UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERIAS FISICOMECANICAS

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES I

INFORME Nº 1

I.N.V. E – 123 – 07 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE SUELOS POR TAMIZADO

I.N.V. E – 125 – 07 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO DE LOS SUELOS

I.N.V. E – 126 – 07 LÍMITE PLÁSTICO E ÍNDICE DE PLASTICIDAD DE SUELOS

I.N.V. E – 154 – 07 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA AL CORTEMÉTODO DE CORTE DIRECTO CONSOLIDADO NO DRENADO

Presentado a:

Ing. SERGIO ANDRÉS VANEGAS HERRERA

Presentado por:

Cristian Andres Gomez Beltran 2113512

Elkin Adrián Peña Leal 2101877

Edward Alexis Barón Corredor 2110893

Grupo: B3

PRIMER SEMESTRE DEL 201411 DE JULIO DEL 2014

BUCARAMANGA

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INTRODUCCION

Se denomina distribución granulométrica de un suelo a la división del mismo en diferentes fracciones, seleccionadas por el tamaño de sus partículas componentes; las partículas de cada fracción se caracteriza porque su tamaño se encuentra comprendido entre un valor máximo y un valor mínimo, en forma correlativa para las distintas fracciones de tal modo que el máximo de una fracción es el mínimo de la que le sigue correlativamente.

Una de las razones que han contribuido a la difusión de las técnicas granulométricas es que, en cierto sentido, la distribución granulométrica proporciona un criterio de clasificación. Los conocidos términos arcilla, limo, arena y grava tiene tal origen y un suelo se clasificaba como arcilla o como arena según tuviera tal o cual tamaño máximo. La necesidad de un sistema de clasificación de suelos no es discutible, pero el ingeniero ha de buscar uno en que el criterio de clasificación le sea útil.

La gráfica de la distribución granulométrica suele dibujarse con porcentajes como ordenadas y tamaños de las partículas como abscisas. Las ordenadas se refieren a porcentaje, en peso, de las partículas menores que el tamaño correspondiente. La representación en escala semilogaritmica resulta preferible a la simple presentación natural, pues en la primera se dispone de mayor amplitud en los tamaños finos y muy finos, que en escala natural resultan muy comprimidos.

La forma de la curva da idea inmediata de la distribución granulométrica del suelo; un suelo constituido por partículas de un solo tamaño estará representado por una línea vertical, una curva muy tendida indica gran variedad en tamaños (suelo bien graduado).

Además de dar el nombre a un suelo también es importante conocer las características del suelo que puedan servir al ingeniero para tomar decisiones acertadas a la hora de hacer su trabajo, una de esas características es la resistencia al corte, la cual permite determinar al ingeniero cuando un talud puede ser estable, entre otros.

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OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Clasificar suelos mediante la curva granulométrica y determinar características de los suelos, útiles en la ingeniería, tales como límite líquido, limite plástico, índice de plasticidad y resistencia al corte.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Determinar mediante el proceso de tamizado la distribución de los tamaños de las partículas.

Explorar y conocer los distintos y variados tipos de tamices que son necesarios al momento de evaluar una muestra de agregados tanto fino como grueso, para la valoración de su respectivo tamaño.

Realizar la clasificación de un suelo por tamizado, conociendo cada uno de los implementos de laboratorio así como su uso correcto.

Determinar mediante el Método de Moldeo de Rollos Manual el límite plástico del suelo obtenido en el laboratorio.

Determinar el límite líquido, la curva de fluencia y el índice de plasticidad.

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MARCO TEORICO

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE SUELOS POR TAMIZADO

Análisis granulométrico:

Se denomina clasificación granulométrica o granulometría, a la medición y graduación que se lleva a cabo de los granos de una formación sedimentaria, de los materiales sedimentarios, así como de los suelos, con fines de análisis, tanto de su origen como de sus propiedades mecánicas, y el cálculo de la abundancia de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una escala granulométrica.

Un análisis cuantitativo del gráfico granulométrico semilogaritmico acumulativo exige el uso de parámetros, tales como:

- D10: tamaño máximo de las partículas que constituyen la porción 10% más fina del suelo. Recibe el nombre particular de diámetro efectivo.

- D30: tamaño máximo de las partículas que constituyen la porción 30% más fina del suelo.

- D60: tamaño máximo de las partículas que constituyen la porción 60% más fina del suelo.

Estos dos últimos parámetros no tienen nombres literales y el de diámetro efectivo fue ideado por Allen Hazen.

Su obtención es muy sencilla: consiste en trazar abscisas por los porcentajes 10, 30 y 60 de material pasante hasta intersecar la curva granulométrica semilogarítmica acumulativa. Los diámetros correspondientes a los puntos de intersección serán, respectivamente, D10, D30 y D60. Estos parámetros servirán para la obtención de los coeficientes de uniformidad y curvatura que definen cuantitativamente la graduación de los materiales granulares.

El coeficiente de uniformidad (Cu) es la razón por cociente entre D60 y D10. No tiene valores límites.

Cu = D60/D10

Esta idea fue producto de Allen Hazen para clasificar arenas de filtro rápido de acueductos.

A medida que D60 se aleja más de D10, aumenta el coeficiente de uniformidad, lo que significa que mejora la graduación del material. Si, por el contrario, son muy parecidas, tenemos un material mal graduado cuya gráfica tiende a una línea vertical. De modo que

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Cu mide la mejor representación de tamaños. En arenas graduadas: Cu >6, mientras que las gravas bien graduadas son aquellas en las que Cu > 4.

Podría ser que entre los puntos D60 y D10 el gráfico tuviera algunas sinuosidades, por lo que conviene tener una medida intermedia que es lo que persigue el coeficiente de curvatura (Cc), denominado así porque se está controlando la curvatura o rectitud del gráfico en ese intervalo.

Cc = (D30^2) / (D10 x D60)

La experiencia indica que materiales bien graduados poseen un coeficiente de curvatura fluctuante entre 1 y 3.

PROCEDIMIENTO

El procedimiento de ensayo está regido por las normas NTC - 1522 e INVE- 123-07 y es el siguiente:

1. Incialmente tomamos una muestra de agregado fino.2. Secamos la muestra al horno a temperatura 110 ± 5 °C hasta peso constante y

registramos el peso seco en el formato respectivo el cual es de 600,1 g. , para ello utilizamos una balanza electrónica la cual nos permitira minimizar la incertidumbre de medición

3. Lavamos la muestra sobre el tamiz No. 200 y secamos al horno a temperatura constante y registramos el peso seco de la muestra el cual es de 162.62 g.

4. Ordenamos los tamices adecuados, para este caso con la siguiente especificación 3/8, No. 4, No. 10, No. 20, No. 40, No. 60, No. 100 y No. 200 estos se ordenaron de arriba hacia.

5. Realizamos el tamizado de forma manual haciendo unos movimientos de un lado a otro y en forma circular durante 10 min sin forzar el paso de las partículas a través de las mallas. (Anexo 1).

6. Pesamos el material retenido en cada tamiz y lo registramos en el formato respectivo para calcular el análisis granulométrico. Para ello utilizamos la balanza electrónica y tenemos en cuenta el hecho de utilizar un cepillo para poder eliminar cualquier residuo retenido en los tamices. (Anexo 2, 3, 4, 5 y 6).

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CALCULOS TIPO

Presentación de tablas y resultados

Peso muestra: 600,1gPeso muestra lavada por tamiz No. 200: 162.62g

TAMIZABERTURA

(mm)

PESORetenido

Pasa (%)Parcial

(gr)Parcial (%)

Acumulado (%)

3/8" 9.52 53.30 8.88% 8.88% 91.12%

Nº 4 4.75 8.86 1.48% 10.36% 89.64%

Nº 10 2.000 6.64 1.11% 11.46% 88.54%

Nº 20 0.840 6.77 1.13% 12.59% 87.41%

Nº 40 0.420 5.15 0.86% 13.45% 86.55%

Nº 60 0.250 8.51 1.42% 14.87% 85.13%

Nº 100 0.149 31.31 5.22% 20.09% 79.91%

Nº 200 0.074 36.78 6.13% 26.22% 73.78%

Fondo …… 442.78 73.78% 100.00% 0.00%

600.10 100.00%

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Por el análisis granulométrico y los cálculos el porcentaje mayor nos indica que el tipo de material es FINO.

Tomando en cuenta el peso total y los pesos retenidos, se procede a realizar la curva granulométrica, con los valores de porcentaje retenido que cada diámetro ha obtenido. La curva granulométrica permite visualizar la tendencia homogénea o heterogénea que tienen los tamaños de grano (diámetros) de las partículas.

CURVA GRANULOMETRICA AGREGADO FINO

0.010.101.0010.000.00%

10.00%

20.00%

30.00%

40.00%

50.00%

60.00%

70.00%

80.00%

90.00%

100.00%

Pasa (%)

MALLA (mm)

PASA

(%)

Calculo Coeficiente de Uniformidad:

El valor correspondiente al D60 se halla gráficamente usando la misma metodología para calcular el D10, representándome el tamaño de la malla en la cual el 60% de partículas pasan al siguiente tamiz.

Por medio de la curva granulométrica podemos calcular el D60 y el D10 el cual es 0 para ambos casos luego el coeficiente de uniformidad es:

CU=0

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Calculo Coeficiente de Curvatura:

Para calcular el respectivo coeficiente de curvatura, procedo a aplicar la formula mostrada a continuación:

CC= D302

D 10∗D60

Calculando gráficamente el D30 también es 0 por lo que el coeficiente de curvatura es:

CC=0

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO DE LOS SUELOS

MARCO TEORICO

Definición: el límite líquido es el contenido de humedad, expresado en porciento del peso del suelo seco, existente en un suelo en el límite entre el estado plástico y el estado líquido del mismo. Este límite se define arbitrariamente como el contenido de humedad necesario para que las dos mitades de una pasta de suelo de 1 cm. de espesor fluyan y se unan en una longitud de 12 mm, aproximadamente, en el fondo de la muesca que separa las dos mitades, cuando la capsula que la contiene golpea 25 veces desde una altura de 1 cm., a la velocidad de 2 golpes por segundo.

Preparación de la muestra.

El ensayo se realiza sobre la muestra de suelo que pasa la malla No 40.

El suelo debe desmenuzarse con la finalidad de deshacer los grumos de suelo formados naturalmente y pasado por el tamiz No. 40 para obtener un material homogéneo.

CALIBRACION DEL APARATO

Verificar que el aparato de Casagrande para la determinación del límite liquido este en buenas condiciones de funcionamiento, que el eje sobre el cual gira la capsula no este desgastado hasta el punto de permitir desplazamientos laterales de la misma; que los tornillos que conectan la capsula al brazo estén apretados y que la superficie de la capsula no presente excesivo desgaste.

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La base, de 50 mm. De espesor, debe ser de ebonita o de madera dura con una placa de ebonita, de no menos de 10 mm. De espesor, firmemente encastrada en la madera.

PROCEDIMIENTO

Se coloca la muestra de suelo en la vasija de evaporación y se mezcla completamente con 15 a 20 ml de agua destilada, agitándola, amasándola y tajándola con una espátula en forma alternada y repetida. Realizar más adiciones de agua en incrementos de 1 a 3 ml. Se mezcla completamente cada incremento de agua con el suelo como se ha descrito previamente, antes de cualquier nueva adición.

Cuando agua suficiente ha sido mezclada perfectamente con el suelo hasta formar una pasta uniforme de consistencia dura, se coloca una cantidad adecuada de esta mezcla en la cazuela encima del punto donde ésta descansa en la base y se comprime y extiende con la espátula para nivelarla y a la vez, dejarla con una

profundidad de 10 mm en el punto de su máximo espesor.

Se divide el suelo en la cazuela de bronce con una firme pasada del ranurador a lo largo del diámetro y a través de la línea central de la masa del suelo, de modo que se forme una ranura limpia y de dimensiones apropiadas.

Se levanta y golpea la cazuela girando la manija, a una velocidad de dos revoluciones por segundo, hasta que las dos mitades de la pasta de suelo se pongan en contacto en el fondo de la ranura a lo largo de una distancia de cerca de 13mm (0.5"). Se anota el número de golpes requeridos para cerrar la ranura.

Se saca una tajada de suelo, aproximadamente del ancho de la espátula; se toma de uno y otro lado y en ángulo recto con la ranura incluyendo la porción de ésta en la cual se hizo contacto y se coloca en un recipiente adecuado.

Se pesa y se anota el valor. Se coloca el suelo con el recipiente dentro del horno a 110 ± 5°C (230 ± 9°F) hasta obtener una masa constante y se vuelve a pesar.

Se repite la operación anterior por lo menos en dos ensayos adicionales con el suelo restante en la vasija de porcelana, al cual se le agrega agua suficiente para ponerlo en un estado de mayor fluidez. El objeto de este procedimiento es obtener muestras de tal

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consistencia que al menos una de las determinaciones del número de golpes requeridos para cerrar la ranura del suelo se halle en cada uno de los siguientes intervalos: 25-35; 20-30; 15-25, de manera que la oscilación entre las 3 determinaciones sea de, por lo menos, 10 golpes.

CALCULOS TIPO

La humedad porcentual de cada punto se calcula con la fórmula:

Contenido dehumedad= Masa del aguaMasadel suelo secado alhorno

∗100

Se realizaron los siguientes intervalos de golpes:

15 - 20 golpes20 - 25 golpes

25 - 30 golpes

17 golpes 24 golpes 27 golpesPeso recipiente [gr] 7,66 15,3 15,7Peso recipiente + muestra húmeda [gr] 18,29 31,05 37,9Peso muestra húmeda [gr] 10,63 15,75 22,2Peso recipiente + muestra seca [gr] 14,2 25,5 29,3Peso muestra seca [gr] 6,54 10,2 13,6Masa de agua [gr] 4,09 5,55 8,6

Contenido de humedad [gr] 62,538226354,4117647

163,2352941

2

Pesomuestra humeda=18,29−7,66=10,63 [ gr ]Pesomuestra seca=14,2−7,66=6,54 [gr ]masade agua=10,63−6,54=4,09 [gr ]

Contenido dehumedad=10,636,54

∗100=62

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CURVA DE FLUIDEZ

10 100485052545658606264

f(x) = − 0.120253164556962 x + 62.3924050632911

Numero de Golpes

Hum

edad

De la regresión lineal obtenida se calcula el entero más cercano para 25 golpes:

y=−0,1203 (25 )+62,392=59,3845≈59

Limite liquido=59

LÍMITE PLÁSTICO E ÍNDICE DE PLASTICIDAD DE SUELOS

MARCO TEORICO

Definición: Es el contenido de humedad, expresado en porciento del peso del suelo seco, existente en un suelo en el límite entre el estado plástico y el estado semi-solido del mismo.Este límite se define arbitrariamente como el más bajo contenido de humedad con el cual el suelo, al ser moldeado en barritas cilíndricas de menor diámetro cada vez, comienza a agrietarse cuando las barritas alcanzan a tener 3 mm de diámetro.

PROCEDIMIENTO

En este trabajo práctico se detalla el procedimiento a seguir para determinar el Limite Plástico y el Índice de Plasticidad de un suelo.

Determinación del límite plástico

Se toman 100 gramos del material obtenido y se introduce en una taza especial y se humedece con agua destilada

Posteriormente se continúa agregando agua en pequeñas cantidades, mezclando cuidadosamente después de cada agregado, procurando obtener una distribución homogénea de la humedad y teniendo especial cuidado de deshacer todos los grumos que se vayan formando.

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Se continúa el mezclado hasta obtener que la pasta presente una consistencia plástica que permita moldear pequeñas esferas sin adherirse a las manos

Se toma una muestra de material y se hace rodar con la palma de la mano sobre el papel dándole la forma de pequeños rollos de diámetro uniforme en toda su longitud.

Si el diámetro de los cilindros es menor de 3 mm y no presentan fisuras o signos de desmenuzamiento, se unen los trozos y se amasan nuevamente tantas veces como sea necesario. La operación también se repite si las barritas cilíndricas se fisuran y agrietan antes de llegar al diámetro 3 mm. En este caso se reúnen los trozos y se amasan nuevamente con el agregado de agua hasta lograr la completa uniformidad.

El ensayo se da por finalizado cuando las barritas cilíndricas comienzan a fisurarse y agrietarse al alcanzar los 3 mm de diámetro

Las muestras se pesan en la balanza electrónica y son llevadas a una estufa eléctrica.

CALCULOS TIPO

Se calcula el Límite Plástico, expresado como el contenido de agua en porcentaje de la masa de suelo seca al horno, de la siguiente manera:

L .P= Masade aguaMasa de suelo se coal horno

∗100

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Muestra 1 Muestra 2Peso recipiente [gr] 7,61 9,08Peso recipiente + muestra húmeda [gr] 14,67 18,49Peso muestra húmeda [gr] 7,06 9,41Peso recipiente + muestra seca [gr] 12,66 15,65Peso muestra seca [gr] 5,05 6,57Masa de agua [gr] 2,01 2,84

Limite plástico39,801980

243,226788

4

Pesomuestra humeda=14,67−7,61=7,06 [gr ]Pesomuestra seca=12,66−7,61=5,05 [gr ]masade agua=7,06−5,05=2,01[gr ]

L .P=2,015,05

∗100=39

Se promedian los resultados de las muestras para obtener:

Limite Plastico=42

ÍNDICE DE PLASTICIDAD DE SUELOS

Indicede Plasticidad=limite liquido−limite plasticoIndicede Plasticidad=59−42=17Indicede plasticidad=17

DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA AL CORTE

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PROCEDIMIENTO

El objeto de esta práctica es analizar la resistencia al corte de una muestra de suelo consolidada y no drenada mediante el método de corte directo.

1) Tomamos una muestra de suelo suficiente para elaborar por lo menos tres probetas de suelo y eliminamos manualmente los grumos presentes en la muestra, tratando que las partículas tengan un tamaño uniforme.

2) Colocamos el primer anillo sobre una superficie lisa y aplicamos una capa delgada de suelo, qué será pisada mediante golpes con una fuerza uniforme (se recomienda que las muestras sean apisadas por una sola persona, para que las probetas tengan las mismas características). Se siguen aplicando capas y apisando hasta que se llene el volumen interno del anillo. Para eliminar los poros que quedan en las caras inferior y superior de la muestra apisada se utiliza un cuchillo o enrasador y se unta el suelo

necesario para que las dos caras queden lisas.

3) Ya compactada la muestra, procedemos a trasladarla a la caja de corte, para ello debemos colocar el anillo sobre la caja de

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corte y después utilizar una almohadilla que será presionada para que la muestra quede en la caja de corte, como lo muestra la imagen.

4) Se coloca la cubierta superior de la caja de corte y se asegura con unos pines para que no se mueva y se lleva la muestra al dispositivo de carga.

5) Se le aplica una carga normal de 8 kg, se le quitan las pines que impide el movimiento horizontal y se procede a aplicar una fuerza denominada pre-carga.

6) Se instala el medidor de desplazamiento y se procede a

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aplicar una fuerza de corte continuo, en este caso tomamos los datos de fuerza aplicada y de desplazamiento, cada 2 kg de fuerza cortante, hasta que la probeta falle, es decir hasta donde el valor de la fuerza de corte deja de aumentar y se vuelve constante.

7) Se extrae la muestra de la caja de corte y se toma una porción de que se secara en el horno para poder determinar la humedad en la muestra.

CÁLCULOS TIPO

Realizaremos los cálculos tipo para el cilindro que será sometido a una fuerza normal de 8 kg.

Esfuerzo normal:

Este cálculo se realiza solo una vez en cada cilindro debido a que solo hay una carga normal que no varia.

η=NA

A=π r2

Diámetro del anillo = 6.30 cm

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A=π ( 6.302 )2

A=31,17cm2

η= 831.17

=0.257 kg

cm2

Esfuerzo de corte:

Este cálculo se debe realizar a cada una de las fuerzas de corte que fueron aplicadas hasta que se produjo la falla del suelo

τ= FA p

Ap=D∗h

Diámetro= 6.30cmAltura= 2.51 cmF1= 2 kg

AP=6.30∗2.51=15.813 cm2

τ= 215.813

=0.126 kg

cm2

Humedad natural

w (%)=(Pesosuelo húmedo−Peso suelo seco )

Peso desuelo seco×100

Peso suelo húmedo= 47.27 gPeso suelo seco= 35.54 g

w (%)=47.27−35.5435.54

×100=33.01%

Ya habiendo mostrado la forma en que se calculó cada uno de parámetros necesarios para efectuar el análisis apropiado sobre la resistencia al corte del suelo, procedemos a elaborar las gráficas de esfuerzo de corte contra el desplazamiento de corte.

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Consolidación de las curvas

En este grafico se puede observar que entre mayor sea la carga normal aplicada, mayor será la capacidad del suelo para soportar cargas cortantes.

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CONCLUSIONES

Observamos que el coeficiente de uniformidad y de curvatura podemos omitir su cálculo ya que al hacer el análisis granulométrico y determinar que es un suelo fino así como en este caso, debemos ir directamente a la carta de plasticidad sin necesidad de calcular sus coeficientes porque sé que me van a dar 0.

Concluimos que la granulometría por el método del Tamizado, proceso que consiste en pasar a través de distintos tamices con diámetros variados una muestra de agregados para al final pesar que cantidad de agregados pasan por cada tamiz, nos ayudó en la claridad de conceptos de medición, además de incentivar el trabajo en equipo en la práctica laboratorista que se realizó.

Al terminar el proceso de peso del tamizado el porcentaje de perdida de material nos dio menos del 1% tal y como lo dice la norma INV E 123-07 cumpliendo satisfactoriamente con dicha norma.

Mediante el proceso de tamizado que se realizó en el laboratorio se pudo clasificar la muestra, según el tamaño de los granos, lo cual es muy importante al momento de definir las características de un conglomerado que se utilizara en una construcción.

Se determinó el limite plástico del suelo por medio del método enunciado en la norma I.N.V. E – 126 – 07, se pudo obtener una imprecisión por varios motivos como el tipo de papel usado.

Se determinó el límite líquido de la muestra de suelo según la norma I.N.V. E – 125 – 07, del cual se tomaron intervalos pequeños por dificultades en la realización de la práctica, donde el número de golpes variaba mucho y el material perdía humedad a medida que pasaba el tiempo.

En la práctica de corte directo se pudo determinar la dependencia que existe entre la resistencia al corte y la carga normal aplicada a un suelo, entre mayor sea la carga normal mayor será la capacidad del suelo de soportar una fuerza de corte.

ANEXOS

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Registros Fotográficos

Anexo 1

Anexo 2

Anexo 3

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Anexo 4

Anexo 5

Anexo 6

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