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Aula 11 – Técnicas de estabilização de encostas - Introdução

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO

CAMPUS DE SINOP

FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIAS

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

GEOTECNIA III

Eng. Civil Augusto Romanini (FACET – Sinop)

Sinop - MT

2017/1

Fluxo no solo

AULAS

06/06/2017 2

Aula 01 – Fluxo no solo

Aula 02 – Redes de Fluxo confinado Aula 03 – Redes de Fluxo não confinado

Aula 04 – Erosão interna e Ruptura Hidráulica

Aula 06 – Barragens

Aula 07 – Elementos de Projeto Aula 08 – Instrumentação de barragens e análises

Aula 09 – Aspectos construtivos

Aula 11 – Técnicas de estabilização de encostas

Aula 12 – Estruturas de contenções Aula 13 – Escoramento Provisório

Aula 05 –

Aula 14 – Cortinas de Contenção Aula 15 – Cortinas Atirantadas

Aula 00 – Apresentação / Introdução

Parte III – Taludes e Estruturas de contenção

Parte II – Barragens de Terra

Parte I – Fluxo no solo

Aula 10 – Pequena Barragem de terra – “Pré Projeto”

06/06/2017 Técnicas de estabilização de encostas 3

CONCEITOS BÁSICOS

ENCOSTAS NATURAIS

CARACTERIZAÇÃO DE ESCORREGAMENTOS

MÉTODOS DE ESTABILIDADE

ESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS NATURAIS


Solos:

– Materiais que resultam do intemperismo das rochas, por desintegração mecânica ou decomposição química. (CAPUTO,

1988)

a) Solos Residuais – são os que permanecem no local da rocha de

origem, observando-se uma gradual transição do solo até a rocha.

b) Solos Sedimentares – são os que sofrem a ação de agentes transportadores, podendo ser aluvionares (transportados pela

água), eólicos (pelo vento), coluvionares (pela ação da gravidade)

c) Solos de Formação Orgânica – são os de origem essencialmente orgânica, seja de natureza vegetal (plantas, raízes), seja

animal (conchas).

CONCEITOS BÁSICOS

Rocha:

– materiais naturais consolidados, duros e compactos, da crosta terrestre ou litosfera.

a) Rochas Magmáticas – são as resultantes do resfriamento e consolidação de material fundido ou “magma”. Se

formadas a grandes profundidades são chamadas de intrusivas, e de extrusivas quando se formam na superfície

através do resfriamento de “lava”

b) Rochas Sedimentares – formadas pela deposição de detritos oriundos da desagregação de rochas preexistentes.

c) Rochas Metamórficas – provêm da transformação ou metamorfismo das rochas magmáticas ou sedimentares.


Taludes:

Definição (1): Compreende-se quaisquer superfícies inclinadas que limitam um maciço de terra, de rocha ou de terra e rocha.

Podem ser naturais, casos das encostas, ou artificiais, como os taludes de cortes e aterros.

Definição (2) : Talude é a denominação que se dá a qualquer superfície inclinada de um maciço de solo ou rocha. Ele pode ser

natural, também denominado encosta, ou construído pelo homem, como, por exemplo, os aterros e cortes – (Gerscovivh,2012).

CONCEITOS BÁSICOS


CONCEITOS BÁSICOS

TALUDE

NATURAIS ARTIFICIAIS

• Materiais – muita

variabilidade e heterogêneo,

sendo necessário várias

amostras

• Fluxo de água é de difícil

determinação, precisando

ser instrumentado

• Geometria de difícil

determinação

• Materiais – em alguns

casos, homogêneo

• Fluxo, geralmente, pode

ser determinado

• Geometria predefinida.


CONCEITOS BÁSICOS

Quanto ao material:

Rochosos

Solos

Quanto a origem:

Naturais

Artificiais

Encostas naturais

As encostas naturais são os

taludes que estão em

condição natural, ou seja, não

sofreram nenhum tipo de

intervenção humana. Estes

elementos estão sujeitos a

situações de escorregamentos

naturais ou ocasionados pela

ação antrópica.

ENCOSTAS

A causa dos escorregamentos naturais está

relacionada devido a tendência da natureza

ao processo de peneplanização, este

comportamento significa que o solo das

encostas tendem a descer até que atinjam o

nível da base


ENCOSTAS NATURAIS

Os taludes naturais podem ser construídos por solo residual e/ou solo

coluvionar, além de rocha. Lembre – se das característica do solo e o que

lhe deu origem. Quanto ao formato os taludes podem aproveitar forma de

face plana ou face curva, que geram caminhos preferência de fluxo.

Gers

coviv

h,2

012

As encostas naturais estão sempre sujeitas a problemas de instabilidade,

por que as forças gravitacionais contribuem naturalmente para deflagrar o

movimento, tanto que é comum observar encostas que se mantiveram

estáveis por muitos anos sofrerem processos de movimentação. Esta

movimentação esta atrelada a situação em que se igualam as tensões

da massa com a resistência de cisalhamento do solo.


ENCOSTAS NATURAIS Tipos de movimento

A instabilidade das encostas é consequência da própria dinâmica de evolução das encostas ( Tendência natural a

planificação). Com o avanço dos processos físico-químicos de alteração de rochas ( intemperismo), o material torna – se

menos resistente e com influencia da topografia, geram – se condições de rupturas. Essas rupturas são denominados de

movimentos de massa.

O movimento de massa é descrito como qualquer deslocamento de um determinado volume do solo. Em geral, os autores

descrevem o movimento de massa com processos associados a problemas de instabilidade de encostas. Isto resultou em

diversas classificações , sendo a de Varnes,1978 a mais utilizada internacionalmente.”.



No entanto a maioria das classificações tem caráter regional, em decorrências das características climáticas e geológica. No

Brasil, a proposta de Augusto Filho,1992 é apresenta um “síntese” da classificação brasileira e denominações “mais

utilizada



No entanto a maioria das classificações tem caráter regional, em decorrências das características climáticas e geológica. No

Brasil, a proposta de Augusto Filho,1992 é apresenta um “síntese” da classificação brasileira e denominações “mais

utilizada.


ENCOSTAS NATURAIS Agentes Causadores



Alteração da geometria: alteração do estado de tensões redução da tensão horizontal

Alteração da Geometria



Mudança no estado de tensão

Aumento de poro-pressão

''' tan)u('ctan'c


ENCOSTAS NATURAIS Agentes Causadores Outros

Sobrecarga

erosão interna (piping)

Erosão Interna


Rastejo

O rastejo também pode ser chamado de creep e é caracterizado por um movimento lento das camadas superficiais do solo

que se acelera em períodos chuvosos e se estabiliza em épocas de seca. Normalmente não causam problemas ou

desastres , mas podem geram empuxos em estruturas, como pilares de pontes e viadutos. Nestes casos faz –se estrutura

de proteção para garantir que estas ações não previstas no projeto, não ocorram.

O movimento pode ser detectado pela inclinação de postes ou árvores na direção do talude. O rastejo pode evoluir para um

escorregamento verdadeiro , portanto deve –se monitorar os movimentos anormais.

CARACTERIZAÇÃO DE ESCORREGAMENTOS

O monitoramento do rastejo

pode ser realizado através da

instalação de marcos

superficiais ou inclinômetros ou

acompanhamento da abertura

de uma trinca.


RastejoCARACTERIZAÇÃO DE ESCORREGAMENTOS


Escorregamento VerdadeiroCARACTERIZAÇÃO DE ESCORREGAMENTOS

O escorregamento verdadeiro é o deslizamento de volume de solo ( ou rocha) ao longo de uma superfície de ruptura bem

definida que pode ser planar ou circular, ou em cunha.

Este tipo de movimento é o único que pode ser estudado, de maneira rigorosa, a partir da análise de estabilidade utilizando

os métodos de equilíbrio limite: Bishop, Fellenius ou Método das cunhas



São causas principais dos escorregamentos verdadeiros:

• Alteração na geometria do talude, tais como deslocamentos de pé, escavações, cortes ou retaludamento.

• Colocação de sobrecarga no topo da encosta.

• Infiltração da água da chuva, que diminui a resistência efetiva do solo devido aumento da poropressão.

• Desmatamento dos taludes, causando aumento de escoamento superficial e efeito das raízes.

• Rebaixamento do nível da água.

• Erosão interna

• Plantar vegetação desfavorável. ( Bananeiras)

A NBR 11682/2008 apresenta os termos utilizado para descrever um escorregamento.

Gers

coviv

h,2

012


Também conhecidas como fluxo de detritos, Debris Flows, ou simplesmente “corridas”. São fenômenos classificados como

desastres naturais pelo seu alto poder de destruição. Desenvolvem –se em períodos muito curto de tempo, tem elevadas

velocidade de 5 a 20 cm/s e alta capacidade de erosão e grandes pressões de impacto.

São caracterizados pelo transporte de detritos por grande distâncias, mesmo que a declividade seja baixa. Ocorrem

normalmente após grandes períodos chuvosos e se originam a partir de um escorregamento de uma massa de solo e rocha

formando um canal com água ( semelhante a um rio), este canal vai sendo ampliado e o teor de sólido aumenta com a

evolução da avalanche.

Avalanche de detritos.CARACTERIZAÇÃO DE ESCORREGAMENTOS

Início

20% de detritos

2º Estágio

50% de detritos

3º Estágio

80% de detritos



Corrida de detritos, Rio Vieira - RJ


O Tálus é como denomina –se o solo transportado por meio de ação gravitacional e que se concentra no pé de um talude, é

composto de solo e bloco de rocha.

Esse solo, quando saturado escoa como se fosse um fluido viscoso, sem a existência de uma linha de ruptura definida, esse

movimento é associado a altura do talude ( ação gravitacional) e a pressão neutra.

Deslizamento de tálus e ErosãoCARACTERIZAÇÃO DE ESCORREGAMENTOS

Em decorrência das ações antrópicas os processos erosivos

tem sido deflagrados , causando alterações nos taludes

naturais e movimentando as camadas mais superficiais. No

entanto ressalta – se que o processo erosivo pode ocorrer de

maneira natural .

O processo erosivo é classificado de duas formas:

I. Voçoroca – Processo erosivo em que a água proveniente

do processo erosivo é subterrânea.

II. Ravina - Processo erosivo em que á agua atua como

agente de maneira superficial.

Nas duas situações existem fatores internos e externos

que desenvolvem o processo erosivo.


É a queda livre de um bloco de rocha em razão da erosão e solapamento do

apoio da base, pode ser associado ação antrópica.

Deslocamento de blocoCARACTERIZAÇÃO DE ESCORREGAMENTOS


Os métodos de cálculo expeditos para a estabilidade de taludes naturais são aplicados somente para escorregamentos

verdadeiros , onde se tem uma superfície de ruptura bem definida. São utilizadas o método de talude infinito e o método de

Culmann – Superfícies planares.


O método de talude infinito aplica – se a taludes naturais com extensão grande em relação a espessura do solo. A superfície

de ruptura ( plana) normalmente é o contato do solo com a rocha ou solo de alteração e paralela ao terreno.


a) Solo não coesivo e não saturado

𝐹𝑆 =𝑆

𝑇=𝑁 ∙ 𝑡𝑔𝜑 + 𝑐

𝑃 ∙ 𝑠𝑒𝑛𝑖=𝑁 ∙ 𝑡𝑔𝜑 + 0

𝑃 ∙ 𝑠𝑒𝑛𝑖=𝑃 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝑖 ∙ 𝑡𝑔𝜑 + 0

𝑃 ∙ 𝑠𝑒𝑛𝑖=𝒕𝒈𝝋

𝒕𝒈𝒊


c) Solo coesivo e não saturado

𝐹𝑆 =𝑆

𝑇=𝑁 ∙ 𝑡𝑔𝜑 + 𝑐 ∙ 𝑙

𝑃 ∙ 𝑠𝑒𝑛𝑖=𝑁 ∙ 𝑡𝑔𝜑

𝑃 ∙ 𝑠𝑒𝑛𝑖+

𝑐 ∙ 𝑙

𝑃 ∙ 𝑠𝑒𝑛𝑖=𝑡𝑔𝜑

𝑡𝑔𝑖+

𝑐 ∙ 𝑙

𝑃 ∙ 𝑠𝑒𝑛𝑖=𝑡𝑔𝜑

𝑡𝑔𝑖+

𝑐 ∙ 𝑙

𝑙 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝑖 ∙ ℎ ∙ 𝛾 ∙ 𝑠𝑒𝑛𝑖=𝒕𝒈𝝋

𝒕𝒈𝒊+

𝒄

𝒄𝒐𝒔𝒊 ∙ 𝒉 ∙ 𝜸 ∙ 𝒔𝒆𝒏𝒊

b) Solo não coesivo e saturado

𝐹𝑆 =𝑁′ ∙ 𝑡𝑔𝜑

𝑃 ∙ 𝑠𝑒𝑛𝑖=(𝛾𝑠𝑎𝑡 ∙ ℎ ∙ 𝑏 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝑖 − 𝛾𝑤 ∙ ℎ ∙ 𝑏 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝑖) ∙ 𝑡𝑔𝜑

𝛾𝑠𝑎𝑡 ∙ ℎ ∙ 𝑏 ∙ 𝑠𝑒𝑛𝑖=𝜸𝒔𝒖𝒃 ∙ 𝒕𝒈𝝋

𝜸𝒔𝒂𝒕 ∙ 𝒔𝒆𝒏𝒊

d) Solo coesivo e saturado

𝐹𝑆 =𝑁′ ∙ 𝑡𝑔𝜑 + 𝑐 ∙ 𝑙

𝑃 ∙ 𝑠𝑒𝑛𝑖=

𝛾𝑠𝑎𝑡 ∙ ℎ ∙ 𝑏 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝑖 − 𝛾𝑤 ∙ ℎ ∙ 𝑏 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝑖 ∙ 𝑡𝑔𝜑 + 𝑐 ∙ 𝑙

𝛾𝑠𝑎𝑡 ∙ ℎ ∙ 𝑏 ∙ 𝑠𝑒𝑛𝑖=𝜸𝒔𝒖𝒃 ∙ 𝒉 ∙ 𝒄𝒐𝒔𝒊

𝟐 ∙ 𝒕𝒈𝝋+ 𝒄

𝜸𝒔𝒂𝒕 ∙ 𝒔𝒆𝒏𝒊 ∙ 𝒄𝒐𝒔𝒊 ∙ 𝒉

Talude Infinito


MÉTODOS DE ESTABILIDADE Superfícies Planares

𝑭𝑺 =𝑾+𝑸 ∙ 𝒄𝒐𝒔𝜷− 𝑼 − 𝑽 ∙ 𝒔𝒆𝒏𝝍) ∙ 𝒕𝒈𝝋′ + 𝒄 ∙ 𝑨𝑩

𝑾+𝑸 ∙ 𝒔𝒆𝒏𝜷 + 𝑽 ∙ 𝒄𝒐𝒔𝝍

Sem tirante

𝑭𝑺 =𝑾+𝑸 ∙ 𝒄𝒐𝒔𝜷 + 𝑻 ∙ 𝒔𝒆𝒏(𝜷 + 𝜽) − 𝑼 − 𝑽 ∙ 𝒔𝒆𝒏𝝍) ∙ 𝒕𝒈𝝋′ + 𝒄 ∙ 𝑨𝑩

𝑾+𝑸 ∙ 𝒔𝒆𝒏𝜷 + 𝑽 ∙ 𝒄𝒐𝒔𝝍− 𝑻 ∙ 𝒄𝒐𝒔(𝜷 + 𝜽)

Com tirante

𝑭𝑺 =𝑹 ∙ 𝒕𝒈𝜽

𝑷 ∙ 𝒔𝒆𝒏𝜶



Como estabilizar?

Diagnóstico

Solução

Monitoramento

Estudos geológicos

- geotécnicos

Classificação do

movimento

Investigações

Análise da

Estabilidade da Rocha

Análise Estabilidade

do Solo

Tipo de SoluçãoEstabilização de

taludes em rocha

Retaludamento

Drenagem e

proteção superficial

Cortinas Ancoradas

Solo grampeado

Muros

Reforço com

geossintéticos

Instrumentação



Estabilização de

taludes em rocha

Caracterizar o

problema

Decisão de projeto

Eliminação

Estabilização

Convivência

Desmonte e Fragmentação

Realocação da estrutura

Ancoragem e chumbadores

Implantação de banquetas

Preenchimento de fissuras

Proteção superficial

Drenagem

Banquetas de redução de energia

Barreiras e muros de impacto

Tela metálica

Trincheira para coleta de blocos

Com contrafortes

Com grelhas

Concreto Projetado

Barreiras flexíveis

Muros rígidos

Estabilização de

taludes em rocha

Caracterizar o

problema

Decisão de projeto

Eliminação

Estabilização

Convivência

Desmonte e Fragmentação

Realocação da estrutura

Ancoragem e chumbadores


Estabilizar uma encosta significa:

Prevenir, ou seja aumentar o fator de segurança contra possíveis movimentos.

Corrigir, ou seja frear o movimento e monitorar os movimentos para evitar o deslizamento.


Estabilização de

taludes em solo

CortesAterro

Retaludamento

Solo Grampeado

Cortinas Atirantadas

Muros

Reforço com geossintético

Suavização

Bermas ou Banquetas

Drenagem e

proteção superficial

Estabilização de

taludes em rochaAula 15


Drenagem superficial

O objetivo da drenagem é diminuir a infiltração de águas pluviais, captando as e escoando – as por

canaletas dispostas longitudinalmente, na crista do talude e em bermas, e , transversalmente, ao longo

de linhas de maior declividade do talude. Para declividades grandes, pode ser necessário recorrer a

escadas de água, para minimizar a energia de escoamento das águas.

Esta solução é de baixo custo e a mão de obra utilizada não precisa ser especializada.


canaletasTalus


A ideia principal da drenagem profunda é abaixar o nível do lençol freático e reduzir as pressões neutras que atuam sobre o

talude , e assim aumentar a resistência e estabilidade do talude. Os mais utilizados são os DHP , Drenos horizontais

profundos.

Drenagem profundaESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS NATURAIS


Proteção SuperficialESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS NATURAIS

Os sistemas de proteção de taludes têm como função reduzir a infiltração e a erosão decorrentes da precipitação de chuva

sobre o talude. Em geral os projetos de estabilização combinam aspectos do sistema de drenagem ( superficial ou profundo)

com a proteção superficial. Não existe regra para concepção de projetos de proteção superficial.

concreto projetado ou

geomembrana

• Evita ou minimiza erosão superficial

• Evita infiltração

• Aumenta a resistência da superfície do talude (raízes).



Grama Concreto projetado



Geocélula



BioManta


Fonte: www.proventionconsortium.org


Leitura recomendada: Análise da Utilização do Vetiver no Reforço de Solos e Estabilização de Taludes




Leitura recomendada: Análise da Utilização do Vetiver no Reforço de Solos e Estabilização de Taludes


Retaludamento – Definição : Intervenções para estabilização de taludes, através da mudança de sua

geometria, particularmente através de cortes nas partes mais elevadas, visando regularizar a superfície e,

sempre que possível, recompor artificialmente condições topográficas de maior estabilidade para os materiais

que as compõem.


RetaludamentoESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS NATURAIS


Os retaludamentos consistem em alterar a geometria do talude, quando houver espaço disponível,

fazendo – se um jogo de pesos, de forma a alivia-los junto a crista e acrescenta – los junto ao pé do

talude.

Assim, uma escavação ou corte feito junto a crista do talude diminui uma parcela do momento atuante;

analogamente, a colocação de um contrapeso junto ao pé do talude tem um efeito contrário,

estabilizador. A técnica possibilita aumentar a estabilidade sem remover e substituir o material que

constitui o talude.


corte corte

berma


Taludes RochososESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS NATURAIS



Eliminação Desmonte e Fragmentação



Ancoragem e chumbadoresEstabilização



Convivência Tela metálica


MECÂNISMOS QUE LEVAM A RUPTURA

São aqueles que levam a um aumento dos esforços atuantes ou a uma diminuição da resistência do material que compõe o

talude ou do maciço como um todo.

O material que compõe um talude tem a tendência natural de escorregar sob a influência da força da gravidade, entre outras

que são suportadas pela resistência ao cisalhamento do próprio material.

Causas externas:

i. Mudança da geometria do talude (inclinação e/ou altura), devido a cortes ou aterros, no talude ou em terrenos

adjacentes;

ii. Aumento da carga atuante ;

iii. Atividades sísmicas, e outras...

Causas internas:

Variação do nível de água (N.A.), que pode gerar:

I. Aumento do peso específico do material;

II. Aumento da poro-pressão diminuição da pressão efetiva;

III. A saturação em areias faz desaparecer a coesão fictícia;

IV. Rebaixamento rápido do NA;

V. Diminuição da resistência do solo.



Cada vez mais, o estudo dos processos de estabilização de taludes e suas formas de contenção tornam-se necessários,

devido a desastrosas consequências que os escorregamentos acarretam. Pode-se dizer que a ocorrência dos mesmos deve

aumentar, devido principalmente a:

i. Aumento da urbanização e do desenvolvimento de áreas sujeitas a escorregamentos;

ii. Desflorestamento contínuo destas áreas;

iii. Aumento das taxas de precipitação causadas pelas mudanças de clima.

MECÂNISMOS QUE LEVAM A RUPTURAESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS NATURAIS


É obvio que os escorregamentos geram custos, que podem ser classificados como diretos e indiretos. Os custos diretos

correspondem ao reparo de danos, relocação de estruturas e manutenção de obras e instalações de contenção.

Pode-se dizer que os custos indiretos são ainda maiores, podendo ser citados:

a) Perda de produtividade industrial, agrícola e florestal, bem como potencial turístico devido aos danos locais e interrupção de

sistemas de transporte;

b) Perda de valor de propriedades, bem como de impostos referenciados por ele;

c) Perda de vidas humanas, invalidez física ou trauma psicológico em moradores

de locais afetados por escorregamentos.

CONSEQUÊNCIAS DE UM ESCORREGAMENTOESTABILIZAÇÃO DE ENCOSTAS NATURAIS


Exemplo 01

Para o trecho do talude apresentado, defina a posição da linha de ruptura, para se obter o fator de segurança igual a

1,00. A situação de analise deve ser a saturada. O talude tem uma superfície extensa e em contato com um superfície

rochosa. Se a distância do topo do talude até a rocha fosse de 10,00 metros. A situação está segura?

i=15º

𝛾𝑠𝑎𝑡 = 21,00 𝑘𝑁/𝑚³

𝛾𝑛𝑎𝑡 = 18,50 𝑘𝑁/𝑚³

𝑆 = 𝜎 ∙ 𝑡𝑔20º + 15








Exemplo 02

Para a encosta natural deseja – se saber o fator de segurança. O solo encontra – se saturado, devido a precipitação. O

que indica esse fator?

𝛾𝑠𝑎𝑡 = 19,00 𝑘𝑁/𝑚³

𝛾𝑛𝑎𝑡 = 17,50 𝑘𝑁/𝑚³

𝑆 = 𝜎 ∙ 𝑡𝑔21º + 12








Exemplo 03

Para o talude infinito em estado de

percolação constante, mostrado na

figura ao lado. Determine:

a) O fator de segurança contra

deslizamento na interface solo-

rocha.

b) A altura, H, que fornecerá um

fator de segurança de 2 contra

deslizamento ao longo da

interface solo-rocha. O que isto

significa?








REFERÊNCIAS

HACHICH, W. ET AL (ED.). FUNDAÇÕES, TEORIA E PRÁTICA. SÃO PAULO: PINI, 751P, 1998.

MASSAD, F. Escavações a céu aberto em solos tropicais. São Paulo, SP. Oficina de textos, 96p,2005.

CAPUTO, H.P. Mecânica dos solos e suas aplicações - Volumes I, II, III.

DAS, B.M. Fundamentos de engenharia geotécnica. 7ª ed. Cengage Learning, 632 p., 2011.

PINTO, C.S. Curso básico de mecânica dos solos. 3ª Ed. Oficina de Textos, 356 p., 2006.

universidade do estado de mato grosso campus de...

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