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ANÁLISIS DE CUENCAS URBANAS ANÁLISIS DE CUENCAS URBANAS USANDO EPA SWMM 5.0USANDO EPA SWMM 5.0

Rodrigo Concha JopiaRodrigo Concha JopiaGrupo de Investigación Grupo de Investigación

FLUMEN UPCFLUMEN UPC

Email: Email: rodrigo.concha@upc.edurodrigo.concha@upc.edu

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ASPECTOS A TRATARASPECTOS A TRATAR IntroducciónIntroducción Capacidades y limitaciones de EPA SWMM 5.0Capacidades y limitaciones de EPA SWMM 5.0 Estructura de EPA SWMM 5.0Estructura de EPA SWMM 5.0 Pasos en el desarrollo de un proyecto con EPA SWMM Pasos en el desarrollo de un proyecto con EPA SWMM

5.05.0 Entorno gráfico de EPA SWMM 5.0: Objetos visuales y Entorno gráfico de EPA SWMM 5.0: Objetos visuales y

no visualesno visuales Algunos modelos utilizados por EPA SWMM 5.0Algunos modelos utilizados por EPA SWMM 5.0 Ejemplo: Cuenca en Sant Boi de Llobregat, BarcelonaEjemplo: Cuenca en Sant Boi de Llobregat, Barcelona Recursos e información adicionales para los usuarios Recursos e información adicionales para los usuarios

de EPA SWMM 5.0de EPA SWMM 5.0 Resumen y conclusionesResumen y conclusiones

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INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

Desarrollado por la Environmental Protection Agency Desarrollado por la Environmental Protection Agency (EPA) (EPA) de los Estados Unidos (US)de los Estados Unidos (US)

¿Qué es EPA SWMM 5.0?¿Qué es EPA SWMM 5.0?

SWMMSWMMSStorm WWaterMManagementMModel

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INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

Uno de los primeros Uno de los primeros modelos numéricos de modelos numéricos de simulación hidrológico simulación hidrológico – hidráulico especial – hidráulico especial para drenaje urbanopara drenaje urbano

Diferentes grupos de Diferentes grupos de desarrollo (Gobierno, desarrollo (Gobierno,

Universidades, Universidades, Empresas) a lo largo Empresas) a lo largo

de su historiade su historia Continuo desarrollo Continuo desarrollo

desde 1969desde 1969 Código de referencia Código de referencia

en USAen USA Miles de usuarios a Miles de usuarios a

nivel mundial nivel mundial

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SWMM a través del tiempo…SWMM a través del tiempo…

1971 - SWMM 1 (M&E, UF, WRE)1971 - SWMM 1 (M&E, UF, WRE) 1975 - SWMM 2 (UF)1975 - SWMM 2 (UF) 1981 - SWMM 3 (UF & CDM)1981 - SWMM 3 (UF & CDM) 1983 - SWMM 3.3 (PC Version)1983 - SWMM 3.3 (PC Version) 1988 - SWMM 4 (UF & CDM & OSU)1988 - SWMM 4 (UF & CDM & OSU) 2004 – SWMM 5 (EPA & CDM)2004 – SWMM 5 (EPA & CDM)

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Capacidades Hidrológicas de Capacidades Hidrológicas de SWMM 5.0SWMM 5.0

Precipitación variable en Precipitación variable en tiempo y espaciotiempo y espacio

Simulación de procesos de Simulación de procesos de evaporación, acumulación y evaporación, acumulación y derretimiento de nieve, e derretimiento de nieve, e interceptación por interceptación por encharcamientoencharcamiento

Simulación de la infiltraciónSimulación de la infiltración Simulación de la escorrentía Simulación de la escorrentía

superficial mediante modelo superficial mediante modelo de depósito no linealde depósito no lineal

Aporte de escorrentía Aporte de escorrentía superficial entre subcuencassuperficial entre subcuencas

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Capacidades Hidráulicas de Capacidades Hidráulicas de SWMM 5.0SWMM 5.0

Manejo de redes de drenaje, sin Manejo de redes de drenaje, sin limitación de tamaño y/o formalimitación de tamaño y/o forma

Diversas secciones transversales para Diversas secciones transversales para los conductos los conductos

Modelación de bombeos, reguladores Modelación de bombeos, reguladores de flujo, depósitos de retenciónde flujo, depósitos de retención

Uso de reglas de control para Uso de reglas de control para controlar bombeos y reguladorescontrolar bombeos y reguladores

Incorporación de flujos externos a la Incorporación de flujos externos a la red definidos por el usuario red definidos por el usuario (escorrentía, flujos de aguas (escorrentía, flujos de aguas residuales)residuales)

Modelación de diversos regímenes Modelación de diversos regímenes hidráulicos tales como remansos, hidráulicos tales como remansos, entrada en carga e inversión del flujoentrada en carga e inversión del flujo

Modelación en régimen permanente y Modelación en régimen permanente y no permanenteno permanente

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Capacidades de SWMM 5.0 en Capacidades de SWMM 5.0 en modelación de la Calidad de las aguasmodelación de la Calidad de las aguas Acumulación de Acumulación de

contaminantes (Buildup) contaminantes (Buildup) sobre las subcuencassobre las subcuencas

Remoción de contaminantes Remoción de contaminantes durante episodios de lluvia durante episodios de lluvia (Washoff)(Washoff)

Reducción en la Reducción en la acumulación de acumulación de contaminantes debido a contaminantes debido a limpieza de calleslimpieza de calles

Reducción de Reducción de contaminantes en la contaminantes en la escorrentía debido a BMP’sescorrentía debido a BMP’s

Propagación de los Propagación de los contaminantes a través de la contaminantes a través de la red de drenajered de drenaje

Funciones de tratamiento Funciones de tratamiento definidas por el usuariodefinidas por el usuario

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Algunas aplicaciones de SWMM 5.0Algunas aplicaciones de SWMM 5.0

Diseño de diversos elementos de una red de Diseño de diversos elementos de una red de drenaje urbanodrenaje urbano

Estudio y creación de modelos de cuenca Estudio y creación de modelos de cuenca urbanaurbana

Control de vertidos en tiempo de lluvia desde Control de vertidos en tiempo de lluvia desde redes unitarias, y de redes separativasredes unitarias, y de redes separativas

Evaluación de BMPs y LIDs (Low Impact Evaluación de BMPs y LIDs (Low Impact Developments) para cumplir con objetivos de Developments) para cumplir con objetivos de sostenibilidadsostenibilidad

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Limitaciones de EPA SWMM 5.0Limitaciones de EPA SWMM 5.0

No aplicable a nivel de grandes cuencas no No aplicable a nivel de grandes cuencas no urbanasurbanas

Sin rutinas de modelación de transporte de Sin rutinas de modelación de transporte de sedimentos y erosiónsedimentos y erosión

No simula la propagación de contaminantes No simula la propagación de contaminantes en el medio receptor ni en el flujo en el medio receptor ni en el flujo subsuperficialsubsuperficial

No es una herramienta totalmente integrada No es una herramienta totalmente integrada respecto a las aguas urbanasrespecto a las aguas urbanas

Es una herramienta de análisis, no una Es una herramienta de análisis, no una herramienta automática de diseñoherramienta automática de diseño

Sin conexión integrada con Sistemas de Sin conexión integrada con Sistemas de Información Geográfica (GIS)Información Geográfica (GIS)

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Estructura del programa: Estructura del programa: versiones anterioresversiones anteriores

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Estructura del programa: Estructura del programa: SWMM 5.0SWMM 5.0

Novedad de la

versión 5.0!!

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Pasos básicos en el desarrollo de un Pasos básicos en el desarrollo de un proyecto con SWMM 5.0proyecto con SWMM 5.0

Dibujar los “objetos” Dibujar los “objetos” del sistema de drenajedel sistema de drenaje

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Pasos básicos en el desarrollo de un Pasos básicos en el desarrollo de un proyecto con SWMM 5.0proyecto con SWMM 5.0

Dibujar los “objetos” Dibujar los “objetos” del sistema de drenajedel sistema de drenaje

Editar sus Editar sus “propiedades”“propiedades”

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Pasos básicos en el desarrollo de un Pasos básicos en el desarrollo de un proyecto con SWMM 5.0proyecto con SWMM 5.0

Dibujar los “objetos” Dibujar los “objetos” del sistema de drenajedel sistema de drenaje

Editar sus Editar sus “propiedades”“propiedades”

Alternativamente, Alternativamente, crear y editar el crear y editar el archivo de entrada de archivo de entrada de SWMM 5.0 usando el SWMM 5.0 usando el formato descrito en formato descrito en anexos del manual de anexos del manual de usuariousuario

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Pasos básicos en el desarrollo de un Pasos básicos en el desarrollo de un proyecto con SWMM 5.0proyecto con SWMM 5.0

Dibujar los “objetos” Dibujar los “objetos” del sistema de drenajedel sistema de drenaje

Editar sus Editar sus “propiedades”“propiedades”

Ajustar las opciones de Ajustar las opciones de análisis de la análisis de la simulaciónsimulación

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Pasos básicos en el desarrollo de un Pasos básicos en el desarrollo de un proyecto con SWMM 5.0proyecto con SWMM 5.0

Dibujar los “objetos” Dibujar los “objetos” del sistema de drenajedel sistema de drenaje

Editar sus Editar sus “propiedades”“propiedades”

Ajustar las opciones de Ajustar las opciones de análisis de la análisis de la simulaciónsimulación

Realizar la simulaciónRealizar la simulación

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Pasos básicos en el desarrollo de un Pasos básicos en el desarrollo de un proyecto con SWMM 5.0proyecto con SWMM 5.0

Dibujar los “objetos” Dibujar los “objetos” del sistema de drenajedel sistema de drenaje

Editar sus Editar sus “propiedades”“propiedades”

Ajustar las opciones de Ajustar las opciones de análisis de la análisis de la simulaciónsimulación

Realizar la simulaciónRealizar la simulación

Visualizar los Visualizar los resultados de la resultados de la simulación: reporte, simulación: reporte, tablas ,gráficos, tablas ,gráficos, perfiles longitudianles perfiles longitudianles de la lámina de agua, de la lámina de agua, análisis estadísticoanálisis estadístico

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Objetos Visuales de SWMM 5.0Objetos Visuales de SWMM 5.0

20

Propiedades claves de los objetos Propiedades claves de los objetos “Subcatchment”“Subcatchment”

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Representación Node-Link (Nodo-Conector) Representación Node-Link (Nodo-Conector) de una red de drenaje en SWMMde una red de drenaje en SWMM

(Roesner et al., 1992) (Roesner et al., 1992)

Nodos

Conectores

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Propiedades claves de los objetos Propiedades claves de los objetos tipo “Node”tipo “Node”

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Propiedades claves de los objetos Propiedades claves de los objetos “Conduit”“Conduit”

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Pumps (bombas)

Elementos hidráulicos singulares: Elementos hidráulicos singulares: Flow Regulators (Links)Flow Regulators (Links)

Weirs (vertederos)

Orifices (orificios)

Outlets

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Objetos NO Visuales de SWMM 5.0Objetos NO Visuales de SWMM 5.0Time seriesTime series

““Time series” son usados para describir:Time series” son usados para describir:- PrecipitaciónPrecipitación- EvaporaciónEvaporación- Flujos externosFlujos externos- Niveles de la lámina de agua en nodos “Outfall”Niveles de la lámina de agua en nodos “Outfall”

Time Series TS1

Elapsed Time (hours)302826242220181614121086420

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

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Objetos NO Visuales de SWMM 5.0Objetos NO Visuales de SWMM 5.0CurvesCurves

““Curves” son usados para describir:Curves” son usados para describir:- la variación del área superficial de un nodo “Storage unit” respecto la variación del área superficial de un nodo “Storage unit” respecto al calado en su interior al calado en su interior (Storage curve)(Storage curve)- la derivación de flujo en un nodo “Tabular Flow divider” la derivación de flujo en un nodo “Tabular Flow divider” (Diversion (Diversion curve)curve)- la variación del caudal a través de un link “Pump” respecto al calado la variación del caudal a través de un link “Pump” respecto al calado

o volumen del nodo aguas arriba, o la carga entregada por la bomba o volumen del nodo aguas arriba, o la carga entregada por la bomba (Pump curve)(Pump curve)

Pump Curve bombeo3

Flow (CMS)0.80.60.40.20

Hea

d (m

)

50

48

46

44

42

40

38

36

27

Objetos NO Visuales de SWMM 5.0Objetos NO Visuales de SWMM 5.0TransectsTransects

““Transects” son usados para describir la sección transversal de Transects” son usados para describir la sección transversal de canales de sección irregular (cauces naturales)canales de sección irregular (cauces naturales)

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Objetos NO Visuales de SWMM 5.0Objetos NO Visuales de SWMM 5.0Control rulesControl rules

““Control rules” son usados para definir reglas de operaciones, durante Control rules” son usados para definir reglas de operaciones, durante la simulación, de bombeos, de orificios y de vertederos la simulación, de bombeos, de orificios y de vertederos

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Modelos utilizados por SWMM Modelos utilizados por SWMM 5.05.0

30

Modelo de Escorrentía SuperficialModelo de Escorrentía SuperficialDepósito no lineal: Continuidad + ManningDepósito no lineal: Continuidad + Manning

( ) 503

1) ( ) ( )

2) p

dSI t O t

dt

SQ W d d

n

− =

= × − ×

S: volumen

Q: escorrentía superficial

W: ancho de la subárea

dp: calado de almacenamiento

So: pendiente media de la subcuenca

N: coeficiente de

d: calado en el depósito

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Modelos de InfiltraciónModelos de Infiltración

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Modelos de Propagación del flujo Modelos de Propagación del flujo en SWMM 5.0en SWMM 5.0

Steady FlowSteady Flow Regimen permanente uniformeRegimen permanente uniforme Simple traslación de los hidrogramasSimple traslación de los hidrogramas Aplicable sólo en redes arborescentesAplicable sólo en redes arborescentes

0SS f =

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Modelos de Propagación del flujo Modelos de Propagación del flujo en SWMM 5.0en SWMM 5.0

Kinematic WaveKinematic Wave Balance entre la fuerza de gravedad y la fuerza de fricciónBalance entre la fuerza de gravedad y la fuerza de fricción Atenuación y retraso del hidrograma debido al Atenuación y retraso del hidrograma debido al

almacenamiento en el tramoalmacenamiento en el tramo Aplicable sólo en redes arborescentes con pendientes Aplicable sólo en redes arborescentes con pendientes

fuertesfuertes

0

1) 0

2) f

A Q

t xS S

∂ ∂+ =∂ ∂

=

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Modelos de Propagación del flujo Modelos de Propagación del flujo en SWMM 5.0en SWMM 5.0

Dynamic WaveDynamic Wave Resuelve las ecuaciones completas de Saint Venant del flujo no Resuelve las ecuaciones completas de Saint Venant del flujo no

permanente unidimensionalpermanente unidimensional Representación de efectos de remanso, flujo en carga, Representación de efectos de remanso, flujo en carga,

almacenamiento en el tramo e inversión del flujo almacenamiento en el tramo e inversión del flujo Aplicable a cualquier tipo de redAplicable a cualquier tipo de red Requiere intervalos de tiempo pequeños (entre 1 y 60 segundos)Requiere intervalos de tiempo pequeños (entre 1 y 60 segundos)

2

1) 0

2) 0f L

A Q

t x

QAQ H

g A g A S g A ht x x

∂ ∂+ =∂ ∂

∂ ÷∂ ∂ + + × × + × × + × × =∂ ∂ ∂

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SWMM 5.0 utiliza un esquema numérico de SWMM 5.0 utiliza un esquema numérico de diferencias finitas tipo explícito para resolver…diferencias finitas tipo explícito para resolver…

… las ecuaciones de Saint Venant en cada Conduit, y…

… una ecuación de continuidad en cada Node

Modelos de Propagación del flujo Modelos de Propagación del flujo en SWMM 5.0: Dynamic Waveen SWMM 5.0: Dynamic Wave

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Comparación de los modelos de Comparación de los modelos de propagación del flujopropagación del flujo

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Opción de inundación nodalOpción de inundación nodal(Nodal Flooding)(Nodal Flooding)

Todo el flujo de llegada al Todo el flujo de llegada al nodo en exceso, es nodo en exceso, es perdido por el sistemaperdido por el sistema

El flujo de llegada al nodo en El flujo de llegada al nodo en exceso es mantenido sobre el exceso es mantenido sobre el nodo, y puede ser reintroducido a nodo, y puede ser reintroducido a la red cuando exista capacidad la red cuando exista capacidad disponibledisponible

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Sitio web de EPA SWMM 5.0Sitio web de EPA SWMM 5.0http://www.epa.gov/ednnrmrl/models/swmm/http://www.epa.gov/ednnrmrl/models/swmm/

Código fuente del programa (C) y de la Código fuente del programa (C) y de la interfaz gráfica (Delphi), disponibles para interfaz gráfica (Delphi), disponibles para

descargar GRATIS!!!descargar GRATIS!!!

39

Información y archivos “útiles” Información y archivos “útiles” para ser descargados…para ser descargados…

Programa, manual de usuario, códigos Programa, manual de usuario, códigos fuentes, convertidor de archivos…fuentes, convertidor de archivos…

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Más información sobre SWMM…Más información sobre SWMM…SWMM-USERS List ServerSWMM-USERS List Server

- Forum donde los usuarios de EPA SWMM pueden compartir Forum donde los usuarios de EPA SWMM pueden compartir experiencias en el uso y aplicación de este códigoexperiencias en el uso y aplicación de este código- Es gratis (por supuesto!!) y es operado por el Dr. Es gratis (por supuesto!!) y es operado por el Dr. Williams Williams James (Guelph, Ontario)James (Guelph, Ontario)- Trabaja mediante emails de consultas; desde una a varias Trabaja mediante emails de consultas; desde una a varias respuestas a tu correo…respuestas a tu correo…- Para suscribirse a la lista de usuarios de SWMM, enviar Para suscribirse a la lista de usuarios de SWMM, enviar un un

email a email a listserv@listserv.uoguelph.calistserv@listserv.uoguelph.ca

- - Este email no debe llevar asunto (SIN ASUNTO), y sólo se debe Este email no debe llevar asunto (SIN ASUNTO), y sólo se debe escribir lo siguiente en el cuerpo de élescribir lo siguiente en el cuerpo de él

SUBSCRIBE SWMM-USERS [Nombre] [Apellido]

Por ejemplo:Por ejemplo:

SUBSCRIBE SWMM-USERS Juan Ramos

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Más información sobre SWMM…Más información sobre SWMM… SWMM EN CASTELLANO!!SWMM EN CASTELLANO!!

- Versión en castellano de EPA SWMM 5.0: SWMM v5.0E, Versión en castellano de EPA SWMM 5.0: SWMM v5.0E, desarrollado por el GMMF de la UPVdesarrollado por el GMMF de la UPV- Respectivo manual de usuario en castellanoRespectivo manual de usuario en castellano

- Basada en una Basada en una ANTERIOR ANTERIOR

actualización de la actualización de la versión originalversión original- La más reciente La más reciente

actualización de EPA actualización de EPA SWMM 5.0 es la SWMM 5.0 es la 5.0.011…existen 5.0.011…existen

nuevas nuevas prestaciones!!prestaciones!!

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Más información sobre SWMM…Más información sobre SWMM…Grupo de usuarios en español de SWMMGrupo de usuarios en español de SWMM

http://groups.google.es/group/SWMM-Espanol?hl=es&lnk=srghttp://groups.google.es/group/SWMM-Espanol?hl=es&lnk=srg

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Softwares basados en SWMMSoftwares basados en SWMM

XP SWMM – XP Software (www.xpsoftware.com)

Mike SWMM – DHI (www.dhisoftware.com)

InfoSWMM - MWH Soft (www.mwhsoft.com)

PC SWMM – CHI (www.computationalhydraulics.com)

Con interfaces para trabajar con GIS…Con interfaces para trabajar con GIS…

……pero de pagopero de pago

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Resumen y conclusionesResumen y conclusiones

- EPA SWMM 5.0 es la nueva versión pública del EPA SWMM 5.0 es la nueva versión pública del histórico código SWMMhistórico código SWMM- Completamente re-escrita y de código abierto, Completamente re-escrita y de código abierto, incluye diversas mejoras a los algoritmos de incluye diversas mejoras a los algoritmos de cálculocálculo- Nueva versión incluye la primera interfaz gráfica Nueva versión incluye la primera interfaz gráfica de usuario (GUI) de EPA SWMM.de usuario (GUI) de EPA SWMM.

- Posibilidad de crear “tu propia” GUIPosibilidad de crear “tu propia” GUI- Usuarios de SWMM podrían optar por otro Usuarios de SWMM podrían optar por otro “código” que incorpore conexión con GIS“código” que incorpore conexión con GIS- ¡El precio es el correcto!¡El precio es el correcto!- Técnicos y proyectistas DEBERÍAN USAR AL Técnicos y proyectistas DEBERÍAN USAR AL MENOS una MENOS una herramienta de este tipo en sus herramienta de este tipo en sus proyectos urbanosproyectos urbanos

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¡Gracias por vuestra atención!¡Gracias por vuestra atención!