Diseño de Pavimentos de La Vía Variante

7/24/2019 Diseo de Pavimentos de La Va Variante

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RESUMEN

Se hace la presentacin y desarrollo de los cri-terios tcnicos y econmicos fundamentales que se diseo de pavimentos de la va variante, as como el - del Asfalto. El propsito de este proyecto es brindaruna solucin tcnica y econmica favorable a los inte-reses de la comunidad de Rquira que permitan me-

Rediseo Geomtrico

Ing. Civil. Carlos Russi Pearete

Toms, Seccional [email protected]

Toms, Seccional [email protected]

It is the presentation and development of keytechnical and economic criteria taken into ac-count in the redesign geometric and pavementdesign of the track variant, and the analysis andselection of an alternative solution based on theregulations force of the National Roads Institute-

environmental factors and geotechnical charac-teristics of subgrade soils in order to obtain anoptimal design of pavements using appropriatemethodologies and Invias Asphalt Institute. Thepurpose of this project is to provide a technicaland economical solution favorable to the inter-ests of the community Rquira to improve the cu-rrent condition of the highway.

y diseo de pavimentos de la va variantede entrada municipio de Rquira

Palabras clave: diseo de pavimentos en rquira, rediseo geomtrico variante,variable de trnsito de diseo en Boyac.

Keywords: Rquira design of pavements, geometric redesign variant designvariable traffic in Boyac.


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campo de la ingeniera de carreteras para el desarrollode la infraestructura en el departamento de Boyac.Se ha elaborado de manera tcnica con los conceptos

diferentes temas para el desarrollo de cada uno de loscaptulos que lo integran.

de suelos y geotcnicos, anlisis de trnsito, condicionesambientales, anlisis y diseo del pavimento y costos delproyecto, aspectos bsicos para la obtencin del resulta-

De igual manera, en el presente trabajo se muestraun anlisis y un desarrollo tcnico favorable, ya que se -seo geomtrico de la va y el diseo de la estructuradel pavimento. Se contemplan las variables de diseo tcnicos profesionales de los autores.

-to es determinar las condiciones geomtricas, geo-tcnicas, comportamiento de los suelos y de drenaje - -

co como de la estructura del pavimento. Este fue el

aportes tcnicos y tericos bsicos para cumplir con

La va variante fue construida bsicamente con el diferentes municipios y veredas. En su estado actuales una va con una capa de material granular en regu-

Dentro de las limitaciones en la elaboracin delproyecto, est la poca informacin de los procesos deconstruccin y mantenimiento efectuados. Sin embar-go, en la toma de datos de campo se obtuvo dicha in-formacin, necesaria para el anlisis y procesamiento.

Con la realizacin de ste proyecto se pretendehacer un aporte al desarrollo de la infraestructura vialdel municipio, as como de los municipios circunveci- y de la estructura del pavimento se busca mejorar lascondiciones actuales de la variante en los aspectos deseguridad, comodidad y disminucin de los costos deoperacin.

De igual manera, con la pavimentacin de la va sehace un aporte al mejoramiento de la imagen de esta brinda comodidad a los vehculos que transiten y que

no sufran las consecuencias de una va en mal estado.

I. INTRODUCCIN


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55Rediseo Geomtrico 55ediseoGeomtrico

II. ANTECEDENTES

Rquira es un municipio colombiano ubicado en elDepartamento de Boyac. Su nombre proviene de la est situado a 63 kilmetros de Tunja, la capital del de-

partamento de Boyac.El acceso al municipio tambin se efecta en el des-

vo donde se encuentra el K0+000 del proyecto, perohacia el margen izquierdo atravesando un puente me-tlico ubicado sobre el ro Dulce, con capacidad de 4toneladas.

Entre sus principales factores de ingreso econmi-co se encuentra la alfarera y la produccin artesanal, -tacin minera de carbn en las veredas de Firitas y Ga-

de sus ingresos econmicos.En pocas de invierno se puede observar que esta

lluvias, y en poca de verano se presentan emisiones -biente del sector y en general del municipio.

El ancho de la va variante actual es de 7 metros en

K0+000 y de 5 metros en un tramo ms cortode 400 metros hasta el K1+100.

III. APROXIMACIN CONCEPTUAL

de diseo geomtrico

importante para mejorar las condiciones de transitabi- de viaje y operacin, durabilidad y economa para los - -

El diseo geomtrico de una carretera es la ordena- canal, etc. Geomtricamente una carretera queda de- -

-tente aportada por la secretara de Planeacin de R-quira y por los habitantes vecinos de la obra. Con esta cual fue construida hacia el ao de 1992, y de algunas -rilla doble ubicada en el primer tramo de acceso hacia

el municipio por esta va. Su estado de mantenimientoes regular.

No se obtuvo informacin precisa sobre el mante-nimiento efectuado en la va desde el momento de suconstruccin.



B. Variante

Es la desviacin de un trecho de carretera o deun camino con el fin de impedir el acceso o ingre-so de automotores, siendo el propsito efectuarel recorrido en forma rpida en un tramo mslargo. Una carretera de Circunvalacin, ronda,

variante o anillo perifrico es una autopista, ca-rretera o avenida que circula alrededor o dentrode una ciudad rea metropolitana, rodendolatotal o parcialmente, con el fin de evitar que losvehculos que realicen una ruta, sin intencin deentrar en ella, eviten atravesarla.

-todologas, entre las que se adoptan para Colom-bia, se cuenta con los Manuales de Diseo geom-trico de carreteras para bajos, medianos y altos

C. Laboratorio de pavimentos

Es oportuno sealar la importancia quetiene el estudio, evaluacin y entendimien-to de las caractersticas fsicas y el compor-tamiento mecnico de los suelos y materia-les en un proyecto de pavimentacin. Losensayos de laboratorio, en ese sentido permitenmedir, evaluar y entender el comportamientomencionado.

De acuerdo con el diseo de pavimentos, un sue-

el suelo elemento determinante en todos los dise-os de pavimentos, el conocimiento de su origen y indispensable para quienes deben trabajar con l.

D. CBR

El concepto de CBR, es una medida de la resisten- carga correspondiente a 0.1 0.2 de penetracin

entre el esfuerzo requerido para introducir un pistnnormalizado de 3 pulg2 dentro de una probeta de sue-lo de 6 pulgadas de dimetro y 5 pulgadas de altura, requerido para introducir el mismo pistn hasta lamisma profundidad en una muestra patrn de piedratriturada.

E. Diseo de pavimentos

Para determinar el diseo de un pavimento se re- -cas, geotcnicas, climatolgicas y de los estudios detrnsito inherentes a la va objeto del estudio. Sn-

conjunto de capas de materiales seleccionados, com- -

resistente a la accin del trnsito y del clima, as como

por las cargas del trnsito.

Los pavimentos estn formados por una carpeta

-

-diante un mecanismo de disipacin de tensiones, los -


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IV. DESARROLLO DEL TRABAJOPara hacer el diseo geomtrico de la va varian-

te se llev a cabo un recorrido previo de reconoci-miento con la ayuda de GPS, para hacer una evalua- de la va del proyecto, con la informacin obtenida -seo geomtrico de la va, as como un anlisis pre-liminar de las condiciones geotcnicas apreciablespara la programacin de los estudios geotcnicosnecesarios.

Una vez hecha esa evaluacin, se contrat una

una estacin y herramienta menor para la toma de - de la informacin, se obtuvo el diseo geomtricocomputarizado.

Posteriormente, sobre el diseo obtenido y ca- determinaron y ubicaron los puntos de sondeosy apiques por realizar. Estos se ubicaron cada 300metros dentro del abscisado, donde se efectuaron auna profundidad de 1.40 metros cada uno.

Para la toma de informacin, realizacin de lossondeos y apiques, y posterior entrega de los re- -nicas y de resistencia de la subrasante, se contratcon un laboratorio de suelos especializado. Con losdatos obtenidos y el anlisis hecho sobre los mismosse determin la caracterizacin de la subrasante, pa-rmetro fundamental para el diseo del pavimento.

Tambin, se efectuaron aforos vehiculares y de

sbado y domingo. El domingo corresponde al dade mercado. Con los datos obtenidos se determi-n el trnsito diario promedio semanal TPDS. Para

Los conteos se realizaron durante 16 horas du- 9:00pm., iniciando el da 17 y concluido el da 21 denoviembre de 2010. Con el anlisis por las cargas deltrnsito y su proyeccin se determin el nmero deejes de 8.2 toneladas en el perodo de diseo.

De igual manera, se solicitaron datos al Ideamsobre la temperatura y precipitacin de la zona paradeterminar los datos promedio ms importantes de zona por este factor.

Con los resultados obtenidos de los parmetroscomo son la caracterizacin de la subrasante, cate- trnsito, se procedi a efectuar el anlisis de las al- pavimentos, basados en consideraciones econmi-cas y de disponibilidad de materiales que cumplan la

De igual manera, se visitaron previamente lasfuentes de materiales granulares para determinar lacomposicin, calidad y cumplimiento de las especi- la misma forma, se visitaron plantas de produccin - - basados en los costos de tems para el ao 2010.



V. CARACTERSTICAS AMBIENTALES Y CLIMTICAS

CUADRO II. TEMPERATURA MEDIA ANUAL DE DISEO DE R-QUIRA. Fuente: Autores del proyecto

Debido a que el Ideam slo posee la estacin me-teorolgica ms cercana al proyecto en el Municipiode Villa de Leyva, con la informacin requerida para -

ron los datos de esta estacin correspondiente a tem-

A. Hidrologa y Temperatura

Con base en los datos de las precipitaciones de los - el sector del proyecto, como puede verse en el cua-dro I y Figuras 1 y 2. La Figura 1 muestra el compor-tamiento de la precipitacin media mensual para losaos de la serie histrica considerada en el anlisis.

Con la serie de datos de temperaturas medias men- la temperatura media anual ponderada del proyecto -guras 3 y 4. En la Figura 3 se muestra el comportamien- histrica escogido para el municipio de Rquira.

En resumen, para el municipio de Rquira, entre - y una precipitacin media anual de diseo: PMA di-

Con base en la TMAP diseo y la PMA diseo, -

y precipitacin indica-das en el Manual de

diseo de pavimentos medios y altos vol-menes de trnsito del


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VI. CARACTERSTICAS DEL TRNSITO

Para la proyeccin del trnsito y clculo del n-mero de ejes equivalentes en el perodo de dise- - trnsito promedio diario, el porcentaje de vehculoscomerciales y el factor de equivalencia de carga glo-bal para el ao inicial del proyecto, as como la tasade crecimiento.

A. Aforos vehiculares y trnsitopromedio diario

Como no se pudo obtener series histricas de -lizando aforos vehiculares consistentes en toma de

- - -dos de los aforos vehiculares se determin el trn-

B. Perodo de diseo para

como el perodo durante el cual est previsto, con

- globales, de forma que el pavimento se desempee hace la seleccin del perodo de anlisis y el perodo

del diseo estructural.

Con base en el cuadro de categoras de las vas delInvias, indicados en el Manual de diseo de pavimen- - menor de 1000.

El perodo de anlisis segn el cuadro de perodos

mencionado del Invias, se encontr un rango entre

CUADRO III RESULTADOS TRNSITO PROMEDIO DIARIOSEMANAL DE LOS AFOROS VEHICULARESFuente: Autores del proyecto



10 y 30 aos para la categora III de la va. Teniendoen cuenta posibles variaciones en la vida geomtricapor la situacin de trnsito cambiante as como lacarencia de fondos a corto plazo para su manteni- acuerdo con el cuadro de perodos de diseo estruc-tural recomendados por el Manual del Invas para lacategora III de la va, se determin en 15 aos paraun rango comprendido entre 10 y 20 aos.

C. Factor de equivalencia global ytasa de crecimiento

Para determinar el valor del Fcg, para el ao indi-cado se consult el Manual de diseo de pavimentos obtenido fue de 1.44.

Segn el cuadro de la tasa de crecimiento del - - - vehculos comerciales.

D. Factor de proyeccin y distribucindireccional, factor de distribucinpara el carril de diseo

El valor obtenido de factor de proyeccin para unperodo de diseo de 15 aos y una tasa de crecimien- la correccin de los vehculos comerciales en cada di-reccin con el factor de distribucin para el carril de presentados en el del Manual de diseo de pavimen-

E. Nmero de ejes equivalentes en

el perodo de diseo

Para los siguientes factores se obtuvo el valor delnmero de ejes de 8.2 toneladas en el carril de dise-o y perodo de diseo:

F. Correccin y rango de trnsito

determinacin de los ejes, se obtuvo el siguiente re-sultado:

-rril de diseo y en el perodo de diseo, que corres-ponde al trnsito proyectado.

el carril de diseo y en el perodo dediseo.

Se estableci como un T2 segn los rangos esta-blecidos en el Manual de diseo de pavimentos as-


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VII.CARACTERSTICAS DEL REDISEO GEOMTRICO

La variante, construida con material granularcomprende los siguientes sectores: Puente Plaza

de Mercado Puesto de salud y Cementerio de R-quira, iniciando en el K0+000 al K1+100.

despus de ser procesados y analizados con sus res- informacin obtenida en campo, se pudieron esta-blecer los resultados de diseo geomtrico siguien-do las pautas consideradas en el Manual de Diseogeomtrico de carreteras para bajos, medianos y al-tos volmenes de trnsito del Invas.

B. Diseo Horizontal

- - -ca, corresponde a una calzada de dos carriles, uno a nivel y accesos directos desde sus mrgenes, del del Manual de diseo geomtrico del Invas. La ve-locidad de diseo corresponde a 40KPH segn Tabla3.1.1

-nen de una cabecera municipal y conectan con unaprincipal. Para el diseo en planta se tuvo en cuenta la Tabla 3.3.2 de Manual de diseo del Invas, dondepara una velocidad de diseo de 40 kilmetros por -

De acuerdo con el criterio observado en la Figura3.1.1.2del Manual de diseo del Invas, los sobre an- para las curvas C5 y C6 con valores de 1.39 y 0.28,

En el diseo geomtrico horizontal se obtuvierontres curvas de radio mayor a 200 metros, dos curvascon radio mayor a 100 metros y una curva con radioigual a 23 metros, para un total de 6 curvas horizonta-les. Esto indica un diseo suave con presencia de ali-neamientos largos y rectos entre curvas en la mayorade la longitud del proyecto, presentndose slo unacurva de radio menor en el sector entre el K0+860 yel K0+920, donde se encuentra ubicado el puesto desalud, hacia el margen izquierdo de la va.

En este diseo se trabaj con curvas circulares,

teniendo presente que el TPD de la variante es de823. El Cuadro IV muestra los resultados obtenidospara las curvas horizontales despus de procesada, los diseos geomtricos de planta.

- Este valor se compar con el criterio dado en la Tabla3.4.1 del Manual de diseo del Invas, donde para

una velocidad de diseo de 40 kilmetros por hora, la

en cuanto al drenaje, la inclinacin mnima para la capa

K1+100 el proyecto contempla 5 curvas con pendiente

Fuente

Fotog


10/1562L espritIngnieuxFIGURA 5. PERFILES DE HUMEDAD. Fuente: Autores del proyecto

el ancho de calzada segn la recomendacin de laTabla 3.5.3 del Manual del Invas fue de 7 metros secundaria y terreno plano-ondulado.

El ancho mnimo recomendado para la berma,

segn Tabla No 3.5.4 del Invas es de 0.50 metrospara vas secundarias, con velocidad de diseo de 40KPH y terreno plano. El talud para corte adoptado es criterios tcnicos ajustados segn el Manual de dise-o geomtrico de carreteras del Invas para vas se-cundarias, para una velocidad de diseo de 40KPH.

VIII.CARACTERSTICAS GEOTCNICAS Y DE LOS SUELOS

Se determinaron las abscisas y se llevaron acabo lossondeos. Se realizaron 3 con una distancia entre ellos metros y en forma alternada. En el Cuadro VI se mues-tra la localizacin y nmero de sondeos.

B. Contenido de humedad, lmite

Con base en la norma I.N.V. E-122-07, se obtuvieronvalores de humedad bajos, que oscilan entre 20 y 22.

es igual a cero, no se encontr NF. En el cuadro VII semuestran el valor de las humedades y en la Figura 5 semuestra su comportamiento y su valor promedio.

De acuerdo con la norma I.N.V. E-125,126-07, seobtuvo un lmite lquido entre 48 y 62, un lmite pls-

En el Cuadro VII se muestra el valor discriminado delos lmites y en la Figura 6 se muestra el comporta-miento de estos parmetros.

C. ndices de consistencia,

Los valores obtenidos varan entre 1.26 y 1.21,lo que indica que el suelo presenta una consisten-cia slida de buena resistencia. En el Cuadro VII semuestra su valor discriminado.

Con base a la norma I.N.V. E-123,124-07, se obtu-

se realiz teniendo en cuenta la norma I.N.V.E 102-07, y por los mtodos SUCS y la Aashto. En el Cuadro

D. Ensayos de compactacin, CBRy categorizacin de la subrasante

Se efectuaron los ensayos de compactacin deacuerdo con la norma I.N.V. E-142-07 y de CBR inal-

-

D. Seccin transversal

El ancho mnimo que se adopt para la zona delderecho de va con base a la Tabla 3.5.1 del Manualde diseo es de 20metros. Para el valor del bombeo - -


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Con los resultados obtenidos en la caracteriza-cin y categorizacin de la subrasante se deduce

que estos suelos corresponden a unas gravas del con valores de consistencia mayores que uno, lo quedetermina suelos de consistencia slida. Los valores

IX. METODOLOGA PARA EL DISEO DE LA ESTRUCTURA DELPAVIMENTO DE LA VA VARIANTE

En el presente proyecto de adopta el diseo de-sarrollado por el Invas, que es aplicable a pavimen-tos de carreteras interurbanas de dos o ms carrilesy abarca todas las gamas posibles de trnsito. Estemtodo es importante en el medio debido a que elprocedimiento de diseo adoptado naci de una la teora del comportamiento estructural y los mate-

riales disponibles. Sin embargo, esto no quiere decir - Asfalto, con el propsito de analizar sus resultados yestablecer diferencias que enriquezcan el contenido

-cas geotcnicas de los suelos y de la caracterizacinde la subrasante. Con base en estos resultados en elmismo cuadro se observa la categorizacin obtenidapara la subrasante.

-no, aptos para el uso de subrasante sin necesidad -sistencia. De igual manera, con los datos obtenidos de los sondeos permite deducir que no se requiere


12/1564L espritIngnieuxr n

A. Mtodo de diseo Invas

Con base en los resultados obtenidos de condiciones -

riales para cada una de las capas, se entra a determinarla carta de diseo dentro de los rangos contemplados Los siguientes son los parmetros de diseo: regin cli- trnsito T2. La carta de diseo determinado para las al-

-ciones de disponibilidad de materiales de la zona y al res- la Carta de diseo No 2 se determin dentro de las tres

estructural obtenido.

B. Mtodo de diseo del

Los siguientes son los parmetros de diseo: mdulo -mulados de 8.2 toneladas en el carril de diseo duranteel perodo de diseo.

diseo, sta se ha basado en el criterio de disponibilidadde materiales en la zona del proyecto y a consideracio-nes econmicas del diseo. Se determin trabajar la al-

El diseo obtenido corresponde a una capa granular - 2 con espesor de 10.0 cm. En la Figura 8 se muestra el

X. DATOS DE ENTRADA PARA EL DISEODE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO DE LA VARIANTE

modelo estructural obtenido en la seleccin de la alter-

C. Chequeo del modelo estructural

de los parmetros de esfuerzos, deformaciones y de-

-tran los resultados obtenidos frente a los valores admisi-bles y el porcentaje de las solicitaciones.

De acuerdo con los valores obtenidos, la estructuracumple con los criterios de deformacin admisible de tanto, el dimensionamiento de la estructura de pavi-

Teniendo en cuenta las consideraciones econmi-


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ms cercanos a la zona del proyecto y que cumplieran

construccin del Invas, se escogieron los siguientes - para la ejecucin del proyecto.

XI. MATERIALES DE CANTERAS Y DE LA MEZCLA EN CALIENTE

Para materiales granulares de subbase y base -

propietario es el Seor Julio Prez. Para materia- produccin ubicada en Simijaca, tambin de pro-piedad del Seor Julio Prez.

XII. CANTIDADES Y PRESUPUESTO DE OBRA

- -supuesto de obra, basados en los costos asociados a la

- los aspectos de mantenimiento futuro, ni se analiza el clculos se hicieron con valores del ao 2010, conside-rando slo la inversin inicial de construccin.

Los datos bsicos del proyecto para tener en

- -

En el cuadro X se presentan los valores de las ac- los costos de transporte e instalacin. Los valores -zados a distancias menores de 40 km de los centrosde produccin. Se asumen condiciones normales deconstruccin y se incluyen costos de algunas obrascomplementarias.



pesado como el trnsito normal de pasajeros, paradirigirse desde y hacia el municipio de Rquira. De

para acceder a las ciudades, regiones circunvecinasy sectores veredales.

-do para la va variante arroj un diseo suave y ade-cuado conforme a la velocidad de diseo de 40 KPH vecinal. Esto indica un resultado ajustado a las necesi-dades de la comunidad y usuarios de la va con el obje- -fort, comodidad, visibilidad, seguridad y economa.

Segn los datos obtenidos en los estudios de suelosy geotcnicos adelantados, se determin que la subra-sante posee muy buenas condiciones de resistencia capa base para las capas que conforman la estructura -tribuye con el crecimiento econmico del municipio.

De igual manera, con los resultados en los estudiosde suelos y anlisis de los datos aportados por las hu- para cada sondeo, permite concluir que no es nece-sario efectuar diseo de drenaje subterrneo. Estoindica la economa para el proyecto en su aspecto -do prevalezcan estas condiciones.

Los datos obtenidos en la evaluacin y anlisis del

-tegorizacin. Estos resultados indican que la variante usuarios encontrados.

Los resultados arrojados en los estudios y anlisisde las condiciones ambientales, permiten observar -

XIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

mihmeda. Este dato es uno de los parmetros bsi-cos para conocer las condiciones que se presentan en -riormente en el diseo de la estructura del pavimento.

- mediante el chequeo de sus parmetros de diseo,que estos cumplen con los requerimientos mnimos -maciones actuantes o de servicio. Dentro de los de - el de servicio de 0.24 mm. Estos resultados aseguran -nmico, conforme a las necesidades buscadas por el

-dades obtenidas en los diseos geomtrico y de pa-vimentos, permiten deducir que este proyecto re-presenta una opcin econmica para los interesesdel municipio y su comunidad, con base a los preciosunitarios del ao 2010.

Se recomienda, por consideraciones econmicas

para el proyecto de la va variante, adoptar la alterna- -gencias mnimas requeridas para una estructura acor- - -

para las capas granulares, las canteras ubicadas en que por la disponibilidad de los materiales, calidad, y cercana a la zona del proyecto, permiten brindarcondiciones de economa favorables para la ejecu-cin del mismo. De igual manera, para el material ubicada en Simijaca, dadas las condiciones de cerca- disponibilidad cerca a la zona del proyecto.


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XIV. REFERENCIAS

-teras. Bogot: Carvajal S.A.

diseo de estructuras de pavimentos de carrete-ras. Tunja: UPTC publicaciones.

- con bajos volmenes de trnsito. Bogot.

medios y altos volmenes de trnsito. Popayn.

-versidad Catlica de Colombia.

para carreteras. Bogot: Universidad Catlica deColombia.

Bogot: Editorial Ceja.

-vimentos. Bogot: Universidad la Gran Colombia. tericos, guas de diseo. Bogot: Universidad la

Gran Colombia.

Pavimentos-Materiales para la construccin,evaluacin de pavimentos en servicio, diseo de

Normas de ensayos para materiales de carrete-

Nociones sobre diseo de pavimentos para ca-rreteras. Guas de clase. Facultad de Ingeniera

-CO-PDC. Popayn.

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