDE GRID CAPTURE DESIGN FOR WATER SUPPLY FOR AQUATIC PROJECT
IN THE PADMI SECTOR
Autor: Javier Alonso Gómez Dumaguala
E-mail: [email protected]
What has been shaped in this work is the design of a conventional take to provide water for
the aquaculture project that is located in the PADMI sector canton Yanzatza province of
Zamora Chinchipe, with the information collected was made the whole system design As are
the water, side grid, drainage drawer, transition drawer, sandbox, overflow dumps and
cleaning devices, protective walls, for it has been taken criteria of some authors for the design
of these elements considering the safety factors For each of them, in addition a reference
budget, technical report, calculations, technical specifications and respective plans of each
one of the components to be designed will be appended.
KEYWORDS: Underwater, Drainage drawer, Rubbish dump, Sandbox , Cleaning device
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ÍNDICE DE CONTENIDOS
CONTENIDO Pág. CUBIERTA I PORTADA II NOTA DE ACEPTACIÓN III ANÁLISIS E INGRESO DE PORCENTAJE DE COINCIDENCIAS IV CESIÓN DE DERECHO DEL AUTOR V DEDICATORIA VI AGRADECIMIENTO VII RESUMEN VIII SUMMARY IX ÍNDICE DE CONTENIDO X LISTA DE ANEXOS XI INTRODUCCIÓN 1 1. UBICACIÓN DEL PROYECTO 3 2. OBRAS DE CAPTACIÓN 4
2.1. Azud 4 2.2. Estabilidad del Azud 5 2.3. Estabilidad al Volcamiento del azud 6 2.4. Esfuerzo de Cimentación 7 2.5. Muro de Ala 7 2.6. Compuerta de Lavado 8 2.7. Rejilla Lateral 8 2.8. Cajón Desripiador 9 2.9. Canal de Transición 9 2.10. Desarenadores 9 2.11. Vertederos 10
3. PRESUPUESTO REFERENCIAL 10 4. CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS
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LISTA DE ANEXOS
Anexo A: Datos de Diseño Anexo B: Cálculo de Carga Hidráulica sobre el Azud Anexo C: Cálculo de Xc, Yc, R1, R2 Anexo D: Cálculo del Perfil de Creager y Radio Anexo E: Cálculo de Calado Y1, Y2 Anexo F: Cálculo de Longitud de Resalto , Cuenco y Enrocado Anexo G: Cálculo de Delantal y Dentellones Anexo H: Cálculo de Presión Hidrostática Aguas Arriba Anexo I: Cálculo de Presión de los Sedimentos Anexo J: Cálculo de Presión Sísmica por Efecto de Embalse Anexo K: Cálculo de Presión Hidrostática Aguas Abajo Anexo L: Cálculo de Peso Propio del Azud Anexo M: Cálculo de Efecto Sísmico por Peso Propio Anexo N: Cálculo de Subpresión en un Punto Anexo O: Cálculo de Estabilidad al Deslizamiento Anexo P: Cálculo de Estabilidad al Volcamiento Anexo Q: Cálculo de Esfuerzos en la Cimentación Anexo R: Cálculo de Muro de Ala Anexo R1: Diseño de Muro Cantiliver Tramo I Anexo R2: Coeficiente de Presión Activa aplicada al Muro Anexo R3: Cálculo de presiones Máximas y Mínimas al Muro Anexo R4: Diseño estructural de la Pantalla del Muro Anexo R5: Diseño estructural del dedo o puntal del Muro Anexo R6: Diseño estructural de la Talón del Muro Anexo R7: Diseño de Muro Cantiliver Tramo II Anexo R8: Coeficiente de Presión Activa aplicada al Muro Anexo R9: Cálculo de presiones Máximas y Mínimas Anexo R10: Diseño estructural de la Pantalla del Muro Anexo R11: Diseño estructural de la dedo o puntal del Muro Anexo R12: Diseño estructural de la Talón del Muro Anexo S: Cálculo de Canal de Limpieza del Azud Anexo T: Cálculo de Rejilla Anexo U: Cálculo del Desripiador Anexo V: Canal de Limpieza del Desripiador Anexo W: Cálculo de Longitud de Transición del desripiador al desarenador Anexo X: Cálculo de Desarenador Anexo Y: Cálculo de Vertedero Rectangular Anexo Z: Cálculo de Canal de Conducción Anexo A1: Presupuesto Referencial
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INTRODUCCIÓN
El Padmi es un sector que pertenece a la parroquia Los Encuentros del cantón Yanzatza
provincia de Zamora Chinchipe, actualmente es el Centro de Estudios y Desarrollo de la
Amazonía (CEDAMAZ) donde ponen en práctica todas las directrices tanto de los estudiantes
como docentes y científicos que pertenecen a la Universidad Nacional de Loja.
La estación El Padmi tiene como propósito poner en funcionamiento un proyecto acuícola
con lo cual se desea dotar de agua para las piscinas, la correcta determinación del caudal de
diseño para la producción acuícola es un aspecto técnico de gran de relevancia. [1]
El sitio de estudio está ubicado en la quebrada del mismo sector, en la cual se diseñó una
toma convencional con todo su sistema hidráulico, funcionalidad y sistemas de seguridad,
para ello se han realizado trabajos de campo y estudios hidrológicos obteniendo un caudal
máxima de crecida de 12 m3/seg, un caudal medio de 0.435 m3/seg, y el caudal de diseño
requerido para este proyecto es de 0.05 m3/seg.
Los principales beneficiarios de este proyecto serán los habitantes de dicho cantón, ya que
tiene como propósito ayudar en temas de investigación y asistencia de manejo.
Las obras de diseño hidráulico se las realiza con los datos disponibles registrados de los
caudales máximos, escurrimientos y precipitaciones anuales, mientras más años abarquen esta
información hidrológica mayor seguridad tendremos al diseñar. [2]
El objetivo del presente trabajo práctico es diseñar la captación de una rejilla lateral para
dotar de agua a un proyecto acuícola en el sector el Padmi.
Diseñar las estructuras hidráulicas de una obra de captación de rejilla lateral.
Comprobar la estabilidad y funcionalidad de las estructuras hidráulicas.
Diseñar los muros de protección de la obra de captación.
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1. UBICACIÓN DEL PROYECTO
El proyecto acuícola se encuentra ubicado en las instalaciones de la Universidad Nacional
de Loja que se encuentra en el sector El Padmi en la vía Yanzatza – El Pangui provincia
de Zamora Chinchipe.
La obra de captación se pretende realizar en una quebrada del sitio EL PADMI, la misma
que se encuentra ubicado en la parte media de la microcuenca a una cota de 849 msnm, y
la coordenada de captación es la siguiente:
COORDENADAS DE CAPTACIÓN
634122.92 E 9554979.97 N
Tabla 1: Coordenadas de ubicación del proyecto.
Unas de las alternativas para simular los efectos hidráulicos es por medio del software
HEC-RAS esto ayudará al modelado de las crecidas máximas que existan en dichos
cauces, también se puede decir que las ecuaciones de Saint – Venant son un modelo
matemático que también nos permite modelar la variación del caudal y niveles de flujos.
[3]
2. OBRAS DE CAPTACIÓN
Hoy en día uno de los principales usos del agua es para la obtención de Recursos
Energéticos como lo son las Hidroeléctricas esto ocurre mediante el embalsamiento o
represamiento del fluido. [4]
Uno de los efectos negativos es la disminución de los caudales y la alteración de hábitats
para la biodiversidad y la disminución en la producción de la biomasa para consumo
humano. [5]
Las obras de captación son obras de ingeniería que ayudan a solucionar problemas de
abastecimiento de agua para una población, dichas obras varían de acuerdo con la
naturaleza de la fuente de abastecimiento, además también dependerá de su localización y
topografía del terreno.
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Existen diferentes tipos de obras de captación, pero para ello nos centraremos en una obra
de almacenamiento, lo cual nos va a permitir almacenar agua en épocas de sequía, para
dicho almacenamiento de agua se debe construir un proyecto de toma convencional.
Hay alternativas para obtener datos de caudales, esto se debe a un modelo Hidrológico -
Hidráulico que aplica una simulación comparativa entre lluvia - caudal y escurrimiento
superficial. [6]
El caudal ecológico es un instrumento de gestión que establece la calidad, cantidad y
régimen del flujo de agua requerido para mantener los componentes, funciones, procesos
y la resistencia de los ecosistemas acuáticos que proporcionan bienes y servicios a la
sociedad, aplicando cinco metodologías: Curva de Permanencia de Caudales, Rafael
Heras, Tennant, Franquet y Perímetro Mojado. [7]
A continuación se tratará de cada uno de los sistemas de una toma convencional a diseñar
en el proyecto:
2.1. AZUD
El azud son estructuras hidráulicas que nos permite desviar el agua durante tiempo de
sequía, esto se debe a la elevación que toma el agua por la pared del azud haciendo que
este ingrese por la rejilla y el restante pase por encima del azud siguiendo su cauce
normal. [8]
Esta estructura se lo diseña con el caudal máximo de crecida que es de 12m3/s,
asumiendo un paramento de 1.50m, con ello se obtiene la Carga Hidráulica Total dando
un valor de 0.98m, para el diseño del perfil del azud lo calcularemos por medio de la
fórmula del Perfil de Creager que a continuación se la detalla:
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Los valores de k y n son obtenidos por la relación entre ha/Ho que se los obtienen por
medio de los nomogramas del libro de Bureau Reclamation “diseño de Presas Pequeñas”.
[9]
Reemplazando los valores en la Ec. 1, se obtuvo lo siguiente Y= - 0.51484 * X1.857, esto
se encuentra en función de X y con esto se obtiene los valores para el diseño del Perfil de
Creager. (Ver Anexo D)
Para el diseño de la curva al final del perfil se lo diseña con la siguiente ecuación:
Una vez obtenido el perfil de Creager se procede a calcular el radio que inicia del punto
más bajo del perfil dando un radio de 1.41m, adicional a este cálculo se coloca un espesor
en la base del azud de 0.30m, si este no cumple con los factores de seguridad se procede
a dar mayor volumen a la estructura.
2.2. ESTABILIDAD DEL AZUD
El cálculo para la estabilidad del azud no es más que la sumatoria total de todas las
fuerzas actuantes sobre el delantal en forma vertical y horizontal tanto aguas arriba como
aguas abajo entre las fuerzas verticales tenemos: Presión Hidrostática aguas Arriba (F1),
Presión por los Sedimentos (Psed), Presión Sísmica (Psis), Presión Hidrostática Aguas
Abajo (F2).
Entre las fuerzas Horizontales tenemos: Peso Propio de la estructura (G) y la Subpresión
que actúa transversalmente bajo la estructura del azud (S)
A continuación se detallará la ecuación para calcular la estabilidad del azud:
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Para saber si tenemos estabilidad en la estructura debe dar un valor mayor a 1,20 (Factor
de seguridad al deslizamiento), en nuestro caso dio un valor de 1.39 con esto estamos
cumpliendo con el factor de seguridad. (Ver Anexo O)
2.3. ESTABILIDAD AL VOLCAMIENTO DEL AZUD
Para que el azud no se vaya a volcar se debe calcular por medio de los momentos
volcantes y momentos estabilizantes, además de ello se debe verificar el factor de
seguridad que debe ser mayor de 1,5 para que no exista volcamiento.
Los momentos volcantes están conformados por la Presión Hidrostática aguas Arriba
(F1), Presión por los Sedimentos (Psed), Presión Sísmica (Psis), y la Subpresión (S), a
esto se le debe multiplicar su brazo de palanca considerados hasta el punto B al pie del
azud.
Los momentos estabilizantes los conforman el Peso Propio de la estructura (G) y la
Presión Hidrostática Aguas Abajo (F2), a esto se le debe multiplicar su brazo de palanca
considerados hasta el punto B al pie del azud
A continuación se detallará la ecuación para calcular el volcamiento del azud:
El factor de volcamiento obtenido para el diseño de muestra obra de captación es de 2.50
estando dentro del rango mayor o igual a 1.50. (Ver Anexo P)
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2.4. ESFUERZO DE CIMENTACIÓN
Para calcular los esfuerzos de cimentación y la excentricidad del suelo se lo calcula
mediante la siguiente fórmula:
La Ec.5 nos detalla la ecuación general para la obtención del esfuerzo de cimentación
máximo y mínimo, se obtuvo como resultado un esfuerzo#1 de 6.33 y esfuerzo#2 de
1.09. (Ver Anexo Q)
Para los esfuerzo de cimentación también se debe obtener la excentricidad del mismo, así
que se calcula con la Ec.6 dándonos como resultado 0.27m., pero este debe ser menor que
B/6=0.63m.
2.5. MURO PROTECCIÓN
Los muros Cantiliver son obras diseñadas para darle protección, seguridad y estabilidad a
dichas estructuras, su dimensionamiento dependerá de los caudales máximos de crecidas.
Se deben cumplir con los rangos de factores de seguridad como lo son para el
deslizamiento >1.50, el de volcamiento >2 con esto se proyecta una obra en óptimas
condiciones. [10]
Sin embargo, el factor más crítico para este tipo de muros es la falla por capacidad
portante, en especial cuando actúan fuerzas excéntricas y sísmicas sobre el muro, este
factor debe ser > 3. [11]
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Debemos obtener la altura del muro que se requiere para el proyecto, para ello tenemos
dos tramos uno aguas arriba y el otro aguas abajo, ya que el primero tendrá un altura de
5.00m con base de 3.65m y el segundo de 3.50m con base de 2.40m. (Ver Anexo R)
2.6. COMPUERTA DE LAVADO
Las compuertas de lavado son las que colocan a un costado de las estructuras a diseñar,
esto sirve para darle mantenimiento y limpieza.
El proyecto acuícola que se pretende diseñar consta de tres canales de limpieza cada una
con su respectiva estructura como lo son el azud con dimensiones de 0.80x1.10m (Ver
Anexo S), el desripiador con 0.30x0.30m (Ver Anexo V) y desarenador de 0.30x0.30m
(Ver Anexo Y), para ello se puede utilizar compuertas metálica con volante manual.
2.7. REJILLA LATERAL
Para el diseño de la rejilla lateral se calculará con la siguiente ecuación: [12]
La rejilla compuesta por sus barrotes cumple la función de obstruir el paso de los
materiales sólidos flotantes que puedan existir en el agua, ya sean palos o ramas que por
medio de crecidas pueda traer el rio.
Los cálculos obtenidos para captar un caudal de 0.05m3/s nos da un diseño de rejilla de
base 0.50m por una altura de 0.25m, con un numero de 7 barrotes con una separación de
0.05m. (Ver Anexo T)
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2.8. CAJON DESRIPIADOR
Este cajón cumple la función de captar agua para ser llevado al desarenador, además de
ello sirve también para la limpieza de los excesos de arenas que pueda existir, tiene que
tener su compuerta de lavado, así como también su vertedero de exceso que desembocará
al canal principal.
A continuación se detallará la ecuación para diseñar el cajón desripiador:
Las dimensiones del cajón desripiador dependen del caudal a captar obteniendo como
B1=0.40m (Base menor) y B2=0.90m (Base mayor); longitud del cajón de 1.10m y un
resalto de 0,99m que se encuentra dentro del cajón desripiador. (Ver Anexo U)
2.9. CANAL DE TRANSICIÓN
Este canal de transición se encuentra ubicado entre el cajón desripiador y el desarenador,
este canal permite que las partículas sólidas se puedan asentar en el fondo.
Las dimensiones del canal son de 0.60m de Base, 0.45 de altura y una longitud de 6.00m
hasta la unión del desarenador. (Ver Anexo W)
2.10. DESARENADORES
Los desarenadores son estructuras hidráulicas, que tienen como finalidad retener las
arenas que traen las aguas superficiales, con el fin de evitar el paso de partículas hacia
la siguiente cámara.
Estos están conformados por un tramo de transición al inicio del desarenador, un canal
de excesos, un vertedero, dos compuertas de limpieza y un canal de conducción, las
dimensiones obtenidas para el desarenador es de 0.45m para la altura inicial, 0.50m
altura media, 0.55m altura final y una longitud de 2.10m. (Ver Anexo X)
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2.11. VERTEDEROS
Los vertederos hidráulicos o aliviaderos son estructuras hidráulicas que están
diseñadas para el paso libre o controlado de las aguas superficiales.
Para el proyecto se diseña un vertedero rectangular de un 1.00m de base y una altura
de 0.15m. (Ver Anexo Y)
Para obtener una mejor eficiencia hidráulica se recomienda el diseño de vertederos
“Pico de Pato”, con esto aumentará la capacidad del embalse, y a su vez la vida útil del
vertedero. [13]
3. PRESUPUESTO REFERENCIAL
Un presupuesto referencial es un aproximado de los precios unitarios que podrá costar una
obra en ejecución, además de ello dependerá de los rubros a ejecutarse, el monto de la
obra es de $65162.81. (Ver Anexo A1).
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4. CONCLUSIONES
Del diseño de las estructuras hidráulicas se han determinado las siguientes dimensiones,
la rejilla de 0.50x0.25m, desripiador de 1.10x0.90m, desarenador de 2.10x0.8m.
Se concluyó que el diseño de esta toma convencional cumple con los factores de
seguridad dando como resultado los factores de deslizamiento y volcamiento de 1.40 -
2.50 respectivamente.
Se diseñó muros de hormigón armado tipo Cantiliver para protección y encauzamiento de
la obra dividiéndolos en dos tramos el Muro I con una altura de 5.00m y el Muro II con
una altura de 3.50m.
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[12] S. KROCHIN, DISEÑO HIDRAULICO - Segunda Edición, 1982.
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ANEXO A
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ANEXO B
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ANEXO C
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ANEXO D
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ANEXO E
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ANEXO F
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ANEXO G
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ANEXO H
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ANEXO I
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ANEXO J
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ANEXO K
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ANEXO L
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ANEXO M
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ANEXO N
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ANEXO O
ANEXO P
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ANEXO Q
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ANEXO R
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ANEXO R1
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ANEXO R2
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ANEXO R3
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ANEXO R4
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ANEXO R5
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ANEXO R6
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ANEXO R7
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ANEXO R8
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ANEXO R9
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ANEXO R10
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ANEXO R11
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ANEXO R12
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ANEXO S
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ANEXO T
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ANEXO U
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ANEXO V
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ANEXO W
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ANEXO X
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ANEXO Y
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ANEXO Z
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ANEXO A1