RIESGO DE ROTURA DE DUCTOS EN CRUCES CON …media.arpel2011.clk.com.uy/ipg/CDebandi.pdf01/07/2019 9...

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RIESGO DE ROTURA DE DUCTOS EN CRUCES CON CAUCESAnálisis cuantitativo de la amenaza, de la

vulnerabilidad y de las consecuencias

Carlos Debandi

Fernando Martearena

Natalia Roth

Introducción a los accidentes “Natech”• Los eventos naturales

• Deslizamientos de tierra

• Sismos

• Erupciones volcánicas

• Crecidas e inundaciones

• Los eventos tecnológicos• Nubes tóxicas

• Incendios y explosiones

• Derrames

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La geoamenaza hídrica y la integridad de los ductos• La erosión en cauces es el peligro natural más común y más activo en el

riesgo de rotura de ductos

• Frente a la geoamenaza por erosión, el análisis de riesgo evalúa:• ¿Puede quedar expuesto? ¿Puede romperse?

• ¿Cuál es la probabilidad de que ocurra?

• ¿Cuáles son las consecuencias?

Ejemplos de la geoamenaza hídrica por erosión

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Génesis de la metodología desarrollada

• El requerimiento de YPF de contar con una herramienta de apoyo para la toma de decisiones.

• El Manual de Manejo del Riesgo de Ductos de Muhlbauer (Indice de Probabilidad de Falla por corrosión, terceros, operación incorrecta, capacidad).

• La experiencia en el manejo de los eventos “natech” y de las geoamenazas.

• Las investigaciones en el análisis de tensiones y deformaciones de ductos debidas a fuerzas hidrodinámicas.

• Las investigaciones sobre material de arrastre en cauces.

• La experiencia local en geoamenazas hídricas.

Los objetivos

• En nuevos proyectos:• Diseñar cruces de bajo riesgo

• Establecer un plan de monitoreo

• En cruces existentes:

• Cuantificar el riesgo y las consecuencias de una rotura

• Establecer un plan de mitigación y de monitoreo

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Búsqueda de una metodología de manejo del riesgo. Sus requisitos:

• Debe poder ser documentada.

• Debe poder ser reproducida.

• Sus resultados deben ser cuantificables.

• Debe poder conformar una base de datos histórica.

• Debe perdurar en el tiempo.

Definiciones RIESGO = Amenaza x Vulnerabilidad

Las amenazas asociadas a fenómenoshídricos:

• Amenaza por inundación.

• Amenaza por erosión y sedimentación en superficie.

• Amenaza por erosión generalizada en cauces.

• Amenaza por erosión de márgenes.

La vulnerabilidad es lapredisposición a ser afectado o deser susceptible a sufrir un daño.

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Definiciones

Consecuencias:

• Impactos ambientales

• Impactos económicos

SEVERIDAD DEL RIESGO = Amenaza x Vulnerabilidad x Consecuencias

Metodología del análisis, evaluación y manejo del riesgo

• Cuantificación de la amenaza

• Cuantificación de la vulnerabilidad

• Evaluación cuantitativa del riesgo

• Cuantificación de las consecuencias

Evaluación cuantitativa del riesgo

Análisis del riesgo

Severidad del riesgo

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Amenaza por erosión generalizada

Determinación de la profundidad de erosión

• Delimitación de cuencas

• Cálculo de caudales

• Geometría del cruce

• Granulometría del lecho

• Aplicación del método

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0 6 12 18 24

Inte

nsid

ad (m

m/h

)

Duración (horas)

I-D-F Paso de Indios

TR= 2 años

TR= 5 años

TR= 10 años

TR= 25 años

TR= 50 años

TR= 100 años

Elemento

Hidrológico

Área

Drenada

km2

Descarga

Pico

m3/s

Tiempo al Pico Volumen

x 1000m3

C-01 0.2 1.8 20jul2016, 01:40 4.10

C-02 1.1 7.5 20jul2016, 01:55 23.03

C-03 0.3 3.0 20jul2016, 01:40 6.93

648,00

649,00

650,00

651,00

652,00

7,11 7,14 8,02 8,32 9,44 11,96 13,50 14,80 15,37 16,65 16,97 19,56 20,01

Ele

vaci

ón

[m]

Distancia Lateral [m]

Socavación General en Sección de Cruce 24

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Cuantificación de la amenaza por erosión generalizada

Denominación Símbolo Criterio de Valoración de la Amenaza

Muy Baja B- La erosión calculada es menor que el 20% de la tapada mínima

Baja B+ La erosión calculada se ubica entre un 20% y un 35% de la tapada mínima

Moderada M La erosión calculada se ubica entre un 35% y un 65% de la tapada mínima

Alta A La erosión calculada es mayor que el 65% de la tapada mínima

Influencia de las obras existentes en la valoración de la amenazaCriterios:

• Obras con diseño adecuado y en buen estado

• Obras con diseño adecuado en regular estado

• Obras con diseño adecuado en mal estado u obras con diseño inadecuado

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Vulnerabilidad del ducto

• Esfuerzos hidrodinámicos

• Vibraciones debidas al desprendimiento de vórtices

Cuantificación de la vulnerabilidad

Relación de Luz Libre FSR (Free Span Ratio):

• Lexp: longitud expuesta de la tubería.

• Lmáx: máxima longitud libre permitida que puede resistir una tubería.

La vulnerabilidad de la tubería es inversamente proporcional a FSR:

expL

LFSR máx=

FSRVul

1∝

Lmáx

Lexp

Lmáx

Lexp

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Cálculo de Lmáx

por fuerzas hidrodinámicas

Fuerzas actuantes:

• Fuerzas hidrodinámicas, las que incluyen la fuerza de arrastre transversal FD, la fuerza de inercia FI y la fuerza de elevación FL

• Fuerza de boyamiento Ff

• Fuerza por peso propio de la tubería y del fluido transportado W

Cálculo de Lmáx:

( )

−−=e

pDDD

DqL e

admie

ewz

máx44

44 σπ

Influencia del material de arrastreLas fuerzas hidrodinámicas sobre el ducto aumentan si hay material de arrastre atrapado en él:

Espesor= f(largo del tronco)

Largo del tronco= f(vegetación, ancho del cauce)

Cálculo del De equivalente:

ee kDD ='

0.708

t

D

L0.94

=k

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Cálculo de Lmáx

por vórtices

Si el ducto oscila a una frecuencia cercana a su frecuencia natural pueden desarrollarse fuerzaspotencialmente destructivas.

Cálculo de las frecuencias:

2.0≈=c

st

U

DfS

M

EI

L

kf n 22

π=

ns ff 7.0≤

m

EI

U

DCL

c

f5.3=

Cálculo de Lmáx

por vórtices

Factores que mitigan las vibraciones:

• Exposición incompleta del ducto

• L/D<30

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Evaluación cuantitativa del riesgo de rotura

En cruces existentes

• ¿Qué inspecciono?

• ¿Qué información necesito?

• ¿Cuáles son las tareas de mitigación prioritarias?

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Erosión generalizada (Sí/No) Erosión márgenes (Sí/No) Dragado periódico (Sí/No)

Erosión localizada/retrocedente (prof.) m Nuevo cauce (Sí/No) Escombros (Sí/No)

Distancia al ducto erosión loc./retroc. m Meandros activos (Sí/No) Acumulación de vegetación (Sí/No)A. Arriba, A. Abajo, Sobre

ESQUEMA DEL CRUCE

AMENAZAS

Verticales Fuerzas ExternasHorizontales

FIRMA INSPECTORARCHIVOS ASOCIADOS

Fecha Inspector Área de Concesión Coordenadas

Cauce Identificación Cruce Ducto

Ninguna Anclajes Ninguna Enrocado Badén Dique longitudinal

Hormigón Gunitado Umbral de hormigón Umbral de geotubos Umbral de gaviones

Contrapesos Tablestacas Otra (indicar)

Otra (indicar)

Cauce Lago Costa Otro Descubierto (Sí/No) En vertical m En horizontal m

Ángulo (eje de cauce con eje de ducto) ° (< 90°) Tapada m Diámetro m Material

Ancho del cauce en el lecho m Recubrimiento Dañado (Sí/No)

Ancho del cauce entre márgenes m Fluido

Altura de la margen m Manning estimado

Tirante de agua estimado m Válvula de corte (Sí/No) Manual/Automática

Distancia aguas arriba m Distancia aguas abajo m

Roca % Arena % Grava %

Cohesivos % Canto rodado % Pastizal (Sí/No) Arbustos (Sí/No) Árboles (Sí/No)

Longitud fibras o ramas m

Roca % Arena % Grava %

Cohesivos % Canto rodado % Erosión en el pie (Sí/No) Grietas (Sí/No)

RELEVAMIENTO DE CRUCE DE DUCTO CON CUERPO DE AGUA

CARACTERISTICAS DEL CRUCE

Protección del Ducto Obras de Control de Erosión (Indicar estado: B= bueno; R= regular; M= malo)

Cuerpo de Agua Ducto

Estado de las Márgenes

Material del Lecho

Material de las Márgenes

Válvulas de Corte

Vegetación en el Área Circundante al Cauce

Cruces existentes

Cruces existentes

41 42 83 84 85 86

Valor

Vulnerabilidad

Valor

FSR

Causa

Calificación Corregida

Alta Alta 0.32 3.17 Fuerzas Hidrodinámicas Bajo

Alta Alta 0.17 5.89 Fuerzas Hidrodinámicas Muy Bajo

Alta Alta 0.17 5.87 Fuerzas Hidrodinámicas Muy Bajo

Alta Alta 0.46 2.16 Fuerzas Hidrodinámicas Bajo

RIESGO

Cauce Vulnerabilidad

Probabilidad de Exposición

78 79 80 81 82

Frecuencia

Natural Tubería

fn

Frecuencia

Vórtices

Lóngitud

Máxima

Admisible

Relación de Luz

Libre

FSR

Vulnerabilidad

Vórtices

Hz Hz

86.25 4.55 8.22 4.11 0.24

151.81 2.28 15.42 7.71 0.13

151.81 2.28 15.39 7.70 0.13

59.43 6.85 5.56 2.78 0.36

Desprendimiento de Vórtices

69 70 71 72 73 74 75 76 77

Fuerzas

Verticales

Fuerza

Total

Momento

Flector

Tensión

Momento

Flector

Tensión Presión

de Tabajo

Tensión Total Longitud

Máxima

Admisible

Relación de

Luz Libre

FSR

Vulnerabilidad

Fuerzas

Hidrodinámicas

N/m N/m Nm N/m2 N/m2 N/m2 m

3571.0 5181.0 2590.5 23306777.9 5442857.1 28749635.1 6.34 3.17 0.32

4303.9 6291.8 3145.9 6600243.2 10885714.3 17485957.5 11.78 5.89 0.17

4332.8 6332.7 3166.3 6643100.1 10885714.3 17528814.4 11.75 5.87 0.17

3227.4 4657.7 2328.9 50559822.1 3628571.4 54188393.6 4.32 2.16 0.46

Fuerzas Hidrodinámicas

59 60 61 62 63 64 65 66 67 68

Coeficiente

CD

Coeficiente

CL

Coeficiente

CM

Fuerza de

Arrastre FD

Fuerza de

Elevación FL

Fuerza de

Inercia FI

Fuerza de

Flotabilidad Ff

Peso Propio

W

Masa

Específica

Fuerzas

Horizontales

N/m N/m N/m N/m N/m kg/m N/m

0.70 0.70 1.50 3753.8 3753.8 0.0 178.9 361.7 36.9 3753.8

0.70 0.70 1.50 4589.5 4589.5 0.0 715.8 1001.4 102.1 4589.5

0.70 0.70 1.50 4618.4 4618.4 0.0 715.8 1001.4 102.1 4618.4

0.70 0.70 1.50 3358.3 3358.3 0.0 79.5 210.5 21.5 3358.3

Fuerzas Hidrodinámicas

51 52 53 54 55 56 57 58

Tensión

Admisible

Modulo de

Elasticidad

Fluido

Transportado

Peso

Específico

Fluido

Espesor

Pared

Presión de

Trabajo

Momento

de Inercia I

Módulo

Resistente W

N/m2 N/m2 kg/m3 m N/m2 m4 m3

240000000 2.1E+11 Gas 780 0.007 1000000 8.5E-06 0.00011

240000000 2.1E+11 Gas 780 0.007 1000000 7.3E-05 0.00048

240000000 2.1E+11 Gas 780 0.007 1000000 7.3E-05 0.00048

240000000 2.1E+11 Gas 780 0.007 1000000 2.3E-06 0.00005

Ducto

44 45 46 47 48 49 50

Diámetro

Exterior

Longitud Media

Material de Arrastre

Coeficiente k Diámetro

Incrementado

Estado Material Peso Específico

Material

m m m kg/m3

0.1524 2 5.85 0.89 Activo Acero 7500

0.3048 2 3.57 1.09 Activo Acero 7500

0.3048 2 3.57 1.09 Activo Acero 7500

0.1016 2 7.80 0.79 Activo Acero 7500

Ducto

2 36 37 38 39 40 41 42 43

Número de

Reynolds

Diseño (C/I) Estado (B/R/M) Valor Calculado Nivel Nivel Corregido Calificación Corregida

1a 93% 4 4 Alta Alta 997009.0

1b 93% 4 4 Alta Alta 997008.5

1c C R 93% 4 4 Alta Alta 1006229.1

3a I R 93% 4 5 Alta Alta 1006229.1

Cauce

Probabilidad de ExposiciónObra de Protección

Diseño Correcto/Incorrecto

Estado Bueno/Regular/Malo

ID Cruce

2 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

Velocidad Caudal Aceleración

Transversal

Radio

Hidráulico

d84 α β x hs Erosión

m/seg m3/seg m/seg

2 m m m m

1a 3.47 2.00 0.0 0.22 0.0030 7.95 0.82 0.72 1.22 0.93

1b 3.47 2.00 0.0 0.22 0.0030 7.95 0.82 0.72 1.22 0.93

1c 3.48 2.02 0.0 0.22 0.0030 7.87 0.82 0.72 1.22 0.93

3a 3.48 2.02 0.0 0.22 0.0030 7.87 0.82 0.72 1.22 0.93

CauceID Cruce

2 16 17 18 19 20 21 22 23 23 25

Diferencia de

Cotas Lecho -

Márgenes

Peso

Específico

del Agua

Caudal Recurrencia

TR

Pendiente Tirante Perímetro

Mojado

Área Be hm

m kg/m3 m3/seg años m/m m m m2 m m

1a 0.4 1000.0 2.00 50.0 0.0355 0.3 2.58 0.58 2.00 0.29

1b 0.5 1000.0 2.00 50.0 0.0355 0.3 2.58 0.58 2.00 0.29

1c 0.2 1000.0 2.00 50.0 0.0355 0.3 2.58 0.58 2.00 0.29

3a 0.2 1000.0 2.00 50.0 0.0355 0.3 2.58 0.58 2.00 0.29

CauceID Cruce

2 9 10 11 12 13 14 15

Ancho de Fondo Ángulo Eje de

Cauce con Eje de

Ducto

Ancho de Fondo

Corregido

Ancho de Cauce

en Márgenes

Tapada Distancia Tubería

- Lecho

n

Manning

m ° m m m m

1a 2.0 90.0 2.0 2.0 1.0 0.0 0.020

1b 2.0 90.0 2.0 2.0 1.0 0.0 0.020

1c 2.0 90.0 2.0 2.0 1.0 0.0 0.020

3a 2.0 90.0 2.0 2.0 1.0 0.0 0.020

CauceID Cruce

1 2 3 4 5 6 7 8

Latitud Longitud

05/08/2015 1a D-03-05 DUGCAU06USP11CE01C -38.517622 -68.610145 kmz\1a.KMZ Planilla%20inspección%20de%20campo%20vA7.xlsx#P1a!A1

05/08/2015 1b D-03-05 DUCGUSP11L1900 -38.517622 -68.610145 kmz\1b.KMZ Planilla%20inspección%20de%20campo%20vA7.xlsx#P1b!A1

05/08/2015 1c D-03-05 DUGCAU08USP11CE01G -38.517622 -68.610145 kmz\1c.KMZ Planilla%20inspección%20de%20campo%20vA7.xlsx#P1c!A1

05/08/2015 3a D-03-05 CANLLL394 -38.519818 -68.611000 kmz\3a.KMZ Planilla%20inspección%20de%20campo%20vA7.xlsx#P3b!A1

Planilla Relevamiento

Fecha

Relvamiento

ID Cruce

Cauce Ducto

Coordenadas

KMZ

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Cruces existentes

Latitud Longitud

Estado Fluido

Transportado

Valor

FSR

Causa

Calificación Corregida

17a C-09-07 DUCPPTG01EBBLLL -38.485361 -68.616478 Alta Alta Activo Petroleo 0.50 Fuerzas Hidrodinámicas Alto

19d C-09-06 DUCPUSP01PTGLLL01 -38.486404 -68.617450 Alta Alta Activo Petroleo 0.45 Fuerzas Hidrodinámicas Alto

20e C-09-05 DUCPUSP01PTGLLL01 -38.486786 -68.616968 Alta Alta Activo Petroleo 0.42 Fuerzas Hidrodinámicas Alto

23a C-10-01 DUCPUSP01PTGLLL01 -38.492440 -68.610418 Alta Alta Activo Petroleo 0.52 Fuerzas Hidrodinámicas Alto

27c C-08-15 DUCPPTG01EBBLLL -38.479833 -68.625939 Alta Alta Activo Petroleo 0.51 Fuerzas Hidrodinámicas Alto


30a C-08-15 DUCPUSPLLL2EBBLL1 -38.478832 -68.625123 Alta Alta Activo Petroleo 0.19 Fuerzas Hidrodinámicas Alto

40 C-07-17 DUCPUSPLLL2EBBLL1 -38.460868 -68.635587 Alta Alta Activo Petroleo 0.19 Fuerzas Hidrodinámicas Alto

41a C-07-17 DUCPUSPLLL2EBBLL1 -38.460734 -68.635406 Alta Alta Activo Petroleo 0.21 Fuerzas Hidrodinámicas Alto


55b C-10-02 DUCPPTG01EBBLLL -38.492940 -68.603483 Alta Alta Activo Petroleo 0.72 Fuerzas Hidrodinámicas Alto


16c C-09-07 DURELLLCENTES -38.482230 -68.610854 Alta Alta Activo Petroleo 1.18 Fuerzas Hidrodinámicas Medio

21b C-10-01 DURELLLCENTES -38.491760 -68.608803 Alta Alta Activo Petroleo 1.94 Fuerzas Hidrodinámicas Medio

34a C-11-07 DUCPPTG01EBBLLL -38.474465 -68.633907 Alta Alta Activo Petroleo 1.64 Fuerzas Hidrodinámicas Medio

60 C-08-18 DURELLLCENTES -38.478783 -68.611655 Alta Alta Activo Petroleo 1.53 Fuerzas Hidrodinámicas Medio

32a C-11-03 DUCPUSPLLL2EBBLL1 -38.470564 -68.630480 Alta Alta Activo Petroleo 2.52 Fuerzas Hidrodinámicas Bajo

32c C-11-03 DUCPUSPLLL2EBBLL1 -38.470564 -68.630480 Alta Alta Activo Petroleo 2.52 Fuerzas Hidrodinámicas Bajo

45a C-11-04 DUCPPTG01EBBLLL -38.471410 -68.638867 Alta Alta Activo Petroleo 7.40 Fuerzas Hidrodinámicas Muy Bajo



RiesgoDuctoCauce Vulnerabilidad

Probabilidad de Exposición

ID

Cruce

Cauce Ducto Coordenadas

Análisis de las consecuencias de la falla• Consecuencias ambientales:

• Impactos físicos.• Impactos químicos o toxicológicos.• Impactos ecológicos.

• Consecuencias económicas:• Costos directos debido a la interrupción de las

operaciones.• Costos directos por daños en las instalaciones y

remediación.• Costos indirectos.

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Consecuencias económicas

• Pérdidas económicas por la detención de la producción

• Costos de reparaciones y remediaciónDefinición

Muy altos costos de implementación (más de US$ 500.000)

La implementación requeriría más de 200 días.

Altos costos de implementación (entre US$ 100.001 y US$ 500.000)

La implementación requeriría entre 101 y 200 días.

Costos intermedios de implementación (entre US$ 10.001 y US$ 100.000)


Bajos costos de implementación (entre US$ 1.001 y US$ 10.000)


Costos nulos o muy bajos costos de implementación (menos de US$ 1.001)

La implementación requeriría menos de 10 días.

Puntaje

Muy Alto 1

Alto 2

Medio 3

Bajo 4

Muy Bajo 5

Manejo del riesgo• Reducir la contribución de los factores que intervienen en su formación.

• La prioridad de la mitigación suma la valoración de los siguientes factores• Evaluación del riesgo

• Impacto potencial

• Costos de mitigación

Riesgo Impacto CostoMuy Alto= 10 Muy Alto= 10 Muy Alto= 1

Alto= 8 Alto= 8 Alto= 2

Medio= 6 Medio= 6 Medio= 3

Bajo= 4 Bajo= 4 Bajo= 4

Muy Bajo= 2 Muy Bajo= 2 Muy Bajo= 5

31

32

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Acciones de mitigación

Mitigación de la amenaza• Reducir el valor de la erosión

generalizada:• Disminuir el caudal del escurrimiento.• Disminuir la velocidad del escurrimiento.• Modificar la granulometría del material del

lecho del cauce.• Reducir el tirante de agua.• Modificar la traza del tendido para evitar

cruces en secciones de cauce con valores altos de erosión generalizada.

• Ejecutar una obra transversal que mantenga estable el nivel del lecho aguas arriba de ella.

• Colocar la tubería a una profundidad mayor.

• Efectuar el cruce aéreo del cauce.

Acciones de mitigaciónMitigación de la vulnerabilidad

• Reducir el ancho del cauce (debe ser analizada cuidadosamente).

• Modificar las características mecánicas del ducto en la sección de cruce.

• Establecer sistemas de alerta temprana para activar acciones como reducción de la presión, reducción del caudal, etc.

33

34

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Señalización e inspección

Obras de señalización:

• Líneas de estacas en márgenes.

• Medición de caudales.

• Sensores de erosión

Inspecciones:

• Periódicas

• Luego de precipitaciones intensas

Ventajas de la metodología utilizada• Reducción del riesgo

• Disponibilidad de la Información

• Ahorro de Recursos

• Identificación Temprana de Riesgos

• Objetividad

• Conocimientos a Nivel Corporativo

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Preguntas

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25 de junio de 2019Cursos Pre-Conferencia26 y 27 de junio de 2019Conferencia y Exhibición

Universidad Católica Argentina (UCA) Buenos Aires, Argentina

MUCHAS GRACIAS.

Carlos [email protected]

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RIESGO DE ROTURA DE DUCTOS EN CRUCES CON …media.arpel2011.clk.com.uy/ipg/CDebandi.pdf01/07/2019 9...

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