hoycapitulo iii de geologia estructural

7/21/2019 HoyCapitulo III de Geologia Estructural

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CURSO : GEOLOGIA

ESTRUCTURAL


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Capitulo III. DEFORMACIONES

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3.1 DEFORMACIONES DE LAS ROCAS

3.2 CAUSAS DE LAS DEFORMACIONES

3.3 FACTORES DE LAS DEFORMACIONES

3.4 EFECTOS DE LAS DEFORMACIONES

3.5 PRINCIPALES DEFORMACIONES


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DEFORMACION DE LAS ROCAS

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DEFORMACION DE LAS ROCAS

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3. DEFORMACIONES

DEFINICIONDE ESFUERZO: Es la cantidadde fuerza que acta sobre una unidad de roca

para cambiar su forma o volumen o ambas

cosas. .


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3. DEFORMACIONES

DEFINICIONES DE ESFUERZO:

Envolvente de Mohr (Mohr envelope):Es la

lnea que es tangente a los crculos de Mohr,

representando unas condiciones de esfuerzosen el momento de falla para una material dado.

Esfuerzo (stress):Es la fuerza por unidad de

rea que acta sobre una masa de suelo. Esfuerzo desviador (deviator stress): La

diferencia entre los esfuerzos principales

(mayor y menor) en el ensayo triaxial.


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DEFINICIONES

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DEFINICIONES

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Esfuerzo efectivo (effective stress): Es el

promedio de la fuerza normal por unidad de rea

transmitida de grano a grano en una masa de suelo.

Esfuerzo normal (normal stress): es lacomponente del esfuerzo perpendicular al plano de

actuacin.

Esfuerzo principal (principal stress):uno de los

tres esfuerzos normales que actan perpendiculares

entre si y donde el esfuerzo de corte es igual a

cero.


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DEFINICIONES

Esfuerzos compresivos (compressive stress):Es

el esfuerzo normal que tiende a acortar un cuerpo

en la direccin en la cual l acta.

Esfuerzos principales (normal stress):

Esfuerzos que actan perpendicularmente a tres

planos perpendiculares entre si. Se distinguen por

lo tanto tres esfuerzos principales: Esfuerzoprincipal mayor, esfuerzo principal menor y

esfuerzo principal intermedio.

est hundido unos 31m.9


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3. DEFORMACIONES


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DEFINICION DE DEFORMACION

Deformacin (strain):es la relacin entre

el cambio en la longitud por unidad de

longitud en una direccin dada. El esfuerzo causa deformacin.

Esta puede ser dilatacin; que es un cambio

de volumen. Distorsin que es un cambio de forma o

ambas.13


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DEFINICION DE DEFORMACION

Cuando hay un cambio en la presin de

confinamiento un cuerpo istropo es decir, un

cuerpo cuyas propiedades mecnicas son iguales

en todas direcciones variara de volumen pero no

de forma.

Con un aumento de la presin de confinamiento,

el volumen del cuerpo decrece y la dilatacin es

negativa. Con una decreciente presin de confinamiento, el

volumen del cuerpo aumenta y la dilatacin es

positiva.

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EJEMPLO DE DEFORMACION EN ROCAS

El granito tiene una compresibilidad mayor

que el gabro y la diabasa, es decir, por cada

unidad que aumenta la presin de

confinamiento, el granito sufre una

disminucin de volumen mayor que el

gabro y la diabasa; es decir, por cada

unidad que aumenta la presin deconfinamiento, el granito sufre una

disminucin de volumen mayor que el

gabro y la diabasa.15


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EJEMPLO DE DEFORMACION

La accin de fuerzas dirigidas produce

distorsin, Por ejemplo, una varilla de

acero de 10cm de longitud, con una

seccin transversal de 6.25centimetroscuadrados, se sujeta a una tensin.

Una tensin de 9.000 kilogramos estira la

barra 0,0175 centmetros. El esfuerzo es de1.440 kilogramos por centmetro cuadrado,

y la deformacin es de 0,00175 centmetro

por centmetro.16


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ETAPAS DE DEFORMACION

Si se somete un cuerpo a fuerzas dirigidas, pasageneralmente a travs de 3 etapas de

deformacin. Al principio, la deformacin es

elstica; es decir, si se retira el esfuerzo, el

cuerpo retorna a su tamao y forma originales. Hay siempre un esfuerzo extremo, llamado el

limite de elasticidad; si este es excedido, el

cuerpo no retorna a su forma original y la tercera

es laruptura.

Debajo del limite de elasticidad, la deformacin

obedece a la ley de Hooke, que dice que la

deformacin es proporcional al esfuerzo.17


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CAUSAS DE LAS DEFORMACIONES

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FACTORES DE LAS DEFORMACIONES

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FACTORES DE LAS DEFORMACIONES

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Ejemplo aplicativo

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Excavaciones subterrneas:

mtodos de diseo GeomecnicoContenidos:

Introduccin a criterios geomecnicos en el diseo deexcavaciones

Resistencia macizo rocoso (repaso)

Esfuerzos in-situEsfuerzos inducidos por excavaciones

Soluciones analticas

Etapas diseo geomecnico


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GEOTECNIA MINERA UNIVERSIDAD DE CHILEPgina 41

Etapas diseo geomecnicoCaracterizacin

geomecnica

Modelo mina

Diseo

Implementacin

Comportamiento macizoMonitoreo

Back anlisis

Procesod

e

anlisisen

ingeniera

de

rocas


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Pgina 42

Criterios de diseo subterrneos

Esfuerzos

Estructural

Cuantificar eldao y disearsoporte


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Resistencia macizo


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Proceso de Escalamiento

UCS

Lab Caracterizacin del

Macizo Rocoso

Resistencia del

Macizo Rocoso?

i i d i


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Resistencia de Macizo Rocoso(Hoek and Brown, 1980)


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Modelos Constitutivos Macizo Rocoso

A mayorconfinamiento: La resistencia mxima

aumenta De frgil a dctil,

comportamientoplstico

La resistencia residual

aumentaconsiderablemente

Ensayos triaxiales en Marble Tenessee,

Wawersik and Fairhurst, 1970


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Pgina 47

Resistencia de Macizo Rocoso

Criterio de Hoek andBrown (1980, 1995)

a

cibci sm

'

3'

3

'

1

ci

28

100exp

GSImm ib

5.0

9

100exp

a

GSIs

20065.0

0

GSIa

s

GSI >=25 GSI


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Pgina 48

Efecto de Escalamiento de Resistenciade Macizo Rocoso

Criterio de Hoek and Brownpara granito de la mina Lacdu Bonnet basado enresistencia de laboratorio,post falla y iniciacin defractura basado enmonitoreo ssmico

Martin, 1994 The progressive fracture of Lac

DuBonnet Granite , Int. J. Rock Mech. Min. Sci.

31 643-59

Determinaci n e constantes e


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Pgina 49

Determinaci n e constantes eMohr Coulomb

13

1

313

n

13

3

( )n

Balmer (1952)

1

3

3

1

313

1

1

)(21

a

c

a

b

cb

am

m

Esfuerzo normal

Esfuerzo de corte

Derivando

H-B

GSI > 25, a=0.5

GSI < 25, s=0

Determinaci n e constantes e


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Pgina 50

Determinaci n e constantes eMohr Coulomb

sen

ccm

1

cos2

Resistencia compresin uniaxial del macizo

Valores de c, son sensible a eleccin de 3


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Pgina 51

Ejemplo

sig3 sig1 ds1/ds3 sign tau signtau signsq

0.10 14 22.5 0.7 2.9 2.1 0.5

0.20 17 19.9 1.0 3.5 3.4 1.0

0.39 20 20.9 1.3 4.1 5.3 1.7

0.78 26 15.1 2.3 6.1 14.2 5.5

1.56 35 10.9 4.4 9.2 40.2 19.0

3.13 49 8.0 8.2 14.3 116.9 66.8

6.25 70 6.0 15.3 22.2 340.2 235.1

12.50 101 4.5 28.6 34.2 976.9 817.1

a

ci

bci sm

'

3'

3

'

1

ci

28

100exp

GSImm ib

5.0

9

100exp

a

GSI

s

20065.0

0GSI

a

s

GSI >=25 GSI


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Pgina 52

Ejemplo de calculoy = 1.1266x + 3.3619

R2= 0.9869

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

-5.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0

esfuerzo normal (Mpa)

esfu

erzodecorte(Mpa)

Serie1

Lineal (Serie1)

c 3.4 Mpatanfi 48 UCS (macizo) 17.71 Mpa

Ejercicio: calcule las ctes de M-C con parmetros GSI

50, mi=19, sci= 60 MPa


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Pgina 53

Algunas Relaciones de Inters Mdulo de

elasticidad delmacizo rocoso enfuncin de losndice de calidad

de macizo rocoso

ngu o e Fracturamiento y


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ngu o e Fracturamiento yEsfuerzo Principal

Relacin entre lamagnitud del esfuerzoprincipal y el ngulode fracturamiento

Esta relacin permiteentender el modo defalla Macizo rocoso

Estructura El Angulo de mayor

debilidad se produceen:

2

45

Falla en

macizo

rocoso

P anos e racturamiento vs


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Pgina 55

P anos e racturamiento vsEsfuerzo Deviatorico

El esfuerzo deviatoricocomo factor causal dela falla para diferentesniveles de

confinamiento Donath, 1972 McLamore and Gray,

1967


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Esfuerzos in-situ & inducidos


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Pgina 57

Definiciones

Esfuerzos in situ existen antes de lasexcavaciones.

Esfuerzos inducidos son los que resultanpor la existencia de la excavacin (es).


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Pgina 58

Expresiones analticas

Solucin de Kirsch en el contorno de la


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Solucin de Kirsch en el contorno de laexcavacin

B

A

A

B

2cos)1(21 KKp

KpB 3

13 KpA


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Pgina 60

Ejemplo de Kirsch

Se impone lacondicin de

resistencia 16 MPa ala compresin ci =1-3 =-26, 26

Se impone condicinde resistencia a latraccin to=0 =79, 101

2cos)1(21 KKp

2,

5

2,5 Mpa


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Pgina 61

Zonas de falla y dao

Ref: Martin (1997)


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Efecto de varias excavaciones

Se suman los esfuerzos inducidos de cada excavacin


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Pgina 63

Dao y sismicidad

Se utiliza un modelonumrico para estimarcontornos de esfuerzo

Se grafica el esfuerzo

deviatorico Se compara con una

envolvente de falla del

sistema minero ci Lo ltimo se obtiene

con microsismica


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Pgina 64

Efecto de varias excavaciones

Se suman los esfuerzos inducidos de cada excavacin


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Formacin y tipos de rocas

Roca


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Agregado natural

cohesionado deminerales y otras

partculas.

Las rocas son el

producto final de la

evolucin de

sistemas fsico-

qumicosdesarrollados por

actividad geolgica

exgena o endgena.

Roca

Textura de una roca


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Conjunto de caractersticas geomtricas, determinadas por el

grado de cristalinidad, granularidad, forma de los cristales y

relaciones mutuas entre ellos.

La textura depende bsicamente del proceso de formacin. Su

estudio proporciona informacin sobre condiciones de

formacin.

Rocas gneas


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NM

Dique

Sill

Lacolito

Rocas gneas

Intrusivas / volcnicas

Intrusivo

Profundidad de formacin y afloramientos


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NM


Rocas gneas intrusivas


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Rocas gneas intrusivas

Rocas gneas volcnicas


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ocas g eas vo c cas

Roca

piroclstica

Lava


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Estimacin del


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porcentaje de los

diferentes minerales.

Diagrama deROCA EXTRUSIVACAMPO ROCAINTRUSIVA


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clasificacin de rocas

gneas

ROCA EXTRUSIVA

cuarzolita

cuarzo riolita

riolita alcalina

riolita

dacita

dacita

cuarzo traquita alcalina

cuarzo traquita

cuarzo latita

cuarzo lati andesita / basalto

cuarzo andesita / basalto

traquita alcalina

traquita

latita

lati andesita/ basalto

andesita / basalto

CAMPO ROCAINTRUSIVA

1a CUARZOLITA

1b CUARZO GRANITO

2 GRANITO ALCALINO

3 GRANITO

4 GRANODIORITA

5 TONALITA

6* CUARZO SIENITAALCALINA

7* CUARZO SIENITA

8* CUARZO MONZONITA

9* CUARZO MONZO DIORITA / GABRO

10* CUARZO DIORITA / GABRO

6 SIENITAALCALINA

7 SIENITA

8 M ONZONITA

9 M ON ZO D IORI TA / GA BRO

1 0 D IORI TA / GA BRO

Q

PA

M < 90

1a

1b

10*9*8*7*6*

ba

5432

90 90

60 60

20 20

5 5109876

Nomenclatura de rocas piroclsticas


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p

Fischer & Schmincke, 1984

Blo ques/ Bom bas(> 64 m m)

Ceniza

(< 2 m m )

Lapi l l i

(2- 64 m m)

Brechap i roc lst ica

Tuf o - br echa

Tuf o deLapi l l i

Tuf o d eCeniza

Vidrio

Tuf ov i t reo

Fragmentos

de roca

Fr agm ent os de

cr ist ales

Tuf o d ec r i s t a les

Tuf ol t ico


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Rocas metamrficas


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Principio


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La presin dirigida origina disolucin parcialen puntos de mxima presin litosttica.

El material disuelto se moviliza localmente

sobre los bordes de los granos y precipita enzonas de menor presin. Esto da origen a

contactos cncavo-convexo, cementacin ydisminucin de la porosidad.

Al sellarse los poros, la superficie de

con tact o en tr e grano s aum enta y d econtinuar el incremento de presin dirigida

el efecto de la disolucin ser mayor. Encondiciones metamrficas, algunos minera-

les se transforman.

Los nuevos minerales se desarrollan uno acontinuacin del otro en direccin perpendi-

cular a la de la presin formndose as texturasesquistosas.

Principio

de Riecke


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Rocas sedimentarias


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www.fosil.cl

CUENCASEDIMENTARIA

BATOLITO CUENCASEDIMENTARIA

TERRENOMETAMRFICO

i


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FOSA

NMM

SEDIMENTARIA

100 km

ROCA

IGNEA

ROCA

METAMORFICA

ROCA

SEDI M ENT ARIA

MAGMAFUSI ON CRI STALI ZACION

TRANSPORTE Y

SEDIM ENT ACIONEROSION

METAMORFISMO

DI AGENESI S

El ciclo de las rocas


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CONDICIONES DEFORMACIN

DEL YACIMIENTO

SINGULARIDADESDE LOS MINERALES

TEXTURADE LA ROCA

INTERPRETACINDE LAS CONDICIONES

DE FORMACIN

ESTUDIODE LOS MINERALES

Y LA TEXTURA


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OBSERVACIONES

INTERPRETACINRAZONAMIENTO

CONOCIMIENTOSTERICOS

Roca de textura fanertica

hipidiomrfica, constituida

por ortosa, cuarzo,

plagioclasas y hornblenda.

Tipo de roca: Granito

Roca intrusiva, formada a

temperatura de alrededor de

900C durante la ltimas

etapas de la diferenciacin

magmtica.

Observaciones:

Polvo fino de vidrio volcnico


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Polvo fino de vidrio volcnico,

finos cristales de biotita, cuarzo

y fragmentos lticos.

Conocimientos:

Los procesos volcnicos

explosivos generan depsitosde polvo fino de vidrio

volcnico, con cristales y

fragmentos de cristales y de

rocas.

Interpretaciones:

Enfriamiento rpido de una

fusin magmtica.

Observaciones:

Cristales de grano grueso de


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Cristales de grano grueso de

ortosa, cuarzo, plagioclasas, biotita

y hornblenda, con textura

hipidiomrfica.

Conocimientos:

El enfriamiento de un plutn eslento y genera rocas de textu-ras

fanerticas e hipidiomrficas

formadas por cuarzo, ortosa,

plagioclasas y minerales mficos.

Interpretaciones:

Enfriamiento lento de una fusin

magmtica.

Observaciones:


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Cantos rodados de diferente

naturaleza litolgica, cementados

por cristales de calcita y pocamatriz arenosa.

Conocimientos:

Con el transporte los sedimentos

chocan entre si y se redondean

cada vez ms.

Interpretaciones:

Roca sedimentara clstica,

transporte moderado.

Conglomerado.


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En resumen:

Qu es una roca?


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Agregado natural cohesionado de minerales y otras partculas.

Las rocas son el producto final de la evolucin de sistemasfsico-qumicos desarrollados por actividad geolgica exgena

o endgena.

Proceso natural de miles a millones de aos


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Elementos

y molculas

en solucin

Formacinde minerales

Rocas

Proceso natural de miles a millones de aos


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Elementos

y molculas

en solucin

Formacinde minerales

Yacimientos

Importancia de las rocas


102/108

- Informacin sobre condiciones de formacin



103/108

- Informacin sobre

relacin entre diferentesunidades geolgicas.



104/108

- Gua de exploracin de yacimientos metlicos.

Intrusivos granodiorticos para prfidos de Cu

Brechas volcnicas para epitermales aurferos



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- Materia prima industrial

Doloma, caliza

Calizas

Arcillas



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- Rocas ornamentales

Granito, basalto,

travertino, caliza, mrmol


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La tierra corresponde a un geoide y est representada por un

elipsoide achatado ligeramente, aplanada en los polos y abultada enel Ecuador. Un dimetro en el Ecuador 12683km y 12640km, sucircunferencia de 39840km, el rea de su superficie esaproximadamente de 804000000km2. (70% cubierta por agua), elvolumen aproximado es de 1024 billones de km3 y su masa es de6500 trillones de toneladas.

SISTEMA SOLAR


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SISTEMA SOLAR

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