Actualización de accesos en la estación de Tribunal de Metro de Madrid mediante la aplicación de modelos tridimensionales

La Estación de Tribunal es una de las más antiguas incluidas en el programa de mejora de la accesibilidad e inclusión de Metro de Madrid. Para mejorar la conectividad y la accesibilidad se han ejecutado pozos y galerías a diferentes niveles, ubicados en su mayoría bajo edificios existentes, túneles y estaciones de Metro en funcionamiento. Todo esto unido a las limitaciones de espacio en superficie, además de su función como intercambiador entre las Líneas 1 y 10, dificultó las actuaciones a realizar. Para lograr un diseño optimizado y una predicción válida de desplazamientos y afecciones a los edificios próximos, se han generado modelos numéricos en los que se incluyen todos los elementos involucrados. Los modelos permitieron mejorar la definición de los diseños estructurales, así como de los procesos constructivos. Además, durante la fase de construcción se realizó un seguimiento continuo de la auscultación, comparándola en todo momento con las predicciones y obteniendo resultados similares. De este modo se comprobó la utilidad de modelos constitutivos empleados para la modelización de los suelos de Madrid.

La primera línea de Metro de Madrid fue inaugurada en 1919, y se extendía desde la Estación de Sol a la de Cuatro Caminos. En este tramo inicial se ubicaban 8 estaciones entre las que se encuentra la Estación de Tribunal, objeto del presente artículo.

Posteriormente a esta primera línea, la red de metro se fue ampliando en diferentes etapas hasta llegar a la situación actual con un total de 294 km y 302 estaciones.

La ampliación de la red de metro ha ido acompañando a la expansión de la ciudad, variando las condiciones en el entorno, el uso, y las exigencias requeridas a la misma a lo largo de los años. En esta variación de condiciones se deben tener en cuenta principalmente las nuevas necesidades de servicio que se han generado con los nuevos estándares de calidad de Metro.

Con el objetivo de lograr este nivel de servicio, en los últimos años se ha llevado a cabo el 'Plan de accesibilidad e inclusión de Metro de Madrid 2016-2020' y el 'Plan de Modernización de estaciones 2017-2021'. Estos planes de mejora se han promovido por el Servicio de Infraestructuras y Estaciones de Metro Madrid y se encuentran englobados dentro las actuaciones llevadas a cabo en la Estación de Tribunal.

Las actuaciones fueron acometidas bajo la dirección de Metro de Madrid, por la empresa Dragados S.A. En este contexto Geoconsult Ingenieros Consultores S.A.U. colaboró como asesor geotécnico para el rediseño de las actuaciones subterráneas y el seguimiento a lo largo de todas las obras, finalizadas el 22 de marzo de 2021.

En esta situación, y con el objetivo de mejorar la accesibilidad de la infraestructura existente, Metro de Madrid se encuentra en una ambiciosa apuesta por la integración a través de Planes consecutivos. De este modo, se adecuan las estaciones antiguas para converger en un escenario no muy lejano hacia la plena Accesibilidad.

Es importante señalar que en el año 1995 solo tres estaciones disponían de ascensores para personas con movilidad reducida (1,32%). Desde esa fecha a la actual, el número de estaciones accesibles se ha ido incrementando notablemente hasta las 211 de las 302 estaciones actuales.

En la actualidad, y a pesar del fuerte impacto sufrido por la crisis sanitaria de la pandemia de COVID-19, se está trabajando con intensidad en finalizar el plan de accesibilidad 2016-2020, que contemplaba 19 estaciones. En el primer semestre de 2021 se habrá finalizado un total de 12 estaciones, incluyendo Tribunal, Príncipe de Vergara y Gran Vía; mientras que en paralelo se han redactado los Proyectos de implantación de ascensores correspondientes a Begoña, Ventas, Avenida América, San Bernardo, Diego de León y Alonso Martínez.

Aunque la Implantación de Ascensores puede ser considerada una obra menor, consistente en la mera instalación de un equipamiento o dispositivo. En redes subterráneas de cierta antigüedad, estos ascensores deben ser instalados en alojamientos especialmente construidos para ello, ejecutándose pozos y galerías en mina para tal fin. Esto hace especialmente gravoso el coste de dicha implantación pues las nuevas estructuras son completamente imputables a la accesibilidad.

Los condicionantes de contorno para el diseño de estas nuevas infraestructuras son muy diversos según su naturaleza:

• En las estaciones más antiguas la profundidad es menor, sin embargo, el entorno urbano está mucho más consolidado y la afección de los diferentes servicios es mucho mayor, tanto por proximidad como por densificación. Por otra parte, las construcciones aledañas revisten más antigüedad y las patologías o afecciones son más frecuentes.
• En las líneas más modernas, la profundidad es mucho mayor, por lo que el peso económico del volumen de excavación es el más representativo y el presupuesto elevado.
• En estaciones donde confluyen varias líneas, la complicación funcional de las mismas se incrementa pues debe asegurarse la accesibilidad de la totalidad de las combinaciones de trasbordo y recorridos posibles. Esto es aplicable también en las estaciones con intermodalidad.

Así, en estaciones de varias líneas, la conexión entre las mismas se diseña según los condicionantes presentes en cada caso. Estas condiciones pueden ser desde la configuración geométrica de una estación ferroviaria respecto a otra (esviaje, diferencia de cota, paralelismos y distancias, …) hasta las ocasionadas por elementos preexistentes.

A continuación, se presentarán las estaciones cuyas obras finalizaron en el primer semestre de 2021:

La Estación de Tribunal constituye una obra paradigmática pues en ella confluyen dos circunstancias singulares: se trata de una estación de dos líneas y una de ellas, Línea 10, está a gran profundidad (40 metros). La solución técnica que se le ha dado a la comunicación vertical ha sido mediante un pozo de gran profundidad y diámetro exterior de 14,00 metros donde se ha ubicado sendos ascensores, instalaciones de ventilación y salida de emergencia. Los ascensores de este pozo desembarcan en varios niveles con galerías ejecutadas para conectar con la línea 1 y la línea 10.

En el caso de Línea 1 la galería conecta con el cañón de acceso existente, desde el que se han dispuesto dos ascensores para acceder a los andenes de cada dirección. Sin embargo, en la línea L10 se ha construido una caverna de pre-vestíbulo con sendas galerías laterales donde se ubican nuevas escaleras mecánicas de distribución y los correspondientes ascensores de acceso al andén (esta estructura que conecta los andenes y puentea el túnel de Metro se denomina Cangrejo porque su geometría en planta recuerda a las pinzas de este animal). El acceso desde la calle al vestíbulo original, donde se encuentra el peaje, se hace a través de un ascensor ubicado en la Calle de Barceló, constituyendo un total de 7 nuevos ascensores en la Estación.

En la Estación de Gran Vía los condicionantes de diseño han sido:

• Confluencia de las líneas L1 y L5 con una importante diferencia de cota.
• Ubicación: Zona urbana histórica con importante afección a servicios y estructuras preexistentes.
• Necesidad de disponer por parte de Metro de Madrid de una Subestación de Tracción Eléctrica en esa ubicación.
• Existencia de una galería de conexión con la Estación de Sol para permitir cambios de modalidad.

La solución por la que se ha optado es un gran vaciado entre pantallas en la Calle Montera, adosado a la estación antigua, para permitir ampliar las dimensiones del vestíbulo principal que, en varios niveles, posibilita la comunicación vertical. El ascensor principal baja desde la calle, donde se replicará el templete del ascensor original de Antonio Palacios, a cada uno de los niveles intermedios que, tras paso por tornos de peaje, conecta con los ascensores de cada andén, así como a la galería de conexión con la estación de Cercanías de Sol. Un total de 5 ascensores.

En este caso, la estructura principal ha sido construida por la Dirección General de Infraestructuras de la Comunidad de Madrid, mientras que Metro ejecutó la adaptación a la nueva configuración y modernización de la Estación original, así como las instalaciones y acabados del nuevo volumen construido.

En este nuevo plan de Accesibilidad, al igual que en el anterior, se incluyen importantes medidas complementarias consistentes en la instalación de pavimentos cerámicos tactovisuales, de tiras anti deslizantes, tiras foto luminiscentes, paneles con alto relieve y braille en ascensores, protecciones en retranqueos, señalización de obstáculos, sistemas de apertura fácil en puertas mamparas, apoyos isquiáticos en andenes y vestíbulos, etiquetas braille en pasamanos de escaleras, mesas abatibles en Puntos de Atención al Viajero, interfonos de comunicación con bucle de inducción, etc.

Todas estas actuaciones muestran el compromiso de Metro de Madrid con el colectivo de Personas con Discapacidad, al considerar uno de sus principales objetivos lograr un ferrocarril metropolitano sin barreras y de accesibilidad total.

En la Estación de Tribunal confluyen las líneas 1 y 10 de Metro de forma ortogonal, encontrándose la Línea 10 bajo la Línea 1. El acceso desde superficie se realiza directamente a la Estación de Línea 1 o a un vestíbulo principal desde el que se accede a la Estación de Línea 1 casi directamente; y a una galería de conexión que desciende mediante varios tramos de escalera hasta la Línea 10, cruzando su desarrollo bajo la Línea 1.

Figura 5.- Vista superior de los trabajos de accesibilidad (gris) y líneas existentes 1 y 10.

Así, la disposición es coherente con la fecha de ejecución de cada una, encontrándose la Estación de la Línea 1 casi ortogonal a la Estación de la Línea 10. El andén de la primera se ubica a una cota absoluta aproximada de 650 y el de la Línea 10 a una cota aproximada de 625. La superficie se encuentra en las proximidades a la cota 660.

Se debe destacar que la Línea 1 se encuentra en su totalidad bajo la Calle Fuencarral mientras que la Línea 10 sigue la dirección de la calle Barceló encontrándose en su totalidad bajo los edificios ubicados en las proximidades de calle La Palma y la Corredera Alta de San Pablo.

La antigüedad de los edificios de la zona se sitúa entre la segunda mitad del siglo XIX y principios del siglo XX, aunque hay edificios anteriores; el Museo de Historia de Madrid, antiguo Museo Municipal, se asienta en lo que fue parte del Real Hospicio de San Fernando del siglo XVIII, y edificios posteriores, como Churruca 2.

Figura 6.- Museo de Historia de Madrid y nuevo acceso una vez finalizadas las obras.

Con el objetivo de mejorar la accesibilidad de la estación para todo tipo de usuarios, se planteó una actuación integral sobre la estación en la que se diseñó un sistema de nuevas galerías que permitiese el acceso a cualquier punto de la estación sin la necesidad del empleo de escaleras. Esto se logró mediante la ejecución de un pozo principal de comunicación, desde el cual se ramificaban galerías a distintos niveles para poder dar acceso a todos los andenes de las dos líneas de metro existentes.

Así, en orden descendente las actuaciones fueron:

• (A) Ascensor 1: Permite el acceso desde superficie al nivel del vestíbulo. Incluye un pozo de ascensor y la galería de conexión con el vestíbulo.
• (B) Ascensor 2: Pone en contacto los niveles de vestíbulo, Línea 1 y Línea 10.
• (C) Galería de Conexión a nivel de Línea 1: Conecta el Ascensor 2 con la galería de conexión entre las líneas 1 y 10.
• (D) Ascensores 3 y 4: Ascensores independientes que, desde la galería de conexión entre las Líneas 1 y 10, permiten el acceso a los andenes de Línea 1. Cada una incluye una galería superior, pozo interior y galería inferior.
• (E) Galería de conexión a nivel de Línea 10: Permite la conexión desde el ascensor 2 hasta el distribuidor de Línea 10.
• (F) Distribuidor de Línea 10, Ascensores 5 y 6: Distribuye la entrada de viajeros desde la galería de conexión a nivel de Línea 10 con los dos andenes mediante los ascensores. Junto a cada ascensor se emplazan escaleras peatonales y automáticas dando lugar a excavaciones esbeltas.

Adicionalmente a estas actuaciones de accesibilidad se ejecutaron 2 cuartos complementarios de instalaciones, cada uno vinculado a cada una de las líneas.

En la Figura 7 se muestra un esquema de la estación, así como las distintas actuaciones.

Figura 7.- Esquema de actuaciones y perfil geológico.

En la zona de excavación aparecen parte de los niveles de suelo que conforman las Facies Madrid. En la zona de afección se han detectado en orden descendente 'Arena de Miga' (<25% finos), 'Arena Tosquiza' (25-40% finos), 'Tosco arenoso' (40-60% finos) y 'Toscos' (60-80% finos), ubicándose sobre ellos rellenos antrópicos con espesores variables. Estos materiales se encuentran muy bien caracterizados debido a la gran cantidad de publicaciones existentes sobre los mismos, aunque a simple vista su identificación no siempre es sencilla.

Figura 8.- Distribución granulométrica de los suelos de Madrid (Oteo,1995).

Entre las muchas publicaciones existentes cabe destacar el artículo 'Propiedades geotécnicas de los suelos de Madrid' (Rodríguez Ortíz, 2006), en el que se definen valores de referencia o rangos de valores para las principales propiedades geotécnicas de los materiales.

Tomando como punto de partida a la hora de definir las propiedades de los materiales la información geotécnica disponible del Proyecto Constructivo y la información bibliográfica, se estableció una campaña complementaria para la obtención de los parámetros deformacionales. Esta campaña se enfocó en la definición del comportamiento deformacional no lineal de los distintos niveles.

Se realizó un sondeo de 55 m en el que se ejecutaron 6 presiómetros con varios ciclos de carga y descarga, y una testificación geofísica en el interior del sondeo, mediante Registro Sónico de Onda Completo.

Para poder mejorar la precisión de la modelización de los materiales excavados, se consideró el empleo de un modelo constitutivo Mohr-Coulomb, ya que por el tipo de suelo se estimó que el criterio de rotura era representativo de los materiales excavados. Sobre este modelo se implementó un modelo Small Strain Modulus para la representación del comportamiento deformacional no lineal de los materiales.

De este modo, el módulo de deformación de los materiales varía desde un módulo inicial (E0) obtenido de los módulos de corte de la investigación geofísica, hasta un módulo de deformación (E) obtenido de los ensayos presiométricos realizados. Esta variación se produce siguiendo una curva en S en una escala logarítmica en función de la deformación cortante del elemento, empleándose la ley hiperbólica propuesta por Hardin & Drnevich para la realización del ajuste.

En la Figura 9 se muestra la comparación de los módulos de deformación obtenidos mediante los presiómetros, y los módulos iniciales obtenidos mediante los ensayos de Onda Continua. Puede comprobarse cómo la relación entre ambos valores es siempre mayor de 10, tomando una relación entre el módulo para pequeñas deformaciones y el módulo para grandes deformaciones de 10. Al mismo tiempo, se muestra la línea de tendencia considerada a la hora de asignar los módulos de deformación.

Figura 9.- Comparación de los módulos de deformación estimados a partir de los presiómetros, frente a los valores obtenidos del registro sónico.

Una vez definidos los parámetros y el modelo constitutivo a emplear, se generaron dos modelos numéricos que representaban el total de la estación. La generación de dos modelos se debió a la necesidad de simplificar el mallado y limitar el tamaño del modelo. Así, se tomó la Estación de Línea 1 como eje divisor a la hora de realizar los modelos, analizando con el modelo 1 los elementos situados a la derecha de la estación y con el modelo 2 los elementos situados a la izquierda.

Figura 10.- Vista general modelos generados.

Figura 11.- Detalle Modelo 1.

Figura 12.- Detalle Modelo 2.

Para la resolución de los modelos se simularon todas las fases de excavación de los nuevos elementos, generando de forma simplificada las fases de excavación de los elementos existentes. De este modo durante la ejecución de la obra se pudieron seguir los resultados durante todas las fases.

Por otro lado, para el correspondiente análisis de afecciones y ajuste del estado tensional real del terreno, se consideraron de forma simplificada las edificaciones en superficie, como fueron los edificios de la manzana que afecta a la calle Fuencarral- La Palma-Corredera Alta de San Pablo y los edificios en los que se ubican el Tribunal de Cuentas o el Museo de Historia de Madrid. A continuación, se puede observar la ubicación de los edificios, así como la ubicación de los distintos elementos modelizados en el modelo 2.

Figura 13.- Vista superior del modelo 2 con los elementos modelizados (la proyección en color representa los edificios afectados).

Tras la modelización se procedió a dimensionar los elementos de la actuación al mismo tiempo que se analizaban las deformaciones en superficie, con el doble objetivo de estimar los movimientos que se iban a producir sobre los edificios existentes. Los valores máximos estimados fueron ligeramente menores a 5 mm en superficie.

Figura 14.- Desplazamientos verticales por el eje principal de desplazamientos en superficie al finalizar los trabajos.

Posteriormente, a partir de las subsidencias a la cota de cimentación estimada, se obtuvieron las deformaciones en las alineaciones más desfavorables, para poder obtener el grado de afección. En todo caso se obtuvo un nivel de afección muy ligero.

Figura 15.- Estimación de los desplazamientos verticales y horizontales.

La discretización de todos los elementos permitió el análisis individualizado de cada uno, procediendo a diseños optimizados y ajustados a la realidad. A continuación, se muestran los detalles de los esfuerzos obtenidos para la galería de conexión entre el ascensor 2 y los ascensores 5 y 6, así como las galerías de conexión inferiores de los ascensores 5 y 6 con la Estación de Línea 10.

Figura 16.- Esfuerzos axiles en la galería de conexión con el distribuidor.

Figura 17.- Esfuerzos axiles en la zona inferior de los ascensores 5 y 6.

Complementariamente a las nuevas estructuras, se revisó la afección provocada a las estructuras existentes, comprobando la variación del nivel de esfuerzos que provocaban las actuaciones, tal y como se puede observar en la siguiente figura correspondiente a la Estación de Línea 10.

Figura 18.- Estimación de los esfuerzos en la estación de Línea 10.

Una vez iniciados los trabajos se procedió tanto al seguimiento de los avances de la obra como de todos los elementos de auscultación instalados.

No obstante, cabe destacar los problemas asociados a las obras urbanas que hacen de estas actuaciones singulares y sensibles, como son: áreas de trabajo de pequeñas dimensiones, accesos limitados a los puntos de trabajo, logística de suministro de materiales muy condicionada al entorno, e interacciones con los servicios de superficie y de Metro en funcionamiento. Además, es necesario hacer mención a la pandemia del COVID-19 y los inconvenientes de gestión que esta provocó a mayores durante la ejecución de la obra.

Se puede destacar entre las dificultades encontradas para la realización de los trabajos, el acceso para la realización del Ascensor 4, en el que se tuvo que realizar un pozo temporal de acceso de pequeñas dimensiones.

Figura 19.- Acceso para la ejecución del ascensor 4.

Por otra parte, el método empleado para la excavación de todas las galerías fue el Método Tradicional de Madrid, en el que la excavación de las mismas se inicia con la apertura de una pequeña galería en el frente, a partir de la cual se va ampliando lateralmente, alternando los laterales en los que se excava. Durante todo este proceso la excavación se entiba mediante puntales de madera y longarinas metálicas. Una vez finalizada la apertura de la excavación de la bóveda, se coloca un encofrado de madera, soportado por cerchas metálicas y se hormigona la bóveda.

Figura 20.- Fases de excavación de la bóveda.

Posteriormente y en dos fases, se ejecuta la destroza y una vez finalizadas se ejecuta la losa de cierre.

Figura 21.- Ejecución de la destroza.

Los pozos interiores se excavaron desde la parte superior, empleando en esa zona el mismo procedimiento que en las galerías, pero teniendo en cuenta que las secciones se ampliaban para hacer sitio a toda la maquinaria de los ascensores. Una vez finalizadas las galerías superiores y el primer nivel de hastiales en la zona de pozo, se empezaba el descenso realizando excavaciones a sección completa o por bataches en función de la calidad del terreno.

Figura 22.- Esquema de la zona de pozo.

Finalizada la zona superior, se iniciaba la excavación de las galerías inferiores, desde las cuales se ejecutaba la parte inferior del pozo.

Figura 23.- Zona inferior del pozo.

Los elementos más singulares que se han ejecutado, debido a que conformaban la excavación de mayores dimensiones y presentaban una altura de excavación de casi 13 m, eran los ascensores 5 y 6. Estos ascensores se ejecutaron parcialmente bajo la Estación de Línea 1 y bajo zona edificada, considerándose por lo tanto como los elementos más sensibles.

Partiendo del diseño de Proyecto en el que se ejecutaba una excavación descendente y posteriormente se vaciaba hasta alcanzar el mismo nivel en toda la excavación, esta excavación implicaría la colocación de los ascensores bajo la Estación de Línea 1. Para mejorar el método constructivo, se propuso una variación en el diseño del mismo, ejecutando en la parte superior una galería horizontal en la que se incluyeron patas de elefante a la bóveda, y posteriormente se descendió la excavación por bataches a modo de muros hasta alcanzar la cota inferior. Además de la anterior modificación, los ascensores se desplazaron al final de la galería, alejando la zona de excavación de la proyección de la estación.

Estas modificaciones permitieron simplificar el método constructivo al evitar una galería descendente y al mismo tiempo se lograba consolidar la estructura con un método de excavación más sencillo antes de iniciar el descenso de la excavación.

Por otro lado, no se debe olvidar la presencia de un túnel de línea en servicio bajo la galería de distribución y ubicado lateralmente a los dos ascensores.

Figura 24.- Esquema de la excavación de los ascensores 5 y 6.

Figura 25.- Vista del ascensor 6 durante la excavación e inicio de la excavación de la galería inferior de conexión con la estación de línea 10.

Otros de los elementos singulares realizados fueron los entronques entre galerías existentes y las nuevas galerías, destacando especialmente los entronques con la estación de Línea 1.

En estos elementos se observa la dificultad de trabajar con infraestructuras de distintas épocas localizando geometrías y materiales distintos a los esperados y adaptando los diseños en consecuencia.

Figura 26.- Entronque estación Ascensor 4 Estación de Línea 1.

Figura 27.- Entronque de ascensor 2 con galería de conexión.

Al mismo tiempo los entronques entre nuevas galerías se ejecutaron en su mayor parte mediante la elevación de la sección de una de las galerías, facilitando la construcción del entronque. De este modo se logró mantener las fases de avance, logrando ejecutar el sostenimiento de cada pase antes de proseguir con la excavación.

Figura 28.- Entronque entre dos nuevas galerías.

Coherentemente con el tipo de infraestructura a ejecutar se tomaron las medidas de auscultación necesarias para evaluar en todo momento la influencia real de las excavaciones en el contorno de las mismas. Se instrumentaron las infraestructuras correspondientes a Metro Madrid ubicadas en las proximidades de las actuaciones, y al mismo tiempo se implementó un plan de seguimiento en superficie con especial atención a las edificaciones más próximas.

Para el seguimiento de la auscultación se emplearon Hitos de control para el terreno en superficie, regletas de nivelación para el control de los edificios, inclinómetros para el control del pozo principal y secciones de auscultación para las obras subterráneas nuevas y existentes.

Figura 29.- Subsidencias en la zona de afección y puntos de auscultación en superficie.

El seguimiento de la auscultación mostró desplazamientos coherentes con las excavaciones y dentro de los rangos de deformaciones estimados con el modelo realizado.

Figura 30.- Evolución de la instrumentación de superficie en el entorno del Ascensor 3.

En este artículo se ha tratado de mostrar una metodología de trabajo a la hora de realizar diseños reales en los que, partiendo de un adecuado conocimiento del terreno, se realizó un modelo numérico ajustado a la realidad que permitió realizar unos diseños optimizados y ajustados a las condiciones, garantizando en todo momento la mínima afección al entorno.

Por otro lado, de los trabajos realizados se han obtenido las siguientes conclusiones respecto a las diferentes fases realizadas:

• Los diseños deben buscar soluciones simples que garanticen una buena ejecución y minimicen los riesgos.
• Resulta necesario un estudio geotécnico que permita obtener los parámetros representativos del terreno para establecer los modelos constitutivos más adecuados.
• Se debe contar con la flexibilidad de adaptar las soluciones a las condiciones reales cuando estas varíen respecto a lo esperado. Esto toma especial importancia al afectar infraestructuras antiguas y con posteriores modificaciones.
• Considerar la auscultación como el elemento de control más importante en todo momento, asegurando la calidad de las medidas y la duración adecuada de las mismas.
• Finalmente, se debe destacar la importancia de los efectos solapados de las distintas excavaciones y la afección al terreno, siendo estos puntos donde los registros obtenidos fueron ligeramente superiores a lo estimado.

Figura 31.- Estado final del ascensor 6.

Los autores de este artículo quieren agradecer a Metro de Madrid la autorización para la divulgación de los trabajos efectuados en los que se ha pretendido reflejar la buena labor realizada, siguiendo todos los criterios de seguridad y garantizando la no afección tanto a las infraestructuras de Metro como a las ubicadas en superficie.

Referencias

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