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UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL MACHALA 2017 GOMEZ DUMAGUALA JAVIER ALONSO INGENIERO CIVIL DISEÑO DE LA CAPTACIÓN DE REJILLA LATERAL PARA DOTAR AGUA 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 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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CADENA LEMA MARIA FERNANDA - ELABORACION Y CALIBRACION DE VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA.pdf (D29624107) CORTEZ ROSARIO JORGE VLADIMIR.docx (D16389588)

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U R K N DU

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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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[6] G. Riccardi, H. Stenta, C. Scuderi, P. Basile, E. Zimmermann y F. Trivisonno, «APLICACIÓN DE UN MODELO HIDROLÓGICO - HIDRÁULICO PARA EL PRONÓSTICO DE NIVELES DE AGUA EN TIEMPO REAL,» Tecnología y Ciencias del Agua, vol. IV, nº 1, pp. 83-105, enero-marzo de 2013.

[7] O. Brown Manrique , Y. Gallardo Ballat , P. . W. Williams Harriot y Y. Torres Martínez, «Caudal ecológico del río Chambas en la provincia Ciego de Ávila,» INGENIERÍA HIDRÁULICA Y AMBIENTAL, vol. XXXVII, nº 1, pp. 58-71, Ene-Abr 2016.

[8] A. Trapote Jaume, J. F. Roca Roca y J. Melgarejo Moreno, «AZUDES Y ACUEDUCTOS DEL SISTEMA DE RIEGO TRADICIONAL DE LA VEGA BAJA DEL SEGURA (ALICANTE, ESPAÑA),» Investigaciones Geográficas (Esp), nº 63, pp. 143-160, Enero-Junio, 2015.

[9] E. Martínez Marín, P. Batanero Akerman, I. Martínez González, E. Martínez Olmos y E. González Ordóñez, DISEÑO DE PEQUEÑAS PRESAS - BUREAU OF RECLAMATION, ESPAÑA: BELLISCO EDICIONES TÉCNICAS Y CIENTÍFICAS.

[10] Braja M. Das, Fundamentos de ingeniería de cimentaciones, Mexico: Cengage Learning Editores, S.A., 1983.

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[11] F. Prada, A. Ramos, D. Solaque y B. Caicedo, «Confiabilidad aplicada al diseño geotécnico de un muro de contención,» Obras y proyectos, vol. 9, pp. 49-58, 2014.

[12] S. KROCHIN, DISEÑO HIDRAULICO - Segunda Edición, 1982.

[13] M. Iñiguez Covarrubias y W. Ojeda Bustamante, «Mejoras de eficiencia hidráulica en vertedores con canal de descarga libre en presas: propuesta metodológica,» Tecnología y Ciencias del Agua, vol. VI, nº 1, pp. 69-79, Enero-Febrero de 2015.

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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