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UTFPR - CURITIBA
PATOLOGIA DAS
FUNDAÇÕES
UTFPR - Curitiba
Ronaldo L. S. IZZO, D.Sc. izzo@utfpr.edu.br http://paginapessoal.utfpr.edu.br/izzo
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Tópicos:
- Recalques
- Conceito
- Recalques admissíveis
- Efeitos de Movimentos das Fundações
- Investigação Geotécnica
- Sondagem
- Colapsibilidade
- Expansibilidade
- Zonas Cársticas
- Matacões
- Projeto de Fundações
- Interação Solo-Estrutura
- Comportamento das Fundações
- Fundações Sobre Aterro
- Aterro sobre Solo Mole
- Aterro Sanitário e Lixões
- Execução das Fundações
- Pós-Conclusão das Fundações
- Carregamento
- Alteração de Uso
- Grandes Escavações Próximo a Construções
- Escavações não Protegidas
- Instabilidade de Taludes
- Efeitos da Presença de Água
- Variação do Nível de Água
Especialização em Patologia das Construções 2013
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O PROJETO DE
FUNDAÇÕES
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Determinação das solicitações.
Cargas de projeto.
Adoção de um modelo.
Através de investigações geotecnicas.
Interpretação das informações.
Conhecimento estabelecido sobre o
comportamento do solo sob carga.
Transmissão de esforços à massa de solo.
PROJETO DE FUNDAÇÕES
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Produto da natureza.
Grande variabilidade.
Tanto de ocorrência como de propriedades.
As solicitações:
Tratamento simplificado.
Abordagem determinística.
₪ (cargas permanentes e acidentais)
Erros na determinação das cargas.
₪ Desconsideração de momentos fletores;
₪ Cargas horizontais.
PROJETO DE FUNDAÇÕES
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Incluir considerações referentes ao próprio
comportamento do solo.
Empuxos, atrito negativo, etc.
Não somente às cargas permanentes e acidentais.
Provenientes da superestrutura. Construção, uso e vida útil da estrutura.
- APÓS DEFINIÇÃO DAS SOLICITAÇÕES: Escolha de possíveis formas de transmissão de carga. Cálculo dos elementos de transferência Verificação da segurança contra ruptura; Deformação do solo.
PROJETO DE FUNDAÇÕES
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- PROJETO: Identificação de mecanismos de ruptura. Deformações do solo. Uso de métodos numéricos. Nesta etapa: Valores típicos para parâmetros de projeto; Normas ou códigos; Experiência; Uso de mesma solução de situações idênticas; Correlações empíricas.
- DIMENSIONAMENTO: Estrutural; Planta executiva. ₪ Vai ao canteiro de obra.
PROJETO DE FUNDAÇÕES
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- PROBLEMAS NESTA ETAPA: Relativos ao solo: Patologias envolvendo o solo como causador do problema. Relativos a mecanismos: Ausência de identificação de mecanismos causadores de mau comportamento ou colapso. Desconhecimento do comportamento real das fundações. Cada tipo de fundação tem um comportamento específico. Afeta o desempenho da estrutura apoiada sobre as mesmas.
PROJETO DE FUNDAÇÕES
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PROBLEMAS ENVOLVENDO O SOLO
- Representação inadequada do comportamento do solo: Utilização de correlações empíricas ou semi-empíricas
não aplicáveis à situação em questão;
Escala;
Estimativa de tensões admissíveis com base em
resultados de ensaios NSPT para grandes áreas.
Estrapolação da correlação para material de
comportamento distinto.
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PROBLEMAS ENVOLVENDO O SOLO
- Erros na estimativa das propriedades de
comportamento do solo:
Extrapolação indevida da faixa de ocorrência da
correlação;
Valores excessivamente altos ou baixos.
Não adequados à situação considerada.
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PROBLEMAS ENVOLVENDO O SOLO
- Uso indevido de resultados de ensaios para estimativa
de propriedades do solo não correlacionáveis com o
tipo de solicitação:
Correlação entre ensaios de penetração (SPT ou CPT),
cujos resultados são representativos da resistência do
solo, com propriedades de compressibilidade desses
materiais.
Resulta em adoção de valores de propriedades não
representativas e em projetos inadequados ou problemáticos.
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PROBLEMAS ENVOLVENDO O SOLO
- Adoção de fundações inadequadas face ao
comportamento específico do solo:
Estacas cravadas sem cuidados especiais em solos
instáveis ou em presença de água.
Resulta em elementos com defeito.
Fundações profundas ou diretas em solos colapsíveis ou
expansivos sem cuidados especiais.
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PROBLEMAS ENVOLVENDO O SOLO
- Remoção da crosta pré-adensada existente no topo de
depósitos de argilas moles:
Implantação de fundações superficiais, com a
consequente perda do suporte já anteriormente limitado.
Aparecimento de grandes recalques pela
compressibilidade da camada mole. UTFPR - CURITIBA
INTERAÇÃO
SOLO-ESTRUTURA
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INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA
- Quando uma fundação transfere carga ao solo e essa
transferência é considerada de forma isolada, no
entanto, há a existência de outra solicitação vizinha:
A existência de outra solicitação altera as tensões na
massa de solo.
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INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA
- Grupos de estacas apoiadas sobre camadas pouco
espessas sobrepostas a camadas argilosas moles.:
Podem romper nos casos em que a análise de capacidade de suporte desconsidera a camada de solo mole abaixo da ponta das estacas. Casos onde somente se verifica a capacidade de carga, sem a análise de recalques da camada compressível inferior.
Podem conduzir a recalques incompatíveis com a
estrutura, devido ao acréscimo de tensões provocado
pelo conjunto de estacas.
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INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA
- Desconsideração da ocorrência do efeito de atrito
negativo em estacas.
Típico de horizontes com aterros recentes sobre solos moles. Rebaixamento de nível freático. Estaqueamento executado em solos moles sensíveis à cravação. O deslocamento relativo das camadas de solo em relação ao corpo da estaca provoca uma condição de carregamento nas fundações, e não de resistência às cargas externas.
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INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA
- Desconsideração da ocorrência do efeito de atrito
negativo em estacas.
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INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA
- Situação de atrito negativo, ou solos em adensamento,
sobre estacas inclinadas.
Provoca solicitações de flexão nos elementos de
fundação para as quais estes não foram dimensionados.
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INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA
- Existência de aterro assimétrico sobre camadas
subsuperficiais de solos moles, provocando o
aparecimento de solicitações horizontais atuantes na
estacas em profundidade.
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INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA
- Existência de aterro assimétrico sobre camadas
subsuperficiais de solos moles, provocando o
aparecimento de solicitações horizontais atuantes na
estacas em profundidade.
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INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA
- Uso de modelos simplificados indevidos. Caso da verificação pelo método de cálculo do cone de arrancamento. Utilizado em fundações superficiais, de fundações profundas tracionadas. Como a cinemática de ruptura é diferente no caso das fundações profundas. Acabam resultando valores superiores aos reais e condições inseguras.
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INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA
- Cálculo de tração de estacas, a partir da soma das
cargas de ruptura de cada uma considerada
individualmente.
Resulta em valores superiores ao real. A cinemática de ruptura do grupo é diferente.
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INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA
- Falta de travamento em duas direções no topo de
estacas isoladas.
Presença de solos das camadas superficiais e sub-superficiais de baixa resistência. Resulta em comprimentos de flambagem maiores que os considerados para pilares. Induz a instabilidade estrutural.
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COMPORTAMENTO DAS FUNDAÇÕES
- Obtenção por correlações com ensaios de penetração,
de valores de capacidade de carga de fundações
profundas, sem observar números limites para atrito
lateral e resistência de ponta.
Pela extrapolação de valores elevados. Pelas profundidades dos elementos de fundação, impossíveis de serem atingidos. Resultados obtidos são incompatíveis com os reais. Provocam o mau comportamento das fundações submetidas a cargas mais elevadas, superiores àquelas que podem ser transferidas ao solo.
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COMPORTAMENTO DAS FUNDAÇÕES
- Adoção de fundações profundas para cargas da
estrutura de pavilhões, com presença de aterros
compactados assentes sobre camadas compressíveis.
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COMPORTAMENTO DAS FUNDAÇÕES
- Desconhecimento do mecanismo de mobilização da resistência de ponta que necessita de deslocamentos proporcionais ao diâmetro das estacas escavadas de grande seção.
Resulta na adoção de valores seguros do ponto de vista da ruptura.
Porém, causa recalques incompatíveis com o bom desempenho da
superestrutura.
No caso de estacas de diâmetros muito diferenciados sob a mesma
estrutura. Pode haver problemas!
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COMPORTAMENTO DAS FUNDAÇÕES
- Desconhecimento do mecanismo de mobilização da resistência de ponta que necessita de deslocamentos proporcionais ao diâmetro das estacas escavadas de grande seção.
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COMPORTAMENTO DAS FUNDAÇÕES
- Níveis muito desiguais de carregamento numa mesma
estrutura.
Típico de torres com cargas elevadas e região circundante de carregamento muito inferior. Ambas com o mesmo tipo de fundação. Sem junta de comportamento. Ou com pilares da junta, apoiados na mesma fundação.
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COMPORTAMENTO DAS FUNDAÇÕES
- Uso de elementos de fundação como reforço. No caso de fundações profundas com problemas construtivos. Sem que haja uma avaliação do efeito no conjunto do novo elemento executado. Deslocamentos necessários à mobilização de resistência. Rigidez No caso de esforços horizontais.
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COMPORTAMENTO DAS FUNDAÇÕES
- Uso de fundações de comportamento diferenciado e má
avaliação dos efeitos de carregamento especial.
Ex.: Silo com 72m de diâmetro e 39m de altura, com paredes externas apoiadas sobre estacas e elemento central apoiado sobre sapata.
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INTERVALO!
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ESTRUTURA DE FUNDAÇÕES
- Armaduras de estacas de concreto armado tracionadas. Sem previsão de fissuração do concreto (ABNT NBR 6118/2003). A fissuração pode acarretar a degradação da armadura.
- Uso de emendas padrão em estacas metálicas. Sem verificação quanto a tração.
- Adoção de solução estrutural na qual os esforços
horizontais não são equilibrados pelas fundações.
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ESTRUTURA DE FUNDAÇÕES
- Carência de detalhes estruturais adequados. Ligação de armadura de estacas tracionadas ao bloco de coroamento.
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ESTRUTURA DE FUNDAÇÕES
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- Uso de armaduras muito densas no projeto.
- Causando dificuldades construtivas com falta de integridade ou ausência de recobrimento, especialmente em fundações profundas, que resultam de falhas nos elementos ou suscetibilidade um ambiente agressivo;
ESTRUTURA DE FUNDAÇÕES
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ESTRUTURA DE FUNDAÇÕES
- Ausência de exame da situação “como construído” ou as built das fundações em estacas, com relação ao dimensionamento dos blocos e vigas de equilíbrio projetadas. É comum a execução resultar em excentricidades significativas, provocando alteração nas solicitações, que podem tornar o projeto original inseguro;
- Uso das solicitações obtidas ao nível do terreno para o dimensionamento de fundações enterradas, sem a consideração das alterações por exemplo, o possível aumento dos momentos atuantes.
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ESTRUTURA DE FUNDAÇÕES
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PROBLEMAS
ENVOLVENDO AS
ESPECIFICAÇÕES
CONSTRUTIVAS
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ESPECIFICAÇÕES CONSTRUTIVAS
- Fundações diretas – problemas podem ser causados pela ausência de indicações precisas com relação a: Cota de assentamento das fundações, resultando na implantação das sapatas na profundidade equivalente à sua altura ou definida no canteiro, e inadequada às condições de ocorrência do solo;
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Exigência de controle de comportamento de estacas (levantamento) quando da cravação de elementos adjacentes em blocos com várias, muito importante nas estacas de deslocamento, ou seja, em cuja execução é deslocada massa significativa de solo, resultando em danos às estacas ou redução acentuada de sua resistência de ponta;
Proteção contra erosão em locais sujeitos ela, tendo como consequência a médio e longo prazos o alívio significativo de tensão às vezes, redução da resistência lateral, possibilidade de flambagem em elementos esbeltos ou mesmo a instabilidade geral e colapso da fundação.
ESPECIFICAÇÕES CONSTRUTIVAS
- Fundações profundas – nos projetos correntes são comuns problemas causados pela ausência de indicações referentes a:
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Falta de indicação das cargas consideradas no projeto, bem como sua origem (data e identificação da planta de carga nas fundações, se recebida de de outro profissional); em algumas circunstâncias ocorrem mudanças de projeto, e consequentemente das cargas, não informadas o projetista das fundações, ocasionando situação de insegurança ou inadequação da solução projetada);
Ausência da indicação da referência e localização das sondagens ou ensaios nos quais o projeto se baseou, podendo ocorrer alterações na geometria do terreno (aterros ou cortes) modificando as condições do projeto, como comprimentos mínimos ou máximos, entre outras.
ESPECIFICAÇÕES CONSTRUTIVAS
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FUNDAÇÕES SOBRE
ATERROS
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FUNDAÇÕES SOBRE ATERROS
- Os recalques de fundações assentes sobre aterros podem ter três causas distintas Deformações do corpo do aterro por causa do seu peso próprio, bem como por carregamento provocado pela fundação ao transferir a carga da superestrutura;
Deformações do solo natural localizado abaixo do aterro, em razão do acréscimo de tensões ocasionado pelo peso próprio do aterro e pelas cargas da superestrutura (expectativa da ocorrência de recalques significativos quando da execução de aterros sobre camadas de solos moles);
Nos casos de execução de aterros e/ou carregamentos externos sobre lixões ou aterros sanitários desativados, os mesmos estarão sujeitos a ações bioquímicas decorrentes da degradação da matéria orgânica de seus componentes.
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Recalques totais e diferenciais do corpo do aterro, causado pelo seu peso próprio e/ou pelo carregamento provocado pela fundação, ocorrem normalmente nos seguintes casos:
• RECALQUES DO CORPO DO ATERRO
Quando da execução de aterros cujo material é disposto sem compactação (no caso de solos argiloso) ou sem vibração (no caso de solos arenosos). Ocorrem recalques lentos, porém contínuos, contabilizando a diminuição de 1 a 2% da espessura da camada de aterro no período de 10 anos;
FUNDAÇÕES SOBRE ATERROS
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Quando da disposição de solo por aterros hidráulicos. Areias depositadas por meio de aterros hidráulicos apresentam pequenos recalques na camada depositada acima do nível de água. devido à consolidação causada por fluxo descendente. Quando a areia é depositada na água, pode permanecer em estado fofo, tonando-se suscetível a recalques quando da aplicação de cargas externas. Quando da disposição submersa de material da dimensão silte, a formação de solos ocorre pelos processos simultâneos de sedimentação e adensamento, finalizando em índice de vazios altos (entre 3 e 6), sendo, portanto, suscetível a recalques causados por carregamento externo.
FUNDAÇÕES SOBRE ATERROS
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Quando da execução de aterros com compactação deficiente. Por lançamento de camadas muito espessas e/ou uso de equipamentos que não têm a capacidade de transmissão de energia ao solo especificada em projeto. Nesse caso, só a parte superior de cada camada é compactada, resultando em lentes com altos índices de vazios. Como recomendação geral, a eficiência da compactação do aterro é obtida através da deposição de camadas de espessura de 30cm, com material selecionado compactado na umidade ótima. Os parâmetros de compactação determinados experimentalmente função da energia aplicada e do equipamento utilizado.
FUNDAÇÕES SOBRE ATERROS
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Quando da execução de aterros com materiais inadequados. Dever ser evitado o uso de solo superficial contendo raízes e outros materiais vegetais, argilas ou materiais expansivos, turfas e argilas orgânicas. Os materiais utilizados devem ter propriedades que atendam as características técnicas pré-selecionadas para a execução do aterro: resistência ao cisalhamento, deformabilidade, uso de valores de CBR ou densidade e expansão como indicadores de boas condições de comportamento.
FUNDAÇÕES SOBRE ATERROS
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- A compressão e modelagem do processo de adensamento unidimensional é relativamente simples. Quando um carregamento é aplicado a uma massa de solo compressível, saturada, de baixa permeabilidade, o carregamento é, no início, suportado pela água. O acréscimo de tensão resultante é chamado de excesso de poro-pressão. O excesso vai sendo dissipado e as tensões vão sendo gradativamente transferidas à estrutura do solo, ocasionando um acréscimos de tensão efetiva. Este fenômeno é observado na medida em que as variações volumétricas produzem recalques, cuja magnitude pode afetar a superestrutura de obras de engenharia.
ATERRO SOBRE SOLOS MOLES
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Construções sobre unidades geotécnicas adversas podem contemplar diferentes alternativas de projeto: a) Evitar o problema pela remoção da camada de argila; b) Construir o aterro em etapas para possibilitar o adensamento gradativo da argila durante o período de construção; c) Usar mantas geotêxteis na interface aterro-fundação, a fim de melhorar as condições de estabilidade; d) Instalar drenos geotêxteis para a aceleração do processo de adensamento. Qualquer uma das soluções envolve custos consideráveis e tempo de execução e, por esse motivo, é frequente a adoção de alternativas de projeto que impliquem na redução dos custos de implantação, combinada a custos de manutenção elevados pela correção das patologias observadas durante a vida útil da obra
ATERRO SOBRE SOLOS MOLES
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ATERRO SOBRE SOLOS MOLES
- Incertezas quanto à premissas de projeto e riscos associados à
construção sobre materiais altamente compressíveis podem
exigir a avaliação de desempenho da obra através de instrumentação.
- São frequentes as referências ao emprego de medidores de
recalques e monitoramento dos excessos de poro-pressões.
- Portanto, aterros sobre solos moles podem exibir recalques
consideráveis durante vários anos após a conclusão da obra,
resultando em patologias ativas com manifestações contínuas e
prolongadas.
Especialização em Patologia das Construções 2013
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- Além da execução de aterros compactados diretamente sobre a
camada mole, outro exemplo frequente nas costas brasileiras é
a ocorrência de camadas arenosas sobre depósitos argilosos.
- A camada arenosa absorve as cargas de pequenas construções.
Grandes obras, com carregamento elevado transmitido ao solo
de fundação, exigem a adoção de soluções por grupos de
estacas, ou melhoramento da camada de argila com estacas de brita e areia.
ATERRO SOBRE SOLOS MOLES
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- O carregamento na argila gera excessos de poro-pressões, cuja
dissipação produz recalques que afetam a superestrutura.
- O impacto desses recalques, e suas possíveis consequências, devem ser analisados caso a caso, para que efeitos indesejáveis,
tais como recalques muito elevados, sejam controlados e se
mantenham dentro de limites admissíveis.
- O mecanismo de interação solo-estrutura é complexo, tanto para o grupo de estacas como para melhoramento de solos,
sendo seus efeitos normalmente estabelecidos a partir de regras
empíricas e na própria experiência acumulada pelos projetistas
.
ATERRO SOBRE SOLOS MOLES
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ATERROS SANITÁRIOS E
LIXÕES
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ATERROS SANITÁRIOS E LIXÕES
- Projetos geotécnicos nesses materiais requerem o estudo do
comportamento reológico de rejeitos, considerando os
recalques em razão da degradação do material existente no
aterro em função do tempo.
- A degradação dos resíduos orgânicos em tais locais para gerar
gás metano
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FIM
