Informe de Suelos Dispersivos Entegrar

Universidad nacional de Huancavelica Facultad de ciencias de ingeniería Escuela profesional de Ingeniería Ambiental y Sanitaria

TEMA: SUELOS DISPERSIVOS Cátedra: Mecánica de suelos Catedrático: Ing. HUIZA BORDA, William CICLO: VI

SECCION:

Única

ESTUDIANTES:      

ARECHE QUISPE, Renzo CENTENO SOTO, Cesario QUISPE CRISPIN, Marvin Luis LEDESMA GIRALDEZ, Wilder

VILLALVA SUAREZ, Beatriz ZANABRIA PARI Elizabeth

Huancavelica-Perú 2016

MECANICA DE SUELOS

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INTRODUCCION El presente trabajo trata sobre los suelos dispersivos. Este tipo de suelo de arcilla dispersiva fue conocido primero por los ingenieros agrónomos hace 100 años, y su naturaleza fundamental fue bien entendida por los científicos de suelos e ingenieros agricultores hace casi 50 años. La tendencia a la erosión dispersiva en un suelo dado depende de muchas variables, tales como la mineralogía, la química de la arcilla y las sales disueltas en el agua de los poros del suelo y la erosión del agua. Para una mejor compresión de ésta, es necesario conocer estas variables para identificar mejor a este tipo de suelo. El reconocimiento de las arcillas dispersivas en años recientes da a los ingenieros más perspicacia para el diseño de las estructura usando las arcillas erosivas. Alrededor de 1976, muchos científicos de suelos e ingenieros comenzaron a incluir al “estado de dispersión” de los suelos arcillosos en sus prácticas para el diseño de estructuras sujetas al daño potencial de la erosión. El reconocimiento de que existen ciertas arcillas dispersivas en la naturaleza es una contribución importante y fundamental para la Ingeniería ambiental, y particularmente para el arte de la construcción de terraplenes y presas.

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El siguiente trabajo está dedicado a nuestros familiares que hicieron lo posible por alguna u otra manera, apoyándome incondicionalmente en todo momento, con el único fin de culminar satisfactoriamente este trabajo, la cual fue llevada a cabo con mucho esfuerzo y dedicación.

OBJETIVOS: MECANICA DE SUELOS

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1. OBJETIVO GENERAL:  Estudio del suelo dispersivo, para evitar algún problema durante la estabilidad estructural sobre el superficie terrestre, reducir y control al asentamientos del suelo durante la construcción. 2. OBJETIVO ESPECÍFICO:  Conocer las características y la composición química del suelo dispersivo para elegir la calidad del suelo y utilizar durante la construcción de cualquier obra.  Identificar bien el suelo dispersivo para contrarrestar la estabilidad estructural, movimiento del suelo y algún daño que se presenta durante la ejecución de cualquier proyecto o cuando la obra está concluida.  Conocer lugares de suelos heredables antes de ejecutar cualquier obra pública, porque pueden provocar fallas geotécnicas y esto perjudicaría a la población.  Disminuir componentes mineralógicos y químicos que facilitan la dispersión del suelo, usar tecnologías adecuadas para reducir este efecto.  En un ensayo de laboratorio es de conocer bien las características y las formas reales del suelo dispersivo para evitar daños a futuro.

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MARCO TEORICO 1. DESCRIPCION GENERAL DE LOS SUELOS DISPERSIVOS: 1.1.

ORÍGEN DE LAS ARCILLAS DISPERSIVAS: Las arcillas dispersivas no están definitivamente asociadas a una formación

geológica específica y han sido encontradas en depósitos

aluviales, sedimentos lacustres, depósitos de loess y llanuras diluviales. Con frecuencia se ha encontrado en el agua de los poros de rocas calizas y esquistos originarios de depósitos marinos el mismo contenido de sales que en las arcillas dispersivas y el suelo residual de estas rocas es también dispersivo. 1.2.

UBICACION GEOGRAFICA: Los primeros estudios asociaron las arcillas dispersivas a suelos formados en climas áridos y semiáridos, y en áreas de suelos alcalinos. También se han encontrado en varias regiones de clima húmedo. Países como Australia, Tasmania, México,

Trinidad,

Vietnam,

Sudáfrica, Tailandia, Israel, Ghana, Kenya, Brasil, Venezuela y varias regiones del sur de los Estados Unidos, han experimentado problemas con las arcillas dispersivas en sus obras hidrotecnias. En Zimbabwe, más del 60% de los suelos han sido identificados como dispersivos. 1.3.

SUELOS DISPERSIVOS: Las arcillas dispersivas son fácilmente erosionables debido al estado físico-químico de la fracción de la arcilla de un suelo que causa a las partículas individuales de la arcilla a de flocularse (dispersarse) y se rechazan en la presencia del agua relativamente pura. Las arcillas en este estado son altamente erosivas por los bajos gradientes hidráulicos del flujo del agua y en algunos casos por el agua en reposo. Cuando el suelo de arcilla dispersiva es sumergido en agua, la fracción de arcilla tiende a comportarse de manera semejante a las partículas granulares, es decir las partículas de arcilla tienen una atracción mínima de electroquímica y

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fallan hasta adherirse cercanamente o enlazarse con otras partículas de suelo. Así, el suelo de arcilla dispersiva erosiona con la presencia del agua que fluye cuando las plaquetas individuales de la arcilla son partidas y transportadas. Tal erosión puede ser provocada por una filtración inicial a través de la presa, por ejemplo, en las áreas de suelos con alta permeabilidad, especialmente alrededor de los conductos, contra las estructuras de concreto y en los contactos de las cimentaciones, el secado de grietas, el asentamiento diferencial de las fisuras, la saturación del asentamiento de las fisuras, y/o el fractura miento hidráulico. La principal diferencia entre las arcillas dispersivas y las ordinarias es su resistencia a la erosión; las arcillas aparecen en la naturaleza de los cationes en los poros del agua de la masa de arcilla. Las arcillas dispersivas tienen una preponderancia de cationes de sodio, en tanto las arcillas ordinarias tienen una preponderancia de cationes de calcio, potasio y magnesio en el agua de poros. Son aquellos suelos que por naturaleza de su mineralogía y la química del agua en ellos es susceptibles a la separación de las partículas individuales y a la posterior erosión atreves de grietas en el suelo bajo la infiltración de agua. Son altamente erosivos hidráulicos de flujo de agua, incluso en algunos casos con el agua en reposo. Esta propiedad caracteriza a los suelos con contenido de sales solubles. El agua es el agente que produce este fenómeno al disolver las sales y forma escamas de suelo que se dispersan láminas tras lámina. Al final el suelo se diluye originado espacios vacíos provocando el hundimiento de la superficie. Este fenómeno es propio de las zonas con las arenas arcillosas solubles. 1.4.

ARCILLAS DISPERSIVAS: Los suelos arcillosos se han considerado muy resistentes en la erosión debida a flujos de agua, sin embargo, se reconoce la existencia de arcillas altamente erosionables en la naturaleza. Algunos suelos de arcilla natural se dispersan en presencia de un flujo de agua relativamente puro, y por lo tanto, son altamente susceptibles a la erosión. Tal flujo es lento movimiento y erosiona rápidamente las arcillas, incluso más rápido en comparación de suelos no cohesivos, arenas finas y limos.

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Las placas de arcilla son separada y arrastradas por el flujo de agua. Esta erosión puede comenzar en una grieta seca, una hendidura por asentamiento, una fractura hidráulica u otro canal de permeabilidad. 1.5. DESCRIPCION DE SUELOS DISPERSIVOS:  Fácilmente erosionables; debido al estado físico – químico de la fracción de la arcilla de suelos que causa el fenómeno de dispersión.  Altamente erosivas; por tener bajos gradientes hidráulicos flujos del agua y en algunos casos por el gua en reposo.  Comportamiento similar a las partículas granulares; cuando el suelo de arcillas es sumergido en agua, es decir las partículas de arcilla es sumergido en agua, es decir las partículas de arcilla tienen una atracción mínima de electro – química y fallan hasta adherirse cercanamente o enlazarse con otras partículas de suelo. 1.6.

PROPIEDADES GEOLOGICAS: Los suelos dispersivos son derivados con bajo calcio y magnesio, pero con alto contenido de sodio, como la albita y la anfibolita.

1.7.

TIPOS DE EROSION: La mayoría d estudios de estudios documentales, han demostrado que las fallas de las estructuras construidas sobre suelo de arcilla dispersiva, están asociados con la presencia de agua y por las grietas generadas por las deficiencias de la contracción de la base de la presa, los asentamientos diferenciales a la construcción como tal. Estos fracasos enfatizan la importancia del reconocimiento temprano y la identificación de los suelos arcillosos de la dispersión, del contrario, los problemas que causan pueden resultar en las fallas repentinas, irreversibles y hasta catastróficas.

1.8.

TUBIFICACION: Es el efecto del flujo del agua al pasar a través de un suelo y produce el arrastre de las partículas más finas de suelos. Se presenta comúnmente alrededor de alcantarillas, cuando son bien diseñadas.

Tipos de tubificacion: TUBIFICACION

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a) Levantamiento: En los primeros estudios se analizaron reventones” donde la arenas entraría en “ebullición”, provocando el colapso de la obra si el peso del suelo resultaba insuficiente para contener el movimiento ascendente del suelo bajo el efecto de la fuerza de filtración en el momento de alcanzar es un determinado gradiente denominado “critico”. b) Tubificación retrógrada: La turificación retrograda se puede producir en prácticamente todos los suelos (en los no cohesivos si algún estrato o estructura impide el desmoronamiento del túnel), desde aguas abajo hacia aguas arriba, siguiendo preferentemente el camino de concentración de las línea de filtración. El conducto se forma por las zonas geológicamente más débiles, por los planos de estratificación permeable, o en cualquier otra zona de concentración del flujo donde la energía llega sin sufrir grandes pérdidas debidas a la fricción. c) Fractura hidráulica: Consiste en la brusca irrupción del agua de las grietas de los terraplenes, bajo los efectos dela carga hidráulica, ejerciendo supresiones (fuerzas dirigidas de abajo hacia arriba) y presiones en todas direcciones principalmente el primer llenado de embalse o al producir alguna variación brusca de su nivel. d) Pozos o sumideros: La morfología de los túneles, que al inicio son verticales y luego se desarrollan horizontalmente, sugiere la forma de “jarras”. Se producen porque el agua penetra (erosiona) por pequeñas fisuras abiertas por contracción o rices de plantas. Son características de las arcillas dispersivas.

2. IDENTIFICACIÓN DE LOS SUELOS DISPERSIVOS: Podemos identificar el suelo de dos maneras: 2.1. IDENTIFICACION EN CAMPO: La identificación de los suelos dispersivos debería comenzar con el reconocimiento en campo para determinar si existe alguna indicación en la superficie.  La presencia de quebrada profunda y fallas por tubificacion en 

pequeñas represas. La erosión en gritas de los caminos.

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

La erosión tipo túnel a los largo de las quebradas o arcillas unidas en



roca. La presencia de agua nublada en presas pequeñas y charcos de agua luego de la lluvia.

2.2. IDENTIFICACION EN LABORATORIO: Los suelos dispersivos no pueden ser identificados con una clasificación visual del suelo o con un índice de laboratorio. Existen ensayos que nos pueden ayudar a identificar más lo suelos dispersivos. 2.2.1. ANALISIS QUIMICO: Determinados por análisis químico del agua y poros de suelo.  Proporción de absorción de sodio (SAR).  Porcentaje de sodio intercambiable (ESP). 2.2.2. ANALISIS FISICO: a)

El ensayo de Crumb: También conocida como “ensayo de desmenuzamiento”, consiste en preparar un espécimen en forma de cubo, de unos 15mm de arista, de arista, secado al aire y temperatura ambiente. Se sumerge en un recipiente con agua destilada. Pasados 5 a 1ominutos, se observa l tendencia de las partículas de arcilla a formar una suspensión coloidal, enturbiando el agua. La dispersividad de la muestra se valora según l siguiente guía:  GRADO 1: No se observa la reacción. La muestra se desmorona y esparce en el fondo del recipiente sin enturbiar el agua.  GRADO 2: Reacción ligera, débil turbulencia en el agua próxima la superficie del terrón.  GRADO 3: Reacción moderada. Turbulencia coloidal en suspensión, fácilmente distinguible, y que se esparce por el fondo del recipiente.  GRADO 4: Reacción fuerte. La turbulencia cubre el fondo del recipiente y puede llegar a expandirse en todo el volumen de agua.

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b)

El ensayo de doble hidrómetro: Este ensayo fue desarrollado por G. M. Volk, y ha sido muy utilizado por el Servicio de Conservación de Suelos (S.C.S.). Consiste en determinar la distribución por tamaño de las partículas del suelo en cuestión, mediante el Ensayo Normado de

Hidrómetro,

y

paralelamente realizar un segundo ensayo de hidrómetro a una muestra idéntica, pero sin agitación mecánica ni dispersante químico. Curvas granulométricas obtenidas en un suelo mediante el Ensayo del Doble Hidrómetro

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 El porcentaje de dispersión se calcula: Porcentaje de dispersión = A x 100 B  Donde A y B son los porcientos de partículas de 0,005mm de diámetro obtenidas en el segundo y primer hidrómetro, respectivamente. Para evaluar el grado de dispersión en este ensayo se adopta la relación que se muestra en la cuadro.

Cuadro 1: Relación entre el “porcentaje de dispersión” y el carácter dispersivo del suelo.

La interpretación física del ensayo es la siguiente: cuanto más próxima es la relación

A B

a la unidad, mayor capacidad de dispersión tiene el

suelo, al no requerir de agente químico dispersante o agitación mecánica para asemejar los resultados del hidrómetro en su estado natural con los del Ensayo Estándar. Existe una variante del ensayo del doble hidrómetro, conocida como el Ensayo del Triple Hidrómetro, que incluye un hidrómetro con agua de río. Sin embargo, este ensayo triple no está normado ni es de uso corriente. c)

El ensayo de pinhole: Este ensayo ha sido el más difundido gracias a la fiabilidad de sus resultados. Y desarrollado posteriormente hasta convertirse en un ensayo físico común en obras hidráulicas. Consiste en hacer pasar agua destilada a través de un agujero de 1mm de diámetro, abierto

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a lo largo de una muestra cilíndrica, de 1” de longitud (25,4mm). El agua se hace pasar con cuatro cargas hidráulicas diferentes: 2”, 7”, 15” y 40” (50mm, 180mm, 380mm y 1020mm), comenzando por la menor, y sostenidas durante un intervalo de tiempo. El resultado del ensayo se evalúa por la turbidez del agua, la velocidad del flujo y el tamaño final del agujero de la muestra. Esquema del equipo del Ensayo de Pinhole

Las arcillas dispersivas pueden ser detectadas por los que emerge de la muestra será visiblemente turbia y no se aclara con el tiempo, y el agujero de 1mm se ensancha hasta alcanzar los 3mm y más. En las arcillas

ordinarias, resistentes a la erosión, el agua que emerge es clara, o se hace clara en unos pocos segundos, y el orifico penas se ensancha. Las arcillas más resistentes a la erosión no enturbian el agua, el agujero no se erosiona y la velocidad del flujo a través del mismo y permanece constante.  El cuadro 2 muestra una guía para clasificar el suelo según su dispersividad a partir de los resultados del ensayo de Pinhole.

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Cuadro 2: Criterios para clasificar los suelos a partir del Ensayo de Pinhole.



La clasificación resultante puede resumirse en tres grupos característicos, tal y como se observa en el cuadro3.

Cuadro 3: Clasificación del suelo según resultados del Ensayo de Pinhole.

3. CARACTERÍSTICAS DE SUELOS DISPERSIVOS:  Antiguamente,

los suelos arcillosos

eran

considerados

altamente resistentes a la erosión debido al fluir el agua, sin embargo esta creencia es errada debido a que eso no sucede con todas las arcillas, de hecho existen arcillas que

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son altamente erosionables, como los son las arcillas dispersivas.  Cuando el suelo de arcilla dispersiva es sumergido en agua, la fracción de arcilla tiende a comportarse de manera semejante a las partículas granulares, es decir las partículas de arcilla tienen una atracción mínima de electro-química y fallan hasta adherirse cercanamente o enlazarse con otras partículas de suelo.  El suelo de arcilla dispersiva erosiona con la presencia del agua que fluye cuando las plaquetas individuales de la arcilla son partidas y transportadas.  La erosión puede suceder por la presencia de quebradas profundas o fallas por tubificación en pequeñas presas, la presencia de aguas nubladas en presas pequeñas o en charcos de agua luego de la lluvia, por mencionar los casos más comunes. También es visible en las grietas de los caminos y a lo largo de las quebradas y en las arcillas unidas a la roca.

4. DAÑOS OCASIONALES POR SUELOS DIPERSIVOS:

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Los daños ocurren básicamente provocados por un agente externo en el suelo, por la erosión, tubificacion, degradación, etc. Como podemos observar en la figura el suelo presenta en su composición la arcilla y arena y esto hace que el suelo natural sufre cambios texturales y estructurales, que pueden ser arrastrados por los diferentes factores meteorológicos que intervienen en esto, y también se da la dispersión de suelos por arrastre de una corriente de agua que es formada la tubificacion, también en términos generales se dice que da la formación de ríos o cauce de agua.

El suelo dispersivo provoca una falla geológica durante la construcción de una carretera asfaltada y esto restringe la transitividad de los vehículos, que son desgastada pos por agentes externos.

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El suelo dispersivo también puede provocar el colapso de una vivienda provocada por la falla geología o asentamiento del suelo dispersivo.

5. MEDIDAS DE PREVENCIÓN DE SUELOS DISPERSIVOS: 

Las tubificaciones pueden prevenir mediante los criterios adecuados de diseño, tanto en suelos granulares como en cohesivos. Se puede disminuir con un dentellón aguas abajo del zampeado. Del mismo modo, se pude colocar un drentendido sobre el material graduado como filtro, inmediatamente aguas arriba del dentellón, o enroca miento, en un colchón

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de grava graduada el material de aguas abajo del zampeado para aumentar 

las fuerzas hacia abajo. El criterio de confiar y considerar al filtro de aguas abajo como las principales líneas de seguridad de la presa parece ms razonable que el antiguo de múltiples línea de defensa. Exige un diseño cuidadoso de todos



los filtros y drenes de la presa, incluyendo el dren chimenea. Los suelos dispersivos pueden utilizar cuando no exista otros disponibles, con adecuadas medidas de control, pueden utilizar cuando no exista otros disponibles, con adecuadas medida de control, que impidan o aseguren el auto sellado de las fisuras potenciales. El control en obra de estas medidas de seguridad es clave. Los riesgos son mayores, debido a las probables tubifiaciones superficiales.

6. ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN DE SUELOS DISPERSIVOS: A continuación se mencionarán las diversas soluciones para mitificar el problema de los suelos dispersivos para la construcción y la agricultura. Este tipo de suelos padece una destrucción de su estructura, y por tanto al disminuir su porosidad, utilizar el lavado para su corrección no es muy aconsejable, debido a la deficiencia de su drenaje. La recuperación, por tanto, tiene que ser abordada mediante la eliminación de sodio de cambio (rebajar el pH) aplicando yeso, cal viva, entre otros productos, que reaccionarían con el carbonato sódico, formando carbonato cálcico y sulfato sódico (álcali blanco). Es necesario implantar cultivos, a ser posible de regadío y resistentes a las sales, así como la incorporación de enmiendas orgánicas. La enmienda con yeso representa una alternativa adecuada para corregir problemas

de

suelos

incremento

de la productividad de

forraje y

posibilitando una mejor utilización del fertilizante por parte del cultivo. Dispersivos. La adición de yeso, mediante la disminución del Na intercambiable, produce una recuperación en las condiciones físicas del suelo, repercutiendo en un incremento de la productividad de forraje y posibilitando una mejor utilización del fertilizante por parte del cultivo.

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En la agricultura la solución más factible es hacer cruzamientos con plantas tolerantes a la salinidad o utilizar el pasto vetiver para estabilizar las zonas dispersivas en conjunción con unas obras menores y la siembra de pastos estolonìferos entre filas de pasto vetiver. Las barreras de pasto vetiver se siembran en ángulos rectos al flujo del agua y a lo largo de la curva de nivel extendiéndose a la profundidad máxima del flujo del agua en la hondonada para detener el impacto que tendría el agua que fluyese alrededor de los extremos. Debe tenerse en cuenta que la profundidad del flujo aumentaría en la hondonada con barreras de pasto vetiver debido al retardamiento ocasionado por el fluir del agua a través del pasto vetiver. Asimismo, en la agricultura, se utilizan fertilizantes de bajo contenido sódico y mayor contenido de calcio a fin de abonar el suelo y reducir su salinidad. Si el agua de riego es de baja calidad, se recomienda utilizar bajas dosis de fertilizante pero aplicarlo frecuentemente. Cuando se ha identificado la extensión y la profundidad de la zona dispersiva se puede proceder a la remoción del suelo erosionable, siempre que este procedimiento sea económicamente factible. Para las carreteras se utiliza una combinación de drenajes, sub-drenajes, pavimentos impermeables y reglamentos para el uso de agua con el fin de crear una restricción severa del humedecimiento.

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En un terraplén debidamente gradado se puede realizar un "recubrimiento impermeable" este recubrimiento se realiza colocando una capa doble geotextil impermeable debajo, y geotextil no tejido encima.

La dispersión de suelo perjudica el crecimiento de la plantas

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CONCLUSIONES 

Este tipo de suelo se puede observar con mucha frecuencia en la sierra central y la selva, en especial en toda nuestra ciudad de Huancavelica, que por el estudio de suelo inadecuado, puede provocar algunas fallas geológicas durante la



construcción de cualquier obra. Los suelos dispersivos tiene la mayor composición el Na. Y es arcilloso y estas características hace que el suelo se disipa, por agentes externos que influyen en



la dispersión de suelo. El estudio de los suelos dispersivos ha permitido reunir sobre los mismos un

importante cúmulo de conocimientos. Para evitar estos problemas, se

desarrollaron métodos y ensayos efectivos para su reconocimiento y también para conocer con claridad el fenómeno químico que en ellos ocurre y los problemas que ocasiona su presencia en obras hidrotecnias. identificación, los que hoy se encuentran normados y son de uso muy difundido en el mundo entero, los más comunes son: el Ensayo de Crumb, el Ensayo de Doble Hidrómetro, el Ensayo de Pinhole. 

Es importante para el ingeniero ser capaz de identificar las arcillas dispersivas en un proyecto dado, teniendo especial cuidado y atención durante el diseño y construcción en las áreas críticas en las que estos materiales fueran a ser usados.

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BIBLIOGRAFIA      

(ARELLANO CSTILLO, 10 de agosto del 2010). (Armas Novoa, 11 de mayo del 2011). (Bell, 13 de diciembre de 1991). (Brady, 2000) (Clark, septiembre de 1986.). (Echemendía, 2002)

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