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PROYECTO DE REURBANIZACIÓN DE LA CALLE PINTOR MIGUEL VIVES- Cala Bona

ANEJO – HIDROLOGIA Y DRENAJE.

ANEJO

HIDROLOGÍA Y DRENAJE


ANEJO – HIDROLOGIA Y DRENAJE

ANEJO – HIDROLOGIA Y DRENAJE

INDICE 1. CLIMATOLOGÍA ...................................................................................................................... 2

2. DATOS BÁSICOS HIDROLÓGICOS ....................................................................................... 2

2.1. RED DE AGUAS ASUPERFICIALES 2

2.2. RED DE AGUAS SUBTERRÁNEAS 3

2.3. ATLAS DRENAJE Y LLANURAS DE INUNDACIÓN DE BALEARES 4

3. PLUVIOMETRÍA ...................................................................................................................... 5

4. ESTUDIO HIDROLÓGICO ....................................................................................................... 5

4.1. PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO 6

4.2. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LAS CUENCAS 10

4.3. PRECIPITACIÓN DE CÁLCULO 11

4.4. CARACTERIZACIÓN DE LA VEGETACIÓN Y USOS DEL SUELO. UMBRAL DE ESCORRENTÍA 11

4.5. CÁLCULO DE CAUDALES 13

4.6. DRENAJE LONGITUDINAL 14

4.6.1. Caudales de diseño. ................................................................................ 14

4.6.2. Comprobación hidráulica del tubo proyectado ........................................ 15

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ANEJO – HIDROLOGIA Y DRENAJE. 3

La tipología adoptada para la catalogación de los torrentes está basada en el sistema B

de la Directiva Marco del Agua, cuyos descriptores son: altitud máxima, tamaño de cuenca,

pendiente del tramo, precipitación media, porcentaje de sustrato impermeable y tipo

morfológico en cañón. Teniendo en cuenta estos descriptores, se pueden diferenciar cinco

tipos de torrentes, pero en las Baleares solamente se encuentran 3 de estos:

• Torrentes pequeños del llano: pertenecen a cuencas de tamaño pequeño a

mediano, con pendiente bajas, y bajos niveles de precipitación.

• Torrentes de tipo cañón: se caracterizan por sus elevadas pendientes y

precipitación. Están representados solamente en la Sierra de Tramuntana de

Mallorca.

• Torrentes de Montaña: se caracterizan por tener una pendiente media y unos

valores de precipitación medio-altos. Son cuencas de tamaño pequeño a

mediano.

En la zona de estudio, y al final de la carretera objeto de estudio encontramos un

torrente, se trata de la desembocadura de la unión de dos torrentes: Torrent d’es Molins y

Torrent de Xiclati.

2.2. RED DE AGUAS SUBTERRÁNEAS

La Directiva Marco del Agua define masa de agua subterránea como un volumen

diferenciado de agua subterránea en uno o más acuíferos. Con anterioridad a su entrada

en vigor, en el conjunto de las Islas Baleares existía una delimitación e identificación

territorial de los acuíferos de cada isla en unidades hidrogeológicas que se habían definido

como unidades de gestión, constituyendo la unidad territorial básica de la que se disponía

de la información hidrogeológica individualizada. Los acuíferos, si bien son el soporte físico

del flujo subterráneo, están todos ellos englobados en alguna unidad hidrogeológica. Las

masas de agua subterránea corresponden bien a unidades hidrogeológicas completas,

bien a partes diferenciadas de ellas.

En Mallorca se han identificado 65 masas de agua subterránea.



2.3. ATLAS DRENAJE Y LLANURAS DE INUNDACIÓN DE BALEARES



3. PLUVIOMETRÍA

El objeto del estudio pluviométrico consiste en caracterizar las precipitaciones

extremas que se producen en las cuencas que afectan al trazado de la carretera que se

está analizando con la finalidad de determinar las aportaciones o caudales de avenida

esperables para un determinado período de retorno en función de las cuales se

dimensionará el drenaje para solventar los problemas acaecidos en la zona.

Se entiende como período de retorno de una precipitación al tiempo medio, en

años, que transcurre entre distintos episodios de precipitaciones de valor superior al

considerado.

La caracterización de la precipitación máxima consiste en la estimación de los

parámetros necesarios para definir las lluvias de proyecto, es decir, la distribución

espacial de las precipitaciones máximas diarias y las intensidades de lluvia.

Para ello, se analizan las propiedades regionales de este parámetro climático en

una amplia zona que envuelve las cuancas vertientes a todo el tramo en estudio e incluye

el recubrimiento necesario para tener en cuenta la pluviometría externa a la zona y

disponer así de series largas que permitan corregir las asimetrías propias de las series

con otras más consistentes con el conjunto.

Este proceso se traduce en la realización de análisis de frecuencia para relacionar

la magnitud de cada fenómeno con su probabilidad de aparición o con el período de

retorno. Es práctica habitual componer la serie de datos extremos seleccionando en cada

año el valor máximo observado de la precipitación en un día. De esta forma, existe la

certeza casi absoluta de que los valores máximos de cada año son independientes y no

pertenecen al mismo episodio de lluvias (serie anual).

El resultado más práctico de la caracterización se refleja en unos mapas de

isolíneas de precipitación máxima diaria para diferentes períodos de retorno, en los que

se observa que las líneas de igual precipitación extrema (isomáximas) se asemejan a la

altimetría mientras siguen otras tendencias debidas a las características de los flujos de

humedad, efectos barrera, etc…

La forma óptima de abordar la caracterización pluviométrica de la zona en estudio

es realizando un análisis dregional de la pluviometría utilizando la información disponible

de pluviógrafos y pluviómetros en un amplio entorno que permita detectar las tendencias

de variación de la precipitación en el área cubierta por el estudio, descartar los datos no

representativos y, como consecuencia, estimar con la máxima fiabilidad la precipitación

en las cuencas hidrográficas para diversos períodos de retorno.

Para la obtención de los valores de precipitación en cada punto específico del

territorio, se efctúa el ajuste de las series de precipitaciones máximas diarias a

distribuciones extremales (Gumbel, SQRT, …) con el objeto de adaptar para cada serie

temporal un modelo estadístico válido y así extrapolar las precipitaciones a los períodos

de retorno que requiere el cálculo de los caudales de avenida. Finalmente, las

precipitaciones obtenidas en el ajuste estadístico se presentan en un gráfico para obtener

los mapas de isoyetas de máximas precipitaciones diarias (isomáximas) que dan sentido

espacial al conjunto de valores y que permiten leer directamente la precipitación de

proyecto en cada punto del territorio para un determinado período de retorno en cada

cuenca hidrográfica a analizar.

El Consell de Mallorca ha publicado en su página web unos mapas de la isla, de

isoyetas máximas diarias para diferentes períodos de retorno realizados por la Dirección

General de Recursos Hídricos de Baleares (DGRH). Dichos gráficos aparecen como

apéndice al final del anejo.

Confrontando estos valores con los que se obtienen para la zona de estudio en la

publicación “Isolíneas de precipitaciones máximas previsibles en un día” de la Dirección

General de Carreteras, MOPU 1978, se observa que los estimados partiendo de las

obtenidas de la DGRH son mayores, por lo que a falta de datos pluviográficos de la zona

y por proceder de un estudio más reciente, com mayor número de datos disponibles y

que se sitúa del lado de la seguridad, se aplicarán los valores en ellos reflejados.

4. ESTUDIO HIDROLÓGICO

Delimitación de las cuencas interceptadas por el trazado



Para la delimitación de las cuencas se ha utilizado la cartografía 1:5000 del Servei

d’Informació Territorial de les Illes Balears (SITIBSA), proporcionada por el Consell de

Mallorca, obtenida a partir de un vuelo fotogramétrico digital a color de la isla de Mallorca

del año 2006.

4.1. PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

El objeto del estudio hidrológico consiste en obtener el caudal que sirva de base

para el dimensionamiento de la obra de drenaje que se deberá disponer para garantizar

el correcto drenaje de la zona donde se asienta la carretera y evitar en lo posible efectos

rebosaderos.

Para la determinación del caudal de referencia se han seguido los criterios de la

Instrucción 5.2 – IC y, en particular, su artículo 1.3 (Tablas 1-2) que fija los períodos de

retorno mínimos siguientes para una IMD alta.

En consecuencia todo el estudio estará asociado a avenidas que tengan un

período de retorno de 25 años.

De acuerdo con la tabla 1-2 de la Instrucción 5.2-IC, Drenaje Superficial, el

período de retorno que se utilizará para el cálculo de los caudales relativos al drenaje

transversal será de 100 años, período incluido en el rango establecido por el vigente Plan

Hidrológico de las Islas Baleares para zonas urbanas.

Para caracterizar las tormentas y la precipitación en las cuencas se utilizan los

datos obtenidos de los mapas de isolíneas de precipitaciones máximas diarias de la

Dirección General de Recursos Hídricos, tal como se ha comentado con anterioridad.

Periodo de retorno

Para la determinación de los caudales de referencia para el diseño de las obras

de drenaje transversal se han seguido los criterios de la Instrucción 5.2-IC y, en

particular, su artículo 1.3 (Tablas 1-2), que fija los periodos de retorno mínimos siguientes

para una IMD alta.

10 años: Necesidad de revestimiento de caces y cunetas. Comprobación de que

no se alteran sustancialmente las condiciones de desagüe del cauce correspondiente a

una obra de drenaje transversal.

25 años: Dimensionamiento de los elementos de drenaje superficial de la

plataforma y márgenes.



50 años: Dimensionamiento de pasos inferiores con dificultades para desaguar

por gravedad.

100 años: Dimensionamiento de obras de drenaje transversal. El informe de la

Direcció General de Recursos Hídrics determina que el período de retorno a considerar

para el dimensionamiento de las obras de drenaje transversal sea de 200 años.

500 años: Comprobación de las condiciones de desagüe de obras de drenaje

transversal donde haya posibilidad de daños catastróficos. Comprobación de la erosión

en apoyos de puentes con cimientos difíciles o costosos.

Intensidad horaria de la precipitación

Id = Pd / 24

Intensidad horaria de la precipitación

El valor de la razón I1/Id (Fig. 2.2 de la Instrucción 5.2-IC) está entre 11 y 12, o

bien seguir el criterio de DGRH y adoptar un valor más realista (12,5) , que ha

demostrado ser más correcto en su aplicación a las Islas Baleares. Teniendo en cuenta

que Id es igual a Pd/24, la fórmula del artículo 2.3 de la Instrucción queda:

24=

PI 1-28

t-28

d

t 0,1

0,10,1

·5,12 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

siendo:

It (mm/h) la intensidad media de la precipitación correspondiente al periodo

de retorno considerado y a una duración igual a t.

Pd (mm) la precipitación total diaria correspondiente al periodo de retorno

considerado.

t (h) la duración del aguacero, que se toma igual al tiempo de

concentración de la cuenca.

Tiempo de concentración

Se ha utilizado la fórmula del artículo 2.4 de la Instrucción 5.2-IC, en función de la

longitud y pendiente media del cauce principal de cada cuenca:

T = 0,3 LJ

0,76

⋅ ⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

⎡

⎣⎢⎢

⎤

⎦⎥⎥0 25,

siendo:

L (km) la longitud del cauce principal

J (m/m) su pendiente media

Escorrentía

El coeficiente de escorrentía de cada cuenca a la que se ha aplicado el método

hidrometeorológico está dado por la fórmula del artículo 2.5 de la Instrucción 5.2-IC:

C =

PP

-1 PP

+ 23

PP

+11

d

0

d

02

d

0

⎛⎝⎜

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⎡

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⎦⎥ ⋅

⎛⎝⎜

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⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

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⎞⎠⎟

⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

siendo:

C el coeficiente de escorrentía



Pd (mm) la precipitación máxima en 24 horas correspondiente al periodo de

retorno de cálculo considerado.

Po (mm) el umbral de escorrentía. Se ha estimado según la tabla 2-1 de la

Instrucción 5.2-IC.

Para el cálculo del coeficiente de escorrentía aplicando el método de la Instrucción

5.2-IC, el valor de Pd se obtendrá directamente a partir de los mapas de isolíneas.

Para la determinación del umbral de escorrentía hay que clasificar los terrenos por

la pendiente que tienen, por el uso que se da al suelo, por sus condiciones hidrológicas y

por el tipo de suelo.

Caudal de referencia

Se ha aplicado la fórmula del método hidrometeorológico del artículo 2.2 de la

Instrucción 5.2-IC:

k3

IAC=Q t ⋅⋅⋅

6,

en la que:

Q (m3/s): es el caudal punta de referencia correspondiente a un periodo de retorno

(en el caso que nos ocupa, 25 años).

C: es el coeficiente medio de escorrentía de la cuenca. Define la proporción de

agua de lluvia que corre por la superficie.

A (km2): es la superficie de la cuenca.

El valor medio areal de la cuenca debe afectarse por un factor reductor de la lluvia

diaria, función de su área. Corrige el hecho de que la distribución de la precipitación no se

produce de manera simultánea en toda la cuenca.

Ka = 1 si A<1km2

Ka= 1-(logA/15) si 1km2<A<3.000 km2

It (mm/h): es la máxima intensidad media de precipitación correspondiente al

periodo de retorno considerado y a un intervalo igual al tiempo de concentración.

K: es el coeficiente de uniformidad. Corrige el error introducido al considerar que

la escorrentía se reparte uniformemente durante el tiempo de concentración

1.

.

Donde t es el tiempo de concentración



4.2. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LAS CUENCAS

Cuenca Superficie

(Ha) Coef. Reductor

Ka Longitud

(km)

Cotas (m) Desnivel

Pendiente media J (m/m)

Tiempo de concentración (h)

Coef. Uniformidad K

Máxima Mínima

C-1 110,48 1 0,225 10,14 5,30 4,84 0,0215 0,20 1,01



4.3. PRECIPITACIÓN DE CÁLCULO

Como ya se ha indicado, para el cálculo de la precipitación total a aplicar a la

cuenca se ha partido de los valores reflejados en los mapas de solíneas máximas diarias

de la DGRH correspondientes a un período de retorno de 25 años.

Cuando la amplitud de las cuencas hace que su área englobe varias isolíneas de

precipitaciones máximas se estima un valor medio.

Los valores de precipitación que se han obtenido para la cuenca son las que se

adjuntan a continuación

Precipitaciones máximas previsibles según mapas de isolíneas

Cuenca Pd (T=25 años)

C-1 130

4.4. CARACTERIZACIÓN DE LA VEGETACIÓN Y USOS DEL SUELO. UMBRAL DE ESCORRENTÍA

La escorrentía superficial es el agua procedente de la lluvia que circula por la

superficie y se concentra en los cauces. Representa, por tanto, el resto de lluvia que

queda en la superficie después de descontar los fenómenos de evaporación,

evapotranspiración, almacenamiento e infiltración a las capas inferiores.

El coeficiente de escorrentía C define la proporción de la componente superficial

de la precipitación de intensidad I y depende del cociente entre la precipitación diaria Pd

correspondiente al período de retorno y el umbral de escorrentía P0 a partir del cual ésta

se inicia.

La formulación que se recoge en la Instrucción 5.2-IC está basada en el método

del número de curva índice del U.S. Soil Conservation Service (EEUU), que cuantifica las

pérdidas de una cuenca en función del tipo de uso del suelo (bosque, pastizal, terreno de

cultivo, etc…), tipo de tratamiento agrícola, condiciones hidráulicas del terreno (pobres,

medias, buenas) y antecedentes hidrológicos (humedad previa).

El valor del umbral de escorrentía P0 define la precipitación total por debajo de la

cual no se produce escorrentía. En las tablas 2-1 y 2-2 de la 5.2-IC aparecen valores

iniciales del umbral de escorrentía, y para obtener el valor definitivo se tiene que

multiplicar por el coeficiente corrector que determina la figura 2-5. Este coeficiente refleja

la variación regional de la humedad habitual en el suelo al comienzo de aguaceros

significativos e incluye una mayoración para evitar sobrevaloraciones del caudal de

referencia producidas por el propio método de cálculo.

La caracterización de la vegetación y los usos del suelo (zonas rústicas) se

ha obtenido del Sistema de Información Geográfico de datos agrarios

(SIGA), del Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino.

La escorrentía de los viales, estimamos que será del 100 %, ya que

estarán pavimentados. Es decir, el coeficiente de escorrentía sería 1.

La escorrentía de las superficies ocupadas por edificaciones unifamiliares,

consideramos que sea del 30 %, es decir el coeficiente de escorrentía

sería 0,30.

A continuación se incluye una tabla resumen de los cálculos realizados para la

determinación del umbral de escorrentía para nuestra cuenca.



Cuenca

Suelo tipo

Uso de la tierra

Pendiente P0 (mm)

P0 corregido

(mm)

Coeficiente (3)

Frutales Msaico cultivos anuales

con prados o regadía

(R/N)

Cultivos en hilera Zonas de

construcción

B / C P0= 42 / 22 P0=25 (<3%) / 23 (≥3%)

P0=16 (<3%) / 14 (≥3%)

P0=19 (<3%) / 16 (≥3%)

P0=14 (<3%) / 11 (≥3%)

P0=14 / 8

C-1 50 % - 50 % 45 % 30 % / 10 % 5 % / 5% 5 % <3 % 24,45 73,35



4.5. CÁLCULO DE CAUDALES

La fórmula que determina el caudal de referencia Q en el punto en el que desagua

una cuenca, como se ha indicado anteriormente, es la siguiente:

k3

IAC=Q t ⋅⋅⋅

6, , donde a la superficie se le aplica un coeficiente corrector:

Ka = 1 si A<1km2

Ka= 1-(logA/15) si 1km2<A<3.000 km2

En apartados anteriores ya se han determinado todas las variables que

intervienen en esta expresión, por lo que a continuación se incluye únicamente la tabla

para la cuenca estudiada que resume los resultados obtenidos.

Cuenca Superficie (Km2) It (mm/h) C K Ka Q (m3/s)

C-1 0,11 186,0 0,12 1,01 1 0,627



4.6. DRENAJE LONGITUDINAL

El sistema de drenaje longitudinal tiene como objetivo la recogida de las aguas de

escorrentía de la propia calzada, así como de los márgenes laterales de las cuencas que

drenan hacia esta.

El sistema se basa en una primera recogida transversal, mediante imbornales

rejilla transversal en la carretera Ma-4027 para intercepción de las aguas procedentes de

este vial.

A continuación un drenaje longitudinal, mediante tubo de PVC 630 mm

(comprobado mediante cálculo), hasta su vertido al mar (es necesario solicitar permiso a

Costas, ya que se invade el Dominio Público Marítimo Terrestre).

Además cada 25 metros se plantean la ejecución de una red de imbornales, que

vayan recogiendo las aguas que caen en la carretera de Cala Bona, con sus conexiones

correspondientes a la red del colector principal, mediante tubo PVC 315 mm. Se adjuntan

detalles de ejecución de imbornales en planos, con areneros.

Para el dimensionamiento de estas obras de drenaje, se ha utilizado la

caracterización hidrólogica de cada cuenca y el caudal de escorrentía para un período de retorno de 25 años, ya que la Instrucción de Carreteras 5.2-IC de Drenaje Superficial

indica que este cálculo es el nivel de riesgo a adoptar para el drenaje longitudinal.

4.6.1. Caudales de diseño.

Cálculo del caudal con la Instrucción 5.2-IC (MOPU, 1990) y según FERRER (1993)

CUENCA

DatosL= 0 Km Longitud del cauce

zmax= 10 m Cota máximazmin= 5 m Cota mínima

A= 0,1 Km² SuperficiePd= 130 mm Precipitación diaria,P0= 73 mm Umbral de escorrentía

I1/Id= 13

CálculosS= 0,022 m/m Pendiente media

ARF= 1,06 Coeficiente reductor por áreaPd corregida= 138 mm

tc= 0,20 h Tiempo de concentraciónId= 5,42 mm/h Intensidad diaria

Id, corr= 5,76 mm/hIt= 174,9 mm/h Intensidad para el tiempo de concentración

It,corr= 186,0 mm/hC= 0,12 Coeficiente de escorrentía

C corr= 0,13K= 1,01 Coeficiente de uniformidad

Resultados FERRER Instrucción 5.2-IC (MOPU, 1990)Q= 0,76 m³/s 0,627 m³/s

Coeficiente de escorrentía P0 = 24,45 mm

Factor corrector 3. P0 = 73,35

Pd = 130 mm (correspondiente al período de retorno de 25 años)

I1 / Id = 12,5

Tiempo de concentración recomendado por la Instrucción 5 minutos

Area de calculo: 110.479,39 m2 (0,110 Km2).



Se obtiene un caudal máximo de drenaje de aguas de escorrentía sobre la plataforma de

0,627 m3 / s.

4.6.2. Comprobación hidráulica del tubo proyectado

Acudiendo a ábacos para tuberías, podemos comprobar que un tubo de 630 mm con una

pendiente del 0,5 % es capaz de evacuar un caudal de 703,0 l/s (0,703 m3/s), superior

por tanto a lo calculado.

0,703 m3/s (caudal capaz de vehicular) / 0,627 m3/s (caudal de cálculo) = 1,121. Por lo

tanto tenemos un resguardo de un 12,1 %; margen de seguridad.

Para la pendiente del 0,5 % se ha realizado un longitudinal de la zona. Partiendo de la

cota 5,03 en la zona de comienzo del colector, dando un resguardo de 1,00 m a la

tubería, y restando el diámetro del colector (0,63); tenemos que la cota de lámina de agua

del tubo en el punto inicial es:

5,03 – 1,00 – 0,63 = 3,4 m

Planteamos el vertido al mar, con un resguardo mínimo de 0,70 m, para evitar que se

acabe llenando de obstálculos, por lo tanto la cota de vertido de agua es la 0,70 m.

Como la longitud del colector es de 540,00 ml (aproximadamente), tenemos que la

pendiente longitudinal del colector es:

(3,4 – 0,70) / 538 = 2,7 / 540 = 0,5 %.

4.6.1. Capacidad de desagüe por imbornal.

Se dispondrá una red de drenaje formada por sumideros horizontales

(imbornales) dispuestos junto a bordillo de forma que recojan el caudal que, drenado

por el bombeo de la calzada y la pendiente longitudinal de la misma, será

transportado por la red longitudinal de drenaje hasta los puntos de vertido o secciones

de control estudiadas en otro apartado del Proyecto.

Atendiendo a lo dispuesto en la Instrucción 5.2-IC “Drenaje Superficial”, la

capacidad de desagüe de un sumidero horizontal viene dada por la fórmula:

Q (l/sg) = P * H 3/2 / 60

Donde

H (cm) = profundidad del agua desde el borde inferior de la abertura.

P (cm) = perímetro exterior de la rejilla desprovista de barras.

Entonces, suponiendo, para sumideros de medida nominal 50x70 cm (P = 140

cm), tenemos:

Q = 140 x H 3/2 / 60 (l / sg)

Si H = 5 cm, es decir, dejamos la mitad de la altura del bordillo como calado de

seguridad , tenemos que el caudal absobible por cada imbornal es:

Q = 26,08 l/sg

Cálculo de la distancia entre imbornales.

Suponiendo una distribución uniforme de la lluvia, tenemos que, para el vial, existe

un caudal a evacuar por unidad de longitud del mismo, según la tabla adjunta

Tramo Longitud ml

Caudal total m3/sg

Caudal/100 ml lt/sg

Nº Imbornales / 100 ML por

cálculo

Nº Imbornales / 100 ml

adoptados

Distancia entre imbornales (ambos

lados vial) ml

Calle Pintor Vives

400 0.76 0.19 7,28 8,00 25,00



Apéndice 1.- Mapas de isoyetas de precipitación máxima diaria



Apéndice 2.- Plano de cuenca

anejo hidrologÍa y drenaje - sonservera.es · período de retorno que se utilizará para el...

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