22/08/2014
Curso de Hidrogeología Clase 1
Presen Presentad tado o por por:: Ing. Raúl Ortiz
1.
Importanci ancia a del agua.
2.
Hidrogeología y el Trabajo del Hidrogeólogo.
3.
Importanc ancia de la Hidrogeología en Minerí Minería. a.
4.
Impactos del Agua Subterránea en la Min Mina.
5.
Estudios Hidrogeológicos Típico Típ icos s en Minerí Minería. a.
6.
Preguntas Usuales en Minería con con Resp Respec ecto to al Agua Agua..
7.
Etapas para Tratar Problemas de Agua Agua en Mina Minas. s.
8.
Investigaciones de Campo en Hidrogeología.
Curso de Hidrogeología Clase 1
1. Importancia del Agua
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Importancia del Agua El agua es escasa
Volumen total de agua = 1,386 millones de Km
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Es una de las sustancias sustancias más difund difundida idas s y abu abunda ndante ntes s en la Tierra, ierra, siendo siendo el solvente universal. Aunque en la tierra, el agua cubre 3/4 de su superficie, sólo sólo el 3% es dulce. Además, de este 3%, sólo el 1% está en estado líquido y el otro 2% se encuentra en estado sólido (glaciares).
Importancia del Agua El
agua representa entre el 50 y el 90% de la masa de los seres vivos (aproximadamente el 75% del cuerpo humano es agua; en el caso de las algas, el porcentaje porcentaje ronda ronda el 90%). Por lo tanto, tanto, el agua es un elemento vital, ya que sin ella no sería posible la vida de los seres vivos (animales o plantas).
Despué Después s del oxígeno, oxígeno, el agu agua a es el factor factor más importante para la vida.
Se necesit necesita a una ingesta ingesta diaria diaria del 3% del peso peso corporal.
Consecuencias
El agua es vida ida
75%
de perder agua:
Perder
el 10% del agua corporal es situación de riesgo. Perde derr el 20% 20% del del agua agua corp corpor oral al llev lleva a a la Per muerte.
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Importancia del Agua El
crecimiento poblacional hará que se tenga mayor demanda de agua.
Para
el año 2017 cerca de 70% de la poblaci pob lación ón mun mundia diall ten tendrá drá proble problemas mas para acceder a agua dulce.
En el futuro se necesitará más agua que ahora
Para
el año 2025, aproximadamente el 40% 40% de la pobl poblac ació ión n podr podría ía vivi vivirr en regiones donde escasea el agua.
En aproxi aproximad madame amente nte dos décadas décadas,, casi la mitad de la población del mundo enfrentará una escasez grave de agua.
Mientras
la población se cuadriplicó en un sigl siglo, o, el cons consum umo o del del agua agua se mult mu ltip ipllicó icó por por 9 y los los consu onsumo mos s industriales por 40.
Importancia del Agua La usamos usamos en produc producir ir diversos diversos produ productos ctos (huella (huella híd hídrica rica)) La huella hídrica de un producto es el volu volume men n de agua agua dulce dulce utilizada para producir el bien o serv servic icio io,, me medi dida da en el luga lugarr donde se produjo el bien. Es la suma del agua utilizada utilizada en las distintas etapas de la cadena de prod produc ucci ción ón.. Tam ambi bién én se conoce conoce como como conteni contenido do virtua virtuall de agua.
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Importancia del Agua Le damos diversos usos (doméstico, industrial, agricultura, ganadería, energía, recreativo)
Importancia del Agua Disponibilidad y Usos de Agua en Perú
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Importancia del Agua
Debemos conservar el agua, es decir, debemos mantener el agua con su cantidad y calidad original.
El
agua que nosotros cuidamos, va a ser para nuestros hijos, para los hijos de nuestros hijos y para todos.
Hay que utilizar solo la que necesitemos y sobre todo, debemos evitar contaminarla.
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2. Hidrogeología y el Trabajo del Hidrogeólogo
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Definición de Hidrogeología La hidrogeología es la ciencia, parte de la geología, que estudia el agua subterránea y su interacción con el medio geológico.
Mina Antamina - Perú
Mina Huarón - Perú
Trabajo del Hidrogeólogo
Sitios Laborales: compañías mineras y de energía (para suministrar el agua que se requiere o quizás para removerla de donde es indeseable), industria, organizaciones de consultoría privada y agencias gubernamentales.
Perfil: entrenamiento en geología, hidrología, química, matemáticas y física, mecánica de fluidos y flujo a través del medio poroso, así como en computación.
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Trabajo del Hidrogeólogo
Estudios típicos: Resolver problemas que involucran:
Abastecimiento de subterránea (cantidad). del Contaminación subterránea (calidad).
agua agua
Misión: Solucionar problemas y tomar decisiones.
Identificar un problema. Definir los datos que se necesitan. Diseñar un programa de campo para colectar datos. alternativas para Proponer solucionar problemas. Implementar la solución preferida.
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3. Importancia de la Hidrogeología en Minería
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Importancia de la Hidrogeología en Minería Los estudios hidrogeológicos brindan información de gran valor para una mina durante todas sus fases: exploración, pre-factibilidad, factibilidad, diseño, desarrollo, operación y el cierre. Estos estudios se realizan con la finalidad de:
Planificar el desarrollo de la mina.
Optimizar la gestión de los recursos hídricos.
Evaluar las condiciones de línea base del agua subterránea en el área de la mina y determinar los recursos disponibles. En muchos casos el agua subterránea es la única fuente potencial de agua.
Determinar potenciales impactos en los recursos hídricos subterráneos debido a las operaciones mineras (tajos, labores subterráneas, relaves, botaderos, pads de lixiviación, pozos de bombeo, pozos de drenaje, planta, grifo, campamento, etc.).
Importancia de la Hidrogeología en Minería Viene de la diapositiva anterior…..
Tomar decisiones (decidir si será conveniente proceder con la siguiente fase de desarrollo o no).
Reducir la posibilidad de que ocurran fallas en la infraestructura (botaderos, depósitos de relaves, labores mineras, zonas urbanas) o el terreno.
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Ubica Reservas Disponibles de Agua Subterránea Permite
ubicar reservas disponibles de agua subterránea para diversos usos y evaluar cuánta agua es posible extraer sin impactar en forma importante los acuíferos, ecosistemas o usuarios que existen en los alrededores.
Optimiza la Gestión de los Recursos Hídricos Conociendo la hidrogeología en la zona de la mina, se puede evaluar el uso del agua subterránea en forma permanente o temporal. Por ejemplo, podrían utilizarse las aguas superficiales en épocas de lluvias y las aguas subterráneas en época seca (luego que los acuíferos se hayan recargado con las lluvias).
Estación Seca >10 l/s
Jumasha Superior (poco cárstico)
Jumasha Medio (caliza cárstica)
Estación de lluvias >40 l/s
Jumasha Superior (poco cárstico)
Jumasha Medio (caliza cárstica)
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Identifica Riesgos de Contaminación Conociendo
cómo fluye el agua subterránea, dónde se ubican los recursos y que usos actuales tiene, se pueden identificar riesgos de contaminación y planificar cómo se puede proteger el recurso.
El
sistema de flujo del agua subterránea es una ruta común de los contaminantes que migran desde sitios de disposición (botaderos, relaves, rellenos sanitarios, etc.).
Pozo Potable
Pozos
Acuífero Costero
Pronostica Probables Impactos en Recursos Hídricos Conociendo el sistema hidrogeológico local tendremos forma de predecir qué impactos tendrá cualquier actividad en nuestros recursos hídricos subterráneos, tanto en cantidad como en calidad.
Predicción del cono de descenso al final de proyecto minero en Argentina
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Identifica Origen de Recarga de Aguas Subterráneas
Evita Afectar Poblaciones Cercanas Permite caracterizar el sistema hidrogeológico de los recursos hídricos subterráneos utilizados por zonas rurales o urbanas, de tal manera que se tomen medidas para que los usuarios existentes no sean afectados por el desarrollo del proyecto minero.
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Prepara Modelos Hidroquímicos Los modelos hidroquímicos permiten cálculos tales como el resultado de mezclas de aguas que interactúan con un medio sólido de determinada composición mineralógica, con el que se establece equilibrio químico, o cambios en la química del agua a lo largo de un recorrido con condiciones variables de temperatura, aportes externos y con la mineralogía ambiental.
Reduce Posibilidad de Fallas en la Infraestructura o el Terreno Las propiedades mecánicas de las rocas y suelos frecuentemente están controladas por su contenido de agua, por lo que cualquier cambio en las condiciones del agua subterránea puede tener efectos negativos o desastrosos (a veces) en las estabilidad de taludes, túneles, presas, edificios y otras estructuras. Mina Grasberg, Freeport, Indonesia
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Reduce Posibilidad de Fallas en la Infraestructura o el Terreno
Nixa, Missouri, USA (Hundimiento Cárstico)
Valle de Camargo, Cantabria, España (Hundimiento Cárstico)
Reduce Posibilidad de Fallas en la Infraestructura o el Terreno ciudad de México se bombea un caudal próximo a 10 m 3 /s de una capa muy permeable de más de 50 m de espesor que subyace a una capa de limos arcillosos muy poco permeables que son los que experimentan consolidación. Así se han experimentado subsidencia superiores a 10 m en el último siglo.
En
La
consolidación no es reversible, si se vuelve a las condiciones iniciales (se detiene el bombeo), el terreno rebota pero sólo unos milímetros (aprox. un décimo de la consolidación).
Cuanto
mayor sea el espesor de suelo más tarda en consolidar y cuanto menor sea la conductividad hidráulica mayor es el tiempo necesario para consolidar. A veces la subsidencia es muy lenta (decenas a centenares de años) como es el caso de Venecia.
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Reduce Posibilidad de Fallas en la Infraestructura o el Terreno
Subsidencia en Ciudad de México por exceso de explotación del acuífero
Reduce Posibilidad de Fallas en la Infraestructura o el Terreno
Hundimiento de Venecia por exceso de explotación del acuífero
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Reduce Posibilidad de Fallas en la Infraestructura o el Terreno Licuefacción de arenas saturadas. Si el terremoto se prolonga el terreno deja de ser sólido para pasar a comportarse como un fluido, de modo que no es capaz de soportar ninguna estructura. Terremotos : San Francisco (1989) y Niigata (1964).
Reduce Posibilidad de Fallas en la Infraestructura o el Terreno
El ascenso de niveles de agua puede afectar a estructuras que fueron diseñadas en períodos en los que los niveles estaban más bajos, y probablemente construidos sin pensar que los niveles podrían un día alcanzar la altura que actualmente tienen.
En
Barcelona las extracciones de agua para el uso industrial se incrementó a partir de los principios del siglo XX y llegaron a un máximo de 60 a 70 m3 /año en los años 70, ocasionando un descenso del nivel freático hasta más de 15 m en algunas zonas. A partir de los años 70 el bombeo se redujo, por lo que los niveles se empezaron a recuperar.
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Reduce Posibilidad de Fallas en la Infraestructura o el Terreno Una
parte importante de la red del metro y varios de los actuales edificios de Barcelona fueron construidos durante los años 1952 – 1975, coincidiendo con el periodo de máximo descenso.
En
esta época, ningún diseñador ni constructor pudo prevenir que los niveles de agua subterránea pudieran recuperar su nivel inicial.
En
la actualidad la red de metro tiene problemas de filtración en varias zonas, que obliga a bombear aproximadamente 10 – 15 millones de m3 al año desde el interior del túnel del metro.
Reduce Posibilidad de Fallas en la Infraestructura o el Terreno
La eliminación de las sales de los poros del suelo causa una gran pérdida de resistencia del suelo.
Deslizamiento en Canadá
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Reduce Posibilidad de Fallas en la Infraestructura o el Terreno
La presión del agua reduce la estabilidad del talud, disminuyendo la resistencia al corte en determinadas superficies.
La presión del agua en grietas de tracción, reduce la estabilidad por el incremento de la presión intersticial, favoreciendo el deslizamiento.
Mina Grasberg, Freeport, Indonesia
Reduce Posibilidad de Fallas en la Infraestructura o el Terreno
Tajo Atalaya, Mina Río Tinto, España
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Reduce Posibilidad de Fallas en la Infraestructura o el Terreno
Botadero Fallado
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4. Impactos del Agua Subterránea en la Mina
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Impactos del Agua Subterránea en la Mina
Fenómenos de inestabilidad del terreno y de taludes debidos a las aguas subterráneas.
Filtraciones y flujos de lodo en minas subterráneas.
Costos directos de drenaje (pozos, bombas, tubería, energía).
Necesidad de explosivos a prueba de agua.
Elevados costos en el mantenimiento de equipos de mina (llantas).
Costos de ingeniería (personal especializado y consultores)
Mina Huarón, Perú
Impactos del Drenaje de Mina
Descenso del nivel freático
Minado del agua subterránea.
Incremento de la altura de bombeo, por lo que el costo del bombeo aumenta.
Reducción de flujo en los manantiales y del flujo base en las corrientes.
Percepción pública.
Cambio en el patrón de flujo del agua subterránea suministrando nuevas rutas al agua subterránea a través de las labores mineras y galerías de drenaje. Así como cambio de ubicación de los límites hidrogeológicos.
La subsidencia ocasionada por las labores mineras subterráneas puede abrir fallas y fisuras, lo cuál incrementará la permeabilidad a escala local.
Proyecto Poracota, Perú
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Impactos de Formación de Lagos en Tajos
Desarrollo de condiciones para la formación de agua ácida, incrementándose la concentración de metales. Los metales provienen de las paredes del tajo.
Pérdida continua por evaporación del agua subterránea a través de la superficie del lago formado en el tajo.
Mina Berkley, Montana (USA)
Incremento gradual de la salinidad y del contenido de metales debido a concentración de sales por evaporación.
Impactos de Formación de Lagos en Tajos
Probable contaminación de recursos hídricos subterráneos y superficiales aguas abajo del tajo.
Probable envenenamiento crónico de animales salvajes y domésticos.
Creación de hábitat para vida acuática donde la calidad del agua lo permite.
Capacidad de almacenamiento de agua para el control de avenidas.
Creación de oportunidades recreación acuática.
de
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5. Estudios Hidrogeológicos Típicos en Minería
Estudios Hidrogeológicos Típicos en Minería
Infraestructura: botaderos, depósitos de relaves, túneles, tajos.
Abastecimiento subterránea.
Drenaje de la mina.
de
agua
Gestión de recursos hídricos subterráneos.
Componente hidrogeológica de estudios de impacto ambiental, de línea base, de cierre y geotécnicos.
Evaluación de contaminación y remediación de acuíferos.
Depósito de relaves en Antamina
Depósito de relaves en Huanzalá (Modelo en SEEP/W)
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6. Preguntas Usuales en Minería con Respecto al Agua
¿Qué Aspectos Sobre Recursos Hídricos se Deben Considerar para el Desarrollo de una Mina?
Los tipos, volúmenes y calidad del agua que se tienen en los recursos hídricos existentes en el área.
Usos actuales y probables usos futuros de los recursos hídricos.
Tendencias históricas en la cantidad y calidad de los recursos hídricos.
Sensibilidad de los recursos hídricos a la demanda o a la contaminación.
La demanda en la mina.
Evaluación de contaminación y remediación de acuíferos.
La forma de extracción del agua en la mina.
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¿Qué Aspectos Sobre Recursos Hídricos se Deben Considerar para el Desarrollo de una Mina?
Potenciales efectos en el régimen hídrico en la región debido al desarrollo de la mina.
Costo del agua: es función de la cantidad disponible y la corrección de la calidad que ésta precise (tratamiento).
Derechos de agua a respetar (importante en presencia de comunidades en la zona o si se quiere tomar agua de otras cuencas cercanas).
Consideraciones sociales comunidades en la zona).
Legislación y restricciones ambientales.
(importante
en
presencia
de
¿Qué Factores se Deben Considerar en el Cálculo del Consumo de Agua en una Mina?
El consumo de agua de una mina depende principalmente del tamaño de la operación (toneladas procesadas por día), del tipo de proceso del mineral, del tipo de extracción (tajo abierto o subterráneo), su posición respecto a la superficie freática, las diversas operaciones (ej. control de polvo), el clima, el volumen de agua recuperado y los requerimientos diarios de los empleados.
En la mayoría de las operaciones mineras, una parte del agua usada para procesar la roca se recupera de la laguna que se forma en el depósito de relaves.
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¿Qué Fuentes de Agua se Podrían Utilizar en una Operación Minera?
Las fuentes de agua para una operación minera varían, pueden ser cuerpos de agua superficiales (ríos o lagunas) o pueden ser aguas subterráneas (acuíferos).
En algunos casos se pueden utilizar ambos, por ejemplo podrían utilizarse las aguas superficiales en épocas de lluvias y las aguas subterráneas en época seca (luego que los acuíferos se hayan recargado con las lluvias).
¿Qué Impactos Ocasiona la Exploración Minera en los Recursos Hídricos Subterráneos?
Normalmente, un programa de exploración bien manejado debería tener un impacto mínimo en los recursos hídricos existentes. Cuando se realizan exploraciones mineras, normalmente los trabajos que más potencial tienen de afectar a las aguas subterráneas y superficiales son las perforaciones y las labores de exploración subterráneas.
Estos factores deben ser adecuadamente manejados para asegurarse que sólo se tenga un impacto mínimo y de ser posible no se tenga impacto alguno en los usuarios de agua en los alrededores o en el ambiente receptor.
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¿Qué Impactos Ocasiona la Exploración Minera en los Recursos Hídricos Subterráneos?
Perforaciones: Cuando se perfora en los alrededores de pozos abastecedores de agua subterránea, se debe minimizar el uso de aditivos de perforación, tales como grasa para las tuberías de perforación y se debe utilizar agua de buena calidad para perforar, pues de lo contrario se estaría introduciendo agua de mala calidad al acuífero. Si se encontraran pozos artesianos fluyentes, estos deberían ser sellados en superficie para evitar que se pierdan recursos hídricos.
¿Qué Impactos Ocasiona la Exploración Minera en los Recursos Hídricos Subterráneos?
Labores de exploración subterráneas:
El descenso del nivel freático podría reducir el flujo de los manantiales ubicados en el radio de influencia de estas labores. La alteración del sistema de flujo del agua subterránea suministra nuevas rutas de flujo vía las labores mineras. Podría ocurrir la subsidencia/colapso del terreno. Se podría presentar drenaje ácido de roca o la presencia de ciertos metales provenientes del cuerpo mineral, por lo que en este caso no sería adecuado descargar esta agua al ambiente sin tratamiento previo.
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¿Qué Impactos Tiene el Descargar Efluentes en Corrientes?
Cambios en la calidad del agua de la corriente receptora (química, temperatura, turbidez).
Erosión del canal por donde se desplaza la corriente receptora.
Impactos en la ecología acuática en la corriente receptora.
Posible transferencia de agua entre cuencas.
Reducción de la capacidad de almacenar agua de la corriente receptora.
Percepción pública.
Acumulación de finos en canales, zanjas y reservorios conectados con la corriente receptora.
¿Cómo se Puede Minimizar la Competencia por Recursos Hídricos en Zonas Rurales o Urbanas?
En algunos casos, las minas se ubican lo suficientemente lejos de áreas urbanas de tal manera que no se tienen ningún conflicto por el uso del agua.
En áreas rurales sí puede presentarse algo de competencia por los recursos hídricos, sin embargo, en la mayoría de los casos esto puede ser manejado de tal manera que usuarios existentes no sean afectados.
Una mina puede minimizar su uso del agua a través de un manejo cuidadoso del agua. Por ejemplo, en varios casos, la mina puede utilizar para sus operaciones el agua superficial y el agua subterránea que ingresa a las minas superficiales o subterráneas, o el agua recuperada de la laguna formada en el depósito de relaves.
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¿Qué Aspectos Ambientales se Deben Tener en Cuenta?
Los impactos del drenaje de agua de mina en la calidad y cantidad de los recursos hídricos en la zona.
La pérdida de recursos hídricos.
La sobre explotación de acuíferos, produciendo el descenso del nivel freático.
Alteración del balance hídrico natural.
La forma de disposición de efluentes mineros y de agua de drenaje de mina.
¿Qué Aspectos Ambientales se Deben Tener en Cuenta?
La formación de lagunas en los tajos. Filtraciones de depósitos de relaves, pilas de lixiviación y botaderos.
Los impactos en los derechos de uso del agua.
La probable contaminación por las operaciones (derrames de hidrocarburos, talleres, fugas en tuberías, etc.).
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7. Etapas para Tratar Problemas de Aguas en Minas
Etapas para Tratar Problemas de Aguas en Minas 1. Definir el problema. 2. Desarrollar un modelo hidrogeológico conceptual. Unidades
hidrogeológicas (distribución espacial y propiedades hidráulicas). Rasgos hidrogeológicos importantes (diques, fallas, zonas de fracturas, etc.). Condiciones de borde. Esfuerzos hidráulicos (recarga, bombeo, drenaje de mina). Cambios en niveles freáticos. 3. Construir el modelo 3D. Construir
la malla 3D. Asignar condiciones de borde. Asignar propiedades hidráulicas.
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Etapas para Tratar Problemas de Aguas en Minas 4. Calibrar el modelo (coincidencia entre los resultados del modelo y los flujos y niveles de agua medidos): Régimen
uniforme: condiciones pre-minado. Régimen variable: condiciones de esfuerzos de minado (datos históricos y plan de minado).
5. Ejecutar el modelo en modo predictivo:
Simular el futuro plan de la mina. Calcular flujos, niveles de agua e impactos ambientales. Simular diferentes planes de drenaje. 6. Implementar un programa de monitoreo para medir niveles de agua y flujos. 7. Periódicamente recalibrar y actualizar el modelo con nuevos datos.
Etapas para Tratar Problemas de Aguas en Minas
Siempre se debe trabajar en equipo: geología, geotecnia, medio ambiente, planeamiento y operaciones.
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8. Investigaciones de Campo en Hidrogeología
Investigaciones de Campo en Hidrogeología
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Investigaciones de Campo en Hidrogeología
Investigaciones de Campo en Hidrogeología Falla
HC-2
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Investigaciones de Campo en Hidrogeología
Investigaciones de Campo en Hidrogeología
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Investigaciones de Campo en Hidrogeología
Investigaciones de Campo en Hidrogeología
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