Un total de 308 diputados votaron en favor de la moción frente a 297 que se posicionaron en contra.
La victoria del conjunto de legisladores, por una mayoría de 17 escaños, obligará a May a presentar un plan alternativo del Brexit en un plazo máximo de tres días a partir del 15 de enero en el supuesto de un rechazo de la Cámara al Acuerdo de Retirada de la UE.
La jornada anterior, la Cámara aprobó una enmienda al proyecto de Ley de los Presupuestos Generales, que limitará el margen de acción del ministro de Hacienda si Reino Unido sale de la UE sin un acuerdo.
Europeístas contrarios a un Brexit duro han logrado formar una coalición parlamentaria en la recta final del "voto significativo" sobre el pacto de divorcio, que está previsto el próximo 15 de enero.
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Las dos victorias consecutivas amenazan con ser el principio de una guerra de guerrillas contra un Brexit desordenado y sin acuerdo con la UE.
Pero el sector duro euroescéptico y los unionistas de Irlanda del Norte que sustentan la mayoría del Gobierno con sus diez diputados exigen garantías legales, no solo compromisos de buena fe, para avalar el plan de divorcio.
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Los legisladores tendrán ahora la oportunidad de votar el próximo 15 de enero el paquete de medidas aprobado por el Consejo Europea, tras las cinco jornadas de debate en la Cámara.
May contestó con un tajante "no" pero rechazó desvelar su plan B ante una hipotética derrota parlamentaria de su guía acordada para salir de la UE.
"La única forma de evitar una salida sin acuerdo, es acatar el acuerdo", advirtió May repetidamente.
La aritmética de Westminster está en contra del Ejecutivo conservador pero tampoco hay una mayoría clara favorable a otro tipo de Brexit o a la alternativa de convocar un nuevo referéndum.
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El exministro conservador, Kenneth Clarke, sugirió "retrasar o revocar" el artículo 50 de la UE, que encaminó a Reino Unido hacia la retirada del bloque el 29 de marzo de 2019.
May se resiste de momento a tirar la toalla y aguarda el momento propicio antes de la votación para dar a conocer las "aclaraciones" que obtenga de la UE.