6. auscultaciÓn e instrumentaciÓn - pàgina inicial de

Cálculo de asientos mediante ensayos “in situ”. Aplicación a la Nueva Área Terminal

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6. AUSCULTACIÓN E INSTRUMENTACIÓN 6.1. INTRODUCCIÓN Este apartado es uno de los más importantes del trabajo ya que es donde se recogen, de describen y se tratan los datos procedentes de la instrumentación instalada en obra que a posteriori ha permitido llevar a cabo la correlación con la predicción. Se ha estructurado de la siguiente forma: Inicialmente un apartado de descripción de la instrumentación utilizada, donde se han realizado una serie de fichas técnicas de resumen de propiedades y características básicas de cada uno de los instrumentos. A continuación se han descrito los puntos más relevantes del plan de auscultación descrito en el proyecto y del plan real que finalmente se llevó a cabo en obra, considerando frecuencias de lecturas, tipos de secciones de control, modificaciones del plan de proyecto, etc. Una vez descritos los instrumentos tratados y localizados sus emplazamientos en las unidades objetivo del estudio, se ha realizado un análisis de los datos de instrumentación; comparando resultados de instrumentos semejantes, estudiando posibles errores asociados a lecturas o a instalación, proponiendo mejoras, etc.. Finalmente se ha desarrollado un último punto de conclusiones concretas de este capítulo en relación a los propios instrumentos y a los datos provenientes de estos.


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6.2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN UTILIZADA 6.2.1. PLACAS DE ASIENTO

PLACAS DE ASIENTO

OBJETIVO Conocer la magnitud de los asientos bajo un punto de un terraplén. COMPONENTES Consta de una chapa de acero, emplazada en la superficie del terreno original alisada previamente. La plataforma tiene una tubería de acero acoplada que se mueve de forma solidaria a la placa. Esta tubería normalmente viene en módulos roscados de 1m que se van añadiendo a medida que se construye el terraplén.

Fig 45. Tubería de acero roscada

Con frecuencia también lleva una tubería de protección de diámetro mayor para prevenir de daños a la tubería de medida y que también se recrece mediante rosca (en el caso de la obra de estudio son de hormigón).

Fig. 46. Sección A-A’ (Egea,C., 2004)

1000 -1200 mm


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PROCEDIMIENTO DE MEDIDA A través de las medidas topográficas del extremo del tubo se tiene el valor de los movimientos de la plataforma situado a la base del terraplén. La tubería exterior se coloca porque a veces cuando el terraplén sobrepasa los 4-5 m, la consolidación del relleno puede ejercer suficiente fricción negativa sobre los tubos produciendo una disminución de la longitud de la barra, cuya longitud se supone un dato fijo, de modo que los asientos registrados sean mayores a los del resto de terreno de la cimentación. El tubo exterior hay que apoyarlo sobre un anillo de gomaespuma o algún material parecido que permita el asiento aunque hay que recalcar que los instalados en este caso apoyan directamente sobre el terreno. PRECISIÓN Y RANGO DE MEDIDA Precisión: 3-25 mm Rango de medida: hasta métrico CARACTERÍSTICAS POSITIVAS

Simplicidad técnica Interesantes para rangos de asientos elevados

PROBLEMAS O POSIBLES ERRORES ASOCIADOS

Dificultad de compactación alrededor del tubo de medida durante la ejecución de

terraplenes y precargas Existencia de errores potenciales de medida causados por la adición de longitudes de

tubo, y por la no verticalidad de las secciones del tubo Muy susceptible a recibir golpes y ser dañadas lo que puede influir fuertemente en los

resultados. Problemas de sobrecarga de la placa por fricción negativa con el terreno.

Tabla 6. Ficha resumen de las características de las placas de asiento

Fig. 45. Tubería de acero roscada

Fig. 46. Sección A-A’ (Egea C, 2004)


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6.2.2. LÍNEAS CONTINUAS DE ASIENTOS (LCA)

LÍNEAS CONTINUAS DE ASIENTOS (LCA)

OBJETIVO Conocer la magnitud y la distribución de asientos en una línea bajo un terraplén. COMPONENTES

• Manguera: tubo flexible de doble pared. Suficientemente rígido para no permitir aplastamiento debido a presión de sobrecarga y compactación, y suficientemente flexible para adaptarse a la deformada del terreno. Habitualmente se usan mangueras de plástico rigidizadas mediante espirales metálicas de diámetro interior 85-100 mm.

• Arquetas: protegen los extremos de la manguera para evitar la obstrucción de la manguera. En su interior se dispone de un punto de referencia con respeto al que se realizarán las medidas. Se sitúan a unos 2-3m de la arista del talud del terraplén.

Fig. 47. Interior de una arqueta de LCA

Deben tener aproximadamente 2 x 2 x 0.6 m para colocar en su interior la referencia del aparato de lectura. • Dispositivo de medida: consta de 3 partes:

1) tubo de poliamida de unos 14 mm de Φ exterior 2) sonda con sistema de cuerda vibrante para indicar la presión dentro del tubo

por efecto del líquido 3) UAD, la unidad de adquisición de datos recibe el señal y traduce el impulso

eléctrico en valor numérico de presión

Fig. 48. Equipo de lectura (sonda+tubo) de la línea continua de asientos (Cortesía de Geopayma)

INSTALACIÓN La manguera o tubo flexible se coloca perpendicular al eje del terraplén en una pequeña zanja con arena, excavada en la misma cimentación del terraplén. Éste se va construyendo encima


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de la línea de forma que cuando el terreno deforme, lo haga solidariamente con el instrumento. PROCEDIMIENTO DE MEDIDA El sistema incorpora un gas que rellena la sonda, ésta a su vez está conectada al tubo de poliamida que comunica con el transductor de presión montado en el tambor de lectura. El tubo de poliamida y el torpedo están llenos con una solución anticongelante. El segundo tubo corrige la presión del gas en la sonda y en la parte opuesta, del transductor del diafragma de presión diferencial. Los dos tubos están recubiertos juntos formando un ensamblaje perfecto. Cambios en la altura de la sonda con respecto de los datos, dan como resultado cambios de presión en el transductor, el cual indicará un cambio en la elevación del dispositivo. El tubo que incorpora el gas, permite controlar la presión, de forma que si se tiene siempre por encima de la presión atmosférica se garantiza que el líquido en el tubo y la sonda siempre estén a presión positiva con respecto a la atmosférica; previniendo así la formación de burbujas de aire en la columna de líquido. Este instrumento se basa en el principio básico de la hidrostática y para ello mide diferencias de presión entre el torpedo (extremo del tubo de poliamida), donde se encuentra alojado el sensor piezométrico, y un pequeño depósito situado en la UAD. Las lecturas de presión pueden traducirse en valores de altura de carga. El tubo de poliamida que se introduce por la manguera de la línea de asiento posee unas marcas situadas cada metro con el fin de poder obtener la ordenada (δ= g H g) correspondiente a cada abscisa (x) y así poder obtener la deformada de la base del terraplén (δ =f(x) )

Fig. 49. Esquema de funcionamiento de la LCA(Tomás Jover, 2002)

PRECISIÓN Y RANGO DE MEDIDA Precisión: 10 mm Rango de medida: +/- 3,5 m Rango de temperatura: -10 hasta 40 ºC CARACTERÍSTICAS POSITIVAS Mayor operatividad del sistema respeto otros métodos de medida de asientos como placas de asiento, ya que las máquinas pueden circular libremente por el terreno después de su colocación. PROBLEMAS O POSIBLES ERRORES ASOCIADOS Problemas asociados a los transductores de presión: muy sensibles a la temperatura; problemas de aireación (hacen que la presión del fluido sea menor). Los asientos tienen que ser de orden centimétrico al menos, sino no tienen suficiente precisión. Es necesario que exista un punto de referencia topográfico alejado del terraplén, al que se referencien las medidas, ya que las arquetas pueden verse afectadas por los movimientos del terraplén.

Tabla 7. Ficha resumen de las características de las LCA

Fig. 47. Interior de una arqueta deLCA

Fig. 48. Equipo de lectura (sonda+tubo) de la línea continua de asientos (Cortesía de Geopayma) Fig. 49. Esquema de funcionamiento de la LCA(Tomás Jover, 2002)


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6.2.3. EXTENSÓMETRO DESLIZANTE

EXTENSÓMETRO DESLIZANTE. SOLEXPERTS

OBJETIVO Determinar movimientos verticales en profundidad COMPONENTES

Fig. 50. Equipo de lectura (Cortesía de Geopayma)

PROCEDIMIENTO DE MEDIDA Para tomar una serie de medidas, la sonda se une a una varilla; se introduce en el interior de la tubería de revestimiento y se va moviendo primero en sentido descendente y luego ascendente (la lectura de referencia es la media de ambas) entre los diferentes puntos de lectura separados 1m. La sonda tiene una cabeza cono-esférica que se desliza a través de la tubería hasta el punto de lectura. Rotando 45º la sonda se pasa a través de los conos (puntos de medida) hasta llegar al siguiente par de puntos. Se repite el procedimiento cada metro hasta el final del tubo. Se activa el transductor de desplazamiento del sensor de cabeza que mide la variación de longitud entre manguitos de unión y los valores se transmiten a través de cable a una unidad de adquisición de datos con memoria interna. La elevada precisión a la que se puede llegar se debe al principio de la cabeza cono-esférica, que permite definir exactamente la posición del sensor respeto al punto de medida.

Fig. 51. Procedimiento de lectura del extensómetro deslizante (www.solexperts.com)

Consta de:

• Tubería extensométrica de HPVC con Φ=67mm y con manguitos de plástico con unión tipo ABS

• Sonda • Varilla de medida • Cabrestante • UAD


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Fig. 52. Esquema de funcionamiento (Dunnicliff, 1988)

PRECISIÓN Y RANGO DE MEDIDA Precisión: 0,03 mm/m Rango de medida (determinado por las especificaciones de la sonda): en general ±49 mm pero en algunos casos donde se esperaban grandes asientos se instalaron instrumentos con un rango de hasta ±98mm (para espaciamientos de 1000mm). Este parámetro viene dado por la deformación que pueden asimilar los manguitos de conexión existentes entre los pares de medida. Rango de lectura (determinado por la unidad de lectura): 0 a 50 mm por lectura, es decir, por metro APLICACIONES TÍPICAS

- Monitorización del desarrollo de la deformación y desplazamiento a lo largo de túneles

en suelo o en roca blanda - Monitorización de perfiles de deformación en terraplenes y presas.

CARACTERÍSTICAS POSITIVAS

Precisos Aplicables a sondeos con cualquier orientación


En la práctica, las lecturas pueden estar muy condicionadas por el operador, ya que el

encaje entre sonda y punto de lectura a veces no es perfecto. Posibles problemas si la mezcla de sellado entre la tubería y el terreno tiene una

rigidez muy distinta a la del suelo. Rango de lectura y de medida puede resultar insuficiente si hay capas muy

deformables.

Tabla 8. Ficha resumen de las características de los extensómetros deslizantes

Fig. 50. Equipo de lectura (Cortesía de Geopayma)

Fig. 51. Procedimiento de lectura del extensómetro deslizante (www.solexperts.com) Fig. 52. Esquema de funcionamiento (Dunnicliff, 1988)


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6.2.4. EXTENSÓMETRO INCREMENTAL

EXTENSÓMETRO INCREMENTAL INCREX

OBJETIVO Registrar desplazamiento axial a lo largo de un sondeo en roca, hormigón o suelos y su distribución en profundidad COMPONENTES

Fig. 53. Esquema geométrico e imagen real de extensómetros tipo INCREX

(www.slopeindicator.com)

PROCEDIMIENTO DE MEDIDA Increx es un extensómetro de sonda móvil para realizar medidas de alta precisión y que se puede usar con tuberías inclinométricas o con extensométricas. Los puntos de medida son anillos metálicos que se colocan en la parte exterior del tubo de revestimiento. Los anillos están en contacto con el suelo a través de una inyección de relleno y se mueven deslizando por el exterior de la tubería a pesar de estar confinados por la lechada (esta llega a romper). Por este motivo, la lechada no debe crear una barrera de rigidez entre el instrumento y el suelo. La medidas de INCREX se basan en la inducción electromagnética entre el sensor de de alta precisión de la sonda y los anillos metálicos. Para las mediciones se introduce la sonda dentro del revestimiento. Las lecturas se toman de forma incremental metro a metro. Si la distancia aumenta === elongación (extensión) en el eje del sondeo Si la distancia disminuye === acortamiento (compresión) en el eje del sondeo

Consta de: • Tubo de revestimiento

inclinométrico o extensométrico • Anillos de medida • Varilla de medida • UAD


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Fig. 54. Resultados de un extensómetro INCREX, Cortesía Geopayma.

PRECISIÓN Y RANGO DE MEDIDA Precisión: 0,05 mm/m Rango de lectura: ±20 mm /m (limitado por el rango de operatividad de la sonda) CARACTERÍSTICAS POSITIVAS

- Sistema de lecturas de alta definición - Múltiples puntos de medida - Costes razonables - Con el mismo revestimiento puedes usar lecturas inclinométricas - Se puede usar en cualquier orientación

INCONVENIENTES - El rango de lectura puede ser insuficiente si hay capas muy deformables - Hay que colocar una mezcla de sellado con una rigidez adecuada.

Tabla 9. Ficha resumen de las características del extensómetro incrmental

Fig. 53. Esquema geométrico e imagen real de extensómetros tipo INCREX, fuente:

www.slopeindicator.com

Fig. 54. Resultados de un extensómetro INCREX, Cortesía Geopayma


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6.2.5. EXTENSÓMETRO DE VARILLAS

EXTENSÓMETRO DE VARILLAS

OBJETIVO Medir movimientos en el eje longitudinal de un sondeo. COMPONENTES Constan de cabeza de medida y de anclaje. La cabeza de medida está diseñada para ser segura frente a posibles daños. El tema de los anclajes es variado, existen de diversos tipos aunque el más usado es el inyectable. INSTALACIÓN Se instalan en el interior de un sondeo anclando varillas a diferentes profundidades (L1, L2, L3) de forma que estas se muevan de forma solidaria con el terreno y obtener así los cambios de distancias entre los diferentes puntos del eje del sondeo.

Fig. 55. Esquema de un extensómetro de varillas (izquierda) y los elementos de un extensómetro de

varillas (derecha), (González Vallejo, 2002) PROCEDIMIENTO DE MEDIDA Los movimientos de los extremos de las varillas que están en superficie, se pueden tomar de diferente modo: mediante topografía o mediante transductores de desplazamiento, obteniendo así movimientos verticales en la profundidad de anclaje. PRECISIÓN Y RANGO DE MEDIDA Precisión: En función del método de toma de lectura (10 mm topográficamente y 0.2% de la medida para el transductor) Rango de medida: hasta métrico CARACTERÍSTICAS POSITIVAS

- Barato - Sencillo técnicamente

INCONVENIENTES El muestreo de los desplazamientos verticales tiene un espaciado muy alto.

Tabla 10. Ficha resumen de las características del extensómetro de varillas

Fig. 55. Esquema de un extensómetro de varillas (izrda) y los elementos de un extensómetro de varillas

(dcha), (González Vallejo, 2002)


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6.2.6. INCLINÓMETRO

INCLINÓMETROS. SOIL INSTRUMENTS

OBJETIVO Medida de desplazamientos horizontales en profundidad. Se miden deformaciones normales al eje del tubo mediante el paso de un torpedo a través del mismo. La sonda del torpedo contiene un transductor que permite medir la inclinación respecto a la vertical. COMPONENTES

• Revestimiento guía instalado permanentemente para controlar la orientación de la

sonda

Fig. 56. Cabeza de la tubería inclinométrica

• Torpedo • Unidad de Adquisición de Datos portátil para indicar la inclinación del torpedo • Cable eléctrico que une la UAD con el torpedo.

Fig. 57. Esquema de los componentes de una inclinómetro (González Vallejo,2002)


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PROCEDIMIENTO DE MEDIDA

Fig. 58. Esquema de funcionamiento del inclinómetro (Dunnicliff, 1988)

Mediante la introducción del torpedo deslizante en la tubería inclinométrica el sensor registra inclinaciones que a posteriori se traducen en movimientos horizontales. Las lecturas se realizan en dos direcciones perpendiculares entre sí. PRECISIÓN Y RANGO DE MEDIDA Precisión: 2 mm en 30 m (depende del tipo de inclinómetro) Rango de medida: +/- 30º APLICACIONES TÍPICAS

Determinar la zona de movimiento de una ladera Monitorizar la extensión y el valor de movimientos horizontales en terraplenes Detectar desviaciones de muros y pilares

PROBLEMAS O POSIBLES ERRORES ASOCIADOS Posibles problemas de lecturas si la mezcla de sellado tiene una composición que provoca que suelo e instrumento no se muevan solidariamente

Tabla 11. Ficha resumen de las características del inclinómetro

Fig. 56. Cabeza de la tubería inclinométrica

Fig. 57. Esquema de los componentes de una inclinómetro (González Vallejo,2002) Fig. 58. Esquema de funcionamiento del inclinómetro (Dunnicliff, 1988)


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6.2.7. PIEZÓMETRO DE CUERDA VIBRANTE

PIEZÓMETRO DE CUERDA VIBRANTE

OBJETIVO Registrar los movimientos del nivel freático con la evolución del tiempo INSTALACIÓN Y COMPONENTES El método de instalación del piezómetro es el llamado "método del filtro de arena". Se basa en realizar un sondeo, posicionar el elemento poroso a la profundidad adecuada (1) y colocar un filtro de arena alrededor del instrumento (2). Por encima del filtro se realiza un sellado de bentonita y finalmente la longitud restante del sondeo se rellena de inyección cemento-bentonita (4) y se instala una protección por la parte de arriba del tuba para evitar entradas de agua (5).

Fig. 59. Esquema de instalación del piezómetro de cuera vibrante.fuente: www.rembco.com

Como componentes básicos para la toma de lecturas piezométricas está: el sensor, la unidad de lectura tipo VWF-152-B, el cable y todos los elementos de instalación en el sondeo que se han comentado anteriormente.

Fig. 60. Sensor del piezómetro, fuente: www.slopeindicator.com

PROCEDIMIENTO DE MEDIDA El piezómetro de cuerda vibrante convierte la presión de agua en una frecuencia a través de un diafragma, un hilo de acero tensionado y una bobina electromagnética. El piezómetro está diseñado de forma que un cambio de la presión en el diafragma da lugar a


60

un cambio de la tensión en el hilo. Cuando es excitado por la bobina electromagnética, el hilo vibra a su frecuencia natural (proporcional a la tensión del hilo). La vibración del hilo en la proximidad de la bobina magnética genera una señal de frecuencia que es transmitida a la unidad de lectura. La unidad de lectura procesa la señal, aplica los factores de calibración y muestra el dato leído en la unidad de medida adecuada. PRECISIÓN Y RANGO DE MEDIDA Precisión: 0.01% de la lectura Resolución: (expresada en mca): centimétrica (+/- 0.01 m) VENTAJAS

Ofrece respuesta rápida a los cambios de presión de agua Poco vulnerables, instalación rápida No tienen problemas de temperatura


No se pueden desairear No se pueden recalibrar

Tabla 12. Ficha resumen de las características del piezómetro de cuerda vibrante

Fig. 59. Esquema de instalación del piezómetro de cuera vibrante.fuente: www.rembco.com Fig. 60. Sensor del piezómetro, fuente: www.solopeindicator.com


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6.3. PLAN DE AUSCULTACIÓN En el proyecto se realizó un plan de instrumentación para el seguimiento de los movimientos de todas las obras de tierra Su diseño se basó en asignar una sección tipo de instrumentación capaz de registrar de forma precisa y completa la magnitud de asientos de cada terraplén. Las secciones tipo establecidas en proyecto fueron:

Fig. 61. Secciones de instrumentación tipo (Proyecto de modificación de la C-31) SECCIÓN TIPO (I) Consta de 5 hitos topográficos colocados en secciones transversales al terraplén. SECCIÓN TIPO (II) Instalada donde se previeron de unos asentamientos mayores. Consta de hitos topográficos, línea continua de asientos (LCA) e inclinómetros en cada uno de los lados del terraplén (pie) SECCIÓN TIPO (III) Secciones para los terraplenes sobre los que se sitúan los estribos de los pasos superiores. Consta de inclinómetros, de LCA, 3 células de presión en cada estribo. Para controlar presiones de agua, piezómetros de cuerda vibrante. En la siguiente tabla se observa el resumen de secciones de control proyectadas, distribuidas por las diferentes unidades de la obra.


62

TIPO DE CONTROL N ºSECCIONES TIPO DE CONTROL N ºSECCIONES

Enlace Filipinas sección I 2 P-2 sección I 2

TD-1 sección I 2 P-2.1 sección I 1

TD-2 sección I 2 P-3 sección I 2


TD-4 sección I 4 P-5 (*) sección III 2


sección I 1 P-7 sección III 2

sección II 1 P-8 (*) sección III 2

sección II 2 P-9 sección III 2

sección III 1 P-10 sección II

sección II 1 P-13 (*) sección I 2

sección III 1 P-14 (*) sección II 1

sección II 1 P-15 (*) sección II 1

sección III 1

sección II 1

sección III 2

sección II 1

sección III 2

sección II 2

sección III 1

Glorieta CLASA sección I 2

UNIDADPROYECTO

TD-10 (*)

TD-11

TD-12

PROYECTO

TD-6

TD-7 (*)

TD-8 (*)

TD-9 (*)

UNIDAD

Tabla 13. Resumen de la instrumentación prevista en proyecto ((*) Casos de estudio) El Plan de lecturas previsto era:

- Cada 2 días durante la construcción del terraplén - Semanalmente durante el período en que se piensa que se van a producir movimientos

debidos a la consolidación primaria - Cada dos semanas hasta que se estabilicen los asientos y/o se concluya la obra.

En la aplicación de este plan a la obra, se realizaron algunos cambios: • Se introdujeron los extensómetros deslizantes en los ejes de los terraplenes

definitivos • Se eliminaron las células de presión • Se redujeron considerablemente las secciones de obra instrumentadas

proyectadas inicialmente, como se observa en la • Tabla 15 • Se estableció la siguiente frecuencia de lecturas con las empresas responsables.

INSTRUMENTACIÓN FRECUENCIA

DE LECTURAS

EMPRESA CONTROL

PLACAS DE ASIENTO SEMANAL UTE IBERINFRA LCA SEMANAL GEOPAYMA

EXTENSÓMETRO DESLIZANTE SEMANAL GEOPAYMA EXTENSÓMETRO INCREMENTAL INCREX SEMANAL GEOPAYMA

INCLINÓMETROS SEMANAL GEOPAYMA

Tabla 14. Información sobre la instrumentación


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PIEZÓM INCLINÓMETROS LCA EXT.VARILL EXT. INCREX EXT. DESLIZANTE PLACAS ASIENTOS

FILIPINAS

TD-1 1 línea

TD-2

TD-3 2 línea

TD-4 1 línea

TD-5

TD-6 1 línea

TD-7 (*) IT 7.1D IT7.2E LCA T-7 SD-T7 2 líneas

TD-8 (*) I8.1, I8.2 SD-T8 1 línea

TD-9 (*) IT9.1, IT9.2 SD-T9 2 líneas

TD-10 (*) I10.1, I10.2 LCA T-10 2 líneas

TD-11 2 líneas

TD-12 IT-12.1, IT12.1, IT12.3, IT.12.4

P-1

P-2 2 líneas

P-2.1 1 línea

P-3 2 líneas

P-4 1 línea

P-45 1 línea

P-5 (*) PZ5.1 a PZ5.9 I5.1, I5.2, I5.3, I5.4 LCA 5.1, i 5.2 SDM-4-1 I 4-2 3 líneas

P-6 1 línea

P-7 PZ7.1 a PZ7.3 I7.1, I7.2 LCA P7 1 línea

P-8 (*) PZ8.1 a PZ8.3 I18.1,I18.2,I18.3,I18.4 LCA 18.1,18.2 2 línea

P-9 1 línea

P-10 IN 1 IN2 IN5 IN6 3 líneas

P-10 MONT 3 líneas

P-10 MAR IN 3 IN4 3 líneas

P-11 2 líneas

P-13 (*) I13.D, I13.E 3 líneas

P-14 (*) LCA 1 (autocon) 2 líneas

P-15 (*) IE15E, IE15D LCA E.15 E15 E15 2 líneas

PRECARGAS

TERRAPLENES

UNIDADINSTRUMENTACIÓN

Tabla 15. Resumen de la instrumentación instalada en obra. ((*) Casos de estudio)


64

6.4. RESULTADOS DE INSTRUMENTACIÓN 6.4.1. ORIGEN Los datos de instrumentación para el presente estudio fueron suministrados por la dirección de obra, correspondiente a la empresa IBERINSA, quien ha coordinado la realización de las lecturas y la instalación de los instrumentos. Semanalmente se ha entregado un informe de placas de asiento (UTE IBERINFRA) y otro del resto de los instrumentos (Geopayma) tanto en formato papel como electrónico. Para empezar con la comparación de los resultados del modelo de predicción se ha tenido que realizar un análisis detenido de toda la información. 6.4.2. ANÁLISIS DE DATOS Para seleccionar los datos de instrumentación que se usarán en la comparación de la metodología de proyecto, se ha realizado un contraste de resultados mediante los diferentes instrumentos, para tener una idea de los datos que a priori parecen más fiables y los que no. A continuación se presenta una discusión sobre cada tipo de instrumento existente y del resultado que este ha dado para los casos de estudio. Un primer paso para observar la congruencia de resultados ha sido analizar los instrumentos que miden el mismo tipo de movimientos y comparar asientos máximos registrados en unos y en otros. Por lo tanto, se compararon LCA, placas y extensómetros. Los resultados de dicha comparación se resumen en la tabla siguiente. Las Fig. 62 - Fig. 69 representan los resultados brutos de asiento para cada unidad objeto de estudio, resultados que se comentan posteriormente.

PRECARGA 5 0.34 0.27 0,685 0,588 - - Comparables dos a dos

PRECARGA 8 0,35 0,3 0,6 0,4 - - Comparables dos a dos

PRECARGA 13 - -

PRECARGA 14 1 0,75 - - La LCA se encuentra al centro del terraplen entre ambas linia de placas

- 0,518 (21/07/06)

- 0,522 (21/09/06)

TERRAPLÉN DEFINITIVO 7 0,37 (09/10/06) 0,33 (09/10/06) 0.385 (13/11/06) -Etensómetro tipo deslizante (SD)

situado entre ambas secciones de placas

0,43 (22/09/06) 0,38 (22/09/06) 0,3 (21/09/06) -

0,75 (15/01/07) 0,38 (15/01/07) 0,35 (18/12/06) -

0,25 (19/04/06) 0,55 (19/04/06)

0,32 (28/08/06) 0,66 (28/08/06)

0,39 (16/05/06) - A partir de 15/05/06 SD-T8 se estabiliza a 0,4. última lectura (18/12/06)

-

0,23-

Smax (m)

0,95(25/08/06) 0,65(25/08/06)0,45

La LCA se encuentra al centro del terraplen entre ambas linia de placas y extensómetro INCREX sustituído por

uno de varillas (marzo 05)

EXTENSÓMETRO INCREX

0,91 (03/05/06)

-

0,55

TERRAPLÉN DEFINITIVO 9

-

-

PRECARGA 15

TERRAPLÉN DEFINITIVO 8 -

UNIDAD DE OBRA

Primera línea de placas está fuera del terraplén (E7)

Etensómetro tipo deslizante (SD) situado entre ambas secciones de

placas

LCA PLACA DE ASIENTO EXTENSOM.DESLIZANTE OBSERVACIONES

TERRAPLÉN DEFINITIVO 10 -0,20 (14/04/06)

Tabla 16. Comparación de los resultados entre instrumentación


65

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 100 200 300 400 500FECHA (DÍAS)

ASI

ENTO

(m)

0

1

2

3

4

5

6

7

ALT

UR

A (m

)

SD-T7 PLACA 9 PLACA 3 ALTURA DE TIERRAS 2+530 ALTURA DE TIERRAS 2+470

Fig. 62. Comparación de los instrumentos en el TD-7

TD-8

0

0.25

0.5

0.75

1

0 100 200 300 400 500 600

TIEMPO (DÍAS)

ASIE

NTO

(m)

0

2

4

6

8

10

12

14

ALTU

RA

(m)

PLACA 2 hombro PLACA 3 eje PLACA 4 hombro SD-T8 ALTURA TIERRAS



66

0

0,25

0,5

0,75

1

1,25

0 78 156 235 313 391TIEMPO (días)

ASI

ENTO

(m)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

ALT

UR

A T

ERR

APL

ÉN (

m)

PLACA 4 PLACA 9 SD-T9 PLACA 3 ALTURA DE TIERRAS


TD-10 3+370

0

0.2

0.4

0.6

0.8

0 100 200 300 400 500

TIEMPO(DÍAS)

ASIE

NTO

(m)

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

ALTU

RA

DE

TIER

RAS

(m)

PLACA 3 hombro PLACA 4 eje PLACA 5 hombro LCA eje ALTURA TIERRAS



67

P-5

0

0,25

0,5

0,75

0 100 200 300 400 500

TIEMPO(DÍAS)

ASI

ENTO

(m)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

ALT

UR

A (m

)

PLACA 9 PLACA 16 EJE PLACA 17 EJE PLACA 22 LCA 1 LCA 2 ALTURA P-5

Fig. 66. Comparación de los instrumentos en el P-5

P-13

0.000

0.100

0.200

0.300

0 50 100 150 200

TIEMPO (DÍAS)

ASIE

NTO

S (m

)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

ALTU

RA

DE

TIER

RAS

(m)

PLACA 3 PLACA 6 eje PLACA 7 eje PLACA 11 ALTURA TIERRAS

Fig. 67. Comparación de los instrumentos en la P-13


68

P-14

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

0 50 100 150 200 250 300 350TIEMPO (DÍAS)

ASI

ENTO

(m)

0

2

4

6

8

10

12

14

ALT

UR

A D

E TI

ERR

AS

(m)

PLACA 2 hombro PLACA 3 hombro PLACA 5 30m PLACA 6 hombro PLACA 7 hombro

LCA hombro LCA hombro corregida ALTURA TIERRAS


P-15

0

0.25

0.5

0.75

1

0 50 100 150 200 250TIEMPO(DÍAS)

ASI

ENTO

(m)

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

ALT

UR

A D

E TI

ERR

AS

(m)

PLACA 2 hombro PLACA 3 eje PLACA 4 hombro PLACA 10 eje LCA eje

LCA eje corregida EXTENS. INCREME. eje EXTENS. VARILLES eje ALTURA TIERRAS



69

De la tabla y las figuras anteriores se desprenden algunas ideas.

- En los casos más directos, donde LCA y placas coinciden en una misma sección y son

comparables directamente (P-5 y P-8) se observa que las LCA instaladas dan valores de asientos más bajos que las placas y que la diferencia de magnitud está entre los 0,10 y los 0,30 m dependiendo de los casos

- En el caso de la P-14 donde la LCA se sitúa entre las dos secciones de placas (situadas en los extremos del terraplén) ésta registra un asiento menor en el tramo donde se tienen datos de lecturas y la diferencia está entre 0,20-0,25 m, cuando en principio, tendría que dar incluso un poco más por su emplazamiento más centrado bajo la carga.

- En la precarga 15, las placas 3, 4 y 5 dan valores de asiento muy elevados, con respecto el resto, posiblemente a causa de la proximidad de la precarga-14. Por otra parte, los instrumentos que se encuentran en la misma sección, como son la LCA y el extensómetro (inicialmente INCREX y después uno de varillas), dan un registro similar en magnitud y en distribución temporal. La diferencia entre esta sección y la situada al otro extremo del terraplén (placas 7-8-9-10-11-12-13) es considerable. Los máximos entre ambas secciones difieren entre 0,20 y 0,25 m.

- El terraplén 7, construido en dos fases diferentes, por un lado tiene una buena correspondencia entre placas (testigo 9 y testigo 3) y SD-T7 mientras que las lecturas de LCA además de ser en un periodo muy reducido, no tienen una tendencia parecida a ninguno de los otros instrumentos. En este caso, el instrumento se podría descartar a efectos de comparación. Se observa como en el momento cuando las alturas de ambos tramos son similares, los asientos también se estabilizan y toman una tendencia común.

- En el terraplén 8, en cambio, el comportamiento entre placas y extensómetro SD es muy diferente, ya que el testigo homólogo, situado en el eje de la unidad, da un asiento mucho mayor que el extensómetro

- En el terraplén 9, existe una discordancia bastante importante entre ambas líneas de asientos. El extensómetro deslizante coincide con una de ellas (3+030).

- En el caso del terraplén-10, la LCA da un valor bastante similar a una de las placas (testigo 3), La otra se sitúa fuera del terraplén y probablemente está sometida la influencia de otras estructuras. Por lo tanto se puede considerar que los resultados son bastante consistentes, a pesar que como siempre, las lecturas de LCA no presentan una distribución en sección tan bien marcada como las placas.

Todas estas ideas llevan a pensar que en algunos casos los datos no son consistentes entre si, luego se ha analizado a qué motivos puede ser debida esta no congruencia de resultados. En principio los instrumentos pueden presentar problemas tanto a nivel de lecturas, como de instalación que provoquen un falseo de los datos. Se han planteado posibles errores asociados a cada instrumento investigando si pueden explicar o no las discrepancias observadas entre distintos instrumentos. LÍNEAS CONTINUAS DE ASIENTO Existe un error sistemático debido a la no referenciación exterior de las arquetas en el momento de la lectura. Debería haberse realizado respecto a un punto suficientemente alejado del terraplén el cual no se viera afectado por los movimientos existentes. De esta forma, como la arqueta también experimenta un movimiento, los asientos totales medidos no son absolutos, sino relativos a la arqueta (obsérvese figura).


70

0

0,25

0,5

0,75

1

1,25

0 50 100 150 200 250TIEMPO(DÍAS)

ASI

ENTO

(m)

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

ALT

UR

A D

E TI

ERR

AS

(m)

PLACA 10 eje LCA eje

LCA eje corregida ALTURA TIERRAS

Fig. 70. Corrección de la LCA considerando el movimiento de la arqueta

Los movimientos de las arquetas de esta figura han sido estimados con el modelo, observándose una mayor similitud de los datos corregidos con el instrumento análogo de la sección contigua. Por otro lado, asociado a este tipo de instrumento existe otro punto clave para su buen funcionamiento. Es necesario que el circuito de fluido esté totalmente a presión para que las lecturas del transductor sean correctas, ya que si se forman burbujas de aire, la presión medida es menor, y por tanto el asiento registrado también. El hecho de que no sean lecturas directas de movimientos, y que se tenga que medir un parámetro para calcular otro, puede que las haga más susceptibles a errores. PLACAS DE ASIENTO Las placas de asiento representan, en principio, el instrumento que ha proporcionado datos más fiables de todos los instalados. La única duda que se ha planteado durante el análisis es el tema de los asientos registrados en las etapas de desmontaje de las precargas. Es normal que el asiento se recupere un poco cuando se descarga el terreno, pero como se puede observar en las gráficas anteriores (Fig. 62 - Fig. 69), se observan rebotes de hasta el 40% del asiento máximo, lo cual a priori parece excesivo considerando el comportamiento predominantemente plástico del suelo. Se observa que las placas que registran más rebote son las situadas en el centro del terraplén lo que en principio es normal porque son las que descargan más altura de tierra, pero también son las más susceptibles a recibir golpes durante el proceso de desmontaje. Como el objetivo de este trabajo solamente es analizar los asientos en fase de carga no se va a discutir más sobre la veracidad de estos datos, aunque si, se quería poner de manifiesto las dudas presentadas por la magnitud de los asientos de descarga. EXTENSÓMETROS DESLIZANTES Se han identificado dos causas posibles de discrepancia entre las medidas extensométricas y el resto.

• Rango de medida y de lectura insuficiente. Los extensómetros deslizantes tienen dos rangos que determinan la capacidad de registrar movimientos hasta una cierta magnitud. Por un lado, está el rango de medida máximo correspondiente a la deformación a la que pueden llegar los manguitos de conexión, que en los casos de estudio estos límites están en 49 y 98 mm en función del instrumento. Y por otro lado, el rango de lectura de la unidad de lectura. Este valor es de 50 mm en todos los casos. Observando los movimientos relativos registrados por los extensómetros de este tipo (ver Fig. 129 y Fig. 144), en general, no hay ningún valor de desplazamiento relativo entre manguitos mayor a 50 mm.


71

Pueden haber pasado dos cosas.

- El instrumento se ha deformado como el suelo, pero la unidad de lectura no lo ha registrado correctamente por limitación de lectura.

- El instrumento ha sobrepasado sus rangos de medida y la unidad de lectura ha recibido mal la información

- Según información de los operarios que realizaron las medidas el último día en los extensómetros de la obra se encontraron que en el terraplén 8 (SD-T8), la sonda no pasaba a través de la tubería porque estaba obstruida, la cual cosa puede justificar la segunda situación; ya que es posible que debido a una deformación excesiva de la tubería extensométrica, la sonda no se pudiera deslizar con normalidad. Además, la profundidad aproximada donde les ocurrió esto fue sobre las arcillas fangosas, situadas sobre los 15 m. A partir de este día (18/12/06), se decidió no continuar con la toma de lecturas.

• Sellado con una lechada de rigidez inadecuada. Como se explica en el apéndice 6.6,

si la mezcla de sellado de los sondeos tiene una rigidez demasiado alta comparada con la rigidez del suelo, los asientos registrados pueden ser menores de los reales debido a que la columna de mezcla inyectada en el sondeo tiene una resistencia rigidez mucho mayor que la del suelo circundante y se crea una superficie de deslizamiento existiendo un movimiento relativo entre corona de inyección y terreno que no se transmite al instrumento.

EXTENSÓMETROS INCREMENTALES, INCREX

• Rango de medida insuficiente. Un rango de lectura de +/- 20 mm/m puede haber resultado insuficiente en los estratos más deformables, como ya se ha comentado en el caso de los extensómetros deslizantes

• Sellado con una lechada de rigidez inadecuada. La misma problemática comentada en el caso anterior y en el apéndice 6.6

En la interpretación posteior de los datos no se tendrán en cuenta otras medidas, aparte de las de asiento. Sin embargo, durante el examen de los datos de instrumentación se han detectado algunas irregularidades en los registros de otros instrumentos, como son los inclinómetros (movimientos horizontales) o los piezómetros, que ha parecido interesante poner de manifiesto INCLINÓMETROS Los inclinómetros instalados en obra tienen en general un inconveniente importante y es que están realizados solo hasta 14.5 m de profundidad. Esto implica un error ya que supone que a esa profundidad (intercalaciones limo-arenosas) estamos en un estrato estable respecto a movimientos horizontales. Los inclinómetros hubieran sido de mayor ayuda si se hubieran llevado hasta las gravas del acuífero inferior. Se observa en la figura siguiente la tendencia del punto inferior del inclinómetro a desplazarse hacia la carga, en un movimiento que sólo se explica por la rigidez considerable del instrumento.


72

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

-30.0 -20.0 -10.0 0.0 10.0 20.0

Movimientos (mm)

Campaña nº1: 6-5-05Campaña nº2: 12-5-05Campaña nº3: 19-5-05Campaña nº4: 25-5-05Campaña nº5: 30-5-05Campaña nº6: 7-6-05Campaña nº7: 13-6-05Campaña nº8: 20-6-05Campaña nº9: 30-6-05Campaña nº10: 7-7-05Campaña nº11: 14-7-05Campaña nº12: 21-7-05Campaña nº13: 4-8-05Campaña nº14: 9-8-05Campaña nº15: 18-8-05Campaña nº16: 24-8-05Campaña nº17: 31-8-05Campaña nº 18: 16-9-05Campaña nº19: 23-9-05Campaña nº20: 29-9-05Campaña nº21: 7-10-05Campaña nº22: 21-10-05Campaña nº23: 25-10-05Campaña nº24: 3-11-05Campaña nº25: 23-11-05Campaña nº26: 30-11-05Campaña nº27: 12-12-05Campaña nº28: 20-12-05Campaña nº29: 4-1-06Campaña nº30: 21-2-06campaña nº31: 27/2/06Campaña nº32: 23-3-06Campaña nº33: 29-3-06Campaña nº34: 4-4-06Campaña nº35: 10-4-06Campaña nº36: 20-4-06

Fig. 71. Inclinómetro situado en el TD-10 PIEZÓMETROS Los resultados provenientes de los piezómetros fueron de poca ayuda desde el punto de vista geotécnico ya que a pesar de los incrementos de tensiones en el terreno debidos a la construcción de los terraplenes, éstos no registraron cambios de presiones significativos (véase figura siguiente). El caso representado en la gráfica se trata de un piezómetro de profundidad 13.5 en el que no se observa ningún incremento de presión durante la construcción del terraplén. Una vez más, esto es debido a la falta de profundidad del instrumento, ya que 13.5 m solamente alcanza hasta el inicio del estrato limo arenoso intermedio, luego podría ser que el emplazamiento del instrumento sea en una zona predominantemente arenosa cuyo comportamiento sea drenado y por tanto, es normal que no se registren incrementos de tensión importantes.

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

19/03/2005 18/04/2005 18/05/2005 17/06/2005 17/07/2005 16/08/2005 15/09/2005 15/10/2005 14/11/2005 14/12/2005

FECHA

PRES

ION

ES K

g/cm

²

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

ALT

UR

A D

E TI

ERR

AS

(m)

PRESIÓNALTURA P-5

Fig. 72. Presiones medidas por el piezómetro de cuerda vibrante 5.3 situado en la P-5


73

En el gráfico siguiente se observa una muestra de los piezómetros instalados y de las profundidades de los mismos. Se observa que un gran número de instrumentos no tienen la profundidad para situarse en una zona suficientemente impermeable como, para poder obtener registros significativos de presión de poros.

0

5

10

15

20

25

30

35

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 7.1 7.2 7.3 8.1 8.2 8.3

PIEZÓMETROS

PRO

FUN

DID

AD

(m)

ARENAS

INTERCALACIÓN LIMO ARENOSA

ARCILLAS FANGOSAS

ARCILLAS

INTERCALACIÓN LIMO ARENOSA

Fig. 73. Profundidades de instalación de los piezómetros

6.5. CONCLUSIONES Para concluir con todo este capítulo referente a la auscultación de la obra, se destacan las siguientes ideas ya señaladas anteriormente:

- El proyecto de modificación de la carretera C-31 incluía un amplio plan de instrumentación para controlar todo tipo de movimientos del terreno y poder optimizar los tiempos y trabajos de precarga temporal del terreno.

- El plan inicial de instrumentación fue parcialmente modificado en su puesta en obra. - Los instrumentos que finalmente se han utilizado a lo largo de la construcción han sido:

placas de asiento, LCA, inclinómetros, extensómetros deslizantes, extensómetros incrementales y piezómetros.

- El instrumento más adecuado para este trabajo ha resultado ser la placa de asientos. - En general, los resultados de instrumentación obtenidos han tenido menor alcance que

lo inicialmente previsto, aunque han cumplido los objetivos más importantes del proyecto.


74

6.6. APÉNDICE. INYECCIÓN DE UN RELLENO DE CEMENTO-BENTONITA INADECUADO A veces el relleno a colocar en sondeos para instrumentación recibe una falta de atención importante, ya que este, que es el material que está en contacto entre terreno e instrumento, es crítico para la obtención de buenas medidas. En muchas ocasiones, las observaciones del instrumento pueden reflejar simplemente un relleno inestable, falta de relleno o un relleno demasiado rígido o demasiado blando. La resistencia de la inyección de sellado de un sondeo de instrumentación tiene que ser diseñada de forma que se parezca a la del suelo en cuestión, controlando el contenido de cemento y ajustando las proporciones de la mezcla.

Resistencia y deformación La regla general para la inyección adecuada de cualquier tipo de instrumento es intentar imitar la resistencia y la deformación del suelo del lado. La buena práctica a seguir es aproximar la resistencia y minimizar el área anular a inyectar. P. Eric Mikkelsen en el 2002 editó datos de resistencia en función de la relación a/c y se representan en la siguiente figura:

Fig. 74. Resistencia a 28 días de la mezcla cemento-bentonita vs relación a/c (Mikkelsen, 2002)

La figura ilustra la disminución de resistencia con el aumento de la relación agua/cemento. Por lo tanto, la relación a/c controla la resistencia de la mezcla. La bentonita no añade resistencia significante a la inyección tan solo controla temas de permeabilidad. En la siguiente tabla sacada del mismo artículo comentado anteriormente se muestran dos mezclas con diferentes a/c para dos tipos distintos de suelo.

Tabla 17. Proporciones de los componentes de la mezcla de inyección (Mikkelsen, 2002)


75

De la instrumentación instalada en la obra de estudio sabemos que: a/c =2 bentonita =0-10% Entrando estos datos en el ábaco de Mikkelsen:

Fig. 75. Resistencia a 28 días de la mezcla cemento-bentonita utilizada en la instrumentación (Mikkelsen,

2002) Se observa que la mezcla tiene una resistencia a compresión de aproximadamente 105 psi, que equivaldría a 73 T/m2. Por otro lado, la resistencia del suelo, relevante para la comparación, es la resistencia al corte sin drenaje (Cu) de las capas más deformables, o sea, los niveles cohesivos inferiores. En el proyecto se estima entre 4-8 T/m2, que multiplicada por dos para sacar la resistencia a compresión da 8-16 T/m2. Por lo tanto es evidente que la diferencia de resistencias es muy grande y que es probable que existan problemas de menor compresibilidad del instrumento respecto el suelo, y por lo tanto, de no solidarización suelo-mezcla de sellado.

Consideraciones finales La columna de mezcla inyectada en el sondeo tiene una resistencia a la compresión mucho mayor que la del suelo circundante, esto provoca que: - Para un suelo como el que tenemos en estos perfiles la mezcla óptima sería una que

tuviera una relación agua cemento entre 5 y 7 (ver Fig. 76)


76

Fig. 76. Estimación de la relación a/c adecuada para el suelo existente (Mikkelsen, 2002)

- Las características de la mezcla de sellado pueden haber provocado que el contorno del instrumento se comporte como un pilote hueco en términos de resistencia y deformación provocando un falseo de las medidas axiales del instrumento. En las siguientes figuras se representa el comportamiento de un pilote en suelos que no se muevan (Fig. 77) y en suelos que asienten (Fig. 78).

Fig. 77. Situación ideal de un pilote soportado por resistencia de fuste y de punta


77

Fig. 78. Situación de un pilote emplazado en un terreno que asienta

El resultado es una columna que pierde la resistencia de fuste y por tanto tiene cargas adicionales Esto produce que la superficie de contacto pilote (inyección de sellado) y terreno sea de deslizamiento, no solidaria; y por tanto se den movimientos relativos entre ambos medios. Si se calcularan estos desplazamientos relativos entre columna y terreno, y se compararan con las diferencias de magnitud entre este instrumento y los demás, se podría evaluar numéricamente el problema de una inyección de sellado inadecuada para el suelo a auscultar.

6. auscultaciÓn e instrumentaciÓn - pàgina inicial de

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