clase02_2014_i exploracion y desarrollo

F.Grimaldo / Abril 2014

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniera Geolgica Minera y Metalrgica

Escuela Profesional de Ingeniera de Minas

MI 115 Mtodos de Explotacin Subterrnea

Ciclo 2014_I

PROGRAMAS DE EXPLORACION Y DESARROLLO

Por: Francisco Grimaldo





Ciclo 2014_I

EXPLORACION DE MINERAL

Las etapas de prospeccin y exploracin tienen largos periodos de

inversin con altos riesgos de fallar. Sin embargo, son necesarios

hacerlas para asegurar el futuro de una operacin minera.

Hemos visto en la clase de las etapas del proceso minero que una

operacin minera es soportada por el esfuerzo conjunto de gelogos,

ingenieros de proyectos, geoqumicos, mineros, metalurgistas,

qumicos, abogados, y otros profesionales; que conducen a la decisin

de convertir o no un yacimiento en mina.

Este proceso puede tener etapas de aceptacin y retroceso, declinar,

abandonar o redescubrir y desarrollar la operacin, siendo esto funcin

del cambio de muchas variables econmicas, sociales, legales,

tecnolgicas, mejor conocimiento geolgico, etc.





Ciclo 2014_I

OBJETIVO DE LA EXPLORACION

El objetivo principal de la exploracin es encontrar depsitos de

mineral econmicos que incrementen el valor de la compaa a los

accionistas a base de un concepto de continuidad operativa.

Para una empresa minera establecida el objetivo de la exploracin es

descubrir o adquirir nuevas reservas y recursos minerales para

prolongar o incrementar la produccin o la vida de la mina.

En el caso de empresas individuales o de exploracin (juniors) el

objetivo puede ser buscar un deposito para la venta, o ingresar a un

joint venture con una empresa de operacin mas grande.





Ciclo 2014_I

Es difcil clasificar los yacimientos, ya que sabemos que un yacimiento es

diferente uno de otro, pero es necesario clasificarlos ya que ello nos permitir

seleccionar los mtodos y hacer un modelo del diseo de la mina, as como una

razonable secuencia de explotacin, base fundamental de la planificacin

minera.

Desde un punto de vista morfolgico, esto es de la forma del yacimiento y no de

su tamao o situacin espacial, estos yacimientos mineros pueden ser

clasificados por sus caractersticas geomtricas en:

Isomtricos, montaosos y masivos

Sedimentarios. Horizontes o capas

Columnares, filonianos, verticales y profundos

Complejos. Escamas tectnicas.

Varios. Estructuras intermedias de las anteriores y especialmente los

criaderos aleatorios del tipo stockworks

CLASIFICACION DE YACIMIENTOS Y PROGRAMAS DE DESARROLLO





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Isomtricos Son aquellos depsitos masivos con unas dimensiones ms o menos del mismo orden, similares, en todas las direcciones, con unos elevados potenciales

de recursos. Son los casos de las grandes reservas como las minas de hierro,

depsitos de bauxita, etc. En general se caracterizan por ser minerales muy

abundantes en la corteza terrestre y que aflorando o casi permiten una gran

explotacin con larga vida y bajos costos.

Se podran incluir entre ellos los grandes yacimientos de minerales metlicos con

muy bajas leyes como los de cobre, piritas, zinc en formas de stockworks, que

citaremos tambin entre los aleatorios.





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Sedimentarios : Horizontes o capas: Son los depsitos preferentemente extendidos

en dos de las dimensiones, y en el sentido normal una extensin o potencia mucho

ms reducida, aunque se llegaran a sumar todas las capas u horizontes

mineralizados, lo que en general supone unos ms limitados recursos.

Son los casos de los yacimientos de carbn, fosfatos, sales, bauxita, etc.,

generalmente con unas estructuras producto de una sedimentacin tranquila y regular,

aunque posteriormente hayan sido deformados por la tectnica. Se suelen clasificar

en funcin de la inclinacin de los buzamientos en horizontales, inclinados a favor de

ladera o en contra de la ladera, lo cual es muy importante a la hora del desarrollo y

explotacin minera..





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Columnares: filonianos son aquellos depsitos que se extienden preferentemente en

una sola direccin, generalmente verticales o muy inclinados y en el sentido normal

tienen una potencia limitada y una corrida extensa, y con un limitado volumen de

recursos.

Son los casos de los filones de metales preciosos, de rocas industriales y de algunos

minerales metlicos muy ricos, con una mayor o menor potencia.

Generalmente son formaciones de tipo gneo o hidrotermal y con una tectnica muy

accidentada. Han perdido parte de su importancia, no por su agotamiento en

profundidad, sino por su difcil mecanizacin, que los ha sustituido por otros depsitos

en los que se puede aplicar mtodos ms mecanizados, aunque las leyes de los

yacimientos sean mucho ms bajas.





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Complejos, cuando el depsito tiene unas dislocaciones o fallas geolgicas que lo doblan con

sinclinales y anticlinales sucesivos y que, evidentemente, se pueden dar en los anteriores,

pero que fundamentalmente van a complicar la exploracin, la evaluacin de los recursos y

posteriormente la explotacin y su planificacin.

Sin embargo cada da son ms abundantes, aunque solo fuera porque su complejidad

fueron abandonados o no considerados viable en pocas anteriores y por tanto tienen un

importante futuro.

Estructuras intermedias de las anteriores, como las lentes o escamas, los filones, doblados,

fallados o tectnicamente complicados e incluso invertidos.

Existe una muy variada representacin entre combustibles, metales o minerales

industriales de estructuras cada vez ms difciles y complejas con unas gnesis mixtas de

hidrotermalismo, tectnica y metamorfismo.





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CLASIFICACION CON RESPECTO A SU RELACION CON LA SUPERFICIE

Superficial o aflorante que han sido los ms abundantes hasta el siglo pasado e

incluso actualmente dan lugar al gran uso del mtodo a tajo abierto.

Yacimientos en ladera, tpico de las cuencas carbonferas donde la complicada

tectnica los hizo aflorar.

Yacimientos bajo el agua, que vendrn a ser el reto minero en el siglo XXI por la

explotacin en el fondo del mar y de lagos. Se han explotado hace tiempo, pero a poca

profundidad, como es el caso de los aluviones de metales preciosos, graveras o

diamantes

A su vez y en relacin con el relieve topogrfico, estos yacimientos pueden clasificarse

o subdividirse en:

1) Llanos

2) Inclinados en colina

3) Montaosos

4) Bajo el agua (aluvial y submarina)





Ciclo 2014_I

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La relacin entre la superficie topogrfica y la morfologa del depsito determina la

forma de exploracin, el desarrollo, el mtodo de explotacin minera y las posibilidades

de una mayor o menor mecanizacin. La posicin relativa entre el depsito mineral y la

superficie en cuanto a su profundidad permite clasificar los depsitos en:

Yacimientos superficiales, que afloran o que estn a una profundidad pequea

(hasta 50/100 m). Puede definirse como minera superficial. Son los casos de la

mayora de las canteras.

Yacimientos profundos, que aflorando o no, se extienden, para la mayor parte de sus

reservas, a profundidades superiores a los 100 m y que pueden hasta los 1 000 m. Es

la denominada minera a cielo abierto.

En el caso del Per, algunos yacimientos de este tipo han sido explotados con

mtodos subterrneos.

Para profundidades superiores y hasta los 4 000 m se utiliza la minera subterrnea,

como es el caso de la minera de oro en frica del Sur.





Ciclo 2014_I

OBJETIVOS DE UN PROGRAMA DE DESARROLLO

Definir los principales criterios de los trabajos de desarrollo

que se hacen a continuacin de la etapa prospectiva y

exploratoria con el objeto de cubicar reservas en una mina

subterrnea.





Ciclo 2014_I

Tipos de labores exploratorias

En esta etapa se hacen labores ms slidas y de mayor costo tales como:

Cortadas o cruceros

Galeras

Chimeneas

Piques

Con estas labores se pueden conocer mejor las leyes de mineral, el tipo de

mineralizacin, se pueden hacer pruebas metalrgicas.

Tipos de labores de desarrollo

Sirven para hacer un reconocimiento completo de las vetas y de los

cuerpos mineralizados, se dimensionan y se obtienen muestras

representativas de mineral.





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Crucero o cortada

Galera sobre mineral

Chimenea

Nivel inferior

Nivel Superior

Pique

Bocamina

Bocamina

Rampa

Representacin grafica de labores

exploracin y desarrollo





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1 Por qu hacer el programa de desarrollo?

2 Razones especficas para completar el programa de exploracin

subterrnea

3 Tipos de labores en los desarrollos

I. PROGRAMA DE DESARROLLO EN MINAS

SUBTERRANEAS





Ciclo 2014_I

1. POR QUE HACER UN PROGRAMA DE DESARROLLO?

El programa de exploracin necesita completarse con labores subterrneas.

Las minas con un buen programa de desarrollos tienden a tener mayores xitos en su etapa de pre y produccin (mejor definicin de estructuras

mineralizadas).

Para que un proyecto minero sea bankable, deben cumplirse los estndares de la industria y las correctas prcticas de ingeniera, y dentro de ello se

requiere un programa de exploracin y desarrollo subterrnea.





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Objetivo labores de desarrollo

- Acceso al personal y equipo a la zona mineralizada - Tener una va para la extraccin de mineral - Reconocer y dimensionar las estructuras mineralizadas - Apertura permanente - Preparacin para una futura explotacin - Cubicacin de reservas





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Espaciamiento entre los niveles a desarrollar

Minado convencional Niveles entre 30 a 60 metros

Minado mecanizado completamente Niveles entre 60 a 100 metros

Mientras ms chimeneas tengamos en la delimitacin del mineral tendremos una mayor certeza

de las reservas de mineral.

Espaciamiento entre niveles de desarrollo Del punto de vista econmico buscaramos que sea el mayor pero del punto de vista de la certeza conviene un menor espaciamiento. Por lo que debemos buscar un equilibrio.

H de 30 a 50 m

Nivel 1

Nivel 2

Nivel 3

Nivel 4

Chimenea

Mineral probado

Mineral probable

Longitud tajeo

El avance de una chimenea ejecutada convencionalmente tiene un avance de unos 30 metros por

mes, pero a medida que la longitud sea mayor el avance es mas lento. Se usa tambin equipos

mecanizados para hacer chimeneas. Ejm. Raise Borer, Trepadoras, etc.

La longitud del tajeo tambin ha de determinarse, por lo que debemos hacer un anlisis tcnico

econmico.





Ciclo 2014_I

Programas de desarrollo en mina subsuelo

Toneladas cubicadas (Probada/probable)

Radio cubicacin = -------------------------------------------------

metros desarrollados

Vetas angostas: desarrollos intensos y grandes longitudes Rc = 15 a 30 t/m.l.

Vetas de mayor potencia: Rc = 50 a 100 t/m.l.

Cuerpos mineralizados: Rc = mayores a 100 t/m.l.

Mina nueva, Rc = reservas determinadas/longitud total labores exploratorias

Mina en operacin:

Rc = (Ganancia reservas/ao) / (labores desarrolladas/ao)

Saldo Reservas 2003 = Reservas 2003 Mineral extrado 2004 mineral desarrollos

Ganancia Reservas 2004 = Inventario Reservas 2004 Saldo de Reservas del 2003





Ciclo 2014_I

Poltica de desarrollos en mina subsuelo

Pueden adoptarse polticas conservadoras o agresivas.

Cuntos metros desarrollar?

Ejemplo.

Mina que produce 420 tpd, trabaja 350 d/ao = 147 000 tpa

Radio cubicacin = 70 t/m.l.

Poltica conservadora: Solo reponer reservas Rc = 147,000/70 = 2100 ml

Poltica crecimiento: Multiplicar reservas Rc = (147,000/70) x 1.3 = 2730 m.l.





Ciclo 2014_I

2. RAZONES ESPECIFICAS PARA COMPLETAR EL

PROGRAMA DE EXPLORACION SUBTERRANEA

Confirmar las reservas de mineral existentes

Definir los lmites del cuerpo mineralizado

Obtener datos geotcnicos

Obtener muestra compsito de mineral representativa del yacimiento.

Probar mtodos de minado

Medir los flujos de agua subterrnea

Delinear la exploracin futura

1ra

2da

3ra

4ta

5ta

6ta

7ta





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1ra. Razn especfica

Confirmar las reservas de mineral existente

Las perforaciones diamantinas desde superficie permiten una limitada medicin de las

reservas de mineral en tres dimensiones (3D).

Ningn depsito de mineral subterrneo puede ser clasificado como probado, si es que no se tiene las mediciones en 3D, por lo que se requiere confirmar la continuidad de los lmites

de mineral. Por ello son necesarias las labores exploratorias y desarrollo de manera

subterrnea.





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2da. Razn especfica

Definir los lmites del cuerpo mineralizado La gran mayora de las perforaciones hechas desde superficie requieren distancias

considerables para alcanzar los depsitos mineralizados subterrneos. Estas distancias pueden

ocasionar desviaciones en los taladros.

Por lo tanto, se tiene que hacer las labores en el subsuelo para permitir la extraccin segura y

econmica del mayor porcentaje posible de las reservas identificadas, confiables e informacin

definitiva de las leyes y anchos

Estas desviaciones ocasionan inseguridad y distorsionan las interpretaciones geolgicas y

llevan a errores en la delimitacin de los cuerpos mineralizados, sus tonelajes, leyes, lneas de

fallas, continuidad, etc. Con una informacin errada, los ingenieros que disean la mina podran

optar por seleccionar el mtodo de minado que no sea el apropiado.





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3ra. Razn especfica

Obtener datos geotcnicos Algunos datos geotcnicos/mecnica de rocas pueden obtenerse de los cores de

taladros de perforacin diamantina efectuados desde superficie; pero a veces ello no es

posible (core es empleado para determinar leyes y hacer pruebas metalrgicas)

La informacin geotcnica requerida como la medicin de direccin y magnitud de tensiones

del suelo, puede ser solo completada en el subsuelo. Un programa de desarrollo de

subterrneo proveera valores confiables: resistencia compresiva no confinada, mdulo de

elasticidad (E), gravedad especfica (SG), work index (Wi),ngulo interno de friccin, y

densidad del mineral roto. Adems de los valores de RQD, los ndices de juntas (J), y el

factor de reduccin de esfuerzos (SRF) obtenidos de un apropiado core.

Estos datos, que describen las propiedades ingenieriles de las rocas son esenciales para el

diseo de mina subterrneo.





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4ta. Razn Especfica

Obtener una muestra compsito de mineral representativa

del yacimiento

Para una apropiada prueba metalrgica, se requiere grandes muestras y solo una

obtenida con trabajos subterrneos permitir que la muestra sea representativa del

yacimiento.

Las muestras compsito son importantes cuando se hacen pruebas sobre minerales

de mineraloga y metalurgia compleja. Una muestra representativa har que las

pruebas sean significativas y obtener buena informacin de los posibles porcentaje

de recuperacin y grado del mineral en el proceso (i.e. molienda, fundicin y

refinera).

La muestra representativa tambin permitir la confirmacin futura de la distribucin

de mineral y sus leyes.





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5ta. Razn especfica

Medicin de flujos de agua del suelo

Los mtodos usados para predecir los flujos de agua subterrneos desde los taladros de

perforacin de superficie no son muy adecuados para obtener mediciones seguras que

se requieren para determinar el diseo del bombeo subterrneo y los requerimientos de

drenaje de una mina.

Solo con las labores subterrneas se determinarn con mayor seguridad los flujos de

agua y que los drenajes sean confiablemente determinados.





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6ta. Razn especfica

Pruebas de mtodos de minado

Las prcticas convencionales requieren la prueba de excavacin de un tajeo

subterrneo para obtener las muestras representativas bulk descritas anteriomente.

Analizando estas aberturas y sus resultados permitirn una correcta evaluacin de los

mtodos de minado subterrneo: dimensiones, tipo de sostenimiento requerido para

mantener la integridad estructural de las excavaciones (rock bolt, madera, etc.) y otros.

Se tiene que hacer un monitoreo para determinar la estabilidad de largo plazo. Los

resultados pueden ser ms tarde aplicados para establecer los criterios de soporte de

suelo y los estndares para las operaciones subterrneas.





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7ma. Razn especfica

Delinear la exploracin futura

Con el programa de desarrollo ejecutado se tendr acceso a nuevas reas de

exploracin futura.

Por lo que un programa de exploracin subterrnea est tpicamente diseado para

cubrir extensiones adicionales de mineral y zonas satlites de mineralizacin que

pueden no haber sido determinadas con la perforacin superficial.

Esto permite extender muchas veces la vida de la mina.





Ciclo 2014_I

3. TIPOS DE LABORES EN LOS DESARROLLOS

Cada tipo de labor de ingreso tiene un esfuerzo y gasto diferente en su ejecucin

El tipo y la ubicacin de la entrada de exploracin, cuando es una nueva operacin deber

ser seleccionada diligentemente para asegurar que ella no interferir con desarrollos

futuros, y determinar el valor potencial futuro para un posterior desarrollo.

Este mismo criterio se emplea en una operacin existente, buscar en lo posible que las

labores de desarrollo que se efectuarn, posteriormente no interfieran con las labores de

produccin o preparacin de nuevas reas o servicios existentes (ventilacin).

Los tipos de labores pueden ser:

Verticales (piques, inclinados, chimeneas) y/u

Horizontales (galeras, cruceros, rampas)

de diferentes dimensiones, estando estas dimensiones sujetas al tamao de la operacin.





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LABORES VERTICALES

Piques verticales enmaderados con dos compartimientos

Adecuados en lugares remotos, se hacen con

componentes portables. No son adecuados para

profundidades mayores a 400 m y no tienen una

capacidad de izaje alta.

Piques verticales enmaderados con tres compartimientos

Es lo ms comn para un programa de exploracin

subterrneo mayor. Dos skips y alta capacidad de izaje.

Puede ser usado como una acceso principal a la mina.

La madera puede reemplazarse por acero. Adecuado

para depsito mineralizado que requiere un gran

desarrollo lateral en la fase de exploracin y es

demasiado profundo para acarreo por rampas.

Piques circulares forrados con concreto

(monoltico)

Este tipo no es comnmente empleado como una

entrada para exploracin a menos que por anticipado

las condiciones del suelo se establezcan que son muy

pobres o que el pique es muy profundo. Es de alto

costo y lenta profundizacin; problema de

abastecimiento de concreto.

Camino Chute

Chute Chute Camino





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LABORES VERTICALES (contina)

Piques circulares forrados con concreto (anillos

de concreto)

Emplea un forro de concreto segmentado. Los anillos de aproximadamente 1.5 m de altura son puestos en

la pared de la excavacin en centros

aproximadamente de 5 m. Los anillos de concreto

pueden ser menos costosos pero tiene una lenta

profundizacin.

Pique vertical Superficie circular descubierta En el pique vertical de superficie descubierta las

paredes son aseguradas totalmente con pernos de

roca y pantallas a medida que avanza el pique. Es

menos costoso, pero menos seguro para profundizar.

Piques inclinados

Es raramente usado, excepto para dar acceso a

depsitos en su parte inferior.

MINAS EN OPERACIN

Se emplean chimeneas de un nivel a otro (50 a 60 m)

de uno, dos o tres compartimientos. Tambin pueden

emplearse inclinados de corta longitud.

PIQUE CIRCULAR

ANILLADO





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LABORES HORIZONTALES

Entradas tipo rampa para trackless

Es la eleccin usual para cuerpos mineralizados poco profundos, particularmente

cuando el mineral est buzando con mucha inclinacin. Hacer una rampa de gran

seccin debera ser considerada para acomodar equipo de acarreo con camiones. Si

no, al menos el portal debera estar sobredimensionado.

Ingreso de acceso inclinado

Es similar a la rampa, excepto que debe ser dirigido en forma recta para acomodar la

faja transportadora. Para un cuerpo mineralizado ms grande, es a menudo el caso

prctico alternativo a un pique. Se puede conectar a un pique o un molino cercano.

Ingreso con galeras trackless

Es una ventaja en terrenos de alto relieve. Similar a una rampa o inclinado, si es

dirigido al cuerpo mineralizado, puede servir en el futuro como una va de acarreo o

tnel de drenaje.

Entrada doble

Cuando se tiene problemas con un solo frente, la ventilacin y drenaje se provee con

un segundo frente que va en forma paralela.





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CHIMENEA

DRAW POINTS

CUERPO

MINERALIZADO

GALERIA

PRINCIPAL

RAMPA

AUXILIAR

RAMPA

PRINCIPAL

CH. INCLINADA

CH. AUXILIAR

SUBNIVEL

GRAFICO CON LABORES DE

ACCESO PRINCIPALES





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II. PRESUPUESTO Y COSTOS DE DESARROLLO





Ciclo 2014_I

COSTOS DE EXPLORACION (1)

Los costos promedio de descubrir un deposito varan entre el 15 al

20% de los ingresos brutos proyectados del deposito. Algunas

compaas consistentemente estn en estos promedios, mientras que

otras tienen xito a pesar de tener sustanciales gastos. Esto parece

estar en funcin al gerenciamiento de los programas de exploracin:

GROSS REVENUE FROM

DISCOVERY ($)

COST OF DISCOVERY

(1984-86) ($)

500 million 60-100 million

1,000 million 120-200 million

1,500 million 200-300 million

Distribution of exploration costs in the U.S. and Canada, 1980-1983 averaged:

Geological-Geochemical prospecting

35%

Geophysics 5-15%

Drilling 30-35%

(1) Fuente: ROCKY MOUNTAIN MINERAL LAW FOUNDATION, Science and Technology Series, AN

INTRODUCTION TO GEOLOGY AND HARD ROCK MINING, by Dr. Willard Lacy





Ciclo 2014_I

Consideraciones generales

Est en funcin al tipo de roca que se tiene y las dimensiones de la abertura

Costos de labor (Per) De 4,0 a 7,0 S$/hr

Costos de materiales

Madera, rieles, acero perforacion, dinamita, pernos, cemento etc.

Costos de energa Energa elctrica o diesel

Costo de operacin del equipo Depende del tipo de equipo

Costos de capital Del equipamiento a utilizar

Imprevistos 10 a 15%

Gastos generales y administracin 15 a 30% de lo anterior

Utilidad del contratista 5 a 10%

DESARROLLOS HORIZONTALES

Costos promedio US$/m

Seccin 2.4 x 2.7 m 350 a 600

Seccin 4.0 x 4.0 m horizontal 800 a 1500

DESARROLLOS VERTICALES

Costos promedio US$/m

Chimenea 1.5 x 1.5 250 a 350

Chimenea Enmaderado 2 comp. 400 a 500

Raise boring 1.5 a 2.1 m diametro 700 a 1000

COSTOS DE DESARROLLOS HORIZONTALES Y

VERTICALES

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