Soutenance mémoire
Caractérisation géotechnique locale
Sur la base des données stratigraphiques et des résultats des essais géotechniques réalisés in-situ et en laboratoire, il a été possible d’identifier les unités géotechniques pour le calcul géotechnique et tracer des possible limites entre eux.
Les unités géotechniques dans ce cas s’identifies plus ou moins avec l’unité géologique illustrés au paragraphe.
Du haut vers le bas on retrouve : CA – P3 : une alternance de cailloux, graviers et grès calcaire (Ug9b), d’un côté, et marnes argileuses (Ug9a) de l’autre.
P4 – CB : calcaire dolomitique et/ou marneuse, avec cailloux et passages gréseux au toit (Ug8).
Le tableau ci-dessous donne évidence de la variabilité des paramètres géotechniques selon les résultats des essais in-situ et de laboratoire.
En raison des conditions du sous-sol attendues sur la base du modèle géologique géotechnique il est prévu d’adopter des fondations sur pieux et de fondations directes.
En particulier les piles P1, P2, P4 et le deux culées CA et CB sont prévues sur fondation directe, le pile P3 est prévues sur pieux.
Fondations sur pieux
Les fondations du le pile P3 seront constituées par des pieux forés de diamètre d=1200mm, Rigidement connectés à une semelle de fondation. La semelle aura une épaisseur de 3.5m e Reposent sur 16 pieux disposés 4×4 avec les dimensions en plan Ls = Bs = 15.6m.
La géométrie de la fondation prévoit :
Espacement inter-axe pour les pieux 4.4m.
Distance des pieux extérieurs au bord de la semelle 0.5d.
Pré dimensionnement des poutres
Les poutres sont fabriquées sur mesure par soudage.
La poutre prend le nom de poutre reconstituée soudée (PRS) constitué par un plat verticale appelé âme pleine et des plats horizontaux appelés semelles disposées à la partie supérieure et à la partie inférieure de l‘âme et fixé sur celle–ci par des cordons de soudure d’angle.
Le choix des semelles dépend de la largeur pour assurer leur stabilité de la construction. L’âme est relativement de faible épaisseur car elles ’n’apportent pas une contribution efficace dans la résistance à la traction.
Evaluation des surcharges ferroviaires
Les actions ferroviaires sont définies au moyen de deux modèles de chargements ferroviaires, l’un pour représenter le trafic normal sur les grandes lignes (modèle de charge UIC 71) et l’autre pour représenter les charges anormales lourdes (modèle de charge SW).
Dans le cadre des ouvrages d’art non courants étudiés, les actions dues aux circulations de tram train à considérer sont :
Les charges verticales, les effets dynamiques, les forces d’accélération et de freinage, l’effort de lacet, les forces centrifuges et aussi considéré les charges de superstructures.
Les charges verticales
Puisqu’il s’agit d’une ligne a double voie, les actions du trafic ferroviaire sont appliquées en supposant que deux trains-type pourront charger toutes les deux voies, donc le dimensionnement des ouvrages entraine les suivantes Modèles de charge.
Modèle de charge LM71 (α=1.0)
Le modèle de charge 71 représente l’effet statique du chargement vertical du a trafic ferroviaire standard. La disposition et les valeurs caractéristiques des charges verticales doivent être celles de la figure.
Les effets dynamiques
La circulation des trains en vitesse sur les ponts rail modifie sensiblement, souvent en amplifiant les sollicitations et déformations qu’ils subiraient si les trains étaient à l’arrêt dans la position le plus défavorable. Ceci résulte des effets suivants :
• La rapidité de mise en charge due à la vitesse de trafic sur l’ouvrage et les effets d’inertie de l’ouvrage qui ne sont pas pris en compte dans les calculs statiques.
• Les variations des charges de roue résultant des irrégularités des voies ou des roues, ainsi qu’à la déformation du tablier.
• L’action d’une succession de charges mobiles, espacées de façon sensiblement régulière, pouvant, dans certains cas, conduire à la mise en résonance de la structure, lorsqu’une fréquence d’excitation est en concordance avec une fréquence propre de la structure et que l’excitation est de durée suffisante.
Dans ce cas, les déformations et les accélérations de la structure augmentent rapidement, particulièrement pour de faibles valeurs de son taux d’amortissement.
Pour un pont, les fréquences propres d’un élément sont celles correspondant à la déformé sous actions permanentes.
• Pour les calculs de structure (contraintes, flèche, etc.…), ces effets doivent être pris en compte, car ils peuvent provoquer :
– La perte du contact rail /roue,
– Une déstabilisation de la voie,
– Des contraintes excessives dans le rail,
– Des efforts ou déformations excessifs dans le tablier.
• Dans la majorité des cas, ces effets dynamiques sont pris en compte au moyen du coefficient ϕ2 défini, pour une voie soigneusement entretenue, avec :
Action du vent
Le vent est un facteur qui est très important lors de la construction d’un pont est donc à prendre en compte durant la conception du pont.
Le vent souffle horizontalement dans une direction normale à l’axe longitudinal de la chaussée, la répartition des pressions exercées par celui-ci dépend de la forme et des dimensions de l’ouvrage. Le vent limite la longueur des ponts car certains types de ponts tels que les ponts suspendus sont sensibles au vent.
On dit que les oscillations peuvent se faire à une ou deux dimensions :
-Si les oscillations se font à une dimension, seule la force de portance est en action, elles se font donc à la verticale.
-Si les oscillations se font à deux dimensions, les forces de traînées et de portance agissent sur le tablier qui se déplace donc en longueur et en largeur.
En général, la valeur représentative de la pression dynamique du vent est égale à 2 KN/m² (selon le règlement RCPR).
P =2 KN/𝑚2 pour les ouvrages en service.
P =1,25 KN/𝑚2 pour les ouvrages en cours de construction.
Température : la partie nord-ouest de l’Algérie ou se situe notre ouvrage possède un climat méditerranéen avec des étés chauds et secs mais avec des hivers doux et pluvieux.
Fatigue
La fatigue est un processus qui sous l’action de contraintes ou déformations variables dans le temps modifie les propriétés locales d’un matériau.
Ces dernières peuvent entraîner la formation de fissures et éventuellement la rupture de la structure.
La fatigue est notamment caractérisée par une étendue de variation de contrainte qui peut être bien inférieure à la limite d’élasticité du matériau.
Fluage
Le fluage du béton est une déformation différée supplémentaire à la déformation élastique provoquée par l’application d’un chargement à une pièce en béton.
Dans l’étude des déformations différées du béton, les chercheurs ont pris l’habitude de distinguer le retrait du béton se produisant sans application d’un chargement, du fluage du béton, déformation différée complémentaire à la déformation de retrait et se produisant sous l’action d’une charge. Ils font l’hypothèse que le fluage est indépendant du retrait.
Action Séismique
Les mouvements sismiques qui intéressent l’ingénieur sont ceux qui se produisent à la surface du sol. Ils se manifestent principalement par des ondes vibratoires qui se propagent dans les terrains. Dans certains cas, l’action du mouvement sismique du sol provoque des désordres importants : tassements, effondrement locaux, liquéfaction des sols, etc…
Combinaison des composantes des actions sismiques
La combinaison des forces sismiques orthogonales est employée pour tenir compte de l’incertitude directionnelle du séisme, l’effet probable de l’action maximale E, du l’apparition simultanée des actions sismiques le long des axes horizontaux X et Y et l’axe vertical Z, peut être estimé, à partir des effets d’actions maximales 𝐸𝑥 , 𝐸𝑦𝑒𝑡 𝐸𝑧 dus à l’action sismique indépendante le long de chaque axe, comme suit : Les effets des différents composants du mouvement d’ensemble sont combinés de la manière suivante :
MODELISATIONS ET INTERPRETATIONS DES RESULTATS
Introduction
La modélisation est la représentation d’un système par un autre, plus facile à appréhender.
Il peut s’agir d’un système mathématique ou physique. Le modèle sera alors numérique ou analogique.
La modélisation numérique
La modélisation numérique consiste à construire un ensemble de fonctions mathématiques décrivant le phénomène. En modifiant les variables de départ, on peut ainsi prédire les modifications du système physique.
La modélisation analogique
La modélisation analogique consiste à construire un système physique qui reproduit plus ou moins un phénomène que l’on souhaite étudier.
La conception d’un système informatique est organisée dans une architecture de modélisation qui prévoit plusieurs visions du même problème pour aider à trouver une solution acceptable.
La cohérence entre les différentes vues du système est importante, chaque vue ciblant des catégories différentes d’intervenants ayant des besoins différents.
La modélisation a pour objectif d’élaborer un modèle capable de décrire d’une manière approchée le fonctionnement de l’ouvrage sous différentes conditions.
Cette démarche de modélisation par la méthode des éléments finis (MEF) ne permet généralement l’économie de temps, et met en évidence la maîtrise de trois domaines des sciences de l’ingénieur : La mécanique des milieux continus (MMC), la rhéologie des matériaux et le calcul numérique par ordinateur. La (MMC) apporte une cadre mathématique et physique en assimilant la matière à un milieu continu, et permet à définir les notions de déformations, de contrainte et de la loi de comportement. La rhéologie permet par l’étude expérimentale des matériaux, de formuler et de valider une description du comportement d’un échantillon du volume représentatif.
Logiciel de calcul
Avec la diversité des logiciels disponibles dans le monde de génie civil, on a adopté à travailler avec le Sap2000v14, qui nous permettra un passage fiable de l’état physique à l’état numérique.
SAP 2000 est un logiciel de calcul des structures d’ingénieur particulièrement adapté aux ouvrages de génie civil. C’est un logiciel qui permet le calcul des efforts internes dans une structure et qui utilise le principe des éléments finis.
Il offre de nombreuses possibilités d’analyse des efforts statiques et dynamiques avec des compliments de vérification des structures en béton armé, charpente métallique.
Le logiciel permet d’effectuer les étapes de modélisation (définition de la géométrie, conditions aux
limites, chargement de la structure, etc.…) De façon totalement graphique, numérique ou combinée, en utilisant les innombrables outils disponibles.
Modélisation
Notre ouvrage est isostatique avec 6 travées indépendantes, on étudiera une seule travée (Une dalle de 40cm d’épaisseur avec 2 poutres en PRS).
Le choix de type de tablier
Le tablier est défini par la description « Layout Line » représenté dans le tableau de la fenêtre précédente, et dans laquelle on fait entrer la valeur initial et final de toute longueur du tablier.
L’étape qui suit, est de définir les caractéristiques des matériaux nécessaires pour l’étude, en choisissant la description « Matérials » et par suit on définit les propriétés des sections du tablier pour
Cela on passe par « frame section », on fait entrer le dimensionnement de chaque élément. La description « Deck Section » nous permet de choisir le type du tablier, par entrant les valeurs des dimensions de ces derniers.
Définition des charges et combinaisons de charges
Pour bien analyser le tablier, on a besoin des combinaisons dans l’Etat Limite Ultime (ELU) et autres dans l’Etat limite de Service (ELS), et les Combinaison des actions sismique, et pour les définir on doit passer d’abord par la notation des chargements nécessaire dans l’étude, calculé dans le Chapitre précédent.Pour cela, on choisit la description « Load Pattern Définitions » du tableau indiqué dans la figure (4.3) et ajouter à chaque fois la charge et son type en cliquant sur « Add New LoadPattern », représenté comme suit :
La modélisation dans le cas dynamique
Les mêmes étapes que la statique passant par « Bridge Wizard » de la tâche « Bridge ». On définit les piles et les chevêtres comme un élément « Frame ». Après on définit les matériaux et les propriétés de chaque section (pile, chevêtre, poutre en I). Après on change la longueur totale du tablier sous-tache « layout lines » par 230 m. Ensuite on définit les piles par la sous-tache « Bents », sachons qu’on a 5 piles de différentes hauteurs de 4 futs intermédiaires, donc on ajoute 5 Bents de mêmes dimensions.
Notre pont comporte un appareil d’appuis se trouvent au niveau des chevêtres pour chaque pile et chaque culée. Pour cela, on donne deux « Bearings » fixe et mobile donc les rigidités sont différentes, et pour faire entrer leurs valeur dans le logiciel SAP, on passe par la description « Bearing » → « Add New Bridge Bearing ».
Les étapes pour les définir sont pareils qu’avant. L’étude dynamique comporte uniquement les combinaisons sismiques, et pour cette raison on doit définir les spectres de réponses horizontal et vertical comme suit :
Vérification au déversement
La semelle est solidairement connectée à la dalle en béton par des connecteurs ductiles de type goujons et les poutres sont entretoisés par des profilés normalisés du type HE 1000 B. On peut dire donc qu’il n’y a pas de risque de déversement des poutres métalliques.
Calcul de la section mixte
Hypothèse de calcul d’une section mixte
Avant d’aborder le calcul d’une section mixte, il est nécessaire d’étudier qualitativement le comportement sous l’action des efforts qui lui sont appliquées, pour cela nous supposerons que les deux hypothèses suivantes sont vérifiées : La liaison entre l’acier et le béton est supposée rigide, tout déplacement entre les deux matériaux est rendu impossible par la présence des organes de liaisons appelées « Connecteurs ».
L’acier et le béton sont supposés être des matériaux élastiques, ils obéissent donc à la loi de Hook, la variation relative de la longueur.
Les effets sur la poutre mixte des sollicitations internes de la section
L’emploi de deux matériaux de caractéristiques mécaniques différentes de manière continue fait naître un état de contrainte auto- équilibré dans chaque section, ces sollicitations sont provoquées par les deux facteurs suivants :
Le retrait du béton.
Une différence de température entre l’acier et le béton.
Effets du retrait
Le béton de la poutre mixte ne peut pas effectuer librement son retrait, car la dalle est liée rigidement à la structure métallique, ce raccourcissement empêche le béton a engendré un état de contrainte interne dans la section mixte.
Hypothèse de calcul :
1. Nous considérons une poutre à inertie constante.
2. Dans notre cas c’est une poutre mixte simple.
3. n = 15 (coefficient d’équivalence) du fait de la faible participation de la dalle.
Calcul de la dalle
Introduction
L’hourdis est une dalle en béton armé. Cette couche est destinée à recevoir la couche de roulement (revêtement, chape d’étanchéité), les surcharges ferroviaires, à transmettre ces derniers aux poutres,
L’hourdis a un rôle d’entretoisement, et assure la répartition transversale des efforts.
En suppose que le pont est rigidement entretoisé ça veut dire que dans une section transversale, les poutres restant dans un même plan et les moments correspondants seront données par l’effort local (flexion locale).
Les connecteurs
Les connecteurs sont les organes qui assurent cette liaison acier-béton. Ils doivent empêcher le glissement des deux matériaux à leur contact ainsi que leur soulèvement relatif.
La fonction des connecteurs, répartis le long de l’interface acier/béton d’une poutre mixte et généralement associés à des armatures transversales, est de transmettre en sécurité les efforts de cisaillement longitudinal entre le profilé métallique et la dalle.
Dans cette fonction, il convient de négliger toute contribution éventuelle qui viendrait de l’adhérence (comprise au sens physico-chimique) dans la mesure où elle ne peut être ni quantifiée aisément, ni fiable.
Le choix du connecteur
Le choix est porté sur des connecteurs de type goujons, car c’est le plus fréquemment utilisé. Il s’agit de connecteurs souples constitués d’une tige cylindrique de faible diamètre soudée sur la membrure supérieure de la poutre avec un pistolet électrique (soudage par résistance).
La tête du goujon permet d’empêcher l’arrachement et le soulèvement de la dalle de béton.
ETUDE DE L’INFRASTRUCTURE
Introduction générale
Ce chapitre est consacré à l’étude de l’infrastructure de l’ouvrage. Cette partie consiste à étudier les équipements, les piles, les culées ainsi que leurs fondations.
Etude des équipements
Introduction
Les principaux équipements des ponts sont les appareils d’appuis et les joints de chaussée.
Les appareils d’appuis
Les poutres des tabliers ne reposent jamais directement sur la maçonnerie des appuis (culées ou piles).
Elles reposent par l’intermédiaire d’appareils appelés « appareils appuis » qui interviennent directement dans le fonctionnement de la structure.
Placés entre le tablier et les appuis, leur rôle est de transmettre les actions verticales dues à la charge permanente et aux charges d’exploitation (charges routières ou ferroviaires) et de permettre les mouvements de rotation (effets des charges d’exploitation et des déformations différées du béton).
Dans notre projet on utilise des appareils d’appuis glissant. Ces derniers sont constitués de dispositifs de support structurel avec un disque d’élastomère confiné. Les rotations autour de tout axe horizontal sont assurées par la déformabilité d’un disque, ou palier, élastomère non armé, confiné dans une base en acier monolithique (cup).
L’élastomère se comporte comme un fluide qui, soumis à une pression triaxiale, offre une faible résistance aux déformations et une rigidité verticale élevée simultanée, en plus des charges de compression verticales, les Vasoflon peuvent transférer des forces et / ou permettre le glissement dans une ou plusieurs directions du plan horizontal selon les différents types.
Dans les supports de type mobile, les mouvements de translation sont obtenus par le glissement mutuel de deux surfaces planes en contact, l’une en acier inoxydable, l’autre en PTFE.
Joints de dilatation
La fonction d’un joint de pont rail est, comme pour les joints des ponts routes, de permettre la dilatation du pont, avec néanmoins la nécessité impérative de tenir compte de l’armement de la voie et d’assurer la continuité du chemin de roulement.
Pour les ponts plus récents, en général à pose de voie ballastée, la conception du joint de tablier dépend de la longueur dilatable de ce tablier.
En fonction de la longueur dilatable des tabliers et de la nature de ces derniers, il est fait usage de différents types de joints dont certains peuvent permettre également la coupure du ballast.
Les joints les plus simples réalisés à partir de simple porte-à-faux du tablier sur le mur garde grève permettent la dilatation, pour les longueurs les plus faibles, du tablier vers le remblai (Figure VI-8).
Sur des ouvrages plus anciens, de simples tôles peuvent faire la liaison entre le tablier et le muret d’about. Pour des longueurs plus importantes, il est fait usage de joints sous ballast (Figures VI-8a et VI-8b). Différents modèles de joints de ce type sont également utilisés en cas de pose de voie directe sans ballast.
Enfin, pour des viaducs de longueurs importantes, il est fait usage de joints coupe ballast. Ces joints très spécifiques se situent au droit des joints de dilatation de la voie. Il est bien sûr souhaitable que la zone de joint ne soit pas un point de passage privilégié de l’eau.
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Table des matières
Dédicaces
Remerciements
Résume
Abstract
ملخص
Table des matières
Liste des Tableaux
Liste des Figures
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I: GENERALITE
I.1. Introduction
I. 2. Définition d’un pont
I. 3. Historiques des ponts
I. 4. Différentes formes des ponts
I. 5. Types des ponts
I. 6. Parties d’un pont
I. 7. Classification des ponts
I. 8. Les ponts mixtes
I. 8. 1. Définition
I. 8. 2. Ouvrages mixtes à poutres
I. 8. 3. Ouvrages mixtes en caisson
I. 8. 4. Ouvrages mixtes ferroviaires
I. 8. 5. Connexion dalle – poutres dans les ponts mixtes
I. 8. 6. Avantage de la construction mixte
I. 9. Conclusion
CHAPITRE II: PRESENTATION DE L’OUVRAGE
II.1. Conception générale
II. 2. Rapport géotechnique
II. 3. Caractérisation géotechnique locale
II. 4. Dimonensinement géotechnique des fondations
II. 5. Typologie et géométrie de fondations
II. 6. Normes de référence
II. 7. Les actions naturelles susceptibles de solliciter un pont
II. 8. Classification des ponts
II. 9. Classification des zones sismiques
II. 10. Caractéristique des matériaux
II. 10. 1. Le béton
II. 10. 2. Acier
II. 11. Le Bipoutre
II. 11. Conclusion
Chapitre III: PREDIMENSIONNEMENT ET EVALUATIONS DES CHARGE
III. 1. Introduction
III. 2. Caractéristique des matériaux
III. 3. Predimensionnement du tablier
III. 3. 1. Largeur de tablier
III. 3. 2. L’épaisseur de la dalle
III. 3. 3. Pré dimensionnement des poutres
III. 3. 4. Caractéristiques Poutres principales
III. 4. Evaluation des charges permanentes
III. 5. Evaluation des surcharges ferroviaires
III. 5. 1. Les charges verticales
III. 5. 2. les effets dynamiques
III. 5. 3. Les forces d’accélération et de freinage
III. 5. 4. L’effort de lacet
III. 5. 5. Les forces centrifuges
III. 6. Action du vent
III. 7. Température
III. 8. Tassement différentiel
III. 9. Retrait
III. 10. Fatigue
III. 11. Fluage
III. 12. Action Séismique
III. 12. 1. Spectres de réponse élastique
III. 13. Définition des combinaisons
III. 13. 1. Combinaison des actions
III. 13. 2. Combinaison des composantes des actions sismiques
II 014. Conclusion
Chapitre IV: MODELISATIONS ET INTERPRETATIONS DES RESULTAT
IV.1. Introduction
IV.2. Principes de la modélisation
IV.3. Logiciel de calcul
IV.4. Modélisation
IV.4.1. Le choix de type d’ouvrage
IV. 4. 2. Le choix de type de tablier
IV. 4. 3. Dessin des éléments structuraux
IV. 4. 4. Lignes d’influences
IV. 4. 5. Définition des charges et combinaisons de charges
IV. 4. 6. La modélisation dans le cas dynamique
IV. 4. 7. Combinaison des composantes d’actions sismiques
IV.4. 8. Résultats de calcul obtenu par le logiciel
IV. 5. Conclusion
CHAPITRE V: ETUDE DU TABLIER
V. 1. Introduction
V. 2. Vérification de la section d’acier
V. 3. Calcul de la section mixte
V. 3. 1. Hypothèse de calcul d’une section mixte
V. 3. 2. calcul d’une section mixte
V. 3. 3. Caractéristique géométrique de section du béton
V. 3. 4. Caractéristique géométrique de la section d’acier
V. 3. 5. Caractéristique de la section mixte
V. 4. Les effets sur la poutre mixte des sollicitations internes de la section
V. 4. 1. Effets du retrait
V. 4. 2. Effet de la différence de température entre l’acier et le béton
V. 4. 3. Vérification de la fatigue
V. 5. Calcul de la dalle
V. 5. 1. Introduction
V. 5. 2. Les résultats numériques
V. 5. 3. Détermination de ferraillage
V.6. Les entretoises
V. 7. Les connecteurs
V. 7. 1. Le choix du connecteur
V. 7. 2. Dimensionnement d’un goujon
V. 7. 3. Espacement des connecteurs
V. 7. 4. Le nombre total des connecteurs
V. 8. Les assemblages
V. 8. 1. Introduction
V. 8. 2. Assemblage poutre-poutre avec couvre-joint
V. 9. Conclusion
CHAPITRE VI: ETUDE DE L’INFRASTRUCTURE
VI. 1. Introduction générale
VI. 2. Etude des équipements
VI. 2. 1. Introduction
VI. 2. 2. Les appareils d’appuis
VI. 2. 3. Le rôle des appareils d’appuis
VI. 2. 4. Les types des appareils d’appuis
VI. 2. 5. Dimensionnement des appareils d’appuis
VI. 2. 6. Joints de dilatation
VI. 2. 7. Evacuation des eaux
VI. 3. Etude des piles
VI. 3. 1. Introduction
VI. 3. 2. Critères de dimensionnement de la pile
VI. 3. 3. Etude du chevêtre
VI. 3. 3. 1. Ferraillage du chevêtre à la flexion
VI. 3. 4. Etude des piles
VI. 3. 4. 1. Ferraillage des piles
VI. 3. 5. Etudes des fondations
VI. 3. 5. 1. Etude de fondation (type pieux) de la pile 3
VI. 3. 5. 2. Etude de la semelle 1,2 et 5
VI. 4. Etude la culée
VI. 4. 1. Introduction
VI. 4. 2. Les différents types de culées
VI. 4. 3. Choix de type de culée
VI. 4. 4. Pré dimensionnement de la culée
VI. 4. 5. Vérification de la stabilité de la culée
VI. 4. 5. 1. Sous charges permanentes
VI. 4. 5. 2. Phase en construction avec remblai
VI. 4. 5. 3. Sous charges permanentes plus surcharges
VI. 4. 6. Calcul du ferraillage des différents éléments de la culée
VI. 4. 6. 1. Mur garde grève (M.G.G)
VI. 4. 6. 2. Mur de front
VI. 4. 6. 3. Mur en retour
VI. 4. 6. 4. Etude de la semelle
VI. 5. Conclusion
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
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