Pe-Amp12-Pun 94 008 Rev 1

CRITERIOS DE DISEOS CIVILES SUBESTACIONES PUNO Y AYAVIRI

PROYECTO: " AMPLIACIN DE LA CAPACIDAD DE TRANSFORMACIN DE

LA SUBESTACIN PUNO Y CAMBIO DE CONFIGURACIN DE "T" A "PI" DEL SISTEMA DE BARRAS EN 138 KV DE LA

SUBESTACIN AYAVIRI

PE-AMP12- -PUN 94 008

ISA-PDI Cdigo Documento: PE-AMP12-PUN.94.008

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TABLA DE CONTENIDO 1. OBJETO 3 2. ALCANCE DE LOS DISEOS 3 3. CARACTERSTICAS DEL SITIO 4 4. CRITERIOS DE DISEO 5 4.1 GENERALIDADES 5 4.2 LEVANTAMIENTO TOPOGRFICO 5 4.3 COMBINACIONES DE CARGA DE DISEO Error! Marcador no definido. 4.4 ESTUDIOS GEOTCNICOS 6 4.5 ACABADO DE PATIO 6 4.6 DRENAJES 6 4.7 CANALETAS, BUZN DE CABLES Y DUCTOS 6 4.8 CIMENTACION PARA PRTICOS Y EQUIPOS 7 4.9 CIMENTACION Y FOSO PARA TRANSFORMADORES 8 4.10 VA INTERNA DE LA SUBESTACIN 8 5. ESTRUCTURAS METLICAS 9 5.1 CARGAS 9 5.2 CARGAS DE CONEXIN SOBRE PRTICOS Y EQUIPOS 10 5.3 CARGAS SOBRE ESTRUCTURAS DE PRTICOS Y SOPORTES DE EQUIPOS 10 5.4 COMBINACIONES DE CARGA Y FACTORES DE SOBRECARGA 11 6. DOCUMENTOS DE REFERENCIA 12

ISA-PDI Cdigo Documento: PE-AMP12-GT-111-2009-PUN.94.008

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1. OBJETO

Este documento presenta los principales criterios de diseo y metodologas sobre las cuales se basar el desarrollo de la ingeniera para las obras civiles correspondientes al proyecto Diseo, ingeniera, pruebas de aceptacin en fbrica, suministros DDP, construccin, montaje, interfase, pruebas y puesta en servicio de los equipos asociados a la ampliacin de la Subestacin Puno y Ayaviri

Los diseos civiles sern realizados con base en las especificaciones presentadas por REP, como parte del proceso SPU-012-2012.

Tambin se tomar como base para la elaboracin de los diseos:

Reglamento Nacional de Edificaciones del Per - Norma E.020 Cargas - Norma E.030 Diseo Sismo Resistente - Norma E.050 Suelos y Cimentaciones - Norma E.060 Concreto Armado - Norma E.070 Albailera - Norma E.090 Estructuras Metlicas

ACI 318 - 99 Building Code Requirements for Structural Concrete Uniform Building Code 1997. Norma ASCE Manuals and reports on Engineering Practice N 74

2. ALCANCE DE LOS DISEOS CIVILES

2.1 SUBESTACION PUNO

Sin limitarse a esto, se realizar los diseos de las obras civiles del proyecto, donde se contempla, el siguiente alcance:

Estudio de suelos. Levantamiento topogrfico. Gua para el diseo de estructuras metlicas y cimentaciones de prticos. Gua para el diseo de estructuras metlicas y cimentaciones de equipos. Diseo de cimentaciones de prticos. Diseo de cimentaciones de equipos. Diseo de cimentacin para transformador de potencia y carrileras. Diseo del tanque recolector de aceite. Diseo de Arquitectura de caseta de rels. Diseo de Estructuras de caseta de rels. Diseo de canalizaciones. Diseo definitivo de estructuras metlicas. Diseo de pavimento de concreto.


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2.2 SUBESTACION AYAVIRI

Se realizar los diseos de las obras civiles del proyecto, donde se contempla el siguiente alcance:

Estudio de suelos. Levantamiento topogrfico. Gua para el diseo de estructuras metlicas y cimentaciones de prticos. Gua para el diseo de estructuras metlicas y cimentaciones de equipos. Gua para el diseo de estructuras metlicas y cimentaciones de torres. Diseo de cimentaciones de prticos. Diseo de cimentaciones de equipos. Diseo de cimentaciones de Torres. Diseo de Arquitectura de caseta de rels. Diseo de Estructuras de caseta de rels. Diseo de canalizaciones. Diseo definitivo de estructuras metlicas. Diseo de pavimento de asfalto.

3. CARACTERSTICAS DEL SITIO

Las caractersticas del sitio del proyecto son las siguientes:

CARACTERSTICAS UNIDAD VALOR Altura sobre el nivel del mar m 4140 Temperatura promedio anual Mxima C 21.0 Mnima C 0.0 Media C 10.5 Humedad ambiente relativa mxima % Mxima % 90.0 Mnima % 64.0 Media % 77.0 Aceleracin Ssmica Horizontal gals 0,50 Aceleracin Ssmica Vertical gals 0.30 Velocidad mxima del viento a 10 m Km/h 90.0 Velocidad promedio del viento km/h 5.8 Precipitacin mxima total anual mm 1425.1 Precipitacin media total anual mm 758.3


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4. CRITERIOS DE DISEO

4.1 GENERALIDADES

Para la elaboracin de los diseos se tendr en cuenta el Reglamento Nacional de Edificaciones del Per, del cual se tomarn los parmetros ssmicos y de viento caractersticos de la zona del proyecto.

Los materiales a utilizar sern:

Concreto con fc=20.6 MPa (210 kgf/cm2) con utilizacin de cemento Prtland (el tipo de cemento se definir cuando se conozca el resultado del anlisis qumico del suelo) y relacin mxima a/c=0.45, para las estructuras de concreto en contacto con el suelo. Para canaletas y empotramiento de ductos o tuberas se usar concreto de fc=20.6 MPa (210 kgf/cm2). Se considerarn recubrimientos de 75 mm para estructuras colocado directo con el suelo natural y en contacto permanente con l. Para concretos colocados sobre solados de 5 cm de espesor, como medida de proteccin ante problemas de corrosin del refuerzo, se usarn recubrimientos de 50 mm.

Concreto Simple para solados fc = 13.7 MPa (140 kgf/cm2)

Concreto Ciclpeo para cimentaciones fc=13.7 MPa (140 kgf/cm2).

Acero de refuerzo corrugado con lmite de fluencia de 411.9 MPa (4200 kgf/cm2), Norma ASTM A-706, Grado 60.

Rieles para transformadores de potencia y carrileras con un peso de 65 lb/yd.

En el diseo estructural de bases de equipos, el Reglamento Nacional de Edificaciones define en su norma E.030, que los apndices y equipos, debern disearse para resistir una fuerza ssmica horizontal asociada a su peso tal como se indica a continuacin:

PCUZV *** 1 Siendo el valor de C1 para tanques, torres, letreros, chimeneas iguala 0.9, por lo que resulta que la fuerza horizontal ser igual a:

PV *40.0 Considerando al factor de zona Z igual a 0.5 y U igual a 1.5, factor de tipo de edificacin (subestacin elctrica). Debido a que segn alcances del proyecto, el coeficiente ssmico no debe ser menor a 0.5, se disear con el siguiente valor:

PV *5.0 El diseo es responsabilidad del contratista y debe estar acorde a la Norma Peruana y a las especificaciones tcnicas de Espectro Ssmico requeridos.

4.2 LEVANTAMIENTO TOPOGRFICO

El levantamiento topogrfico permitir obtener la informacin requerida para definir los volmenes de movimientos de tierra y las reas disponibles para la disposicin final de la ampliacin del patio de llaves y va interna de circulacin.

El levantamiento planimtrico y altimtrico del rea proyectada para la subestacin y su amarre al sistema de coordenadas UTM establecido (WGS 84), incluye la


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referencia de la zona. Este amarre se realiza con GPS, con una precisin del orden de 0,10 m.

4.3 ESTUDIOS GEOTCNICOS

Estos estudios tienen como objetivo determinar los parmetros para el diseo y la construccin de las obras en contacto con el suelo para garantizar un comportamiento adecuado de las edificaciones, cimentaciones, taludes, rellenos y dems obras.

El estudio de suelos contiene bsicamente la siguiente informacin:

Capacidad portante del suelo. Perfil estratigrfico. Clasificacin del suelo. Clculo de asentamientos. Ensayos para obtencin de parmetros de capacidad de soporte del suelo. Ensayo de permeabilidad del terreno. Anlisis qumico del suelo. Recomendaciones para el diseo de cimentaciones de equipos, prticos y

transformadores de potencia. Recomendaciones para la ejecucin de rellenos estructurales. Recomendaciones para el tipo de cemento a utilizar.

4.4 ACABADO DE PATIO

Se tendr una capa de grava de mnimo 0,10 m de espesor, con la granulometra requerida en las especificaciones en las zonas de ampliacin.

4.5 DRENAJES

Para el drenaje de agua de lluvia en el patio de la subestaciones, se buscar manejar el escurrimiento producido por aquellas, mediante un sistema de drenes que se adecuen al sistema de drenaje existente en cada una de las subestaciones a remodelar. Las adecuaciones del sistema de drenaje sern conectadas al sistema existente de acuerdo a lo que se encuentre al momento de ejecucin de las obras.

4.6 CANALETAS, BUZN DE CABLES Y DUCTOS

Para cubrir las diferentes necesidades de cableado se utilizarn dos o tres secciones tpicas de canaletas de dimensiones adecuadas y sern en concreto reforzado. El dimensionamiento de las canaletas y ductos deber hacerse previendo las ampliaciones futuras.

El alineamiento y ubicacin de las canaletas se har de forma tal que se minimice la longitud de cables requeridos, y se coordinar con las previsiones del drenaje de patio.

En lo posible se evitarn las canaletas muy pequeas para acometida de cables a los equipos, construyndose en cambio ductos en tubera PVC-SAP, PVC-SEL y tubera metlica galvanizada en la parte expuesta para acceder al equipo. No se prevn ductos embebidos en los cimientos de los equipos.


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Las canaletas dentro de las salas de control sern diseadas teniendo en cuenta la disposicin de los tableros. Las tapas (donde se requiera) se disearn de plancha estriada de acero con un espesor de mnimo y debern ser reforzadas con un marco metlico en las reas de circulacin.

Los ductos que eventualmente tengan que cruzar vas sern embebidos en concreto dependiendo de la profundidad.

Las buzones de cables sern de dimensiones suficientemente amplias para permitir un fcil manejo de los cables. Tendrn tapas de concreto en los patios y de plancha estriada de de espesor al interior de las salas de control, con los reforzamientos requeridos mediante marcos metlicos adecuados.

Las canaletas y los buzones de cables se drenarn mediante sumideros al sistema de drenaje del patio.

Los concretos para muros y losas de canaletas y cajas de tiro ser de fc=20.6 MPa (210 kgf/cm2). Para el empotramiento de ductos bajo vas se utilizarn concretos fc=20.6 MPa (210 kgf/cm2).

4.7 CIMENTACION PARA PRTICOS Y EQUIPOS

El diseo de la cimentacin de prticos y equipos se realizar considerando los resultados del estudio de suelos del sitio para determinar el rango de presiones que se puede transmitir al suelo con el objeto de garantizar que los asentamientos sean menores a los lmites mximos.

Los asentamientos totales deben ser menores de 2.5 cm y los asentamientos diferenciales que se presenten deben ser menores a 2 cm en cimentaciones para prticos y de 1 cm en cimentaciones para equipos.

En general las cimentaciones se dimensionarn para resistir el volcamiento o arrancamiento inducido por cargas de trabajo, con un factor de seguridad mnimo de 1.5 en las condiciones ms severas de carga. En condiciones de sismo el factor de seguridad podr ser reducido.

Los eventos de carga a considerar corresponden a las combinaciones de peso propio, viento, tensiones mecnicas de los conductores, corto circuito y sismo horizontal y vertical.

Los diseos en general se harn con bases conformadas por pedestales y zapatas dependiendo de la magnitud de las cargas y las caractersticas del suelo, de tal manera que se obtenga una fundacin estable y econmica. Para los pedestales el rea de refuerzo mnimo ser 0.005 veces el rea transversal de la seccin del pedestal; en caso de que la seccin del pedestal sea mayor a la requerida por las condiciones de carga, el refuerzo mnimo se considerar en un rea efectiva reducida igual o mayor a del rea total. El rea de acero as determinado, se comparar con el requerido en la junta entre zapata y pedestal, cuya cuanta a considerar es 0.005 veces el rea del elemento apoyado.

Los pedestales llevarn una parrilla superior de acero N 3 (dimetro 3/8) para evitar fisuras en la cara de los pedestales expuesta al medio ambiente, las cuales estn en contacto con las placas base de las estructuras metlicas de soporte de equipos.

Para el diseo por flexin de la zapata, se considerar para la malla de acero inferior de la zapata, una cuanta mnima de 0.0018 del rea de la seccin transversal de la zapata. La cuanta de la malla superior de acero que se acostumbra a poner en la


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zapata, podr tener la misma cuanta o en su defecto el valor de 0.0012, a juicio del diseador.

Se considerarn recubrimientos de 75 mm para estructuras en contacto directo con el suelo natural y recubrimientos de 50 mm para estructuras que estarn en contacto con rellenos en material propio seleccionado. Se prever una capa de 10 cm de concreto secundario por debajo de la plancha de apoyo de la estructura, el concreto tendr una resistencia de 20.6 MPa (210 kgf/cm2) con un aditivo sper plastificante reductor de agua y baja relacin agua cemento que disminuya la contraccin plstica del concreto. Con parrilla de refuerzo por temperatura para ser colocado despus del montaje y nivelacin de las estructuras.

La superficie de acabado final de los pedestales de la fundacin se terminar a una altura mnima de 0.20 m sobre el nivel de acabado de grava del patio.

4.8 CIMENTACION Y FOSO PARA TRANSFORMADORES

La cimentacin de los transformadores consistirn en muros con rieles, apoyadas en losas de concreto diseadas para las cargas estticas y dinmicas que aplican a estos equipos. Los concretos sern de fc = 20.6 MPa

Los criterios bsicos de diseo son:

El contorno exterior del foso ira a 0,50 m por fuera del contorno del equipo con partes que contienen aceite.

Se construir una carrilera en una losa superficial, con rieles de acero, que facilite la descarga del equipo. Esta carrilera se construye con una longitud por fuera del foso, igual a la longitud de descarga del equipo. Dado que no es posicin permanente el diseo se realiza para cargas estticas nicamente (no se consideran cargas de sismo o viento).

En los fosos se colocar una capa mnima de 0,20 m de material granular redondeado, uniforme, de dimetro entre 5 cm y 15 cm para ayudar a extinguir el fuego en caso de que el aceite derramado se inflame. En la zona central de los fosos se coloca la capa de material granular como extintor de fuego.

El equipo ser anclado a la cimentacin mediante pernos de anclaje segn suministro.

En los extremos se dejar embebido en el concreto un gancho de tiro en varilla de una pulgada de dimetro, que sirva para facilitar el movimiento del equipo.

Se disear un tanque de aceite si el que existiese no pueda almacenar el 100% del volumen de aceite contenido en el equipo que posea el mayor contenido de aceite, o de lo contrario el foso del transformador debe tener la capacidad de almacenar la totalidad del aceite.

4.9 VA INTERNA DE LA SUBESTACIN

La va interna de la subestacin se disear con caractersticas similares a las existentes, en la Subestacin Puno sern de concreto y en la Subestacin Ayaviri sern de asfalto y deber cumplir con los siguientes anchos y especificaciones:

Las vas internas en patios sern de 5 m de ancho.

El radio de curvatura hacia el interior de las vas ser de 6 m.


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Las vas internas estarn delimitadas con sardineles de concreto prefabricados o vaciados en el sitio, los cuales sobresaldrn 0.1 m sobre estas. Los sardineles tendrn 0.4 m de altura y 0.10 m de espesor en su parte superior y debern pintarse de color amarillo. Adicionalmente se instalarn ductos de paso cada 3 metros que permitan la circulacin del agua hacia los patios.

La estructura de la va se definir a partir de los parmetros de resistencia del suelo mediante el ensayo CBR realizado en el estudio de mecnica de suelos.

5. ESTRUCTURAS METLICAS

Se elaborarn los diseos definitivos y suministro de todas las estructuras metlicas para soporte de barras y equipos de patio, requeridas para las subestaciones. Se validarn las siluetas y tipologas tpicas para columnas, vigas y soportes de equipos, as como las cargas a las que estarn sometidas las estructuras considerando diferentes condiciones de carga.

Para la definicin de las estructuras y el clculo de las cargas se considerar la incidencia en el diseo de la siguiente informacin:

Disposicin fsica de patio, configuracin elctrica y distancias de seguridad. Definicin de las reas de patio, urbanizacin y adecuacin de los patios. Seleccin de conductores, barras, aisladores y conectores. Nivel de cortocircuito de la subestacin. Catlogos de los equipos suministrados para el proyecto (propiedades fsicas y

mecnicas de los equipos). Caractersticas meteorolgicas, ambientales y ssmicas de la subestacin. Estudio de suelos del sitio. Radiacin solar del lugar.

Los anlisis y diseos se realizarn con base en las disposiciones previstas en las Especificaciones Tcnicas suministradas para el proyecto.

Los clculos de carga para los diseos de las estructuras metlicas se realizarn con metodologas utilizadas en la prctica comn para las estructuras metlicas, buscando proveer a las estructuras de suficiente resistencia para soportar los equipos, conductores, cables de guarda, aisladores, herrajes y dems accesorios, bajo las condiciones de carga y los factores de sobrecarga definidos, sin que soporten sobreesfuerzos o deformacin permanente en cualquier miembro individual. El diseo cubrir los elementos necesarios para el anclaje de las estructuras a las cimentaciones y los anclajes de los equipos a las estructuras.

Las estructuras consideradas sern tipo celosa en acero galvanizado. Las conexiones entre vigas y columnas se detallan con rigidez tal que permite garantizar la transferencia de momentos entre un elemento y otro, y disminuir las cargas resultantes a nivel de cimentacin.

5.1 CARGAS

Se considerar sobre las estructuras metlicas de las subestaciones del proyecto la accin de cargas de tensin esttica y electrodinmica de conductores, cables de


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guarda y conductores de conexionado entre los equipos; de cargas asociadas a las estructuras (equipos, accesorios de anclaje, plataformas, mandos) para las condiciones de peso propio, viento y sismo, as como de cargas de accionamiento y cargas de montaje y mantenimiento.

5.2 CARGAS DE CONEXIN SOBRE PRTICOS Y EQUIPOS

Las estructuras sern diseadas para soportar en forma segura las cargas verticales, transversales y longitudinales debidas a las conexiones y las posibles combinaciones que puedan presentarse simultneamente incluyendo la combinacin ms crtica de carga con sus respectivos factores de sobrecarga.

5.3 CARGAS SOBRE ESTRUCTURAS DE PRTICOS Y SOPORTES DE EQUIPOS

Cargas de peso propio

Se estimarn las cargas de peso propio de las estructuras de acuerdo con las propiedades asignadas a los elementos en la etapa de diseo, adicionando el peso de las platinas y elementos de conexin. Se debern incluir cargas de montaje y mantenimiento.

Para los equipos que sern soportados por las estructuras (incluyendo contadores de descarga, cajas de mando, mecanismos de accionamiento) las cargas sern determinadas con base en la informacin suministrada por el fabricante de los equipos.

Cargas de viento

La estimacin de las cargas de viento sobre estructuras y equipos, se realizar siguiendo la metodologa ilustrada en la referencia (3), considerando la velocidad del viento de diseo para el sitio del proyecto.

Cargas de sismo

Las cargas de sismo sobre las estructuras sern calculadas de acuerdo a la Norma E-030 Diseo Sismo resistente, teniendo en cuenta los siguientes parmetros:

Factor de Zona, Z = 0.5 para la zona de sierra, donde se ubica el departamento de Puno

Perfil de suelo Tipo = S2, suelos intermedios segn estudio de mecnica de suelos

Periodo predominante, Tp = 0,6 seg, corresponde a suelos Intermedios Factor de suelo, S = 1.2, corresponde a suelos intermedios Factor de uso e importancia, U = 1.5, corresponde a edificaciones esenciales,

subestaciones elctricas

Para cada una de las direcciones horizontales analizadas se utilizar un espectro inelstico definido por:

PR

SCUZaS

Donde: Sa : Coeficiente de aceleracin ssmico


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R : Coeficiente de reduccin ssmico, los valores de reduccin R dependen del tipo de estructura. Para equipos es R=1.0, para prticos es R=2.5 y para edificaciones con estructuras aporticadas en concreto es R=6.0.de acuerdo a la Norma E-030. P : Peso total de la estructura C : Coeficiente de amplificacin ssmica (C2.5)

TpTC , T es el periodo segn el artculo 17.2 o 18.2a de la Norma E-030 y Tp

es el pero del suelo.

Las componentes verticales de los movimientos ssmicos de diseo se tomarn como las dos terceras partes de los valores correspondientes a los efectos horizontales y se aplicarn tanto en la direccin de la gravedad como en la direccin contraria a sta.

5.4 COMBINACIONES DE CARGA Y FACTORES DE SOBRECARGA

Todas las estructuras metlicas y cimentaciones para los prticos y estructuras de equipos de esta subestacin sern diseadas para la combinacin ms crtica de carga. Los eventos de carga corresponden a las combinaciones de peso propio, viento, tensiones mecnicas de los conductores, cortocircuito y sismo horizontal y vertical. A continuacin se presentan las combinaciones de cargas y sus factores de carga correspondientes:

a. Combinaciones de cargas de servicio

1) 1.0 PP + 1.0 CT

2) 1.0 PP + 1.0 CT + 1.0 V(X,Y) +1.0 CTv

3) 1.0 PP + 1.0 CT + 1.0 S(X,Y) +/- 1.0 SZ

4) 1.0 PP + 1.0 CC

b. Combinaciones de cargas ltimas

1) 1.5 PP + 1.7 CT

2) 1.2 PP + 1.3 CT + 1.3 V(X,Y) +1.3 CTv

3) 1.2 PP + 1.3 CT + 1.4 S(X,Y) +/- 1.4 SZ

4) 1.2 PP+ 1.1 CC

Donde: PP: Peso propio de la estructura, peso de aisladores, herrajes,

accesorios, cargas de montaje y mantenimiento. CT: Cargas de tensin mecnica de conductores y cables de guarda. CTv: Cargas de tensin mecnica de conductores y cables de guarda

debida al viento CC: Cargas de tensin en conductores por efecto del cortocircuito. V(X,Y): Cargas de viento sobre templas, equipos y estructuras en

direccin x e y. S(X,Y): Cargas por sismo horizontal sobre equipos y estructuras en

direccin x e y. SZ: Cargas por sismo vertical en equipos y estructuras en direccin

z. CC, CA: Cargas de operacin dinmica de equipos por cierre y apertura


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respectivamente, que sern consideradas en las combinaciones de carga en caso de presentarse.

Las deflexiones mximas debern estar dentro de los lmites de 1/200 para estructuras de templas y barras, y 1/500 para estructuras de soporte de equipos.

6. DOCUMENTOS DE REFERENCIA

Se utilizarn como referencia los siguientes documentos:

(1) Reglamento Nacional de Edificaciones del Per. (2) Norma de Construccin en Concreto Estructural, ACI 318-99. (3) Boletn 74 de la ASCE: Guidelines for Transmission Line Structural Loading, de

la comisin de electricidad y estructuras de transmisin, Divisin de estructuras. (4) Manual of Steel Construction, Load and Resistance Factor Design" del AISC

(American Institute Steel Construction). (5) Las normas aplicables ASTM. (6) IEEE Guide for Transmisin Structura Foundation Design and Testing IEEE

Std 691-2001.

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