MATERIAL DE ESTUDIO PARTE III

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INTERCADECONSULTANCY & TRAINING

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Ph.D. Carlos Agreda Turriate - [email protected] - Consultor Intercade

El diagrama conceptual 1 muestra las escalas logarí tmicas.

ESTUDIO PRELIMINAR

MACIZO

Carga corregido (kg)10000.00

1000.00

100.00

10.00

1.00

0.10

0.0110 100 1000

DISTANCIA (m)

1

ESTRUCTURAGRUPOFr Fe

0.40 0.28

3.571II

III

I

2.521

ROCOSO

DUROMEDIO

BLANDO

CARGA CORREGIDA - CARGA INSTANTANEA

CONTROL PROYECTO TIPO

B A

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ANALISIS DE FRECUENCIAS

Ignition circuitinterrupted Seismic-trigg

DetonationRegistration Strip

Seismic - triggRegistrationEquipment

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Introducción

En general, el nivel de vibraciones inducidas por lavoladura de rocas y los daños que estas puedanproducir no solamente son función de la peak particlevelocity (PPV), sino también de los diversos espectrosde las frecuencias.

Por lo mencionado anteriormente se deben calculartodas las frecuencias que se generan en las ondasinducidas por la voladura de rocas.

Calculando el espectro de frecuencias se podrádeterminar las frecuencias principales y/opredominantes de dichas ondas.

ANALISIS DE FRECUENCIAS

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REFERENCE BOUNDS(DRIARD, 1970

SEE TEXT)

GROUND VIBRATIONSFROM TEST SHOT

PE

AK

PA

RT

ICLE

VE

LOC

ITY

(in

/S)

QUARTZITEPHYLLITE/QUARTZITEGRANITE GNESS

10.001

0.01

0.1

1

10

10 100 1000SCALED DISTANCE (ft/lbs )

FIGURE: GROUND VIBRATIONS GENERATED BY THREE TEST S HOTS½

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La figura 1 muestra the U. S. Bureau of Mines VibrationCriteria Maximum Safe Values for Peak Particle Velocity.

Los límites de daño determinados por la USBM sonfunción de las frecuencias de las vibraciones inducidaspor la voladura de rocas.

El rango de las frecuencias inducidas por la voladura derocas para la mayoría de aplicaciones en minería es de10 a 100 Hz.

Según algunos datos reportados por la USBM, estosindican que las frecuencias de las vibraciones inducidaspor la voladura de rocas están en un rango de 20 a 30 Hz.

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En un estudio reciente se ha reportado que los

valores de la frecuencia a un nivel muy alto estaba en

un rango de 20 a 30 Hz.

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Par

ticle

Vel

ocity

, in/

sec.

10

1

0.1

0.011 10 20

Actual RosemaryMtn. and ExpectedLiberaty Range

40 100

USBM Range for all Quarry Blasting

Possible DamageThreshold

No Damage

0.75 in/secDrywall

0.50 in/secPlaster

U.S. Bureau of Mines Vobration Criteria. Maximum Safe Values for Peak ParticlesVelocity (From RI-8507)

2.0 in/sec

0.008 in

0.030 in

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NORMATIVAS INTERNACIONALES

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Introducción

Como bien se sabe, el desarrollo de un paísgeneralmente se debe a la explotación de yacimientosmineralizados.

A medida que se desarrolla un país, también seincrementa la tasa poblacional en las ciudades ycomunidades aledañas, donde se explota cualquieryacimiento mineralizado.

Muchos de estos yacimientos se encuentran cerca aciudades habitadas, tal como se tiene en Perú: Cerro dePasco, Arequipa, etc.

NORMATIVAS INTERNACIONALES

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Para extraer los minerales de la corteza terrestre sehace a través de la perforación y voladura de rocas,operaciones binomiales y principales que dan inicio atodas las operaciones mineras unitarias de un complejominero-metalúrgico.

Estas operaciones binomiales, en especial la voladurade rocas, producen vibraciones inducidas por estaoperación, así como también las diversas obras civilesdonde en algunos casos se requiere de la perforación yvoladura de rocas, causando daños materiales y a vecescobrando vidas humanas. Por lo tanto, es importanteestablecer una normatividad de acuerdo a la realidad ycondiciones de cada país.

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Carguío de los taladros con MEC

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134


Con el aumento en los niveles de vibraciones, la cantidadde edificaciones y de fuentes generadoras de vibración, esnecesario establecer cotas máximas a los niveles devibraciones, con la finalidad de evitar daños en lasestructuras cercanas a estas operaciones.

Cabe enfatizar que en el ámbito internacional, lasvibraciones producidas por la voladura de rocas se hanrealizado de acuerdo con ciertos niveles de vibracionesmáximos, los cuales se han determinado por medio demediciones, llegando a determinar así el límite máximopermisible de daño.

A continuación se analizarán algunas normasinternacionales vigentes.

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NORMATIVIDAD INTERNACIONAL

País de procedencia

AlemaniaªBrasilEscociaEE. UU. - FederalEE. UU. - FederalEspañaFranciaInternacionalItaliaNueva ZelandaPortugalReino UnidoReino UnidoSueciaSuiza

ª La norma alemana tiene además tres actualizacione s en los años 1999y 2001.

DIN 4150CETESB D7.013PAN50USBM RI8507OSM 817.67UNE 22-381-93Recomendaciones GFEEISO 4866UNI 9916NZS 4403NP2074BSI 6472BSI 7385SS 460 48 46SN 640 312a

197519982000198019831993200119901991197619831992199319911992

Nombre de reglamentación Fecha de expedición

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Alemania: DIN (Deutsches Institut fur Normung). Estanorma ha publicado varios criterios de niveles devibración; la primera fue en 1975, actualizado en 1999 yluego en 2001.

Los criterios de la DIN 4150 (1975) a partir de lainformación de Persson et ál. (1994) se muestran en lasiguiente tabla:

Resumen de los valores indicativos de la norma DIN 4150

Campo de aplicación ----- Vibraciones producidas por cualquier fuenteVariables medidas --------- Velocidad vertical pico (mm/s) y velocidad de partícula

pico o resultante (mm/s)Valores indicativos ------- Ver tablas A.2.

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Guía de valores máximos para la velocidad de partíc ula DIN 4150 (1999)Frecuencia fundamental NS ª

Clase de construcción

1 Edificaciones industriales, oficinas y similares o con diseños robustos

2 Edificaciones residenciales y construcciones similares

3 Otras edificaciones sensibles a vibraciones o las no incluidas en las dos anteriores clases

3

5 5-15

3-8 8-10

Adaptado de DIN (2001a)Nivel superior componente horizontal.Todas las frecuenciasVelocidades de partícula en mm/s

a.b.c.

20-40 40-50 40

1515-20

8

201-10 Hz 10-50 Hz 50-100 Hz TFb

c

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Velocidades pico recomendadas por la DIN 4150 (1979 )Valores indicativos

Clase de edificación

I. Residencias, oficinas y otras similares construidas de forma tradicional y en condiciones normales

II. Edificaciones estables en condiciones normales

III. Otras edificaciones y monumentos históricos

30

4 2.4-44

Tomado de Persson et ál. (1994)Velocidad de partícula picoVelocidad vertical pico

a.b.

8 4.8-8

18-30

VPPª (mm/s) VPP (mm/s) b

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Las actualizaciones de esta norma DIN que serealizaron en el año 2001 son las siguientes:

a) Predicción de los parámetros de medición

b) Efectos en las personas dentro de edificaciones

c) Efectos en estructuras

140


Escocia: PAN 50 (Planning Advice Notes). Esta normase basa en los estándares BSI (British Standard Institute),las guías NPPG (National Planning Policy Guidelines) ylas PAN.

El anexo D de la PAN 50 (control de efectos ambientalesde trabajos en minería superficial) provee sugerenciaspara las autoridades encargadas de la planificación, asícomo a la industria minera de los efectos de las voladurasy de los límites aceptables en este tipo de trabajos. Losimpactos que enfatiza esta norma son los siguientes:a. Vibración del suelob. Presión acústicac. Ruidod. Polvoe. Eyección de fragmentos de rocas

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Esta norma trata los ítems de las vibracionesproducidas por la voladura de rocas.

a. Lugar donde se deben realizar las mediciones.

b. Los niveles de amplificación en estructuras sedefinen en un rango de frecuencias entre 5 y 40 Hz,donde las estructuras pueden amplificar losmovimientos del suelo, y es probable que sepresente daño.

c. Los umbrales y los tipos de daños en las viviendasproducidas por vibraciones.

d. Los efectos de la geología en las vibracionesinducidas por voladuras.

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Resumen de los valores indicativos de la PAN50

Campo de aplicación Vibraciones en el suelo producidas por voladuras, perotambién por presión acústica, ruido, polvo y eyección derocas.

Velocidad pico en cada componente (mm/s) y velocidadde partícula -resultante- pico (mm/s).

De 6 a 10 mm/s en el 95% de las voladuras en un periodo de 6 meses, para voladuras individualesno debe ser superior a 12 mm/s. Adicionalmentevalores en los que se pueden producir daños.

Sensores de tres componentes que registren velocidad.

Sobre el suelo, cerca de la fachada más cercanaal sitio de voladura. Cuando hay quejas, también se realizan mediciones dentro de la estructura.

Define velocidades mínimas.

Variables medidas

Valores indicativos

Sensores utilizados

Sitio de medición

Particularidad

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Valores de velocidad de partícula pico asociados con diferente tipos de daños en la norma PAN50, anexo D - Escocia

Tipo de daño Características

Valores indicativos (mm/s)

< 4 Hz

15

30

60

20

40

80

50

100

200

4-15 Hz > 15 Hz

Cosmético

Menor

Estructural

Tomado de Scottish Executive (2000)

Daño en elementos estructurales.

Formación de grietas finas, crecimientode grietas existentes en estuco, paredesdelgadas o mortero.

Formación de grietas largas, pérdida ocaída de superficies de estuco, grietasen bloques de concreto y ladrillo.

144


EE. UU., OSM 817.67: OSMRE (Office of SurfaceMining, Reclamation and Enforcement). Esta norma sedesarrolló para la minería de carbón.

Establece procedimientos para determinar los límites develocidades de vibraciones, dependiendo del nivel demonitoreo.

A continuación se presentan las característicasfundamentales de esta norma.

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Resumen de los valores indicativos de la norma OSM 817.67

Campo de aplicación Vibraciones en el suelo producidas por voladuras en minas de carbón.

Velocidad de partícula pico (mm/s) en cada componente o velocidad resultante pico [mm/s] del arreglo tridimensional de sensores

25,4 mm/s a distancias entre 100 y 1500 m, y 19,0 mm/s para distancias superiores.


No es autosuficiente, necesita de la USBM RI8507cuando se necesite utilizar la frecuencia en el análisis.

Variables medidas

Valores indicativos

Sensores utilizados

Debilidades

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EE. UU., USBM RI8507. Las características fundamentalesde la BI8507 se muestran en la siguiente tabla:

Resumen de la USBM RI8507

Campo de aplicaciónVariables medidas

Valores indicativos Sensores utilizadosDebilidades

Vibraciones producidas por voladuras.

Velocidad de partícula pico (mm/s), frecuencia asociadaa la máxima velocidad pico [Hz]

Ver línea puntea en la figura 1.


Valores debajo de los 4 Hz no fueron comprobados.Las mediciones se realizaron con una distancia escaladaaparentemente constante. Son únicamente aplicables aviviendas.

Relaciona la carga y la distancia de la voladura con la velocidad de partícula, de forma v = K /( R/ W ) , donde R es la distancia entre lavoladura y el sitio de medición. W es el peso de la carga por micro-retardo, v es la velocidad de partícula, K y α son constantes que dependen delsitio.

α1

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FREQUENCY, HZ

Compendio de daños de USBM RI8507

La línea punteada corresponde a los límites hasta donde no se produce daño.Siskind et ál. (1993)

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España, UNE 22-381-93. Tiene como objetivo principalestablecer un procedimiento de estudio y control de lasvibraciones producidas por la voladura de rocas en lostrabajos de explotación minera, canteras, obras civiles,demoliciones, etc.

A continuación se presenta el resumen de esta norma.

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Resumen de la norma UNE 22-381-93 (España)

Campo de aplicación Vibraciones producidas por voladuras.

Máxima velocidad pico en los componentes ortogonales en mm/s y frecuencia en Hz.

Ver siguiente tabla.

Sensores de tres componentes que registren velocidad(preferiblemente), desplazamiento o aceleración; respuesta lineal del equipo en el rango de 2 a 200 Hz, capacidad de detección de niveles pico de al menos 1-100 mm/s.

Sobre el suelo cercano a las estructuras que vana estar sometidas a las vibraciones.

Cubre gran cantidad de tipos estructurales. Por mediode un procedimiento sencillo se puede determinar el tipo de estudio de vibraciones requerido por el proyecto.

Variables medidas

Valores indicativos

Sensores utilizados

Ubicación sensores

Fortalezas

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Leyenda de la tabla anteriora En el rango de frecuencia 15 y 75 Hz, en el que el nivelestá dado en desplazamiento, se podrá calcular lavelocidad equivalente conociendo la frecuencia principala través de la siguiente ecuación:

fdV π2=

• V: velocidad de vibración (mm/s)• f: frecuencia principal (Hz)• d: desplazamiento admisible (mm)

b Velocidad máxima (mm/s)c Desplazamiento máximo (mm)

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En esta norma, la frecuencia principal o dominante (Hz)

puede ser determinada por tres métodos:

1. Análisis de Fourier

2. Espectro de respuesta de la señal o el

pseudoespectro de velocidad

3. Análisis de vibraciones armónicas

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Internacional ISO 4866. Se corrigió en 1994 y 1996. Lamedición de niveles de vibración según este estándartiene como propósitos los siguientes:

1. Reconocimiento de problemas donde se reportavibraciones en edificaciones, preocupando a loshabitantes de esta zona, por lo que es necesarioevaluar los niveles de vibración que garanticen la

integridad estructural.

2. Monitoreo de control donde los niveles de vibración

máximos permitidos han sido establecidos por algunainstitución y requieren ser reportados.

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3. Documentación de cargas dinámicas que hayan sidoconsideradas en el diseño estructural, donde serealizan las mediciones para verificar la predicción yreajustar parámetros en nuevos diseños.

4. Diagnóstico cuando los niveles establecidos devibraciones requieren más investigación.

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Aspectos importantes en la reglamentación ISO 4855 (1990)

Campo de aplicación Vibraciones en general (voladuras, tráfico, hincado,maquinaria, etc.) excluyendo vibraciones acústicas.

Dependen del campo de aplicación, pero en general aceleración o velocidad (tabla A1), frecuencia yduración de la oscilación.

Recomienda acelerómetros o sensores que midan velocidad (geófonos), dependiendo del tipo deaplicación.

En el suelo, cerca a estructuras sometidas avibraciones y dado el caso sobre la estructura.

Son lineamentos muy generales basados en principiosbásicos, que sirven de guía en el momento deelaborar una norma o al realizar un trabajo en el áreade vibraciones.

No provee valores indicativos.

Variables medidas

Valores indicativos

Sensores utilizados

Ubicación de sensores

Fortalezas

Debilidades

No aplica.

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Tabla A.1. Rangos típicos de respuesta estructural para varios tipos de fuentes de la ISO(1990)

Tipo de vibración

Tráfico

Voladuras

Maquinaria c

dMaquinaria

Actividadhumana

Sismos

Viento

Hincado depilotes

Carreteras, rieles,vibraciones

1 - 80

1 - 300

1 - 100

1 - 300

1 - 1000

0,1 - 100 100 - 500

1 - 100

10 - 1000

10 - 50

100 - 2500

1 - 200 0,2 - 50

0,2 - 500

0,2 - 50

0,2 - 50

0,2 - 30

0,2 - 200,2 - 5 0,02 - 0,2

0,02 - 1

0,02 - 1

0,02 - 1 C/T

T

T

C/T

C/T

T

T

T ac

vp/ac

vp/ac

vp/ac

vp/ac

vp

vp

vp

0,02 - 50

0,02 - 2

100 - 50000,1 - 12

0,1 - 30

0,1 - 10 10 - 10

10 - 10 0,2 - 400 0,02 - 20

5

5

Vibraciones

Vibraciones

Vibraciones

Vibraciones

a) Impactob) Directa

Frecuencia[Hz]

Amplitud[ m]µ

Caract.temporal

Variablemedida

V.P.ª[ m/s]m

A.P.[ m/s ]m

b

2

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Norma Suiza SN 640 315a (1992). Esta norma

contempla frecuencias desde 8 hasta los 150 Hz, y

establece que por encima de este rango deben ser

estudiadas con base en otras normas.

A continuación se presenta los aspectos más resaltantes

de esta norma Suiza.

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Continuación de tabla C: clases de susceptibilidad

Clase de susceptibilidad Construcción en altura Construcción subterránea

- Casas con cielorasos de yeso o similares (Hourdis)

- Construcciones en cerrojo (Colombage)

- Edificaciones de la clase 3 nuevas o recientes renovadas

- Edificaciones históricas o bajo protección

- Cables de plomo viejos

- Tuberías de hierro gris viejas

Particularmente susceptible

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Norma Sueca SS 460 48 66 (1991). Esta norma

contempla en efecto de las vibraciones producidas por la

voladura de rocas.

A continuación se presenta los aspectos más resaltantes

de esta norma Suiza.

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Aspectos importantes de la SS 640 315a (Suecia)

Campo de aplicación Vibraciones por voladuras.

Velocidad pico vertical (mm/s) y dado el caso lavelocidad de partícula pico (mm/s).

Proporciona una multitud de valores indicativos, loscuales se calculan a partir de una ecuación sencilla.

Sensor vertical que registre velocidad.

Sobre el suelo junto a la estructura de interés.

Está sustentado únicamente en mediciones verticales, no tiene en cuenta la frecuencia.

La inclusión de la geología y la gran cantidad de valores indicativos que se pueden obtener.

Variables medidas

Valores indicativos

Sensores utilizados

Ubicación de sensores

Fortalezas

Debilidades

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DIN 4150 (1999). Las velocidades resultantes y losrangos de frecuencia utilizados son los siguientes:

(Hz) (mm/s)

1 -10 3

10-50 3-8

50-100 8-10

VALORES REPRESENTATIVOS DE LAS NORMAS INTERNACIONALES

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PAN 50. El objetivo del proyecto es poder evaluar elcumplimiento con normas internacionales utilizando lasituación más desfavorable.

(Hz) (mm/s)

< 4 15

4-15 20

> 15 50

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USBM RI8507. Los límites de velocidad resultante de laUSBM RI8507 son exclusivos para edificacionesresidenciales, diferenciando valores para viviendas conparedes con yeso y paredes aligeradas; a estas últimasse les permite mayores velocidades resultantes en elrango de frecuencias aproximadamente entre 4 y 11 Hz.

(Hz) (mm/s)

1-2.6 5-12.7

2.6-10 12.7

10-40 12.7-50.8

40-100 50.8

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Velocidades de vibración

permisibles por la USBM RI8507

100

10

11 10 100

0.030 m

0.008 in

2 in/sec

0.75 in/secbrywoll

0.50 in/secPlaster

PAR

TIC

LE

VE

LO

CIT

Y (

IN/S

EC

)

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UNE 22-381-93. La norma UNE de España tiene en

cuenta los lugares históricos.

(Hz) (mm/s)

2-15 20

15-75 20-100

> 75 100

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SN 640 312a. Los valores indicativos son los siguientes:

(Hz) (mm/s)

< 30 (15 + 7 ½ )/2 = 11.2

30 -60 (20 + 10)/2 = 15

> 60 (30 + 15)/2 = 22.5

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MEDICION DE VIBRACIONES EN VOLADURAS

Graphical Representation of the Blast Generated Waves Using Microsoft Office Excel

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Introducción

Es muy importante medir e interpretar las vibracionesinducidas por la voladura de rocas.

Las voladuras de rocas al extraer los minerales de lacorteza terrestre en minería subterránea comosuperficial generan vibraciones. También es una formade generación de vibraciones común en las diversasconstrucciones de obras de ingeniería civil, así como enlas demoliciones.

MEDICION DE VIBRACIONES EN VOLADURAS

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El conocimiento de su origen, los fenómenos asociadosa su transmisión, la medición de sus magnitudesfundamentales y la legislación que las regulan sirvenpara controlarlas, reducirlas y hacerlas imperceptibles,tanto para las personas como para las estructurascercanas que, eventualmente, podrían verse afectadaspor ellas.

En este sentido, existen nuevos modelos de diseño delas mallas de perforación y voladura, el diseño de cargade las MEC y accesorios para obtener los resultadosesperados.

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Medidor de vibraciones RION VM-54

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