Estudio Tabla Geomecanica

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ESTUDIO PARA EL DISENO DE TABLAS GEOMECANICAS MINERA COLQUISIRI S.A. 1. INTRODUCCION El control de desprendimiento de rocas en labores mineras consiste fundamentalmente en la colocación de soporte adecuado en el momento oportuno basado en el conocimiento de las condiciones geomecánicas del macizo rocoso y de los factores influyentes presentes en el momento de la evaluación. Una gran ayuda para realizar una evaluación rápida y sencilla es la utilización de tablas geomecánicas GSI. 2. OBJETIVO Se tiene el siguiente objetivo: Confeccionar tablas geomecanicas para la unidad minera Maria Teresa a partir de G.S.I. (E. Hoek 1997) modificado que relacionen el tipo de macizo rocoso con el tiempo de autosoporte y el tipo de soporte a ser colocado. 3. UBICACIÓN Y ACCESO La Mina María Teresa de Minera Colquisiri se encuentra ubicado en el paraje denominado Cerro la Mina 2 que pertenece al distrito y provincia de Huaral, departamento de Lima, a una altitud promedio de 150 m.s.n.m. El acceso se realiza desde la ciudad de Lima mediante la carretera Panamericana Norte hasta llegar a Huaral en una distancia de 82 km, desde donde se dirige a la Unidad Minera por una vía que el tramo inicial esta asfaltada y el tramo final es trocha carrozable de 11 Km. 1

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ESTUDIO PARA EL DISENO DE TABLAS GEOMECANICAS

MINERA COLQUISIRI S.A.

1. INTRODUCCION

El control de desprendimiento de rocas en labores mineras consiste

fundamentalmente en la colocación de soporte adecuado en el momento

oportuno basado en el conocimiento de las condiciones geomecánicas del

macizo rocoso y de los factores influyentes presentes en el momento de la

evaluación. Una gran ayuda para realizar una evaluación rápida y sencilla es la

utilización de tablas geomecánicas GSI.

2. OBJETIVO

Se tiene el siguiente objetivo:

Confeccionar tablas geomecanicas para la unidad minera Maria Teresa a

partir de G.S.I. (E. Hoek 1997) modificado que relacionen el tipo de macizo

rocoso con el tiempo de autosoporte y el tipo de soporte a ser colocado.

3. UBICACIÓN Y ACCESO

La Mina María Teresa de Minera Colquisiri se encuentra ubicado en el paraje

denominado Cerro la Mina 2 que pertenece al distrito y provincia de Huaral,

departamento de Lima, a una altitud promedio de 150 m.s.n.m.

El acceso se realiza desde la ciudad de Lima mediante la carretera Panamericana

Norte hasta llegar a Huaral en una distancia de 82 km, desde donde se dirige a la

Unidad Minera por una vía que el tramo inicial esta asfaltada y el tramo final es

trocha carrozable de 11 Km.

4. GEOLOGIA REGIONAL Y LOCAL

En el área de la mina la secuencia volcánica de la formación Casma ha sido

diferenciado en tres horizontes.

Horizonte Superior.

Constituido por derrames volcánicos de composición andesítica y basáltica

paramagnética que varía de textura afanítica a porfirítica; y derrames de volcánicos

ácidos de composición riolítica a dacítica exenta de minerales metálica, su potencia

varía de 200 a 300 metros.

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Horizonte intermedio.

Este horizonte se halla constituido por dos fases: Al piso por limolitas tufáceas,

intercaladas con volcánicos félsicos de textura esquistosa. Hacia el techo se halla

compuesto por tufos y lodolitas con acreciones y brechas sedimentarias intruídas por

sills y diques de composición andesítica.

Esta fase presenta una fuerte sericitización y silicificación con contenidos de pirita y

mineralización de Cobre y Zinc diseminado, rellenando fracturas hacia la base, y

mineralización de Cobre, Plomo, Plata, Zinc y Bario formando lentes masivos hacia

el techo.

En este horizonte se encuentra la mayor concentración de mineralización económica

del área. Su potencia varía de O a 30 metros.

Horizonte inferior.

Constituido por volcánicos andesíticos argilizados y sericitizados de color gris

blanquecino a amarillento con contenidos de pirita diseminada. No se conoce su

potencia.

Estructuras Mineralizadas

María Teresa es considerado como un yacimiento de origen vulcanogénico formado

en ambientes marinos por exhalación volcánica. Por su ambiente geotectónico, por

sus características litológicas y ensamble mineralógico se le considera como un

depósito del tipo Kuroko.

Se presenta estructuras mineralizadas masivas y diseminadas en forma de lentes,

distribuidos en el horizonte intermedio de los volcánicos Casma y alineados con la

estructura regional (NW-SE).

Los cuerpos mineralizados presentan formas lenticulares alongadas siguiendo una

orientación definida N 40° - 50° W, con buzamientos de 40º a 85º. Presenta

potencias hasta de 50 m y longitudes hasta 200 m en dirección longitudinal. Los

cuerpos que actualmente se explotan en Mina 2 son: Ángela A, Ángela B, Carmen

Rosa, Magaly y Luz Angélica que está en proceso de reconocimiento con taladros

diamantinos.

5. CLASIFICACIONES GEOMECANICAS

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Las clasificaciones geomecánicas tienen por objeto caracterizar un determinado

macizo rocoso en función de una serie de parámetros a los que se les asigna un

cierto valor. Por medio de la clasificación geomecánica se llega a calcular un

índice característico de la roca, que permite describir cuantitativa o

cualitativamente la calidad de la misma.

Es una herramienta muy útil en el diseño y construcción de obras

subterráneas y dependerá de la habilidad y experiencia de los profesionales

comprometidos con el tema puedan utilizar estos sistemas de clasificación en su

unidad minera considerando las particularidades propias de cada unidad

tendiendo siempre a crear un sistema propio.

5.1 RMR – (ROCK MASS RATING)

Fue desarrollado por Z.T. Bieniawski durante los años 1972 al 1973, y ha sido

modificado en 1976 y 1979, en base a más de 300 casos reales de túneles,

cavernas, taludes y cimentaciones. Actualmente se usa la edición de 1989, que

coincide sustancialmente con la de 1979. Para determinar el índice RMR de calidad

de la roca se hace uso de los seis parámetros del terreno siguientes:

Parámetros utilizados para RMR:

• La resistencia a compresión simple de la roca.

• El RQD (Rock Quality Designation).

• El espaciamiento de las discontinuidades.

• El estado de las discontinuidades.

• La presencia de agua.

• La orientación de las discontinuidades.

El RMR se obtiene como suma de unas puntuaciones que corresponden a los

valores de cada uno de los seis parámetros enumerados. El valor del RMR oscila

entre 0 y 100, y es mayor cuanto mejor es la calidad de la roca.

5.2. GSI (Geological Strengh Index )

Es la determinación de la condicion cualitativa de los macizos rocosos (E. Hoeck 97)

y se asocia con el índice RMR (no se considera el factor de condición de agua ni la

corrección por orientación), para obtener la condición cuantitativa, parámetros

sencillos y fáciles de identificar en las excavaciones subterráneas.

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El índice geológico de resistencia (GSI) evalúa la calidad del macizo rocoso en

función del grado de fracturamiento y la condición de las discontinuidades asociadas

a la resistencia del macizo rocoso.

El grado de fracturamiento o la cantidad de fracturas por metro lineal se tipifica de

acuerdo a los siguientes conceptos.

Masiva (M): Menos de 2 fracturas en un metro (RQD 90-100%).

Levemente Fracturada (LF): de 2 a 6 fracturas en un metro (RQD 70-90%).

Moderadamente Fracturada (F): de 6 a 12 fracturas en un metro (RQD 50-

70%).

Muy Fracturada (MF): de 12 a 20 fracturas en un metro (RQD 25-50%).

Intensamente Fracturada (IF): con más de 20 fracturas en un metro (RQD 0-

25%).

Triturada y brechada en zonas de falla, sin RQD.

La condición de resistencia asociada a la resistencia de la masa rocosa, determinada

en forma muy sencilla y práctica con golpes de picota o su indentación o

disgregación de la misma se tipifica de acuerdo a los siguientes conceptos.

Muy Buena (MB), Extremadamente resistente: solo se astilla con golpes de

picota.

Buena (B), Muy resistente: se rompe con varios golpes de picota.

Regular (R), Resistente: se rompe con uno o dos golpes de picota.

Pobre (P), Pobre, moderadamente resistente: si indenta superficialmente con

la picota.

Muy Pobre (MP), Blanda a Muy Blanda: se indenta profundamente con golpe

de picota o se disgrega fácilmente.

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Page 5: Estudio Tabla Geomecanica

6. TABLAS PARA LA CLASIFICACION Y SOSTENIMIENTO

Muchos riesgos geotécnicos en la construcción de labores subterráneas son

consecuencia de las propiedades del macizo rocoso y las factores influyentes que

definen el comportamiento en una excavación. Estos se pueden prevenir

determinando los tipos de macizo rocoso de nuestra unidad minera y su relación con

el tiempo de autosoporte y el tipo de soporte a ser colocado.

Tabla de sostenimiento practico minero

La tabla se basa en el diseño de sostenimiento de túneles según el método Noruego

(NMT) y las experiencias obtenidas en las minas subterráneas del Perú,

incluyéndose además el uso de la madera.

La tabla correlaciona los índices de clasificación geomecánica (G.S.I , RMR y Q) y la

dimensión equivalente.

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Page 6: Estudio Tabla Geomecanica

De: Luz/ESR

Donde:

De: dimensión equivalente

Luz: ancho o alto de la labor

ESR: valor según tipo de labor

Las bandas de colores correspondientes están asociadas a diferentes tipos de

soporte y pueden ser acondicionadas de acuerdo a los elementos de sostenimiento

que tenga cada mina y modificadas según los factores influyentes que se presentan.

Tabla de autosoporte o tiempo de instalación

La descripción de las condiciones de la roca se hace tomando en cuenta las paredes

y techo en las labores de desarrollo y las cajas, falsas cajas y cuando son cuerpos

se considera las aberturas entre pilares, si la explotación es con cámara y pilares.

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Page 7: Estudio Tabla Geomecanica

METODOLOGIA DE APLICACION

3.4.3. GSI (Geological Strengh Index )

El índice geológico de resistencia (GSI) evalúa la calidad del macizo rocoso en

función del grado de fracturamiento y la condición de las discontinuidades asociadas

a la resistencia del macizo rocoso.

El grado de fracturamiento o la cantidad de fracturas por metro lineal se tipifica de

acuerdo a los siguientes conceptos.

• Masiva (M): Menos de 2 fracturas en un metro (RQD 90-100%).

• Levemente Fracturada (LF): de 2 a 6 fracturas en un metro (RQD 70-90%).

• Moderadamente Fracturada (F): de 6 a 12 fracturas en un metro (RQD 50-

70%).

• Muy Fracturada (MF): de 12 a 20 fracturas en un metro (RQD 25-50%).

• Intensamente Fracturada (IF): con más de 20 fracturas en un metro (RQD 0-

25%).

• Triturada y brechada en zonas de falla, sin RQD.

La condición de resistencia asociada a la resistencia de la masa rocosa, determinada

en forma muy sencilla y práctica con golpes de picota o su indentación o

disgregación de la misma se tipifica de acuerdo a los siguientes conceptos.

• Muy Buena (MB), Extremadamente resistente: solo se astilla con golpes de

picota.

• Buena (B), Muy resistente: se rompe con varios golpes de picota.

• Regular (R), Resistente: se rompe con uno o dos golpes de picota.

• Pobre (P), Pobre, moderadamente resistente: si indenta superficialmente con

la picota.

• Muy Pobre (MP), Blanda a Muy Blanda: se indenta profundamente con golpe

de picota o se disgrega fácilmente.

De acuerdo a los parámetros antes mencionados y al código de colores sugerido por

el OSINERGMIN se confeccionaron tablas geomecánicas para todas las secciones

de labor que se excavan, las mismas que permiten una evaluación inmediata por los

trabajadores de cada labor. Apéndice C.

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Page 8: Estudio Tabla Geomecanica

DISEÑO SOSTENIMIENTO

4.1. INTRODUCCION

El diseño de una labor subterránea debe de estar en función del tipo de terreno,

sección, nivel de seguridad deseado, etc. para luego diseñar y calcular el

sostenimiento necesario y estabilizar la labor. Es muy importante el seguimiento y la

caracterización geomecánica contínua del avance de la excavación, así como el

monitoreo de los tramos ya excavados, dicha información permitirá determinar las

deficiencias y /o excesos del sostenimiento instalado.

4.4. DISEÑO DE SOSTENIMIENTO

El objetivo principal del diseño de los sistemas de refuerzo para las excavaciones

subterráneas, es de ayudar al macizo rocoso a soportarse, es decir, está orientado a

controlar la “caída de rocas” evitando los riesgos de accidentes a personas, equipos

y pérdidas de materiales. Por lo cual el diseño de sostenimiento constituye una

preocupación primordial que debe ser considerada en la planificación de las labores

mineras.

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Page 9: Estudio Tabla Geomecanica

4.4.1. MÉTODOS DE ESTIMACION DE SOSTENIMIENTO

El cálculo del sostenimiento de una excavación subterránea se puede efectuar por

alguno de los siguientes métodos: analítico, numérico, empírico y observacional.

El método empírico proporciona una aproximación al sostenimiento que debe llevar

una excavación subterránea y pueden ser muy útil en macizos rocosos fracturados y

como medio de establecer las propiedades del macizo rocoso y los sostenimientos

requeridos. Para el presente trabajo se estimará el sostenimiento a partir de este

método.

4.4.2. MÉTODOS EMPÍRICOS DE ESTIMACIÓN DE SOSTENIMIENTO.

Los métodos empíricos para la estimación del sostenimiento se basan en las

clasificaciones RMR y Q. Se recuerda que el sostenimiento recomendado a partir de

las clasificaciones geomecánicas representan las condiciones medias del tramo

considerado y no tienen en cuenta posibles cambios bruscos locales de calidad de

roca.

Método por Sostenimiento Práctico Minero (RMR-Q-GSI).

La tabla se basa en el diseño de sostenimiento de túneles según el método Noruego

(NMT) y las experiencias obtenidas en las minas subterráneas del Perú (Vallejo

Cortés), incluyéndose además el uso de la madera. La tabla correlaciona los índices

de clasificación geomecánica (G.S.I, RMR y Q) y la dimensión equivalente (Fig. 05).

Datos de entrada:

Dimensión equivalente De = 2,5

Índice Q

Q min.= 0,06

Q máx.= 22,45

Se procede a plotearlos en la Fig. 05 y los resultados se muestran en el Cuadro

44.

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Page 10: Estudio Tabla Geomecanica

Fig. 05: Ploteo de datos de entrada y resultados

Cuadro 44: Sostenimiento según SPM y Q para labores Permanentes

Rangos

Q De Calidad SOSTENIMIENTO

4,10 - 22,45 2,5

Roca Media

(A) Sin soporte o perno ocacional

2,95 - 4,10 2,5

(B) Pernos sistemáticos espaciados a

1,50 x 1,50 metros.

0,94 - 2,95 2,5

Roca Mala

(C) Pernos sistemáticos espaciados a

1,20 x 1,20 metros.

0,33 - 0,94 2,5

(D) Pernos sistemáticos espaciados a 1,0

x 1,0 metros con malla de alambre.

0,18 - 0,33 2,5 Roca

Muy Mala

(E) Pernos sistemáticos espaciados a

1,0x1,0 metros y shotcrete sin fibra de 5

centímetros de espesor.

0,071 - 0,18 2,5

(F) Pernos sistemáticos espaciados a

1,0x1,0 metros y shotcrete con fibra de 5

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Page 11: Estudio Tabla Geomecanica

centímetros de espesor.

0,06 – 0,071 2,5

Roca

Extre. Mala

(G) Pernos sistemáticos espaciados

1,0x1,0 metros y shotcrete con fibra de

10 centímetros de espesor o cimbra

espaciado a 1,50 metros.

En base al cuadro 44 se hizo la correlación con la metodología RMR y se

obtiene el siguiente cuadro.

Cuadro 45: Sostenimiento para labores Permanentes

RANGOS

RMR TIPO ROCA SOSTENIMIENTO

61 - 80 BUENA (II) Auto soporte

51 - 60 REGULAR (III-A) Perno sistemático 1.5x1.5 m.

41 - 50 REGULAR (III-B) Perno sistemático 1.2 x 1.2 m.

31 - 40 MALA (IV-A) Perno 1x1 m con malla electrosoldada o

eslabonada galvanizada

20 – 30 MALA (IV-B) Perno 1x1 m y shotcrete sin fibra

15 - 20 MUY MALA (V) Pernos 1x1 m y shotcrete 5 cm de espesor

con fibra o cimbra espaciada 1.5 m.

Con el mismo procedimiento anterior se obtiene el sostenimiento para labores

temporales y tajos minados con el método corte y relleno, el sostenimiento de

los tajos minados con taladros largos estará en función al diseño determinado

con el Método Gráfico de Estabilidad.

Cuadro 46: Sostenimiento para labores Temporales

RANGOS

RMR TIPO ROCA SOSTENIMIENTO

61 - 80 BUENA (II) Auto soporte

51 - 60 REGULAR (III-A) Perno puntual

41 - 50 REGULAR (III-B) Perno sistemático 1.2 x 1.5 m.

31 – 40 MALA (IV-A) Perno 1x1 m con malla

electrosoldada o eslabonada

21 - 30 MALA (IV-B) Perno 1x1 m con shotcrete sin fibra

y 5 cm de espesor

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Page 12: Estudio Tabla Geomecanica

15 - 20 MUY MALA (V) Pernos 1x1 m con shotcrete 5 cm de

espesor con fibra

TABLA GEOMECANICA GSI

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Page 13: Estudio Tabla Geomecanica

CAPITULO V:

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. CONCLUSIONES

Los cuerpos mineralizados tienen como rocas encajonantes a rocas

limolíticas tufáceas, volcánicos félsicos y diques andesíticos pertenecientes a

la formación Casma.

Las estructuras mineralizadas presentan una mineralización masiva y

diseminada en forma de lentes alineados NW-SE.

La zona de estudio se ubica en la zona estructural Zona relativamente no

deformada.

El resultado del análisis de discontinuidades para las labores de avance es

como sigue:

o Nivel 170 Polvorín: 01 set principal (145º/59ºSW) y 02 sets aleatorios.

o Nivel 92 Refugio: 01 set principal (242º/68ºNW) y 02 sets aleatorios.

o Nivel 90 Crucero: 02 sets principales (49º/86ºSE y 142º/83ºNE) y

01 set aleatorio.

o Cuerpo Magaly: 01 set principal (332º/47ºNE) 02 set aleatorios.

o Rampa Angela B:01 set principal (250/85ºSW)

y 02 sets aleatorios.

o Rampa 100-07N: 01 set principal (143º/83º SW) y 02 sets

aleatorios.

o Galería 100-40N: 01 set principal (256º/83ºSE) y 02 set

aleatorios. 13

Page 14: Estudio Tabla Geomecanica

El análisis de estabilidad de diaclasas con el software UNWEDGE de las

diferentes estaciones de mapeo se muestra a continuación:

Nivel 170 Polvorín: Estable

Nivel 92 Refugio: sostenimiento con pernos de 7 pies.

Nivel 90 Crucero: Estable

Cuerpo Magaly: sostenimiento con cable bolting cementado.

Rampa Angela B: Estable

Rampa 100-07N: Estable

Galería 100-40N: Estable

En los niveles mapeados con metodología RMR se han encontrado calidades

de roca desde Muy Mala hasta Buena. Las calidades de roca están

dispuestas de manera paralela a sistemas de fracturas, fallas o contactos

litológicos potencia y longitud variable.

La estimación de la magnitud de las tensiones verticales, horizontales, el valor

medio de la razón de esfuerzos (K), esfuerzo máximo en el techo y hastiales

de la labor para diferentes profundidades se presenta a continuación.

Profundidad

(Z)

(m)

(K)

σV

(MPa)

σH

(MPa)

σmáx

Techo

(MPa)

σmáx

Hastiales

(MPa)

50 2,3 1,35 3,11 8,59 0,00

100 1,3 2,7 3,51 8,53 2,7

250 0,7 6,75 4,73 8,37 10,80

300 0,63 8,10 5,13 8,26 13,50

350 0,59 9,45 5,54 7,56 16,20

Los resultados promedio de una serie de métodos para obtener valores de

resistencia del macizo rocoso en la zona de estudio son los siguientes:

o Resistencia del macizo rocoso (σ1) = 69,64 Mpa.

o Resistencia a compresión del macizo rocoso (σcm )= 9,34 MPa.

o Resistencia a la tracción del macizo rocoso (σtm ) = 0,198 MPa.

La deformabilidad del macizo rocoso calculada y castigada es 7,73 GPa.

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Page 15: Estudio Tabla Geomecanica

Según el cálculo de aberturas máximas sin sostenimiento para labores

permanentes (sección 4x4 metros) se debe de colocar sostenimiento desde

rocas muy malas hasta regulares de valoración 49 RMR.

La abertura máxima con sostenimiento que puede soportar el macizo rocoso

para el cuerpo Magaly es de las siguientes dimensiones:

Ancho = 40 metros

Alto = 30 metros

Largo = 38 metros

La abertura máxima con sostenimiento que puede soportar el macizo rocoso

para el cuerpo Magaly Norte tajo 71-16N es de las siguientes dimensiones:

Ancho = 25 metros

Alto = 18 metros

Largo = 53 metros

La abertura máxima sin sostenimiento que puede soportar el macizo rocoso

para el cuerpo Carmen Rosa es de las siguientes dimensiones:

Ancho = 30 metros

Alto = 15 metros

Largo = 27 metros

La abertura máxima sin sostenimiento que puede soportar el macizo rocoso

para el cuerpo Ángela B tajo 48-45S (tajo 10) es de las siguientes

dimensiones:

Ancho = 20 metros

Alto = 30 metros

Largo = 23 metros

La abertura máxima sin sostenimiento que puede soportar el macizo rocoso

para el cuerpo Ángela B tajo 49-100 es de las siguientes dimensiones:

Ancho = 20 metros

Alto = 8 metros

Largo = 14.5 metros

5.2. RECOMENDACIONES

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Page 16: Estudio Tabla Geomecanica

Según los métodos para estimar sostenimiento y la respectiva correlación

entre clasificaciones geomecánicas el sostenimiento que se muestra en los

cuadros 25 y 26 es el que se recomienda por considerar diferentes elementos

de sostenimiento para cada rango de calidad de roca considerando también el

tipo de labor.

Se debe incrementar el número de muestras para los ensayos de mecánica

de rocas de la litología que compone el yacimiento.

Se debe actualizar permanentemente los mapeos geomecánicos con

metodologías RMR, Q y GSI según sea el tipo de labor subterránea.

Evitar la concentración de laboreos en un área reducida para evitar los

esfuerzos inducidos; los puentes y pilares deben ser diseñados y no

estimados.

Controlar el grado de afectación de la voladura hacia el macizo rocoso

utilizando el explosivo adecuado, distribución de carga en toda la columna,

taladros de alivio, etc. Monitorear el grado de afectación de la voladura

mediante equipos sismográficos.

Elaborar el modelo geomecánico del yacimiento que explota la empresa.

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Page 17: Estudio Tabla Geomecanica

BIBLIOGRAFIA

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Dana. Segunda Edición Barcelona. 653p. España.

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