reforzamiento de mamposteria with frp - eci handouts

7/23/2019 Reforzamiento de Mamposteria With FRP - ECI Handouts

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www.sgh.com

Reforzamiento de Mamposteracon Materiales Compuestos FRP

Gustavo Tumialan, Ph.D., P.E.

MAESTRA EN INGENIERA CIVILESCUELA INTERNACIONAL DE VERANO

Bogot,D.C.,Julio23 de2015

AGENDA

1. Introduccin

Por que se requiere reforzar/reparar mampostera?

Tcnicas de reforzamiento de mampostera

2. Diseo del reforzamiento con FRP ACI 440.7R

Reforzamiento de muros para cargas perpendiculares al plano

Reforzamiento por Flexin

Reforzamiento de muros para cargas en el plano

Reforzamiento por Corte

Limitaciones

3. Consideraciones para los detalles

Anclaje, continuidad de carga

4. Errores comunes de diseo

5. Estudios de casos

2

INTRODUCCION

Mampostera es el material de construccin mas antiguo

Gran stock de estructuras histricas de mampostera

Mampostera es uno de los materiales de construccin

contempornea mas comn

El 70% de la poblacin mundial vive o usa edificaciones de

mampostera; el 30% de esas personas vive en zonas ssmicas Presente en muchas estructuras de concreto o metlicas

Mampostera no reforzada es susceptible a fallas

causadas por eventos naturales o eventos causados por

el hombre

Sismos, Viento (huracanes, tornados), explosiones

Fallas de mampostera no reforzada es una de las principales

causas de daos materiales y prdida de vidas humanas

durante un evento ssmico (FEMA and TMS)

3


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4

Por que se requiere reforzar/reparar mampostera?

Modificacin estructural

Reconfiguracin estructural: renovaciones

Requerimientos de la Norma

Actualizacin de normas

Deficiencia estructural

Proveer suficiente capacidad estructural

Corregir errores de construccin / diseo

Dao estructural

Sismos

Viento

Asentamientos

5

Necesidad de reforzar/reparar mampostera requieredel desarrollo de guas para diseo y constr uccin

TECNICAS DE REFORZAMIENTO DE MAMPOSTERIA

ASCE 41-13 Apuntalamiento

Temporal o permanente

Elementos rigidizantes

Metlicos o concreto

Recrecimiento de seccin

Construccin de mampostera nueva

Reforzamiento interno

Insercin de barras de acero

Revestimientos

Concreto o mortero reforzado

Sistemas FRP

Lminas

Barras


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7

Apuntalamiento

Apuntalamiento

Antes Desp us

Revestimiento con Shotcrete (Concreto Lanzado)


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Elementos Rigidizantes

Seccin tubular

Perno y planchade acero

Bloques rellenoscon grout

Muro demampostera

Recrecimiento de Seccin

Reforzamiento con Barras de Acero


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Reforzamiento con Barras de Acero

Lminas de FRP

Mampostera Masilla en lasjunt as 1ra capa de

epoxico

Fibra 2da capa deepoxico

Barras de FRP (NSM: near-surface-mounted)

Junta deMortero

Unidad deMampostera

Varilla deFRP de

Epoxico


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Sistemas de FRP

16

17

CONSIDERACIONES PARA LA SELECCION DE FRP

Fibra de Carbn (CFRP) o Fibra de Vidrio (GFRP)?

Menor mdulo de elasticidad (E) de GFRP no es una

limitacin

E de GFRP es ms compatible con el bajo E de mampostera

GFRP es el preferido para reforzamiento de mampostera

Ms econmico y menor E

CFRP es preferible para reforzamiento de muros sujetos

a cargas sostenidas

Mayor resistencia a la deformacin bajo cargas sostenidas

(creep)

CFRP es apropiado para muros expuestos al ambiente

Durabilidad es superior

18


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Las barras se pueden esconder en la junta

Ms atractivo si la apariencia del muro tiene que preservada

Area de las barras esta limitada por el espesor de lajunta

Barra de en un junta de 10 mm

La preparacin de la superficie para las lminas es ms

trabajosa

Eliminar excesos de mortero y aplicacin de masillas

La instalacin de las barras es mas simple pero puede

ser mas disruptiva

Corte de ranuras en la mampostera causa ms polvo y ruido

19

CONSIDERACIONES PARA LA SELECCION DE FRP

Lminas o Barras?

AGENDA

1. Introduccin


Reforzamiento de muros para cargas perpendiculares al plano


Reforzamiento de muros para cargas en el plano


Limitaciones




20

Capitulo Contenido

1 Introduccinyalcance

2 N ot ac io ne sydefiniciones

3 M at er ia le sconstituyentesy

propiedades

4 T ra ns po rt e,almacenamientoymanejo

5 I ns ta la cin

6 I ns pe cc i n,evaluacinyaceptacin

7 M an te nimien to

y

reparacin

8 Consideracionesgeneralesdediseo

9 R ef orza mien todemurosparacargas

perpendiculares alplano

10 Reforzamientodemuros paracargasen

elplano

11 D et allad o

1 2 P la no s yespecificaciones

1 3 E je mp lodediseo

14 R ef eren cias


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Capitulo Contenido

1 Introduccinyalcance

2 N ot ac io ne sydefiniciones

3 M at er ia le sconstituyentesy

propiedades

4 T ra ns po rt e,almacenamientoymanejo

5 I ns ta la cin

6 I ns pe cc i n,evaluacinyaceptacin

7 M an te nimien toyreparacin

8 Consideracionesgeneralesdediseo

9 R ef orza mien todemurosparacargas

perpendiculares alplano

10 Reforzamientodemuros paracargasen

elplano

11 R ep arac i nde mamposteraagrietada

12 Confinamiento decolumnas

13 D et allad o

1 4 P la no s yespecificaciones

1 5 E je mp lodediseo

16 R ef eren cias

ACI 440.7R-XX

ACTUALIZACIONTrabajo en Proceso

Guide for the Design andConstruction of Externally Bonded

Fiber-Reinforced Polymer Systems forStrengthening Masonry Structures

REFORZAMIENTO DE MUROS PARACARGAS PERPENDICULARES AL PLANO


Esquemas de Reforzamiento

24

Lminas Barras


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Modos de Falla

25

Prdida deAdher encia del FRP

Rotura del FRPAplas tami ento d e la

mampostera

Modo de fallamas comn

Resistencia a la Flexin

26

2

cdfAM 1ffefn

Que valores param

?fumfe ff

Resistencia a la flexion: ffe: esfuerzo efectivo

Prdida de adherencia es la falla mas comn

Para propsitos de diseo: limitar el esfuerzo efectivo para prevenir

esta falla

FACTOR DE REDUCCION PARA FLEXION m

m = fe/fu factor de eficiencia

f cuanta modificada de FRP para mampostera

f captura la influencia de los parmetros queinfluencian el comportamiento de un muro en flexin:

Cuanta de FRP: f= Af / bm df Modulo de elasticidad de FRP: Ef

Resistencia a la compresin de la mampostera: f m

Esbeltez: h/t

t/hfE

'm

fff

Calibrado usando una base de datos:


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28

m = 0.45

Lminas de FRP


29

m = 0.35

Barras de FRP


Limi taciones Carga Perpendicular al Plano

FRP es efectivo para muros que se comportan como

muros simplemente apoyados

No es recomendado para muros con esbeltez (h/t)

mayores de 18

Basado en la base de datos usada en ACI 440.7R

h/t especificado en los cdigos de construccin en USA Riesgo de efecto P-Delta (inestabilidad)

No es necesario ni recomendado para muros con

esbeltez (h/t) baja tpicamente h/t menor a 12

Muros construidos entre apoyos rgidos

Muros robustos pueden desarrollar arqueamiento

capacidad de resistir cargas mayores

FRP no es efectivo

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Qu es arqueamiento?

31

Muros gruesos construidos

entre apoyos rgidos

PROCEDIMIENTO DE DISEO PARAREFORZAMIENTO POR FLEXIN

Supuestos para el diseo: Las deformaciones unitarias en el FRP y mampostera son

directamente proporcional a su distancia al eje neutro

La mxima deformacin utilizable en compresin:

0.0035 para mampostera de arcilla

0.0025 para mampostera de concreto

FRP es linealmente elstico hasta la falla

La contribucin de la mampostera en tensin y la contribucin

del FRP en compresin son nulas

No existe deslizamiento relativo entre el FRP y la mampostera

hasta que la falla por perdida de adherencia ocurre

El muro reforzado se comporta como un elemento simplemente

apoyado, o de una forma muy similar.

Arqueamiento no ocurre

Diseo por resistencia ultima:

= 0.60 mampostera no reforzada similar to TMS 402 / ACI 530

Resistencia a la flexin nominal:

MuMn

2

c

2

tPu

2

cdfAMn 11ffef

Deformacin efectiva fe:*fuE

*fummfe C

c

cd

FRPdebarraspara35.0

FRPdeadosminlapara45.0m

PROCEDIMIENTO DE DISEO PARA REFORZAMIENTO POR FLEXIN


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23/7/20

Con di ci ones de Exp os ici n Ti po de Fi bra CE

Exposicin interior

(particiones)

Carbn 0.95

Vidrio 0.75

Aramida 0.85

Exposicin exterior

(muros exteriores, incluyendo el

lado interno de muros

exteriores)

Carbn 0.85

Vidrio 0.65

Aramida 0.75

Ambiente agresivo

(muros en stanos)

Carbn 0.85

Vidrio 0.50

Aramida 0.70

Factores de Reduccin por Exposicin al Medio Ambiente

No son considerados en el diseo

Coeficientes m son bajos

Coeficientes m

controlan sobre los coeficientes CE

Se pueden usar coeficientes m si son justificados por ensayos

PROCEDIMIENTO DE DISEO PARA REFORZAMIENTO POR FLEXIN

Coeficientes de Reduccin por Exposicin al Medio Ambiente:

REFORZAMIENTO DE MUROS PARACARGAS EN EL PLANO


Consideraciones Generales

Fallas en muros con carga en el plano:

Tensin diagonal

Deslizamiento

Balanceo

Aplastamiento

36

Tensin Diagonal Deslizamiento Balanceo Aplastamiento

Fomentar falla por deslizamiento o balanceo

Mas dctiles


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37

Lminas Barras


38

Lminas

Modos de Falla

39

Modo de falla del FRP: Perdida de Adherencia del FRP

Lminas

Barras


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Resistencia al Corte

40

Que valores para v ?fuvfe ff

ffe: esfuerzo efectivo

Prdida de adherencia es la falla mas comn Para propsitos de diseo: limitar el esfuerzo efectivo para prevenir

esta falla

Resistencia al corte: fmn VVV

f

vfeff

s

dfAV

f

vfuvff

s

d)f(AV

s

dfA5.0V

vyvs

FRP :

Acero :

f

vfufvf

s

dfAV

TMS 402 / ACI 530

FACTOR DE REDUCCION PARA CORTE v

v = fe/fu factor de eficiencia fv : cuanta modificada de FRP para mampostera

fv captura la relacin entre la resistencia del FRP yla resistencia al corte de la mampostera

Calibrado usando una base de datos:

'mm

fffv

fA

EA

42

Lminas de FRP


45.010.0

45.020.02.164.0

20.040.0

f

ff

f

v


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23/7/20

43

Barras de FRP


45.010.045.020.02.164.0

20.040.0

f

ff

f

v

Diseo por resistencia ultima:

= 0.80 similar a TMS 402 / ACI 530

= 0.60 NSR-10 para mampostera reforzada

VuVn

Resistencia nominal al corte:

VfVmVn

Vm: resistencia al corte de mampostera no reforzada

PROCEDIMIENTO DE DISEO PARAREFORZAMIENTO POR CORTE

f

vfufv

s

dfAVf

'mm

fffv

fA

EA

45.0for10.0

45.020.0for2.164.0

20.0for40.0

f

ff

f

v

Cuanta modificada de FRP para mampostera :

Vm contribucin de la mampostera?

45

NSR-10: Titulo D Mampostera Estructural

Vm = 2.5 x Fv

Vm para diseo por resistencia ultima:

Factor 2.5 usado por TMS 402 / ACI 530 para

convertir esfuerzos admisibles a esfuerzos ltimos


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23/7/20

Con di ci ones de Exp os ici n Ti po de Fi bra CE

Exposicin interior

(particiones)

Carbn 0.95

Vidrio 0.75

Aramida 0.85

Exposicin exterior

(muros exteriores, incluyendo el

lado interno de muros

exteriores)

Carbn 0.85

Vidrio 0.65

Aramida 0.75

Ambiente agresivo

(muros en stanos)

Carbn 0.85

Vidrio 0.50

Aramida 0.70

Factores de Reduccin por Exposicin al Medio Ambiente

No son considerados en el diseo

Coeficientes v son bajos

Coeficientes v

controlan sobre los coeficientes CE

Se pueden usar coeficientes v si son justificados por ensayos

PROCEDIMIENTO DE DISEO PARA REFORZAMIENTO POR CORTE

Coeficientes de Reduccin por Exposicin al Medio Ambiente:

Limitaciones Corte en el plano

47

Masonry Type Wall ConstructionFRP Strengthening

Layout

Hollow unit

masonry wall

t = 8 in. or less

Ungrouted or partially grouted walls

with grouted cells spaced greater than 48 in.

FRP on one face of

wall is acceptable

t = 8 in. or less

Fully grouted or partially grouted walls with

grouted cells spaced at 48 in. or l ess

FRP on two faces of

wall is required

t = 10 to 12 in.

Ungrouted or partially grouted walls with

grouted cells spaced greater than 60 in.

FRP on two faces of

wall is required

t = 10 to 12 in.

Fully grouted or partially grouted walls with

grouted cells spaced at 60 in. or less

Use of FRP is not

recommended

t greater than 12 in.

Ungrouted or grouted

Use of FRP is not

recommended

Solid unit

masonry wall

Single-wythe walls with

t = 4 in. or less

FRP on one face of

wall is acceptable

Double-wythe walls with

t = 8 in. or less

FRP on two faces of

wall is required

Multi-wythe walls with

t > 8 in.

Use of FRP is not

recommended

ACI 440.7R Table 10.1

Limitaciones Mampostera hueca

48

NO FRPFRP FRP

FRP(Un lado) FRP

(Dos lados)


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49

Limitaciones Mampostera maciza

NO FRPFRP FRP

FRP

(Un lado)FRP

(Dos lados)

Prticos rellenos con mampostera

Tema no incluido en ACI 440-7R

Cantidad limitada de ensayos

disponibles en la literatura

Resultados interesantes y

prometedores

Incremento marginal de

capacidad con incrementos

substanciales en capacidad de

deformacin

Strong Frame Weak Infill

Contribucin del puntal decrece

con la formacin de fisuras y

grietas

50

FRP contribuye a controlar el fisuramiento

El puntal no se degrada

Fallas de mampostera en prti cos

51

Tensin Diagonal

Aplastamiento

de las esquinas


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52

Prticos rellenos con m ampostera

Pontificia Universidad Catlica del Per

53

Prticos rellenos con m ampostera

Muro reforzado

Muro no reforzado

(participante)

Prtico

Muro no reforzado(no participante)

0.5% 0.7%

Estructura aporticada con muros de relleno

54

Muros de mampostera

Prtico


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Esquema 1

55

Muros reforzados

(Refuerzo continuo)

Muros aislados

56

Puntal

Muros reforzados

(Refuerzo no continuo)

Esquema 2 Alternativa para la Continuidad de Carga

AGENDA

1. Introduccin





57


20/33

23/7/20

CONSIDERACIONES PARA LOS DETALLES

Espaciamiento del refuerzo de FRP

Flexin

Corte

Interaccin con elementos estructurales adyacentes

Restriccin del movimiento lateral

Evitar volcamiento

Vincular no vincular con FRP?

Anclaje Transferencia/continuidad de la carga (load path)

Anclaje del FRP

Anclaje del muro

58

The devil is in the detailLos detalles son importantes

Espaciamiento del Refuerzo en Muros NuevosFlexin Carga Perpendicular

59

Muro de Mampostera Reforzada

Celdas con groutBarras de acero

60

Espaciamiento del Refuerzo de FRP Flexin

Lminas de FRP

Barras de FRP

Muro de Mampostera No Reforzada

Muro de Mampostera No Reforzada

VISTA EN PLANTA


21/33

23/7/20

61

Espaciamiento del Refuerzo de FRP Corte

Lminas de FRP Barras de FRP

SECCION TRANSVERSAL

Restriccin del Movimiento Lateral

62

Elemento de concreto

FRP

Angulos metlicosanclados al concreto

y mampostera

Muro de mampostera

63


FRP

Esbelt ez (h/t) = 16

Carga:

2,600 kg (arena)

Peso propio

3 personas

2,800 kg

Area = 1.90 m x 2.50 m

Presin = 600 kg/m2


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23/7/20

64


Esbelt ez (h/t) = 16

Carga:

2,600 kg (arena)Peso propio

3 personas

2,800 kg

Area = 1.90 m x 2.50 m

Presin = 600 kg/m2

FRP vinculado a elementos estructurales adyacentes

65

Muro de mampostera

reforzado con FRP Columnas de

concreto

FRP vinculado a

las columnas

FRP vinculado a elementos estructurales adyacentes

Elemento de concreto

Muro de mampostera

FRP

Prdida de adherencia

CARGA

Prdida de adherencia Prdida de adherencia

Prdida de adherencia

CARGACARGA

Incremento de prdidade adherencia


Concentracin de esfuerzos

dao localizado

CARGA


Incremento de prdida

de adherencia


23/33

23/7/20

Anc laje Continuidad de carga

67

FRP continuo

Losa de concreto

Angulos metlicos

anclados al concreto

Agujeros localizados para permitir

pasaje del FRP. Rellenos con

mortero de reparacin despus de

instalar el FRP

Muro de mampostera


68

FRP

Losa de concretoMuro de mampostera

Perforacin a travs de las

losa de concreto para permitir

pasaje de barras de acero Celdas rellenas con grout

despus de instalar las

barras de acero

69


Cimentacin de concreto

FRP

Angulos metlicos

anclados al concretoy mampostera

Muro de mampostera


24/33

23/7/20

70


Cimentacin de concreto

Muro de mampostera

Celdas rellenas con grout

despus de instalar las

barras de acero

FRP

Barras de acero

ancladas al concreto

Evaluacin Experimental de AnclajesEscuela Colombiana de Ingeniera

71

Corbatines de FRP

anclados a la cimentacin

FRP adherido a un

macizo de concreto

FRP adherido a la cimentacin

FRP anclado a un macizo de concreto

72

FRP anclado a un macizo de concreto


25/33

23/7/20


73

FRP pasado

debajo del

macizo

Unidades

extremas

removidas ybarras ancladas

Parte superior

del macizo

Parte inferior

del macizo

74


No AnclajeCorbatines

FRP adherido a la cimentacin

FRP adherido al macizo

FRP anclado al macizo

75

Contribucin

del FRP

Contribucin

del Acero


26/33

23/7/20

AGENDA

1. Introduccin





76

ERRORES DE DISEO COMUNES

Refuerzo en un solo lado carga perpendicular al plano

Cargas sismicas y de viento son en los dos sentidos

77

FRP?

Muros muy esbeltos carga

perpendicular al plano

Riesgo de inestabilidad

(efecto P-Delta)

Muros con esbeltez (h/t)

mayores de 18

78

FRPFRP


P

Muro de espesor de

12 cm (Bloque No.5)Altura mxima = 2.20 m


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Reforzamiento en diagonal carga en el plano

79


80

FRP

Muro demampostera

Parapeto

Losa deltecho


Espaciamiento excesivo del FRP

81

FRP

Muro de

mampostera


No espaciamiento (muros cubierto al 100%)

Barrera de vapor

Mampostera necesita transpirar


28/33

23/7/20

Anclaje deficiente carga en el plano

82

Muro de mampostera

FRP

FRP adherido en

L al concreto

Muro de mampostera

FRP

No anclaje


83

FRP?

SECCION TRANSVERSAL


Muros gruesos carga en el plano

AGENDA

1. Introduccin





84


29/33

23/7/20

Trinity Church Princeton, New Jersey

85

Muros no fueron construidos de acuerdo a lo especificado:

El refuerzo de acero en corte fue omitido

Refuerzo de acero vertical omitido o celdas sin grout

El rea de las ventanas eran mas grande de lo especificado

86

Esquemas de reforzamiento

87

Barras de acero nuevas Lminas de GFRP


30/33

23/7/20

Reforzamiento con l minas de GFRP

88

89

Agrietamiento severo de

muros debido a asentamientos

diferenciales

FRP usado para coser las

grietas

Devolverle al muro la resistencia

original

FRP no resuelve el problema

de asentamiento

Asegurarse que el asentamiento

se detuvo, o

Estabilizar el muro

Edificio de DepartamentosBoston, Massachusetts

90

Grietas en los muros


31/33

23/7/20

91

Reforzamiento conbarras de CFRP

Catedral de Arequipa Arequipa, Per

El terremoto de 2001 caus

daos severos a la ciudad de

Arequipa (sur del Per)

La catedral, construida en 1629,

fue una de las edificaciones ms

afectadas

92

93

Estructura original antes del Terremoto de 1868

Estructura Actual


32/33

23/7/20

Esquema del Reforzamiento

94

Columnas de

Concreto

Estructura

Metlica

Columnas de

Concreto

Reconstruccin

de Mampostera

Reforzamiento con

Lminas de CFRP

Viga

Collar

95

Detalles del Reforzamiento

5 5 c m

55cm

55cm

55cm

55cm

55cm

25 cm.-wide

CFRPLaminate

15cm(min.)

190cm

260cm

15cm(min.)

100cm

Traslape

15cm(min.)

190cm

260cm

15cm(min.)

100cm

Traslape

15cm(min.)

190cm

260cm

15cm(min.)

100cm

Traslape

Anclaje conviga collar

Trasl

Longitud = (circunferencia de la torre/3 + 30 cm.)

A

Trasl


A

Trasl


A

B a 100 cm. deAB a 100 cm. deAB a 100 cm. deA C a100 cm. de BC a100 cm. de BC a100 cm. de B

Refuerzo de FRP a la Flexion

Refuerzo de FRP de Confinamiento

Planta Elevacin

96

Instalacin de las lminas de CFRP


33/33

23/7/20

COMENTARIOS FINALES

FRP es una alternativa viable para el

reforzamiento de mampostera

Una herramienta mas en la caja de

herramientas

97

Existen guas para ser usadas en el diseo y

construccin del reforzamiento con FRP

Tecnologas emergentes requieren que el ingeniero desarrolle

o aprenda nuevas habilidades tcnicas

Existen limitaciones para la aplicabilidad de FRP

Importante saber cuando FRP es factible

FRP es a menudo usado en combinacin con sistemas

mas tradicionales

Continuidad de carga

Restriccin del movimiento

reforzamiento de mamposteria with frp - eci handouts

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