C0000-44f.pdf

ESTUDIOS GEOTÉCNICOS PARA INGENIERIA DE DETALLE EN SUBESTACIONES

ESPECIFICACIÓN CFE C0000-44

Se Anexa Fe de Erratas 111101

SEPTIEMBRE 2011

REVISA Y SUSTITUYE A LA EDICIÓN DE DICIEMBRE 2002

MÉXICO

ESTUDIOS GEOTÉCNICOS PARA INGENIERÍA DE DETALLE EN SUBESTACIONES

ESPECIFICACIÓN CFE C0000-44 1 de 11

1

OBJETIVO

Esta especificación establece los requisitos mínimos que deben cumplir los estudios geotécnicos para ingeniería de detalle de subestaciones que adquiera la Comisión Federal de Electricidad (CFE). 2

CAMPO DE APLICACIÓN

En el diseño y construcción de las cimentaciones para las estructuras de soporte de equipos y edificios para subestaciones de la CFE. 3

NORMAS QUE APLICAN

NOTA:

NOM-008-SCFI-2002

Sistema General de Unidades de Medida.

CFE C0000-15-2003

Concreto Para la Construcción de Estructuras y Cimentaciones Subestaciones Eléctricas de Potencia y Líneas de Transmisión.

CFE C0000-42-2008

Sistema de Anclaje en Roca y/o Suelo para Estructuras de Líneas de Transmisión.

CFE 10000-63-1996

Estudio Geológico para la Ubicación de una Línea de Transmisión.

CFE JA100-57-2008

Estructuras Metálicas Mayores y Menores para Subestaciones.

ISO 14688-1-2002

Geotechnical Investigation and Testing -- Identification and Classification of Soil -- Part 1: Identification and Description.

ISO 14688-2-2004

Geotechnical Investigation and Testing -- Identification and Classification of Soil -- Part 2: Principles for a Classification.

ISO 17892-4-2004

Geotechnical Investigation and Testing -- Laboratory Testing of Soil -Part 4: Determination of Particle Size Distribution.

ISO 17892-7-2004

Geotechnical Investigation and Testing -- Laboratory Testing of Soil -- Part 7: Unconfined Compression test on Fine-Grained Soils.

ISO 17892-8-2004

Geotechnical Investigation and Testing -- Laboratory Testing of Soil -Part 8: Unconsolidated Undrained Triaxial Test.

ISO 17892-9-2004

Geotechnical Investigation and Testing -- Laboratory Testing of Soil -Part 9: Consolidated Triaxial Compression Tests on Water-Saturated Soils.

de

En caso de que los documentos anteriores sean revisados o modificados, debe tomarse en cuenta la edición en vigor en la fecha de la convocatoria de la licitación, salvo que la CFE indique otra cosa.

4

DEFINICIONES

4.1

Estructuras Metálicas Mayores

Son estructuras a base de marcos metálicos, de alma llena, celosía o tubular, para sostener cables de energía eléctrica, equipos y accesorios.

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4.2

ESPECIFICACIÓN CFE C0000-44

Estructuras Metálicas Menores

2 de 11

Son bases de celosía o tubulares para sostener el equipo primario de una subestación incluyendo lo siguientes: Cuchillas, apartarrayos, interruptores, aisladores soporte, trampas de onda, transformadores: de corriente, de potencial capacitivo o potencial inductivo. 4.3

Caseta o Edificios

Son estructuras metálicas o de concreto reforzado que tienen como finalidad proteger de agentes ambientales a los equipos electromecánicos que requiere una subestación eléctrica, además de su seguridad. 4.4

Suelo Tipo I

Suelo que por sus características de dureza puede ser excavado con pala de mano o herramienta similar. 4.5

Suelo Tipo II

Material que para su excavación requiera la utilización de pico y pala. 4.6

Suelo Tipo IIA

Suelo que contenga boleos o que por sus características de dureza requiera para su excavación la utilización de barretas y/o rompedoras. 4.7

Suelo Tipo III

Material que para su excavación requiera la utilización de explosivos. 5

CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES

Las investigaciones geotécnicas se realizan para evaluar las condiciones geológicas, sismológicas y del suelo que afectan la seguridad, la confiabilidad, el diseño, y la ejecución de un proyecto. Las investigaciones geotécnicas escasas, la mala interpretación de sus resultados, o la falta de conclusiones y recomendaciones claras, pueden contribuir a diseños inadecuados, genera retrasos en la construcción, ocasiona costosas modificaciones, genera daño ambiental e incluso no prevé daños en la estructura. 5.1

Requisitos Generales

El contratista debe presentar un listado de trabajos geotécnicos requeridos antes de iniciar con la realización de los estudios. 5.2

Información Preliminar

Es responsabilidad del contratista tener información sobre aspectos geotécnicos, geológicos, geohidrológicos, sísmicos y topográficos del sitio en estudio. 5.3

Programa de Actividades

Después de analizada toda la información disponible indicada en el punto 5.2, el contratista debe hacer una visita de inspección al sitio donde se proyecta construir la subestación y con base en lo observado debe realizar un programa de actividades para el estudio que incluya lo siguiente:

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a)

Alcance de trabajo (número, ubicación y profundidad de pozos a cielo abierto y sondeos, así como número de pruebas de campo y de laboratorio a realizar).

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ESPECIFICACIÓN CFE C0000-44 3 de 11

b)

Reconocimiento geológico superficial de la zona.

c)

Costo total del estudio, incluyendo trabajos de gabinete.

d)

Programa de trabajo donde se incluya fecha y duración de la visita al sitio, tiempo estimado para la ejecución de trabajos de campo, laboratorio y gabinete.

El programa de actividades se debe presentar a la CFE para su autorización con 10 días naturales de anticipación al inicio de estos trabajos. 5.4

Trabajos Mínimos de Campo y Laboratorio

5.4.1

Trabajos de campo

5.4.1.1

Exploración mediante pozos a cielo abierto (P.C.A.) a)

Posteadora.

b)

Barreno helicoidal.

c)

Penetrómetros.

Se deben excavar pozos a cielo abierto. a)

2 Uno por cada 1 000 m de construcción o fracción, donde se proyectan construir estructuras metálicas mayores y menores.

b)

Uno por cada 100 m2 de construcción o fracción, en casetas, edificios, reactores, compensadores estáticos de Volts, Amperes y Reactivos (VAR) y transformadores.

c)

Uno por cada 500 m o fracción en los caminos de acceso.

d)

Los pozos se excavan a una profundidad mínima de 4 m o la limitada por el nivel freático o suelo tipo II A .En cada uno de los pozos se hace una inspección visual del subsuelo, y se realizan pruebas de laboratorio.

e)

Las dimensiones de los pozos deben ser las mínimas necesarias para que una persona se pueda introducir en ellos, para inspección de sus paredes y obtención de muestras alteradas y/o inalteradas.

Para definir los tipos de materiales por excavar durante la etapa de construcción de los cimientos de las estructuras metálicas mayores y menores así como en casetas, edificios o transformadores, se hacen, adicionalmente a los pozos indicados en los incisos anteriores, sondeos con posteadora mecánica, manual o equipo portátil motorizado equipado con barrenas helicoidales o similar, en función de la dureza del suelo. a)

2 Uno por cada 1 000 m de construcción, en donde se proyecta construir estructuras metálicas mayores y menores.

b)

Uno por cada 100 m2 de construcción, en casetas, edificios, reactores, compensadores estáticos de VAR y transformadores.

c)

Uno por cada 500 m o fracción en los caminos de acceso.

En adición, en las zonas montañosas se deben definir los sitios donde aflora roca mediante el estudio geológico de acuerdo a la guía CFE 10000-63. 021213

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5.4.1.2

ESPECIFICACIÓN CFE C0000-44 4 de 11

Sondeo de tipo mixto

En zonas bajas, inundables, o de suelos compresibles, se deben realizar las exploraciones y el muestreo necesarios para establecer la estratigrafía y las propiedades físicas y mecánicas del subsuelo con las que se defina la solución de cimentación y el análisis y diseño geotécnico. La exploración se debe efectuar con base a la tabla 1. TABLA 1- Penetrómetros para diferentes tipos de suelos TIPO DE PENETROMETRO Cono holandés de 3.6 cm de diámetro y 60° de ángulo de ataque. Prueba de penetración con cono Cono holandés eléctrico de 3.6 cm de diámetro y 60° de ángulo de ataque. Prueba de penetración con cono Penetrómetro estándar de 5.1 cm. de diámetro exterior y 3.6 cm de diámetro interior. Prueba de penetración estándar. (. Cono simple hincado a percusión de 5.1 cm de diámetro y 60° de ángulo de ataque. Penetrómetro de 7 cm de diámetro y 90° de ángulo de ataque.

APLICACIÓN AL SUELO ACEPTABLE INACEPTABLE - Arena Grava - Limo - Arcilla - Arena Grava - Limo - Arcilla - Arena Arcilla blanda - Arcilla dura - Arcilla media - Grava Arcilla - Arena - Arena con poca grava - Arcilla dura

Arcilla blanda

Cuando se utilicen pilas o pilotes se deben realizar sondeos de acuerdo a la tabla 1. Se debe hacer un sondeo por cada 1 000 m2 de construcción, donde se proyecten construir estructuras metálicas mayores y menores y uno por cada 100 m2 de construcción, en casetas o edificios. La profundidad de los sondeos debe ser la del desplante de la cimentación o mayor, pero no menor que 4 m. Adicionalmente, se deben realizar sondeos suficientes con base en la tabla 1, así como con muestreo inalterado conforme a la tabla 2, hasta una profundidad de 2,5 veces el ancho de la cimentación o 10 m como máximo a partir del nivel de desplante estimado. En caso de requerirse una mayor profundidad y un número mayor de sondeos por condiciones difíciles del suelo, éstos se deben ejecutar. El número mínimo de sondeos debe ser: a)

Uno por cada 1 000 m2 de construcción, en el área donde se ubiquen las estructuras metálicas mayores y menores.

b)

Uno por cada 15 m2 de construcción, en casetas, edificios y transformadores. TABLA 2- Muestreadores para diferentes tipos de suelos

Tipo de Suelo Suelos cohesivos muy blandos Suelos orgánicos Arcillas estratificadas Suelos cohesivos consistencia blanda a media Arenas media a fina por encima del nivel freático Arenas finas a medias por debajo del nivel freático Capas alternativas de suelo y roca dura, o suelos cohesivos densos o rocas. 021213

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Método o tipo de muestreador sugerido Tubo de acero o lámina de 10 cm de diámetro , muestreador de pistón fijo o similar Muestreador de pistón fijo. Muestreador de pistón fijo en una funda y/o lodo de perforación. Congelación en sitio y extracción de núcleo. Muestreador de pistón fijo en lodo de perforación. Muestreador de barril en perforación a rotación con broca.

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ESPECIFICACIÓN CFE C0000-44

5 de 11 En zonas de alta sismicidad, deben realizarse pruebas de sonda suspendida a una profundidad mínima de 6 m o pruebas de ruido ambiental con la técnica de Nakurama. En las subestaciones por construirse en el predio de una planta de generación en operación, se debe realizar además de los sondeos anteriores un censo de instalaciones subterráneas hasta 10 m de profundidad, por medio de métodos geofísicos como el geo-radar que presente la información requerida para tal fin. En las zonas donde aflore roca o se encuentre a menos de 2 m de profundidad, se deben realizar pruebas de extracción de anclas conforme a la especificación CFE C0000-42, en cada tipo de roca definido en la zonificación geotécnica de la zona en estudio. 5.4.2

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Trabajos de laboratorio a)

Todas las muestras obtenidas se deben identificar y clasificar en laboratorio de acuerdo a la referencia 9 del capitulo 6 de esta especificación y se les determina su contenido de agua conforme a la a la referencia 7, del capítulo 12 de esta especificación así como su peso volumétrico natural.

b)

En adición, a muestras representativas del subsuelo se les propiedades:

deben determinar las siguientes

-

límites líquido y plástico de acuerdo a la especificación CFE C0000-29,

-

peso específico relativo de sólidos conforme a normas ISO/TS14688-1 e ISO/TS 14688-2,

-

granulometría de acuerdo a norma ISO/TS 17892-4,

-

porcentaje de finos con base a la referencia [3] del capítulo 12 de esta especificación,

-

pH.

c)

En especímenes obtenidos de muestras inalteradas se deben realizar pruebas de compresión simple, triaxiales tipo UU (en suelos puramente cohesivos) de acuerdo a la referencia [10], del capítulo 12 de esta especificación triaxiales CU (en suelos cohesivo-friccionantes) conforme a la referencia [11] y de consolidación de acuerdo a la referencia [8] de acuerdo a las normas ISO 17892-7, ISO 17892-8 e ISO 17892-9, en un número tal que permita caracterizar las propiedades de resistencia y deformabilidad del subsuelo a las profundidades de interés. Como mínimo se debe tener un juego de pruebas mecánicas (compresión simple, triaxiales y consolidación) para cada zona de la subestación o por cada cimentación tipo.

d)

En zonas de alta sismicidad, se deben obtener los parámetros dinámicos para diseño de cimentaciones: módulo de rigidez al corte (G) y amortiguamiento (), con alguna de las siguientes pruebas de laboratorio: -

triaxial de columna resonante,

-

triaxial cíclica axial,

-

columna torsionante,

-

prueba de corte simple directo cíclico.

e)

En los sitios donde se tenga conocimiento de expansividad en suelos, se deben realizar pruebas para cuantificar la expansión y la presión de expansión, conforme a la referencia [12] del capítulo 12 de esta especificación

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f) 5.4.3

ESPECIFICACIÓN CFE C0000-44

6 de 11 A los núcleos de roca se les debe determinar como mínimo: clasificación litológica, porcentaje de recuperación, índice de calidad de la roca, capacidad de carga y ángulo de fricción interna.

Trabajos de gabinete a)

Con base en los trabajos de campo y laboratorio, se deben elaborar los perfiles estratigráficos del subsuelo en escala 1:100. En ellos se dibujan los resultados de los sondeos efectuados. Cada sondeo debe estar georeferido en coordenadas geográficas, para referenciar levantamientos topográficos y de geodesia.

b)

Se debe analizar las alternativas de cimentación más convenientes, definiendo la profundidad de desplante y los siguientes aspectos: -

capacidad de carga del suelo o roca y en su caso anclas, señalando la profundidad de desplante, características y longitud de anclaje,

-

módulo de reacción horizontal, en el caso de pilas y pilotes,

-

cálculo de asentamientos totales y diferenciales,

-

estabilidad de cortes y laderas naturales,

-

estabilidad ante volteo,

-

estabilidad ante deslizamiento,

-

profundidad de desplante considerando socavación, cuando las estructuras se ubiquen en cauces de ríos y arroyos o sitios cercanos.

c)

Se debe analizar los procedimientos constructivos, indicando los más convenientes.

d)

En el caso de encontrar cavernas dentro del predio o en los alrededores, que pongan en riesgo el camino de acceso o las instalaciones propias de la subestación, se deberá determinar perfectamente las dimensiones de las mismas y determinar si es factible económicamente y por seguridad estructural, el relleno o refuerzo de las mismas. En caso contrario se deberá indicar a la brevedad posible que la subestación no puede ser construida en esa ubicación.

5.4.4 Trabajos

Adicionales

El contratista tiene la responsabilidad de evaluar si se requieren trabajos o estudios adicionales, a los aquí indicados. 5.5

Informe Geotécnico

Una vez realizados los trabajos de campo, las pruebas de laboratorio y los análisis necesarios, el contratista debe preparar un informe del estudio realizado por duplicado en forma digital y entregarlo a la CFE para su revisión. El informe debe contener lo siguiente:

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a)

Índice.

b)

Lista de tablas, figuras y fotografías digitalizadas.

c)

Introducción, incluye objetivo y alcance del estudio, fechas de inicio y terminación de trabajos de campo y otros antecedentes de interés.

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d)

7 de 11 Datos del sitio y del proyecto, donde se describa: -

ubicación de la subestación, tipo de estructuras,

-

geología general, de acuerdo con la guía CFE 10000-63; así como la Sismicidad de la zona,

-

características topográficas,

-

riesgos por cruces de ríos y arroyos, laderas inestables, entre otros.

-

trabajos de campo y laboratorio realizados.

f)

Geología superficial del sitio donde se encuentra ubicada la subestación, incluyendo en su caso rasgos significativos, problemas de inestabilidad de taludes y de socavación.

g)

Estratigrafía en la zona de la subestación, para definición de cimentaciones tipo.

h)

Análisis de cimentaciones (tipo, capacidades de carga y de trabajo, profundidad de desplante y si procede estabilidad de laderas, adicionalmente volteo, arrancamiento, deslizamiento y asentamientos).

i)

Análisis de estabilidad de taludes. Señalar si existen problemas de estabilidad o no y como resolverlos.

j)

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ESPECIFICACIÓN CFE C0000-44

Recomendaciones de diseño: -

tipo de cimentaciones a utilizar en la subestación en función de la zonificación geotécnica hecha (definiendo claramente zonas donde las cimentaciones queden desplantadas sobre roca o suelo). Señalar si existen o no problemas de estabilidad de taludes y como resolverlos,

-

profundidades de desplante en función de la zonificación geotécnica y en su caso de los riesgos de socavación de arroyos y ríos, capacidades de carga y de trabajo y coeficientes sísmicos. Para el caso de cimentaciones profundas (pilas y pilotes) indicar también capacidades de carga vertical y lateral,

-

factores de seguridad de las cimentaciones ante capacidad de carga, volteo y deslizamiento,

-

cálculo de asentamientos totales y diferenciales (en caso de suelos compresibles).

-

profundidad del nivel de aguas freáticas y sitios donde sea posible que existan tirantes de agua durante la construcción. Se debe indicar también la longitud libre de los dados de cimentación para proteger las estructuras por inundaciones,

-

profundidades de socavación calculadas estimadas para el caso de estructuras que tengan que ubicarse cerca de cauces de ríos o arroyos, y recomendaciones de protección para las estructuras que se ubiquen en estas condiciones,

-

pesos volumétricos naturales de cada estrato; así como pesos volumétricos secos, húmedos y sumergidos mínimos de los materiales de relleno de las cepas una vez construida la cimentación o en su caso el terraplén,

-

definiciones de zonas donde se requieran en su caso tratamientos especiales para evitar fallas por inestabilidad de las laderas naturales ante falla por cortante o por erosión.

k)

Procedimientos de construcción.

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ESPECIFICACIÓN CFE C0000-44 8 de 11

6

-

procedimientos constructivos de las cimentaciones,

-

tipos de material a excavar y/o corte que se encuentra dentro de la subestación (definiendo porcentajes de materiales tipo I, II, II A y III),

-

material a utilizar para rellenos de cepas y en su caso terraplenes. Los procedimientos con que se deben colocar y compactar (en primera instancia se debe usar el material producto de las excavaciones o cortes, mejorándolo si es necesario). Sólo en casos extremos de materiales de muy mala calidad (orgánicos o que no cumplan con las características recomendadas para el diseño, como por ejemplo suelos de muy bajo peso volumétrico, muy plásticos o con porcentajes de sobre tamaños altos que no sean compactables), se manejarán materiales de bancos cuya granulometría debe cumplir con lo indicado en la figura 1 zona de especificaciones granulométricas para materiales de sub-base y base,

-

control de calidad de los rellenos, pesos volumétricos a alcanzar (secos y húmedos), calas volumétricas y pruebas de compactación,

-

drenaje superficial y obras estabilizadoras en laderas que lo requieran, tomando en consideración el punto 1.3.2 de la especificación para cimentaciones de subestaciones C.F.E. CPTT DIC-C01,

-

control de calidad de construcción de anclajes (cuando se requieran).

CONDICIONES DE OPERACIÓN

No aplica. 7

CONDICIONES DE DESARROLLO SUSTENTABLE

Es política de la CFE, la protección al ambiente, por lo que en todas las actividades que desarrolla, evita o reduce, en la medida de lo posible, los impactos que de ella resulten, encaminadas a evitar y minimizar los aspectos negativos al ambiente, que puedan causar sus instalaciones, por lo que todas las actividades que generen residuos peligrosos, no peligrosos y aguas residuales, debe cumplir con la normativa ambiental vigente. Si derivado de las actividades que se desarrollen por la aplicación de esta especificación, se genera alguna contingencia o incumplimiento ambiental, el Contratista lo subsanará. 8

CONDICIONES DE SEGURIDAD INDUSTRIAL

No aplica. 9

CONTROL DE CALIDAD

No aplica. 10

MARCADO

No aplica.

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ESPECIFICACIÓN CFE C0000-44

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9 de 11 ABERTURA EN MILIMETROS 0.074 0.14 100

0.25

0.42

0.84

2.00

4.76

9.51 25.419.0

38.150.8

90 80 ZONA 3

70 60 % QUE MALLA

PASA

ZONA 2

50

ZONA 1

40 30 20 10 0 200 100

60

40

20

10

4

3/8”

3/4” 1” 11/2” 2”

MALLA FIGURA 1- Zonas de especificaciones granulométricas para

11 EMPAQUE, EMBALAJE, ALMACENAJE Y MANEJO

EMBARQUE, T

materiales de sub-base y base.

RANSPORTACIÓN, DE

SCARGA,

RECEPCIÓN,

No aplica. 12 BIBLIO

GRAFÍA

[1]

ASTM D422-63-2007

Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils.

[2]

ASTM D854-10

Standard Test Method for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer.

[3] ASTM

D1140-00-2006

Standard Test Method for Amount of Material in Soils Finer than No. 200 (75µm) Sieve.

[4] ASTM

D1452-09

Standard Practice for Soil Exploration and Sampling by Auger Boring.

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Rev

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ESTUDIOS GEOTÉCNICOS PARA INGENIERÍA DE DETALLE EN SUBESTACIONES

ESPECIFICACIÓN CFE C0000-44 10 de 11

[5] ASTM

D1587-2000

Standard Practice for Thin- Walled Tube Sampling of Soils for geotechnical Purposes. Standard Test Method for Thin-Walled Tube Sampling of Soils.

[6] ASTM

D2166

Standard Test Method for Unconfined Compressive Strength of Cohesive Soil.

[7] ASTM

D2216-1998

Standard Test Method for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of Soil and Rock by Mass. Standard Test Method for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of Soil, Rock, in Soil-Aggregate Mixtures.

[8] ASTM

D2435

Standard Test Method Properties of Soils.

[9] ASTM

D2487

Standard Classification of Soils for Engineering Purposes.

[10] ASTM

D2850

Standard Test Method for Unconsolidated, Undrained Compressive Strength of Cohesive Soils in Triaxial Compression.

[11] ASTM

D4767

Standard Test Method for Consolidated Undrained Triaxial Compression Test for Cohesive Soils.

[12]

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ASTM D4546

Rev

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for

One-Dimensional

Consolidation

Standard Test Method for one-dimensional swell or settlement potencial of cohesive soils.

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ESPECIFICACIÓN CFE C0000-44

FE DE ERRATAS En el capítulo 5 “CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES”, en el subinciso 5.4.1.2 inciso b). Dice: b)

Uno por cada 15 m2 de construcción en casetas, edificios y transformadores.

b)

Uno por cada 150 m2 de construcción en casetas, edificios y transformadores.

Rev

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Debe Decir:

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11 de 11