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ESTUDIO DE LA AMPLIFICACIN SSMICA EN VILLA MARINI - GODOY

CRUZ MENDOZA.

Eduardo Oscar. Silva a, ngel Rubn Galucci a, Dante Sebastin Panella a, Gustavo Giacchini a, Elio J. L. Minola b

a CeReDeTec. Facultad Regional Mendoza. UTN, Rodrguez 273, 5500 Ciudad Mendoza, Argentina

silvaeo@hotmail.com; argallucci@gmail.com; spanella@frm.utn.edu.ar; ggioacchini@frm.utn.edu.ar

b Docente Ctedra Geotopografa. Facultad Regional Mendoza. UTN, Rodrguez 273, 5500 Ciudad Mendoza, Argentina

elminola@yahoo.com.ar

Resumen: Como consecuencia de la deteccin de anomalas en el registro instrumental en la estacin permanente de sismos naturales y del comportamiento edilicio de la zona de Villa Marini, Godoy Cruz, Mendoza en ocasin del fuerte sismo ocurrido el 26 de enero de 1985, donde la intensidad en el sitio mencionado super el grado VIII en la Escala de Mercalli Modificada, nace la necesidad de investigar sobre las posibles causas que generan esas anomalas, analizndolas tanto desde el punto de vista cualitativo como cuantitativo mediante la obtencin de valores instrumentales de registros de sismos naturales, aplicacin de exploracin geofsica, estudios de perforaciones profundas, estudios de suelos, acuferos, etc. En el trabajo se describen una serie de aspectos de inters del proyecto, tales como: Introduccin a la problemtica; Objetivos principal y secundario; Fundamentacin del estudio; Principios bsicos de la gravimetra, como mtodo geofsico utilizado; Estado actual del conocimiento en el tema en la zona; Metodologa utilizada; Concrecin de trabajo interdisciplinario; Avances en las actividades del estudio; Contribucin al avance del conocimiento cientfico y/o tecnolgico y al desarrollo socio econmico del Gran Mendoza. Finalmente se enumeran algunas de las Conclusiones y Aportes logrados hasta el presente.

Palabras Clave: Intensidad ssmica, Atenuacin de la aceleracin, gravimetra.

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ESTUDIO DE LA AMPLIFICACIN SSMICA EN VILLA MARINI - GODOY CRUZ MENDOZA.

INTRODUCCIN

La zona norte de la Provincia de Mendoza est caracterizada, fundamentalmente, por la ocurrencia de sismos superficiales (h < 20 km) y someros (20 < h < 70 km) y con menor frecuencia y menos peligrosos existen sismos intermedios (h > 70 km) [12]. Estos sismos se caracterizan, entre otros aspectos, por la corta duracin de la parte principal, altos niveles de aceleracin y cambios bruscos de intensidad con la distancia [5] [9] [11] [13]. En principio y si la tierra fuera homognea e istropa, cuando se produce un sismo, la energa por l liberada debera ir atenundose uniformemente con la distancia y puntos equidistantes del foco deberan tener la misma intensidad ssmica siguiendo una cierta ley de atenuacin. [1], [8] En la prctica esto no ocurre y existen zonas de amplificacin o atenuacin segn las condiciones puntuales de la geologa, del terreno superficial, de la profundidad de la napa fretica, de la radiacin de ondas desde el foco, etc. En algunos casos estas particularidades se conocen y es posible, en base a la sismicidad histrica e instrumental [4] [6] [8] [10], determinar zonas donde se esperan, por ejemplo, licuefacciones importantes en el terreno con el correspondiente incremento de intensidad o presencia de suelos con comportamiento ssmico desfavorable o topografa capaz de amplificar o atenuar los efectos de un sismo importante [4], [5] [8]. En este caso particular la situacin es diferente ya que no existe a simple vista una razn valedera para que se produzca una amplificacin sistemtica de las acciones ssmicas en la zona, independientemente de la ubicacin geogrfica de la fuente ssmica superficial o somera. El proyecto se enfoca al estudio de la zona del Distrito de Villa Marini, departamento Godoy Cruz, delimitado por los siguientes lmites: Norte: Zanjn Maure; Este: Vas del Ex Ferrocarril Trasandino; Sur: Calles Cipolletti - Salvador Civit; Oeste: Corredor del Oeste

OBJETIVOS

Objetivo principal: Determinar las causas geolgicas o debidas a condiciones del subsuelo que provocan la amplificacin sistemtica de las acciones ssmicas en el sitio. Objetivo secundario: En caso de lograr el principal, o confirmando las hiptesis de amplificacin si no se determinaran fehacientemente las causas, redactar las conclusiones y recomendaciones para las urbanizaciones y construcciones que se efecten en la zona. Transferir las mismas a las autoridades provinciales, municipales y sanitarias a los efectos que sean necesarios

FUNDAMENTACIN

Con la utilizacin de instrumentos de registro ssmicos de avanzada tecnologa, ha sido posible detectar experimentalmente esa anomala. Esto se confirma en las siguientes razones:

Razn 1: Todos los acelermetros que conforman la red que opera el rea Sismicidad del

CEREDETEC (Centro Regional de Desarrollos Tecnolgicos para la Construccin, Sismologia e Ingeniera Ssmica) tienen idnticos umbrales de arranque y mientras algunos arrancan o no frente a un evento menor, el instalado en el hipermercado Libertad se dispara con mayor frecuencia. (Fig. 1)

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SISMOS REGISTRADOS EN PERIODO AO 2002-2006

UTN18 Sismos

LIBERTAD48 Sismos

0

10

20

30

40

50

60

ESTACIONES DE ACELEROMETROSSI

SMO

S R

EGIS

TRA

DO

S

ESTACION DE ACELEROMETROS UTNESTACION DE ACELEROMETROS LIBERTAD

Fig. 1 Diferencia entre el nmero de registros obtenidos en los emplazamientos de Villa Marini Libertad (barra derecha) y en la Facultad Regional Mendoza (barra izquierda)

Razn 2: Existen registros que despus se comprueba son sismos naturales que se obtienen slo en ese emplazamiento.

Razn 3: En los sismos importantes ocurridos el 23 de agosto de 2005 y 5 de agosto de

2006 las aceleraciones mximas obtenidas en el acelermetro instalado en la Facultad Regional Mendoza alcanzaron: 0,169 g y 0,105 g mientras que en el Hipermercado los valores fueron 0,446 g y 0,343 g, con amplificaciones de 2,64 y 3,27 respectivamente . (Fig. 2) [14]

COMPARACION DE PICOS DE ACELERACION

02/07/02

24/09/02

27/05/03 20/06/03 17/03/0418/05/04 01/06/04 20/07/04 08/12/04 19/05/05

23/08/05

09/05/06

05/08/06

17/09/06 24/09/06

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

0,500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15SISMOS REGISTRADOS EN AMBAS ESTACIONES

AC

ELER

AC

ION

ES M

AXI

MA

S (g

)

ESTACION DE ACELEROMETROS UTNESTACION DE ACELEROMETROS LIBERTAD

Fig. 2 Diferencia entre los picos mximos de aceleracin obtenidos en los emplazamientos de Villa Marini Libertad (barra derecha) y en la Facultad Regional Mendoza (barra

izquierda). Los dos conjuntos mayores corresponden a los eventos ocurridos el 23 de agosto de 2005 (izquierdo) y 5 de agosto de 2006 (derecho)

Razn 4: En caso de eventos significativos, como el ocurrido el 5 de agosto de 2006, las rplicas registradas en esa zona son considerablemente ms numerosas que las registradas en la Facultad Regional Mendoza. (Fig. 3)

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COMPARACIN DE NMERO DE REPLICAS REGISTRADAS EN LOS ACELERMETROS EMPLAZADOS EN EL HIPERMERCADO LIBERTAD Y EN LA U.T.N. HASTA DICIEMBRE DE 2006

UTN2 Rplicas

LIBERTAD28 Rplicas

0

5

10

15

20

25

30

ESTACIONES DE ACELEROMETROS

REP

LIC

AS

RE

GIS

TRA

DAS

ESTACION DE ACELEROMETROS UTNESTACION DE ACELEROMETROS LIBERTAD

Fig. 3 Sismo del 5 de agosto de 2006. Diferencia entre el nmero de rplicas registradas en los

emplazamientos de Villa Marini - Libertad (barra derecha) y en la Facultad Regional Mendoza (barra izquierda).

Razn 5: El 26 de enero de 1985 se produjo un sismo importante que afect al Gran

Mendoza con una intensidad VI [10]. Existieron zonas donde la intensidad alcanz el grado VII y en la zona que se desea investigar la intensidad super el grado VIII con muy importantes daos que afectaron edificios prioritarios, como el Hospital del Carmen y una gran cantidad de viviendas donde prcticamente existieron manzanas enteras que sufrieron colapsos totales o parciales y que debieron ser demolidas [6] [10] [14], [15].

Razn 6: Los antecedentes anteriores sumados a los numerosos sismos menores que por

razones de espacio no es posible especificar, determinan claramente el efecto puntual detallado y que ameritan esta investigacin.

Razn 7: Evidentemente existe en el subsuelo de la zona alguna condicin desconocida

hasta el momento que provoca esa amplificacin. Se puede deber a varios motivos como ser: - Presencia de alguna formacin geolgica inestable - Presencia de una cuenca rellena con material de comportamiento indeseable frente al

sismo - Presencia de algn acufero desconocido

Para tratar de conocer las causas es necesario, entre otras acciones, la exploracin geofsica y dentro de ella se propuso la exploracin gravimtrica Mediante determinaciones en cuatro perfiles en el sentido este oeste y dos en el sentido norte - sur y determinaciones en perfiles perifricos a la zona en estudio. Se lograr una determinacin gravimtrica en la zona que pueda aportar datos sobre la geologa y la constitucin litolgica del subsuelo. (Fig. 4)

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Fig. 4. Perfiles donde se efectuaron determinaciones gravimtricas en la zona en estudio

PRINCIPIOS BSICOS DE LA GRAVIMETRA

La gravimetra es un mtodo muy importante en la bsqueda de depsitos minerales y deteccin de basamento. Principio: El mtodo aprovecha las diferencias de la gravedad en distintos sectores [3]. La gravitacin es la aceleracin (m/s) de un objeto qu esta cayendo a la superficie. La gravitacin normal (promedio) en la tierra es 9,80665 m/s. (Fig. 5)

Fig. 5 Principio bsico de un gravmetro. Gravitacin normal (izquierda) y aumentada

(derecha) Grandes cuerpos mineralizados o estructuras de mayor densidad pueden aumentar la gravitacin en una regin determinada porque rocas de mayor densidad aumentan la aceleracin. (Fig. 6 a y b)

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Fig. 6 a Esquema aplicado a la deteccin de una estructura geolgica

Fig. 6 b Esquema aplicado a la deteccin de un cuerpo mineralizado

ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO EN EL TEMA

Desconocido en la zona bajo estudio. En la microzonificacin ssmica del Gran Mendoza, efectuada por el INPRES en 1989 no se llega al detalle ni explica lo sucedido en Villa Marini el 26 de enero de 1985 [4] [5] [9] En la bibliografa consultada para la formulacin del proyecto existen importantes evidencias sobre el comportamiento diferencial del terreno cuando existen potentes estratos, donde segn la constitucin de los mismos, la amplificacin y duracin del sismo, sufre amplificaciones mayores a 2 [8]. (Fig. 7)

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Fig. 7 Acelerogramas de un mismo terremoto obtenido a 37 m de profundidad en arena densa

(abajo) y en limo en superficie (arriba) En las IX ACHISINA (2005), se present [13] un nuevo fenmeno descubierto recientemente en los acelerogramas. Este es la respuesta del suelo que vibra bajo sus propias condiciones dinmicas luego de haber sido excitado por el terremoto, apareciendo como un grupo importantes de ondas posteriores a las principales. Este fenmeno, desconocido por nosotros, se registr el 23 de agosto de 2005 slo en los acelerogramas obtenidos en el Hipermercado Libertad de Villa Marini (Fig. 8).

Fig. 8 Acelerograma donde muestra vibracin propia del terreno (crculo)

METODOLOGA

La metodologa consiste en: 1. Bsqueda de informacin cartogrfica antigua donde se muestre el relieve y uso del

suelo en la primera mitad del siglo XX o anterior si lo hubiera. En ella se busca encontrar datos sobre uso del suelo, del relieve original y de la posibilidad de existencia de cauces aluvionales o paleocauces.

2. Bsqueda de fotografas areas antiguas y recientes de la zona en estudio para determinar su evolucin.

3. Recopilacin periodstica o de otra naturaleza de datos y daos soportados por la edificacin de la zona en diferentes sismos intensos. Con esta informacin se pretende reconstruir los efectos de la sismicidad histrica en el sitio en sismos importantes como el de 1903, 1917, 1920, 1927, 1929 y 1985

4. Recopilacin de informacin geolgica local, al sur y al norte del zanjn Maure. En el sismo del 26 de enero de 1985 este cauce marc un lmite notable de la intensidad. Al sur del cauce la intensidad super el grado VIII, mientras que al norte la intensidad disminuy a VII en menos de 100 metros.

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5. Recopilacin sobre perforaciones de ms de 50 m que pudieran haberse efectuado al norte y al sur del cauce mencionado con su correspondiente perfil estatigrfico y profundidad de la napa fretica.

6. Registro de sismos naturales al sur e inmediatamente al norte del zanjn Maure mediante la instalacin temporaria de un acelermetro digital en proximidad de la margen izquierda del cauce. Se espera que en 23 meses de registro simultaneo de sismos sensibles naturales se confirme o no, lo que se est observando desde el punto de registro emplazado en la Facultad Regional Mendoza.

7. Trabajos de exploracin geofsica a uno y otro lado del Zanjn Maure, mediante mtodos gravimtricos. Fundamentalmente se efectuarn cuatro perfiles en el sentido este - oeste y uno en el sentido norte sur en el rea comprendida por: limite norte: Zanjn Maure; limite sur calle Salvador Civit - Cipolletti; lmite oeste: Corredor del Oeste; lmite este: vas del ex Ferrocarril Transandino y puntos perifricos al rea en estudio. Con esta tarea se podr conocer mejor la forma del basamento litolgico y la posible litologa existente de la zona en estudio.

8. De acuerdo a los resultados de las mediciones geofsicas existe la posibilidad de efectuar perforaciones experimentales para la verificacin de los mismos.

9. Anlisis de resultados obtenidos 10. Redaccin de conclusiones 11. Transferencia de resultados

TRABAJO INTERDISCIPLINARIO

La falta de pedido de equipamiento, que generalmente traba la concrecin de los proyectos, hace que sea una oportunidad nica de realizarlo. La Ctedra de Geotopografa ejecut la nivelacin superficial concordante con los puntos donde se efectuaron las determinaciones gravimtricas, necesaria para efectuar las correcciones de esa exploracin. La colaboracin conseguida de la empresa de exploracin minera Quantec Geoscience South America y de Miles Rideout (Senior Geophisicist), permite efectuar un trabajo indito en Mendoza y cuyo resultados pueden ser muy trascendentes para futuros trabajos similares dentro de la planificacin urbana del Gran Mendoza y el uso racional del suelo, tema actual en discusin y de gran proyeccin a futuro.

AVANCES EN LAS ACTIVIDADES DEL PROYECTO

Se instal en octubre de 2007 un acelermetro SSA-2 en el domicilio del Ing. Eduardo Silva situado a escasos metros de la margen izquierda del Zanjn Maure, es decir inmediatamente al norte de la zona en estudio. Los parmetros de funcionamiento de este equipo son exactamente los mismos que el acelermetro SSA-2 propiedad del CEREDETEC, instalado en la Facultad Regional Mendoza y el del acelermetro Etna instalado en el Supermercado Libertad. De esta forma se puede contar con registros digitales comparables de estaciones ubicadas en distintos emplazamientos. En los emplazamientos de acelermetros se realizan peridicamente revisin, mantenimiento y control permanente de los instrumentos, cuidando especialmente por la importancia para el proyecto, los instalados en Hipermercado Libertad, proximidades del Zanjn Maure (Silva) y CEREDETEC. Pudiendo realizar el Anlisis Comparativo Sistemtico, mediante medicin instrumental de parmetros de sismos naturales..

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Se ha podido realizar anlisis de los valores de picos de aceleraciones mximas obtenidas en los emplazamientos de Libertad, margen norte del Zanjn Maure y CEREDETEC, de alrededor de 150 eventos. Se obtuvo la cartografa de inters en diferentes reparticiones Direccin de Catastro de la Provincia, IADIZA (Instituto Argentino de Investigaciones de Zonas ridas), SEGEMAR (Servicio Geolgico Minero Argentino)

o Hoja 3369-16-3, CARTA TOPOGRFICA DE LA REPBLICA ARGENTINA MENDOZA MENDOZA, levantada en los aos 1920, 1921, 1922, 1925 y 1943, Escala 1:50000, edicin 1945. (Fig. 8)

o Mosaico fotogrfico D3SE Esc. 1:50000 tomada en 1963 para el Plan Cordillerano. o Hoja geolgica 3369 II Mendoza Esc. 1:250000 o Carta peligrosidad geolgica 3369 II Mendoza Esc. 1:250000 o Relevamiento aerofotogramtrico efectuado en 1960, aproximadamente, por Spartan

Air Service donde se muestra la zona de Villa Marini en escala 1:50000. Se obtuvieron datos de una perforacin de importancia en la esquina sur este de la interseccin de calles Paso de los Andes y Juan A. Maza Villa Marini Godoy Cruz. Se obtuvieron datos y fotografas: (Fig. 9), dicha obra fue contratada por ECOGAS.

o La profundidad de perforacin alcanz los 100 metros. o Se sacaban muestras del material extrado y salvo la parte superficial que responda a

materiales ms finos, el resto responde a material granular.

Fig. 8 Cartografa MENDOZA, levantada en los aos 1920, 1921, 1922, 1925 y 1943, Escala 1:50000, edicin 1945

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Fig. 9 Proteccin catdica en perforacin para ECOGAS Se ha efectuado la exploracin gravimtrica en campaa en los perfiles seleccionados, acompaado por un estudio de nivelacin de los puntos elegidos, para corregir los resultados de la gravimetria, dentro de las indicaciones dadas por Quantec Geoscience Argentina S.A. Los puntos utilizados en las mediciones debieron ser balizados, a fin de preservarlos para futuros trabajos de investigacin topogrfica, geolgica o geofsica que pudieran surgir en el desarrollo del proyecto o a futuro. Se determinaron los periodos de vibracin del terreno en puntos coincidentes con los perfiles donde se efectuaron determinaciones gravimtricas en Villa Marini (Fig. 10).

Fig. 10 Registro de ondas para determinacin de periodos

Se efectu una inspeccin ocular en la zona pedemontana ubicada al oeste del emprendimiento urbanstico Palmares Valley, para el reconocimiento de aspectos geolgicos de inters aplicables al proyecto 25J/061, tales como reconocimiento de fallamientos, afloramientos y perforaciones profundas. Se est recabando informacin en: Aguas y Saneamientos Mendoza, Ecogas, Municipalidad de Godoy Cruz, Departamento General de Irrigacin, Instituto Nacional del Agua y el Ambiente. En ese sentido se van logrando:

o Avances en la recopilacin de informacin sobre perforaciones de ms de 50 m de profundidad que pudieran haberse efectuado al norte y al sur del Zanjn Maure con su correspondiente perfil estratigrfico y profundidad de la napa fretica si se ha informado.

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o Contina la bsqueda de informacin cartogrfica antigua de la zona de Villa Marini donde se muestre el relieve y uso del suelo en la primera mitad del siglo XX o anterior si lo hubiera. Con ella se pretende encontrar datos sobre uso del suelo, del relieve original y de la posibilidad de existencia de cauces aluvionales o paleocauces.

o Contina la bsqueda de antecedentes sobre artculos relacionados a la amplificacin ssmica en terrenos similares al caso en estudio objeto del presente proyecto.

o Contina la recopilacin de estudios de suelos realizados en la zona.

CONTRIBUCIN AL AVANCE DEL CONOCIMIENTO CIENTFICO Y/O TECNOLGICO Y AL DESARROLLO SOCIO ECONMICO

Es importante haber localizado una zona donde se amplifican sistemticamente las acciones ssmicas provenientes de la sismicidad local dentro de un rea de territorio densamente poblada y con la existencia de edificios pblicos (hospital, escuelas) y comerciales importantes (un hipermercado, dos supermercados), numeroso comercio minorista, una iglesia catlica y cientos de viviendas.

Este trabajo, indito en Mendoza, permitir la formacin de la totalidad del recurso humano interviniente en el proyecto, que tiene especial importancia en el conocimiento de anomalas en la determinacin de curvas de atenuacin ssmica local.

Este trabajo tendr relevancia para la planificacin y el desarrollo urbano a futuro de la zona. Sus conclusiones debern ser tenidas en cuenta por las autoridades del Departamento de Godoy Cruz al detentar el poder de polica de la construccin y ejecutores de la planificacin; por la Direccin Provincial de Defensa Civil, en el mejoramiento de la planificacin de la emergencia ssmica y coordinacin de tareas de auxilio post sismo; por la Obra Social de Empleados Pblicos, que tiene emplazado en la zona el Hospital del Carmen y por el Ministerio de Seguridad, que tiene sus principales dependencias en ese lugar.

Las conclusiones se transferirn a las autoridades encargadas de la planificacin urbana, de quienes detenten el poder de polica de la construccin, a las autoridades sanitarias y a la Direccin Provincial de Defensa Civil.

CONCLUSIONES

Queda demostrada la importancia de contar con una red suficientemente densa de instrumental ssmico que permita detectar anomalas en curvas de atenuacin de intensidad ssmica de notable importancia en el desarrollo urbano y la ingeniera civil. En base a la informacin instrumental recogida desde 2007 y aos anteriores, se

confirman plenamente las hiptesis planteadas en la formulacin del proyecto en lo referido a sismos locales. Aunque se trata de un caso puntual, es inusual registrar, en el transcurso de la duracin

del proyecto, el mayor terremoto ocurrido en Sud Amrica en los ltimos 50 aos. Si bien no debe generalizarse, existen conclusiones importantes que debern verificarse a futuro en cuanto el comportamiento de la zona en estudio frente a terremotos lejanos de gran magnitud. Se han utilizado tecnologas innovadoras con instrumental de ltima generacin. Se

aplicaron mtodos geofsicos por primera vez en la zona para este tipo de estudio, utilizando un gravmetro Lacaste Romberg modelo G470, con el cual se miden las variaciones de densidad que permite interpretar las presencia de estructuras del subsuelo, Adems se utilizaron acelermetros digitales marca Kinemetrics, para medir periodos superficiales de suelo y registrar sismos naturales, con una velocidad de 200 muestras / segundos.

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Se ha logrado el trabajo mancomunado entre la empresa privada y la Universidad, aportando a la labor de investigacin aspectos interdisciplinarios por parte de profesionales especializados. Del desarrollo del trabajo, se desprende que planificando adecuadamente la instalacin

de instrumental de registro ssmico es factible explorar otras zonas con caractersticas geolgicas similares, donde puedan ocurrir fenmenos de amplificacin ssmica. En base a los resultados que se van obteniendo se hacen necesario la redaccin y la

transferencia de recomendaciones sobre el uso del suelo en la zona, para la posterior planificacin urbana.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece especialmente a las autoridades de la Facultad Regional Mendoza y al Departamento de Ingeniera Civil por el apoyo a este trabajo Se reconoce la colaboracin prestada para la preparacin y concrecin de este trabajo a los becarios alumnos de la Facultad Regional Mendoza - CEREDETEC Cerutti, Alvaro Jos, Molina, Rene Patricia y Pedro Neira

REFERENCIAS

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