consolidamento strutture muratura

CONSOLIDAMENTO DEGLI EDIFICI STORICI

prof PAOLO FACCIO(Universit IUAV di Venezia )

A.A. 2014 - 2015

Lezione n. 2 : le costruzioni in muratura

Schema di edificio in muratura e legno con evidenzia te le principali caratteristiche

Cantonali ben apparecchiati, legatura tra murature ortogonali

Collegamento tra elementi lignei e muratura dambito

Incatenamento muri contrapposti

Collegamento tra elementi lignei

Forometria regolare e con architravi resistenti a flessione

Omogeneit della muratura Impalcati funzionanti come piano rigido

Esempi di muratura in varia apparecchiatura e mater iale costitutivo

Murature in materiale misto irregolari

Murature in materiale lapideo e mista

Le azioni vengono trasmesse per contatto con azione di ripartizione della malta per evitare concentrazione di carico e pertanto tensioni elevate

Muratura omogenea :Composta da elementi lapidei di grande dimensione pu presentarsi con apparecchiatura con malta di calce inerte e terra, con inseriti elementi di minor dimensione per ridurre la presenza di vuoti rincocciatura- (a), presenza di maggiore regolarit dei conci con giunti costituiti sempre da calce inerte e terra con ridotta presenza di rincocciatura (b), corsi con materiale lapideo disposto in maniera prevalentemente orizzontale. Per paramenti di grande spessore possono essere presenti paramenti esterni con riempimenti di schegge e abbondante ricorso a malta

Schema di sezione

Muratura disomogenea : presenza di pochi elementi lapidei di grande pezzatura, disposti prevalentemente nei cantonali, ampia presenza di malta con capacit strutturali discrete solo in presenza di grandi spessori 80 100 cm -. Presenza di muratura a cassetta e riempimenti con presenza abbondante di malta

Schema di sezione

Muratura listata o mista: murature in pietrame di varia pezzatura e dimensione, con presenza di giunti di malta pi o meno consistenti. Ad intervalli regolari di circa 70 80 cm, sono presenti corsi in laterizio che attraversano completamente lo spessore del muro corsi di ripianamento conferendo grande qualit strutturale alla muratura.

Schema di sezione Funzione di ridistribuzione delle

azioni verticali e realizzazione di incatenamento trasversale della muratura

Murature a secco : murature a varia pezzatura dei blocchi, prive di malta e aggregazione in relazione allingranamento dei conci. Nel caso di costruzioni vengono utilizzati conci di grande dimensione per fori porta finestra, soglie, gradini, cantonali

Schema di sezione

Murature in laterizio, isodome o pseudoisodome

LE APPARECCHIATURE MURARIE

B Ordinata di pietre squadrate a mano C Isodoma D Diseguale de cementi pseudoisodoma E Riempita semplicemente Emplectum F Riempita con corsi di mattoni G

Tipi di murature antiche Tipi di murature antiche e Moderne

Y Muratura di quadrelli uno in lungo uno in chiave Z Muratura di quadrelli uno in lungo e due in chiave

caratterizzata da file ( assise) di uguale altezza, costituite di grandi blocchi di pietra (conci), in genere di arenaria, dello stesso spessore del muro, ben lavorate su tutti i lati, disposte in file orizzontali ad altezza regolare ed omogenea, con incassi e solchi ai lati per lincastro reciproco.

Pseudoisodoma ogni livello (ricorso) di minor spessore rispetto al precedente, (o la sezione del singolo concio trapezoidale per evitare il gradino fra i vari livelli)

Massi posti in opera come venivano estratti dalla cava, disponendo in facciata il lato planimetricamente regolare. Malta povera e abbondante

isodoma

pseudoisodoma

Incerta

Quasi reticolatum

Cubilia disposti in modo non regolare. Rappresenta il primo stadio dellopus reticolatum

Opus reticolatum

Paramento dellopus caementicium composto da tufelli piramidali con faccia inclinata di 45r

Opus spicatum

Raramente usato come rivestimento parietale, nelle regioni del nord Europa- viene utilizzato come pavimentazione con listelli in laterizio a spina pesce.

Opus Africanum

Tecnica muraria usata spesso nel nord Africa costituita da grandi blocchi in pietra verticali con spazi riempiti con materiale vario

Opus mixtum

Paramento dellopus caementicium costituito dallalternanza di opus reticolatum ed incertum

Rinforzo delle murature della torre con legamenti lignei Accorgimenti costruttivi nei trattati

Necessaria protezione del nucleo in conglomerato af finch la calce non si riduca in polvere e lasci liberi i caementa. La protezione avviene per mezzo di un opportuno spessore delle cartelle interne ed estern e

Nelle murature ad opera incerta e con cortina inter na ed esterna, occorre disporre con intervallo regolare fasce passanti di mattoni d i grande dimensione a legare e serrare il paramento

Particolare disposizione dei mattoni con multipli e sottomultipli del modulo base per consentire la definizione di una angolata forte e ben apparecchiata

J. B. Rondelet Trattato teorico e pratico dellar te di edificare, Mantova 1831

I trattati sino al Settecento espongono in modo uniforme le tecniche costruttive murarie. Nellet dei Lumi lo sviluppo del pensiero scientifico e lapplicazione di teorie analitiche al mondo delle costruzioni, comporta una modifica dellatteggiamento espositivo delle tecniche murarie. Alla prassi esecutiva inizia ad essere associato la possibilit di sviluppare pro cedure analitiche di dimensionamento e verifica. Rondelet introduce anche alcune considerazioni sui meccanismi di danno delle strutture murarie

Figura 1 - Apparecchio semplice ed a strati regolari in cui ogni pietra forma la grossezza del muroFigura 2 - Apparecchio doppio formato da pietre deguali dimensioni, posate a due a due in larghezza ed una sola in lunghezza sopra lo spessore del muroFigura 3 - Apparecchio triplice formato di pietre di eguali dimensioni posate a tre a tre in larghezza ed una in lunghezza sopra lo spessore del muroFigura 4 - Apparecchio composto, alternativamente doppio e triplice sulla grossezza del muroFigura 5 - Lo stesso apparecchio di Fig. 2, solo che essendo il muro pi grosso una murazione in pietrame riempie lintervallo fra le pietre che hanno la loro lunghezza in mostraFigura 6 - Disposizione dellapparecchio di cui si fatto uso nei rivestimenti in pietra di taglio delle antiche mura dei baluardi di Montpellier Figura 7 - Disposizione dellapparecchio delle pietre di taglio che formano il rivestimento di una costruzione in cerchio, sullesempio del sepolcro di Cecilia MetellaFigura 8 - Apparecchio irregolare, formato da pietre dogni dimensione riunite in corsie interrotte da tagli su tutti i sensiFigura 9 - Apparecchio poligono, formato da pietre tagliate in prismi irregolari, sullesempio delle mura di Fondi

Tipi murari

Figure 1, 2 e 3 - Opus incertum, o aggregato di pietre dogni forma, senza e con parti di murazione ordinaria disposte a ranghi di corsie orizzontali nelle cantonate e riempimento intermedio di pietrame, e con ciottoli.Figura 4 - Opus reticulatum, o pietre a facce quadrate messe assieme in forma di rete, con riempimento intermedio di pietrameFigure 5 e 8 - Muratura variata o mista, con parte interna di pietrame e pareti formate alternativamente con un rango di pietre di tufo squadrate e con uno o tre di mattoni triangolariFigura 6, 7 e 9 - Isodomum, pseudoisodomum e di altri generi di costrutture composti di pietre diversamente lavorate, di diverse forme e misure e variamente disposte, associate a ranghi di mattoni e con riempimento intermedio di pietrame

Figure 1 e 2 - Divisioni e tramezzi formati di mattoni piani o in coltelloFigura 3 - Divisioni formate con due mattoni in grossezzaFigure 4 e 5 - Combinazioni diverse pei muri la cui grossezza di tre ordini di mattoniFigura 6 - Combinazione in cui si fa uso della met dei mattoni pei riempimenti segnati a)Figura 7 - Disposizione per un muro di quattro ranghi di mattoniFigura 8 - Combinazione a corsie con ranghi di mattoni posati obliquamente, disposti a corsie alternativamente in direzione contrariaFigure da 9 a 13 - Combinazioni diverse che si possono formare con mattoni quadrati o mezzi mattoni, posati in squadro o diagonalmente

Apparecchiatura in laterizio con larticolazione in relazione al modulo degli elementi base

Figura 1 - Apparecchio incatenato, formato da pietre alternativamente abbassate ed innalzate sopra ciascuno strato, onde innestare le une nelle altre senza ricorrere a chiavi di legno o a ramponiFigura 2 - Apparecchio incatenato (ideato da Rondelet nel 1769), in cui le pietre sono riunite formando di ogni strato una specie di catena composta da un triplice rango di pietre che si serrano le une nelle altreFigura 3 (al centro) - Dimensioni delle pietre di parecchi monumenti dAtene e daltrove, tanto sulle loro facce apparenti, che nei muri ondesse formano la grossezza (Monumento di Filopappo; Tempio di Minerva Poliade; Tempio sulle rive dellIlisso; Tempio della Concordia in Agrigento; Propilei dAtene; Tempio di Teseo in Atene)Figure 4 - Apparecchio misto, fatto di pietre e travi combinati insieme (ipotesi ricostruttiva dai Commentar di Cesare, secondo Palladio) Figure 5 - Apparecchio misto, fatto di pietre e travi combinati insieme (ipotesi ricostruttiva, secondo il Poliocerticon di Giusto Lipsio)Figure 6 e 7 - Apparecchio misto, fatto di pietre e travi combinati insieme (ipotesi ricostruttive da Vitruvio, De architectura, Libro I, Cap. V, secondo Rondelet

Apparecchiatura muraria

Figure 1, 2 e 3 - Maniera di posare le pietre di taglio per formare solide costruzioniFigura 4 - Risultato apparente della maniera da adottare per rimediare ai difetti e agli accidenti risultanti da una posatura negligente, quale correntemente adottata con biette e assottigliamentiFigure 5, 6 e 7 - Della maniera di porre in opera, con calce, cunei e biette di legno le pietre tagliate e preparate approssimativamente nelle superfici delle facce interne, dalla quale risulta che il solo spigolo anteriore e le commessure nei margini dei blocchi risultano portare tutto il peso

Rimedi per difetti costruttivi o materiale scadente e/o danneggiato

Figure da 1 a 6 - Metodi di valutazione della spinta dei terrapieni contro muri di rivestimento a profilo verticale, secondo le differenti specie di terre, in base alle esperienze fatteFigure da 7 a 9 - Metodi di valutazione della spinta dei terrapieni contro muri di rivestimento aventi profilo a risega verso lesterno, in forma di scarpa semplice e doppia.Figure da 10 a 13 - Muri di rivestimento provvisti di contrafforti a base rettangolareFigure da 16 a 19 - Muri di rivestimento provvisti di contrafforti a base trapezia e con raccordo murario curvilineoFigura 20 - Mezzo impiegato dagli antichi Romani per fortificare i muri di rivestimento allesternoFigura 21 - Muro isolato

Della stabilit relativa dei muri isolati e combinati con gli altri. Ipotesi di meccanismi di danno

LAPPARECCHIATURA NELLE MURATURE IN LATERIZIO

Disposizione dei blocchi nello spessore murario

MURATURE MISTE, LATERIZIO E PIETRA

Corso di ripianamento

Muratura in ciottoli di fiume

Corso di ripianamento

COLLEGAMENTO TRA MURATURE

Realizzazione dei cantonali

In questa muratura ad opera incerta in pietra gli elementi costruttivamente significativi sono realizzati in laterizio

Realizzazione di elementi speciali

La Regola dellArte nelle murature

Regolarit dei corsi orizzontaliSquadratura regolare dei conciVerticalit della muraturaNon allineamento dei giunti verticaliQualit dei blocchiQualit della maltaAmmorsamento trasversale dei blocchi : ingranamento

Caratteristiche delle murature eseguite a regola d arte

Le caratteristiche meccaniche della muratura : resi stenza a compressione

Qualit del giunto e resistenza a compressione

Resistenza a compressione e difetti costruttivi

Rapporto altezza blocco/ altezza giunto

Le caratteristiche meccaniche della muratura : resi stenza e tipologia costruttiva

Difetti e qualit costruttive

Caratteri condizionanti la

resistenza meccanica della

muratura

SCHEDE DI ANALISI DELLE MURATURE

A Castello di S. Faustino

B Castello Visconti Venosta

A B

Strutture resistenti per massa e strutture resisten ti per forma

la sollecitazione a compressione collegata alla pietra come materiale resistente ed alla linea retta verticale come canale statico, ossia al sostegno di pietre impilate o, in termini pi evoluti, alla colonna, al pilastro, al muro(1)

.. figure strutturali che pi efficacemente interpre tano il legame intercorrente fra la legge di distribuzione dei carichi e la forma strutturale, ossia larco e la fune(2)

(1) G. Pizzetti, A.M. Zorgno Princip i statici e forme strutturali pg. 507

(2) G. Pizzetti, A.M. Zorgno Princip i statici e forme strutturali pg. 237

Strutture resistenti per massa : strutture tozze

Strutture snelle

Strutture resistenti

per forma

Pressione eccentricaSi quando alla pressione normale (P) si aggiunge una sollecitazione di flessione (M), cio lo sforzo

normale non centrato nel baricentro (G) della sezione ma a distanza (e) detta eccentricit.Il carico (P) eccentrico si pu scomporre nel carico centrat o (P) e nel momento (M), questi due

carichi inducono le tensioni:

.Je)y*(P

=J

My=;

AP

= 21

Per il principio della Sovrapposizione degli Effetti:

)Je)y*(P

AP

(=)+(= 21

Nocciolo centrale dinerzia.Al variare delleccentricit si determinano le situazioni :- Sezione interamente reagente a compressione

(asse neutro esterno).- Sezione parzializzata, cio parte reagente a

compressione e parte a trazione (punto diinversione in corrispondenza dell asse neutro (n-n).

Le eccentricit che danno ( =0), all estremo opposto,individuano un luogo di punti detto Nocciolo centraled Inerzia. L ampiezza di tale nocciolo viene definitamediante il Raggio dinerzia pari a: = H/6

Azioni appartenenti al piano del muro : compressione , taglio e trazione

IL DANNO

P

La trasmissione dei carichi verticali avviene per contatto dei blocchi. Lapparecchiatura in grado di diffondere i carichi in relazione alle caratteristiche dimensionali del blocco e allingranamento tra elementi, rapporto di contatto

P

P

Comportamento strutturale per azioni verticali : dif fusione dei carichi verticali nella muratura in relazione allapparecchi atura

Rielaborazione da: Giuffr, A., (1991), Letture sulla meccanica delle murature storiche,Kappa, Roma

P 1/4 P 1/9 P

2

32

1cr l12

aEP

p=

2

32

2cr l48

aEP

p=

2

32

3cr l108

aEP

p=

Relazione tra instabilit e apparecchiatura muraria

LA ROTTURA DEI SOLIDI PRISMATICI

Lesioni manifestazione evidente dei dissesti strutturali

DEFORMAZIONI : variazioni di forma geometrica delle strutture

FESSURAZIONI : soluzione di continuit del solido mur ario

Se durante la variazione di forma in un punto del solido la dilatazione supera i limiti di tolleranza della coesione del materiale, nel punto si stabilisce una soluzione di continuit che si proroga, di mano in mano, per apparire in superficie sotto forma di fessurazione

Sisto Mastrodicasa Dissesti statici delle strutture edilizie,, Hoepli, Milano1988

La direzione delle tensioni massime ( ) si dispone approssimativamente in fase iniziale ortogonalmente al piano di fessurazione ( )

Qualitativamente il piano di fessurazione si dispone, in fase iniziale, ortogonalmente alla direzione delle dilatazioni

SOLLECITAZIONI SEMPLICI E COMPOSTE NELLE STRUTTURE DI FORMA PRISMATICA

Andamento delle superfici di rotturasollecitazioni di trazione

la rottura del cubetto, supponendo sempre lomogeneit e lisotropia del materiale, avverr secondo piani normali alle forze di trazione.

Compressione assiale

trazione

fessurazione

Rottura per compressione del solido prismatico elementare

Qualitativamente le parti a diretto contatto con lattuatore risentono della rigidezza del medesimo gradualmente in relazione alla prossimit dellinterfaccia. Il rapporto tra le rigidezze dei due materiali condiziona la dilatazione

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Andamento delle superfici di rotturaSollecitazione di compressione

La sollecitazione di compressione comporta, superato il limite di resistenza del materiale, la rottura per schiacciamento ;

si consideri ora un elemento di forma cubica (composto da un materiale omogeneo ed isotropo) caricato da una sollecitazione di compressione lungo lasse y applicata attraverso due piastre molto rigide, con rigidezza paragonabile a quella del cubetto, tali da:

poter considerare il carico uniformemente distribuito;

generare un attrito sulle facce del cubo a contatto che ne impediscano o limitino la deformazione trasversale;

La rigidezza degli attuatori non influenza la dilatazione trasversale del blocco: rottura prismatica

Rottura tipica delle colonne e/o pilastri

Le fessurazioni verticali per compressione possono portare al collasso improvviso di tipo fragile



Le piastre degli attuatori hanno una rigidezza superiore a quella del blocco. La distribuzione delle dilatazioni trasversali sar max nel punto di mezzo del blocco e limitata in corrispondenza alle superfici di contatto;

il cubetto sar pertanto sollecitato, e la rottura si stabilir secondo le superficiiperboloidiche dirette con concavit verso lesterno, come rappresentato in figura;

tale tipo di rottura caratteristica di quei solidi prismatici che pi si avvicinano al nostro cubetto ovvero negli elementi strutturali tozzi che pur avendo la possibilit di espandersi sono limitati dagli estremi superiore ed inferiore (cordoli in c.a. dei solai);

presentano una rottura di questo tipo i maschi murari.

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Nel caso in cui venga interposto, tra le piastre di carico e le facce del cubetto, uno strato di materiale con modulo elastico inferiore a quello del cubetto, si avr la rottura iperboloidica inversa caratterizzata da tensioni tangenziali tra il materiale interposto e le facce del cubetto dirette verso lesterno del prisma anzich verso linterno come nel caso senza interposizione di materiale;

analizzando, anche in questo caso, lequilibrio dei tre prismetti elementari e facendo linviluppo delle singole fratture elementari si otterr l iperboloidica inversa ;

nei muri portanti degli edifici, questo tipo di rottura si verifica quando tra la pietra e/o mattone vengono interposti giunti di malta eccessivamente spessi; poich le malte hanno un modulo elastico pi basso rispetto alla pietra o ai mattoni si deformeranno pi di questi.



Tutti e tre i tipi di rottura visti si verificano nella pratica negli elementi strutturali tozzi ;

nei muri snelli i tre tipi di rottura considerati possono ritrovarsi in prossimit degli spigoli oppure in una zona intermed ia;

in questo secondo caso le fratture si presenteranno con il loro classico andamento solo sui piani trasversali e verticali cio nello spessore dei muri;

la ragione per cui si hanno questi tipi di localizzazioni dovuta allimpedimento alla libera dilatazione che, nei muri snelli, le masse laterali esercitano su quelle intermedie.

ROTTURA PER COMPRESSIONE DI UNA MURATURA :alcuni esempi

Schiacciamento

Le fessurazioni si presentano in linea di massima con andamento pressoch parallelo;

Negli stadi pi avanzati si hanno fenomeni di rigonfiamento dei paramenti;

In stadi avanzati (che preludono al collasso) si possono avere anche lesioni orizzontali.

Si disgregano prima le malte, poi si ha la rottura delle pietre ed infine il vero e proprio schiacciamento.

Nel caso di malte di ottima qualit ovvero di murature a sacco, si pu avere la rottura delle pietre senza avere prioritariamente la rottura della malta.

Schiacciamento per sovraccarico localizzato

In figura rappresentato il caso di schiacciamento per un sovraccarico localizzato;

le fessurazioni sono verticali o inclinate a 45 nella zona immediatamente sottostante il carico;

La frattura si determina nel piano medio sempre immediatamente sotto il carico;

In generale, la stabilit delledificio non pu essere compromessa da un singolo episodio di eccessivo carico localizzato

Manifestazione di plessi fessurativi per schiacciame nto e taglio per carico concentrato

Rottura per compressione a causa di disomogeneit costrutti ve

Distacco per discontinuit materico costruttiva

Malte

Il degrado delle malte dovuto alla vetust contribu isce in modo determinante allindebolimento delle strutture murarie;

le malte invecchiando perdono la loro coesione, inolt re possono perdere la loro aderenza ai materiali lapidei e quindi non fare pi presa;

la coesione e laderenza si annullano nel tempo pi o meno rapidamente in relazione alla composizione della malta stessa, alla manipolazione e allimpiego che ne stato fatto.

la malta che ha perso coesione diventa pulvirulenta, sfarinandosi tra le dita. lo spessore del giunto di malta incide in maniera inversamente

proporzionale alla resistenza della muratura.

Individuazione dello schiacciamento

Percuotendo con un martello il tratto di muratura interessato, si avverte un suono cupo;

Il martello non rimbalza;

Asportato un strato superficiale della muratura e ripetuta la percussione possiamo accertare se il fenomeno profondo o superficiale.

Schiacciamento per peso proprio

Le fessurazioni sono pressoch parallele e dirette come il carico.

Naturalmente, si manifestano nella regione pi bassa del muro.


Pressoflessione e carico di punta Se in un pannello murario, la risultante dei carichi, pur essendo verticale, non passa

per il piano medio o per il baricentro, il solido sar soggetto ad una compressione assiale e ad una flessione;

in genere i solidi murari sono elementi tozzi per cui non si verificano fenomeni di instabilit e le sollecitazioni non sono altro che la som ma algebrica delle singole sollecitazioni provocate dalla compressione e dalla flessione prese singolarmente;

per la sicurezza delle strutture murarie necessario che la risultante dei carichi cada allinterno del nocciolo centrale dinerzia di tutte le sezioni trasversali per avere tutte le fibre compresse, data la scarsa capacit delle murature di resistere a trazione;

la pressoflessione nelle murature si pu instaurare per difetti di costruzione o pi semplicemente quando si realizzano murature con un paramento pi resistente rispetto allaltro con conseguenti deformazioni differenziate in funzione del diverso modulo elastico;

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Pressoflessione e carico di punta

Il carico di punta si ha allorch la lunghezza dellelemento strutturale di gran lunga superiore alla minima dimensione trasversale (esperienze condotte in tale senso hanno dimostrato che per l/h>15 si ha rottura per carico di punta);

per i solidi astiformi si usa la formula di Eulero per determinare il carico critico ovvero il carico per cui si verifica la rottura del materiale sollecitato:

2min

2

ocrit l

EJP

p=

in cui:

P crit il carico critico;

J min il momento dinerzia minimo della sezione;

l o la luce libera dinflessione che dipende dal tipo di vincolo alle estremit del solido.

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Pressoflessione e carico di punta

Le lesioni causate dalla pressoflessione possono ricondursi a tre casi tipici:

il primo riguarda il caso del paramento esterno con materiale pi resistente;

il secondo il caso di entrambi i paramenti pi resistenti rispetto al nucleo centrale riempito con muratura informe e meno resistente;

il terzo riguarda gli angoli dei fabbricati o le spalle delle aperture eseguite con blocchi squadrati e collegati alla restante muratura pi o meno caotica.

Pressoflessione

E una sollecitazione molto pericolosa per le strutture murarie; Il solido murario sollecitato a carico di punta pu r ompersi per effetto

della pressoflessione prima di raggiungere la condizione di schiacciamento;

Il difetto costruttivo della muratura dovuto ad un cattivo collegamento trasversale pu portare a pericolosi dissesti causati da pressoflessione ( a parit di altezza del muro, si pu dimezzare lo spessore a causa della cattiva tessitura della struttura muraria);

Anche il difetto di omogeneit della sezione muraria pu predisporre il muro ad un dissesto da pressoflessione;

Il dissesto si manifesta con il rigonfiamento dei paramenti; La lesione caratterizzata dalla smembratura della struttura in pi

tronchi verticali.

Pressoflessione

Cattivo collegamento trasversale della muratura, scarsa presenza di diatoni

Danneggiamento della sezione per alveolizzazionelocalizzata dei blocchi o erosione dei giunti asimmetrica.

Rigonfiamento paramenti;

Sezionamento in pi tronchi verticali

Influenza della rigidezza della muratura nella riparti zione dei carichi

consolidamento strutture muratura

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