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  1. 1. CIMENTACIONES PATOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS: PROFESOR: DELIA BOTTARO BR.: KAREN RONDÓN UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE ARQUITECTURA Y DISEÑO
  2. 2. CIMENTACIONES Se denomina cimentación al conjunto de elementos estructurales, cuya función es soportar la estructura superior y transmitir las cargas al suelo y responder a las condiciones del mismo. Clasificación según profundidad: Cimentación superficial o directa: Cimentación semiprofunda o pozo: Cimentación profunda: D/B: ˂ 4 m D: ˂ 3 m 4m ≤ D/B ≤ 8m 3m ≤ D ≤ 3m D/B: ˂ 8 m D: ˂ 6 m TERRENO DE CIMENTACIÓN El terreno de cimentación forma parte de o se incorpora a la estructura, su deformabilidad y su resistencia a demás de otras características, no son constantes, sino que pueden verse alteradas en el transcurso del tiempo bien sea por cambios en el contenido de humedad, lavados, arrastres, disoluciones, por vibraciones o como consecuencia de las operaciones constructivas, por ende, debería recibir la misma atención en el diseño y en el control de construcción que el resto de los elementos estructurales. Los niveles de apoyo de los cimientos se establecen en obra, a la vista del terreno que se encuentra o de la aparición de lo que se conoce como suelo firme. Los asientos de los apoyos sumados a los propios de la estructura, hagan a agotar la resistencia a tracción, a compresión o al esfuerzo cortante de los en algún punto, sobreviene la fisuración o el agrietamiento. Los agrietamientos de las estructuras obedecen, con frecuencia, a un fallo de cimentación; pero no siempre es así. ESTUDIOS DE LOS SUELOS Trabajo previo que consta de una observación del terreno y de la lectura de datos de la cartografía geológica de la zona de interés. METODOLOGÍAS DE INSPECCIÓN Pozo excavado Penetraciones Sondeos a percusión y a rotación. Ensayo de cizallamiento Ensayos STP de penetración estándar. Extracción de muestras inalteradas. Presiométricos, placa de carga.
  3. 3. LESIONES LESIONES Y SINTOMATOLOGÍA DE CIMENTACIONES Problemas presentados en una obra, ya sea nueva o antigua, incluso a veces sin concluir. Son manifestaciones de un problema constructivo, es decir, el síntoma final y resultado del proceso patológico ASIENTOS UNIFORMES Se le define como asiento o asentamiento a la consolidación bajo la carga de un suelo. Esta, dependerá del tipo de suelo y, por tanto, de la deformación máxima a asumir por éste, y del tiempo necesario para alcanzar la misma. SINTOMATOLOGÍA Los síntomas típicos en las grietas o fisuras que puedan aparecer tanto en estructuras de muros de carga como en estructuras reticuladas de madera, acero u hormigón armado. A los edificios con estructura y con cerramientos de materiales de comportamiento pétreo (piedra, bloque de mortero) y a la vez homogéneos, las lesiones coinciden con las vigas. Esto nos permitirá, según la situación y la dirección de la lesión, determinar qué tipo de asentamiento la ha provocado. En estructuras reticuladas, los asentamientos se traducirán en deformaciones y roturas de los nudos, estas lesiones serán de mayor o menor envergadura dependiendo del tamaño de la estructura.
  4. 4. LESIONES Y SINTOMATOLOGÍA DE CIMENTACIONES ASIENTOS DIFERENCIALES El movimiento relativo de las diferentes partes de una estructura causado por la consolidación desigual del suelo de la cimentación puede hacer que un edificio pierda la vertical, lo que conlleva al desplazamiento de su centro de gravedad y por ende, se presenten grietas en la cimentación, la estructura o los acabados, ya que, al quedar parte de los cimientos sin el apoyo suficiente, el edificio debe deformarse y acoplarse a la nueva forma de sustentación. SINTOMATOLOGÍA • Fisuras inclinadas en estructuras endebles (muros de ladrillo). • Abertura de las juntas en estructuras rígidas (la junta entre dos estructuras de hormigón armado se va ensanchando hacia arriba). Asiento de la estructura Esquema de deformación Lesiones sobre estructura porticada por asiento de un pilar.
  5. 5. ASIENTOS INTERMEDIOS EN MUROS La existencia de fallos en la zona central de muros de cierta longitud, funcionando el muro en esa zona como una viga que admite limitadamente tracciones. En consecuencia, se romperá, es allí donde las tensiones de tracción producidas superen el escaso límite admisible. Los diferentes problemas de cimentación que afectan a muros de carga, dan una tipología de grietas. Si las fábricas son de mala calidad, construidas con morteros pobres y con una unión deficiente, las grietas pueden llegar a ser verticales por el fácil deslizamiento del muro ante la falta de apoyo. El muro que queda en voladizo por sus extremos, antes de su rotura y debido a las tracciones excepcionales que se producen en esa situación, desarrolla unas grietas con dirección perpendicular a dicho esfuerzo de tracción. ASIENTOS EXTREMOS EN MUROS Un muro testero, comprende la parte posterior de una edificación, entonces, si la unión en la esquina donde se encuentra este muro no es correcta, puede llegar a desprenderse produciendo una grieta vertical primero y alcanzando el consiguiente desplome después. ASIENTOS EN MUROS TESTEROS ASIENTOS EN ENTRAMADOS DE MADERA En el caso de construcciones antiguas, admiten con menor riesgo las deformaciones producidas por asientos en la cimentación, un cedimiento estructural puede no tener su origen en la cimentación, sino también en la propia estructura, casi siempre en la planta inferior donde radican las piezas más cargadas. Por supuesto que las grietas y fisuras que aparecen por esta causa son iguales a las estudiadas para problemas de cedimientos en la cimentación y vienen originadas por aplastamiento de muros de carga o colapso de pilares sobrecargados. LESIONES Y SINTOMATOLOGÍA DE CIMENTACIONES ASIENTOS
  6. 6. Los fallos que se producen en los muros de fábrica en los extremos y esquinas son más peligrosos que otros, pues al producirse la rotura no pueden contar con ningún contrarresto del propio edificio. ASIENTO DE UNA ESQUINA ASIENTOS EN ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN El cedimiento de una zapata produce unos esfuerzos en la estructura que, por su continuidad, repercuten en toda ella, dando lugar a tensiones en determinadas secciones que no las toleran, lo que origina la aparición de fisuras, también pueden aparecer grietas de aplastamiento del hormigón en la zona comprimida de la viga o producirse en una columna la rotura frágil por pandeo o excesivo esfuerzo de corte. ASIENTOS EN ESTRUCTURAS METÁLICAS El asiento de una de sus zapatas, las vigas simplemente apoyadas girarán sin que cambie su forma de trabajo. Las vigas continuas, sin embargo, sí verán alterada su forma de trabajo (como en los pórticos de hormigón armado) y las semiempotradas en menor grado por no ser el nudo tan rígido. En cualquier caso, la rotura tarda más en aparecer y cuando lo hace hay un mayor riesgo de colapso. Por lo antedicho, el fallo de la cimentación se manifiesta primero en la tabiquería y en la inclinación de las cubiertas. Los asentamientos, como ya se ha dicho, son deformaciones verticales, mientras que los desplazamientos son deformaciones horizontales. LESIONES Y SINTOMATOLOGÍA DE CIMENTACIONES LEVANTAMIENTOS Ascenso de los edificios por supresiones del terreno. Se le denomina subpresión a la fuerza ascendente producida por el agua sobre una estructura, elemento de contención o cimentación sumergida. Tal es el caso de las piscinas.
  7. 7. LESIONES Y SINTOMATOLOGÍA DE CIMENTACIONES Corresponde a un movimiento del suelo, generalmente por acción de una falla o debilidad del terreno. Las posibles causas de este problema se pueden deber a una cimentación en terreno inestable DESPLAZAMIENTOS DESPLOME También denominado pérdida de verticalidad es el síntoma más evidente pero, la primera sintomatología son las grietas y fisuras. CAUSAS DE LOS FALLOS EN LAS CIMENTACIONES EDIFICIOS VECINOS CONSTRUIDOS EN DISTINTOS MOMENTOS si se construye un edificio unido a otro levantado con anterioridad, el efecto de asentamiento del suelo bajo la acción de las cargas del nuevo puede, por interacción, provocar el descenso del terreno en que descansan los cimientos del edificio existente. • Cimentar el muro limítrofe lo más lejos posible de la edificación adyacente, • Cimentar mediante pilotes sin conexión alguna con el edificio antiguo. DAÑOS POR CIMENTACIÓN HETEROGÉNEA DE UNA CONSTRUCCIÓN Para las construcciones de cierta envergadura es frecuente que algunas posean sus cimentaciones a cotas por debajo de otras, de manera que se encuentren suelos de distinta naturaleza. Plantear una heterogeneidad que es la correspondiente al terreno en relación con la obra construida.
  8. 8. CAUSAS DE LOS FALLOS EN LAS CIMENTACIONES DAÑOS PROVOCADOS POR LOS RELLENOS Es la compactación del terreno, cuyo objetivo es mejorar la cota del perfil del terreno o restituir ese nivel después de una excavación lo que en ocasiones conlleva a la sobrecarga del terreno natural por el peso del relleno depositado sobre él. En la fase de proyecto, se brindará a los constructores un informe preciso no sólo de los espesores de relleno, sino también de las máximas sobrecargas en los terraplenes. DAÑOS PROVOCADOS POR EL AGUA La variación del contenido de humedad hace que cambien las características del suelo, cuya alteración por este motivo puede producir daños en el edificio por asientos o levantamientos no previstos. CAUSAS DE HUMEDAD:  Cambios en el nivel freático,  Roturas o escapes de conducciones subterráneas de agua o desagües,  Ejecución o eliminación de pozos de bombeo o drenajes,  Riego excesivo del terreno del entorno o la existencia de arbolado,  Inundaciones. -Expansión y contracción de arcillas (absorción de agua por los capilares de la arcilla, la cual penetra lentamente entre las partículas sólidas, desarrolla una presión y determina la paulatina expansión de las mismas). -Modificación de las condiciones de resistencia del suelo (La afluencia de aguas modifica sustancialmente las condiciones de resistencia de los suelos de granulometría fina). -Socavación y erosión (La circulación de agua no prevista a través del suelo de cimentación originada por roturas de conducciones, escapes o escorrentías subterráneas, producirá socavaciones, arrastres o erosiones que dejarán descalzada la cimentación allí donde ocurra este fenómeno. Destrucción de pilotes de madera: La madera enterrada se destruye a causa de hongos e insectos xilófagos que se nutren de sus células, alcanzando entonces, su destrucción por putrefacción. Destrucción de pilotes metálicos: Es la agresividad del medio ambiente la que determina la velocidad de destrucción del metal. Destrucción de las cimentaciones de hormigón: Las aguas químicamente puras, disuelven la cal del cemento, reduciendo la compacidad y, por consiguiente, la resistencia de éste.
  9. 9. CAUSAS DE LOS FALLOS EN LAS CIMENTACIONES CIMENTACIONES EN SUELOS INESTABLES Estos, van desde la inestabilidad de los desniveles hasta los descensos de terreno generalizados. Los terrenos de cimentación que se encuentran sobre explotaciones mineras, cavidades y zonas de disolución de yeso son suelos cuya inestabilidad se debe a causas situadas en la profundidad del suelo. La tendencia a los deslizamientos superficiales no siempre es evidente de antemano y sólo el estudio geotécnico minucioso permite establecer si el terreno es o no estable. Cabe resaltar, que en los terrenos en pendiente la vegetación es lo que retiene las tierras y que cualquier tala de la misma acarrea el peligro de la cesión del terreno en superficie. LADERAS INESTABLES  Deslizamientos lentos: Desequilibrio provocado, por obras de urbanización, acumulación de edificaciones, fugas de saneamientos, excavaciones para nuevos viales, tala masiva de forestación.  Deslizamientos curvos: Suelen darse en taludes arcillosos o margosos, con pendientes de 20 a 40°, en los que se producen ascensos anormales del nivel freático o socavaciones al pie por efecto de fuertes lluvias.  Desprendimientos de bloques rocosos: Son aquellos que constituyen el contorno de un promontorio urbano.  Descensos generalizados: Estos descensos resultan de los vacíos que se forman de manera natural o por obra del hombre. Las soluciones suelen incluir las siguientes medidas:  Corrección de fugas de agua y drenaje general del talud.  Estructuras de contención al pie, y a veces también a niveles intermedios,  Cosido de bloques rocosos  Protección frente a la alteración de capas blandas  Creación de estribos o contrafuertes de hormigón para apoyo de zonas socavadas.  Saneo, limpieza y sellado de grietas y fisuras del terreno. Recomendaciones:  Cimentar por debajo de las cavidades mediante cimentaciones profundas,  Rigidizar la estructura para que soporte sin deterioro hundimientos localizados. TERREMOTOS Las vibraciones o efectos sísmicos han sido causa tradicional de ruina de edificaciones de toda clase. Para ello, resulta útil crear amplias juntas entre edificios o partes del mismo edificio para que puedan vibrar de forma distinta y no golpear unas sobre otras.
  10. 10. ERRORES DE PROYECTO, CALCULO Y EJECUCIÓN DE PROYECTO DE EJECUCIÓN  La ausencia de una información completa de la constitución del suelo.  Erros de diseño de la edificación o cimentación,  Cimentación sobre rellenos estructurales inadecuados.  Incorrecta elección del suelo firme o del tipo de cimentación,  Defectuosa interpretación de resultados obtenidos de dicho informe,  La no consideración de los fenómenos agresivos, como los terrenos y aguas contaminados.  Calidad de los materiales  Ejecución de pilotes realizada por personal inexperto o con control insuficiente.  Ejecución deficiente de rellenos estructurales sobre los que se apoya la cimentación. DE CÁLCULO Pueden producirse en la evaluación de las acciones o el establecimiento del hipótesis de carga, estimación de las características geotécnicas del terreno, previsión de asientos o inadecuación de las hipótesis de asientos adoptadas en el cálculo con la realidad, estimación de las acciones sobre la cimentación y el cálculo de los esfuerzos, estimación de la capacidad de carga, dimensiones de la cimentación y/o elección de la cota de cimentación, definición de soluciones constructivas y en la estimación de la influencia de los elementos de la cimentación del propio edificio y del edificio con los colindantes. CALIDAD Y DURABILIDAD DE MATERIALES La calidad y durabilidad de los materiales influyen en los fallos de las cimentaciones, pues a largo plazo los materiales se deterioran, pudiendo dejar de cumplir su función. Un edificio puede sufrir modificaciones de proyecto que afecten su cimentación, especialmente si se produce una rehabilitación o cambio de actividad, la construcción de nuevas plantas o la excavación de sótanos. MODIFICACIÓN DE PROYECTO
  11. 11. MÉTODOS DE DIAGNÓSTICO A) ESTUDIO Y ANÁLISIS DE LAS LESIONES Inspección y registro de grietas, fisuras, daños estructurales u ornamentales. B) COMPROBACIÓN DE LAS HIPÓTESIS ELABORADAS observación más profunda, buscando precisiones que avalen o refuten las mencionadas hipótesis Pasos a seguir para la comprobación de las hipótesis elaboradas  Reconocimiento de la cimentación.  Prospección geotécnica del terreno.  Aplicación de modelos físicos o matemáticos Técnicas a emplear  La fotoelasticidad.  La discretización por elementos finitos.  Los modelos de análisis físicos, Maquetas, C) SELECCIÓN DE LAS INTERVENCIONES A REALIZAR D) EJECUCIÓN DE LAS OBRAS Es la fase que requiere mayores conocimientos tecnológicos y experiencia. El estudio y análisis de todos los síntomas y de su contraste con las hipótesis planteadas, se puede proceder a la redacción del pliego sobre las intervenciones a realizar en la cimentación dañada. La ejecución de obras de reparación y recalce exigen una dirección y un seguimiento muy cuidadosos para ir adaptando el proyecto a cualquier situación imprevista, modificándolo si es necesario. Es importante un control de movimientos muy preciso durante toda la obra con el fin de evitar y prever una evolución desfavorable del estado de algunas partes de la estructura.
  12. 12. ENSAYOS Esta técnica utiliza ondas eletromagnéticas de alta frecuencia emitidas mediante una antena con impulsos de breve duración. Las ondas vuelven reflejadas de la superficie de contacto entre materiales de diferentes constantes dieléctricas y son recibidas por una antena y transformadas en señales eléctricas. ANÁLISIS TERMOGRÁFICO La radiación térmica de una estructura es recogida por aparatos sensibles a los rayos infrarrojos y es transformada en señales eléctricas, que a su vez serán convertidas en imágenes con diferentes tonalidades de color. El análisis termográfico analiza, de esta forma, la radiación emitida durante una transferencia térmica provocada por fenómenos naturales o bien introducida de manera forzada en la estructura. Esta termovisión es utilizada para identificar la presencia de anomalías constructivas en los elementos estructurales cubiertos con un revoque Basada en la emisión de ondas de sonido o ultrasonido a un punto de la estructura mediante un sistema de percusión y un transductor electrodinámico conectado a la vez a un aparato receptor. MEDIDAS SÓNICAS TOMOGRAFÍA SÓNICA: se basa en la lectura del tiempo empleado por los impulsos sónicos en atravesar la sección plana de la estructura en varias direcciones. BÚSQUEDA CON RADAR P R U E B A S N O D E S T R U C T I V A S P R U E B A S D E S T R U C T I V A S RECONOCIMIENTO CON SONDA DE TELEVISIÓN Para conocer las características estructurales de los diferentes tipos de paredes de un edificio es necesario ejecutar una perforación de pequeño diámetro para luego introducir la sonda televisiva para un análisis instantáneo y un posterior monitoreo de la zona. TÉCNICA DE LOS GATOS PLANOS Permite adquirir una información sobre el comportamiento estático de una pared, mediante el análisis.  Medida del estado de solicitaciones existentes en la pared.  Determinación de las características de deformabilidad.  Evaluación de las características de resistencia a compresión.
  13. 13. ANALISIS SISTEMA DE CONTROL APLICACIÓN DE MODELOS FÍSICOS En un modelo físico se combinan las fuerzas, las solicitaciones, los módulos de elasticidad, los asentamientos, por lo tanto, habrá una escala de fuerzas, una escala de solicitaciones, etc. Los modelos estructurales modernos son un instrumento válido para la evaluación de la resistencia de la estructura, APLICACIÓN DE MODELOS NUMÉRICOS Con el modelo numérico se pueden analizar diversas condiciones de carga peso propio, carga térmica, asentamientos diferenciales de las fundaciones y el comportamiento de las deformaciones que permiten comprender mejor los resultados proporcionados por el sistema de monitorización. Los ensayos in situ que utilizan métodos dinámicos permiten verificar el comportamiento estructural y la integridad del edificio y pueden ser considerados ensayos de tipo no destructivo. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DINÁMICO MONITORIZACIÓN ESTRUCTURAL Basado en el uso de sensores eléctricos y adquisición de forma continuada de datos conectada a un sistema de registro, o bien en el uso de instrumentos desmontables y la toma de medidas manuales a intervalos fijos de tiempo. Proporciona información sobre las condiciones estáticas del edificio, se considera el único medio que permite garantizar la seguridad de la estructura durante los trabajos de consolidación CONTROL DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES El seguimiento de las deformaciones de la estructura ha de ser contrastada con las condiciones ambientales principales: temperatura, niveles de radiación, humedad relativa y dirección y velocidad del viento. Sin duda la medida de la temperatura es la más importante, por sus efectos en el comportamiento de la deformación de la estructura. ADQUISICIÓN Y PROCESAMIENTO DE DATOS Los instrumentos instalados en diferentes puntos de la estructura deben estar conectados a unidades periféricas que transforman, según el caso, las señales analógicas en información digital o bien las señales eléctricas en información gráfica y digital. A partir de este lugar se procesa por ordenador la adquisición de datos.
  14. 14. INTERVENCION DE CIMENTACIONES: SUPERFICALES REFUERZO MEDIANTE INYECCIÓN Rellenar con mortero de cemento los huecos existentes en el macizo de cimentación. REFUERZO MEDIANTE LA INTRODUCCIÓN DE ARMADURAS Introducir armaduras adicionales taladrando el hormigón con taladros de mucha precisión. AMPLIACIÓN LATERAL DE LA CIMENTACIÓN Cuando la cimentación posee un área de apoyo insuficiente, es necesaria la ampliación para conseguir la superficie de apoyo conveniente. AMPLIACIÓN POR DEBAJO DE LA CIMENTACIÓN Construir una zapata debajo de la existente con las dimensiones suficientes para soportar la carga que realmente actúa o que se prevé que va a actuar. SUSTITUCIÓN DE ZAPATAS CONTINUAS La operación se hace mediante pozos construidos con socavación parcial de la cimentación existente y bajando hasta un nivel de terreno resistente. SUSTITUCIÓN DE ZAPATAS AISLADAS Es mucho más comprometida que la de una zapata corrida, puesto que en la zapata aislada se hace casi siempre necesaria la demolición completa de la zapata existente antes de la ejecución de la nueva. SUSTITUCIÓN MEDIANTE PUENTEADO Consiste en construir la nueva cimentación en los laterales o perímetro de la existente y dirigir las cargas de la pieza a la nueva cimentación mediante puentes de acero u hormigón armado.
  15. 15. INTERVENCION DE CIMENTACIONES: PROFUNDAS CIMENTACIÓN PROFUNDO POR POZOS Método manual empleado tradicionalmente en la consolidación de cimentaciones de muros. CIMENTACIÓN PROFUNDO MEDIANTE PILOTES QUE RODEAN LA CIMENTACIÓN EXISTENTE Esta técnica se utiliza para transferir las cargas de grandes macizos a firmes muy profundos, cuando hay que atravesar estratos flojos y con presencia de agua. CIMENTACIÓN PROFUNDO MEDIANTE PILOTES ESPECIALES BAJO LA CIMENTACIÓN Recalzar o cimentar una cimentación existente actuando por debajo la misma. La operación lleva incluida la puesta en carga en su misma ejecución, lo que en determinados casos puede ser muy útil. INTERVENCION DEL TERRENO Transformar el terreno no apto para cimentar es la única solución posible o bien una medida complementaria de las intervenciones directas. INYECCIONES Inyectan determinados productos en el interior de un suelo a fin de mejorar algunas de sus características..  Inyecciones de cemento,  Inyecciones de compactación,  Inyecciones de relleno, TÉCNICA DE JET-GROUTING sistema de inyección que utiliza presiones muy altas y que se traducen en altas velocidades de salida del fluido. Estas altas velocidades de corte consiguen romper el suelo, desplazan las partículas hacia afuera y mezclan el suelo adyacente con una lechada de cemento. El resultado final es un nuevo suelo, más o menos cilíndrico, cuya resistencia y permeabilidad son diferentes a las del suelo original. DRENAJES Evacuar las aguas que se acumulan sobre la superficie del suelo por efectos de inundación o encharcamiento.
  16. 16. CONSIDERACIONES PARA LA PREVENCIÓN DE FALLOS Considerar en el diseño y cálculo de las posibles y posteriores cimentaciones de cimentaciones existentes, todas las acciones que incidirán sobre la estructura. 1 2 El diseño de estructuras simétricas. 3 Considerar en el cálculo de la estructura los asientos admisibles en la cimentación. Es un error creer que las características mecánicas de los materiales constituyentes se mantendrán inalterables. 4 Considerar las lesiones se presentan con frecuencia en los cambios de uso de las estructuras. 5 6 Uso de materiales con mayores resistencias que las habituales. Diseño de la estructura con elementos de muy diferente rigidez. 7 La ubicación adecuada de las juntas de dilatación, de cimentación. 8 El adecuado control de ejecución. 9 Atención especial a los detalles constructivos. 10 Adecuado mantenimiento y control de las cimentaciones. 11 12 Compatibilizar la estructura con el entorno, y no sólo a efectos estéticos, sino también a nivel de las deformaciones de cada uno.
  17. 17. BIBLIOGRAFÍA ARTICULOS PDF: • Ortiz, Á. U. (1983). Patología de las cimentaciones. Informes de la Construcción, 35(350), 5-35. • Basset Salom, L. (2015). Patología de las cimentaciones: causas. • Basset Salom, L. (2020). Patología de las cimentaciones: Técnicas de intervención en el terreno. • Generales, c. B. Y. Patología y recuperación de cimentaciones y estructuras. • Broto, C. Enciclopedia Broto de patologías de la construcción. Barcelona: Links Internacional. 2009.

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