AVALIAÇÃO EXPERIMENTAL DO COMPORTAMENTO DE...

10 º Congresso Nacional

de Mecânica Exper im ent al

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AVALIAÇÃO EXPERIMENTAL DO COMPORTAMENTO DE LIGADORES METÁLICOS AO CORTE

EXPERIMENTAL STUDY OF SHEAR BEHAVIOUR OF WALL TIES

Andreia Martins Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho

Graça Vasconcelos Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho

Alfredo Campos Costa NESDE, LNEC

RESUMO

Com o objetivo de avaliar o comportamento da ligação de paredes de tijolo face à vista a

paredes de alvenaria de enchimento, foi definida uma campanha de ensaios de

caracterização experimental do comportamento de diferentes tipos de ligadores sujeitos a

diferentes configurações de carga, nomeadamente de ações monotónicas e cíclicas de

tração, compressão e corte. Neste trabalho, apresentam-se os resultados dos ensaios de

corte das ligações entre parede de tijolo face à vista e as paredes de enchimento de

alvenaria para avaliar o comportamento das ligações ao corte, que poderá ser induzido em

eventos sísmicos. A partir deste trabalho experimental foi possível: (i) avaliar a influência de

diferentes características dos ligadores, nomeadamente espessura, geometria e rigidez no

comportamento ao corte; (ii) avaliar o comportamento de um ligador que poderá ser

introduzido em situações de reabilitação através da utilização de ancoragem química e (iii)

definir o comportamento histerético dos diferentes ligadores.

Palavras-chave: Ligadores, comportamento ao corte, paredes de tijolo face à vista,

parede de alvenaria de enchimento



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ABSTRACT

In order to evaluate the behaviour of the connections of brick veneers walls to masonry infills

walls inserted in frame concrete, an experimental campaign was developed in order to

characterize different types of connectors subject to different load configurations, including

compression, tension and shear loads under monotonic and cyclic loading. In this work, the

results of the connections subjected to shear loads are presented. So, we tried to replicate

local behaviour of the connections of this constructive system, and understand the behaviour

of these connections subjected to actions in the plan of the walls due to seismic action, which

may induce shear tensions in wall ties. From this experimental work was possible: (i) to

evaluate the influence of different characteristics of connectors, including thickness,

geometry and stiffness in the shear behaviour; (Ii) to evaluate the performance of wall ties

that can be introduced in rehabilitation situations through the use of chemical anchoring; (Iii)

to define the hysteretic behaviour of different wall ties.

Keywords: Wall ties, shear behaviour, masonry veneer walls, masonry infill walls

1. INTRODUÇÃO

As paredes de alvenaria de fachada consistem em elementos construtivos que podem ser

encontrados em edifícios residenciais em diferentes regiões de Portugal e em vários países

do mundo. Este sistema é constituído por dois panos de alvenaria ligados por elementos

metálicos (conectores). A parede exterior é construída com alvenaria de tijolo face à vista,

enquanto que o sistema a que está ligada, poderá ser uma paredes de alvenaria de

enchimento ou de betão. O sistema de suportes das paredes de tijolo face à vista pode

também ser estruturas de madeira ou estruturas metálicas, muito frequentemente utilizadas

países do norte da Europa, América e Austrália.

Dependendo do sistema estrutural de suporte, as paredes de tijolo face à vista poderão ficar

sujeitas a maiores ou menores forças de inércia induzidas por sismos. Neste sentido, a

rigidez dos ligadores desempenha um papel importante na distribuição das forças na parede

(Arumala, 2007; Desai e McGinley, 2013). Tendo em conta que estas paredes têm revelado

alguma vulnerabilidade quando sujeitas a sismos recentes, nomeadamente fendilhação

diagonal e, particularmente, destacamento em relação ao sistema estrutural de suporte (A.

Martins et al., 2014), é importante analisar o desempenho do sistema a nível local e global, a

fim de compreender com detalhe o comportamento mecânico da parede de alvenaria e dos

ligadores.



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Diversos estudos tem sido desenvolvidos no âmbito da análise local das ligações da

paredes de tijolo face à vista em a sistemas estruturais de madeira (Reneckis e LaFave,

2009). Para compreender melhor o desempenho mecânico e contribuição de ligadores,

ensaios de corte monotónicos e cíclicos foram realizadas (Zisi e Bennett, 2011),

considerando uma assemblagem constituída por elementos representativos de pórticos de

madeira e de alvenaria de tijolo. Neste trabalho foram avaliados diferentes variáveis,

nomeadamente, o tipo de ligadores, a excentricidade de fixação, o método de fixação

(parafuso ou prego), a posição do ligador em relação à junta vertical da alvenaria e a

quantidade de parafusos na madeira ao longo do ligador. A partir dos resultados

experimentais obtidos, foi possível concluir que o tipo de ligador e a excentricidade de

fixação foram considerados os fatores mais importantes para o comportamento ao corte da

ligação. Resultados semelhantes foram obtidos por outros autores (Choi e LaFave, 2004);

(Reneckis e LaFave, 2009), em assemblagens e condições de carregamento comparáveis.

Adicionalmente, foram também realizados ensaios de tração e compressão a fim de

analisar a influência da espessura do ligador, posição do ligador em relação à junta vertical,

tipos de fixação do ligador (parafuso e prego), tipo de carregamento (monotónico e cíclico),

excentricidade de fixação, bem como o comprimento de embebimento do ligador na junta de

argamassa horizontal. Foi possível concluir que a espessura do ligador e excentricidade de

aplicação afetam a rigidez em tração, enquanto que o comprimento e tipo de fixação na

madeira afetaram principalmente a força de arrancamento.

Mais recentemente, foram realizados ensaios para caracterização local da ligação entre

paredes de tijolo face à vista e paredes de tijolo de furação horizontais que representam as

paredes de alvenaria de enchimento, sendo consideradas ações cíclicas e monotónicas à

compressão e tração. Para isso foram considerados seis tipos de ligadores com espessuras,

geometria e rigidez diferentes e tipos de fixação diferente (aplicados na junta de argamassa

ou no próprio tijolo através de uma ancoragem mecânica) (Andreia Martins et al., 2016a,

2016b). O principal fator que influencia o desempenho em termos de capacidade de

deformação e de resistência máxima à compressão é a espessura do ligador associado à

sua rigidez. No comportamento à tração, a geometria apresentada nas extremidades do

ligador é determinante na sua capacidade resistente, proporcionando uma aderência maior

e um comportamento mais dúctil.

No âmbito do programa experimental mencionado cujo objetivo é a caracterização do

comportamento sísmico de paredes de tijolo face à vista em edifícios de betão armado,

apresenta-se e discute-se neste trabalho os resultados obtidos em ensaios de corte para



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avaliação do comportamento mecânico de assemblagens de tijolo-ligador-tijolo e de

assemblagens simples de tijolo-ligador. Discute-se ainda com base numa análise

comparativa o desempenho de vários tipos de ligadores e suas propriedades associadas.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Materiais

Os provetes utilizados nos ensaios de corte cíclico nas ligações apresentam-se na Fig.1. Os

provetes duplos consistem na ligação de um prisma de alvenaria de tijolo de furação vertical

utilizado na construção de paredes de tijolo face à vista (TFV) a um prisma de alvenaria de

tijolo de furação horizontal representativa de alvenaria de enchimento (AE) através de

ligadores, normalmente ligadores metálicos. Foram consideradas amostras locais da ligação

assumindo os dois panos de alvenaria (provetes globais) (Fig. 1 (a)) e amostras individuais

(provetes individuais) (Fig. 1 (b)), em que o ligador está embebido em apenas um dos

prismas de alvenaria. De modo a aumentar a representatividade das amostras, só metade

das amostras de cada tipologia possuem junta vertical na construção da amostra, afetando

assim a distância entre a aplicação do ligador e a junta vertical.

(a) (b)

Fig. 1 - Esquemas representativos das amostras consideradas: (a) provetes globais e (b)

provetes individuais

As amostras foram construídas com unidades de tijolo face à vista de dimensões 237mm x

115mm x 60mm utilizando argamassa pré-doseada hidrófuga usada frequentemente na

construção de paredes de tijolo face à vista. Esta argamassa tem uma força de compressão

de 5 MPa (com um coeficiente de variação, COV de 15%) e resistência à flexão de 3 MPa

(COV de 12%). Para a alvenaria de enchimento, foram consideradas unidades de tijolo com

dimensões 300mm x 150mm x 200mm. A argamassa de assentamento pré-doseada usada

para assentar as unidades de alvenaria (M10) possui uma resistência à compressão de 6

MPa (COV de 3,41%) e uma resistência à flexão de 2,5 MPa (COV de 6%).

Foram considerados seis tipos de ligadores, como se indica na Fig. 2, sendo as

propriedades geométricas gerais indicadas na Tabela 1. Quase todos os ligadores são de



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metal inoxidável, com exceção do ligador de tipologia T6, que é composto por fibra de

basalto. Foram considerados 6 provetes para cada tipologia de ligador e para cada tipologia

de alvenaria.

Fig. 2 - Tipologias de ligadores

Tabela 1 - Resumo das principais características

dos ligadores

T1 T2 T3 T4 T5 T6

Dimensão (mm)

225 225 220 250 245 225

Espessura (mm)

6 5.5/12 3 3 8 7.5

Todos os ligadores foram colocados nas juntas de argamassa horizontais dos prismas de

alvenaria de tijolo face à vista (Fig. 3(a)). Por outro lado, todos os ligadores foram também

incorporados na argamassa de alvenaria de enchimento à exceção do ligador de tipologia

T5 (Fig. 3 (b)). O ligador de tipologia T5 foi fixado diretamente no tijolo de alvenaria de

enchimento através de ancoragem química (Fig. 3 (c)).

(a) (b) (c)

Fig. 3 - Construção dos provetes e aplicação dos ligadores: (a) na alvenaria de tijolo face à

vista; (b) na alvenaria de enchimento e (c) no tijolo, sendo o ligador de tipologia T5

O comprimento de embebimento nas amostras de tijolo face à vista, foi de cerca 60mm e de

70 mm nos tijolos de alvenaria de enchimento. No caso de ligador de tipologia T5 o

comprimento de ancoragem foi de aproximadamente 75mm no interior do tijolo.

2.2 Método de ensaio

Os ensaios foram realizados num pórtico metálico de reação associado a um sistema de

controlo e a um sistema de aquisição que permite o registo das forças e deslocamentos. A

carga corte foi aplicada por meio de um atuador hidráulico e medida através de uma célula

de carga com uma capacidade máxima de 10 kN. Nos provetes globais, o deslizamento

linear dos laços foi medido por meio de 3 LVDTs (transdutor diferencial variável linear)

ligados ao atuador, tijolos e alvenaria de tijolos de verniz, tal como se apresenta na Fig. 4



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(a). O LVDT 1 mede o deslocamento do atuador; o LVDT 2 mede o deslocamento relativo

entre o pano de alvenaria de enchimento e alvenaria de tijolo face à vista e o LVDT 3 mede

o deslocamento relativo entre a estrutura de suporte e o provete de alvenaria de

enchimento. Nos provetes individuais, Fig. 4(b), o deslizamento linear dos ligadores foi

medido através de 1 LVDT que mede o deslocamento do atuador.

Os blocos de alvenaria de enchimento e de tijolo face à vista foram confinados através da

utilização de placas de aço previamente niveladas (Fig. 4). O confinamento na direção

transversal ao deslocamento do ligador pretende simular o confinamento em situação real,

assumindo um valor entre 2% a 3% da capacidade resistente à compressão nessa mesma

direção de cada tipologia de tijolo. Nos provetes globais, o pano de alvenaria de tijolo face à

vista confinado foi ligado ao atuador de modo a que os deslocamentos fossem impostos à

ligação. Nos provetes individuais, foi utilizada uma amarra rígida de modo a fixar a

extremidade livre do ligador durante a atuação de carga. A distância livre entre a amarra e o

provete de alvenaria foi de 100mm, sendo este o valor considerado para a espessura da

cavidade de ar em termos de prática construtiva.

(a) (b)

Fig. 4 - Configuração de ensaio no caso de (a) provetes globais e (b) provetes individuais

Os testes cíclicos ao corte respeitaram a lei de deslocamento apresentada na Fig. 5, sendo

cada ciclo completado em cerca de 200 segundos, perfazendo cerca de 28 ciclos. O LVDT

usado para controlar os ensaios foi o LVDT ligado ao atuador. A repetição dos ciclos em

cada amplitude de deslocamento foi considerada para explorar a degradação da força e

rigidez. Todos os ensaios foram realizados pelo menos 28 dias após a construção da

amostra.

Fig. 5 - Lei de deslocamento adotada para os ensaios cíclicos tração-compressão



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3. RESULTADOS

3.1. Comportamento cíclico

O comportamento cíclico dos provetes foi avaliado através de diagramas médios de força-

deslocamento apresentados nas Fig. 6 e Fig. 7, para cada tipologia de ligador quer nos

provetes globais, quer nos provetes individuais de alvenaria de tijolo face à vista. Os

resultados cíclicos dos provetes individuais em que o ligador é embebido na alvenaria de

enchimento não são apresentados tendo em conta a sua semelhança com os resultados dos

outros provetes individuais. Note-se que a resistência máxima dos provetes não é atingida,

tendo-se registado o comportamento característico até um deslocamento que em condições

reais possa representar a deformação possível da parede durante um sismo.

Fig. 6 – Diagramas força vs deslocamento de cada tipo de ligador nos provetes globais

Com base nestes diagramas, foram determinados parâmetros que permitem uma análise

mais detalhada e a comparação das diferentes soluções de ligação, nomeadamente a

rigidez inicial (E) (Tabela 2) e dissipação de energia (G) (Fig. 9). A rigidez inicial foi

calculada como a rigidez secante da reta que une a origem e a força correspondente a um

deslocamento correspondente ao final do primeiro ciclo de carga, ou seja, 4mm. A energia

de dissipação para cada ciclo foi determinada através da área de um ciclo histerético, obtido

na curva força-deslocamento cíclico. A energia de dissipação acumulada foi determinada

através de soma incremental da energia de cada ciclo, tendo em conta a repetição do

ensaio para o mesmo nível de deslocamento.



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Neste tipo de ensaio, como era previsível, os diagramas médios de histerese em todos os

ligadores são aproximadamente simétricas, resultado do carregamento simétrico aplicado ao

nível do ligador. Os ligadores evidenciam um comportamento não linear muito prematuro,

uma vez que os ciclos de histerese se iniciam nos primeiros ciclos de deslocamento. Os

diagramas força-deslocamento do ligador de tipologia T2 apresenta um efeito “pinching”,

quer nos provetes globais, quer nos provetes individuais (AE ou TFV). Este comportamento

deverá estar associado à geometria e à deformação do ligador. As ligações com os

ligadores T1 e T6 apresentam um diagrama força-deslocamento semelhante, embora o

ligador T1 apresente maior resistência e tenha um comportamento consideravelmente mais

dissipativo. Um outro grupo de provetes com comportamento similar em termos de

diagramas força-deslocamento são os provetes com os ligadores T3, T4, e T5, o que se

justifica pela semelhança de geometria e rigidez do ligador. Através dos valores da rigidez

de corte nos provetes globais indicados na Tabela 2, constata-se que a rigidez dos ligadores

T3, T4 e T5 é muito semelhante a claramente inferior à rigidez das ligações com os

ligadores T1 e T2.

Tabela 2 – Valores da rigidez inicial obtidos dos provetes globais e individuais

Provetes globais

Provetes individuais

AE TFV

T1 E (kN/mm) 0,057 0,049 0,068

C.O.V (%) 20,449 18,015 12,494

T2 E (kN/mm) 0,062 0,062 0,062

C.O.V (%) 25,886 25,886 26,776

T3 E (kN/mm) 0,025 0,006 0,007

C.O.V (%) 29,707 9,897 6,718

T4 E (kN/mm) 0,025 0,007 0,007

C.O.V (%) 30,325 16,385 15,938

T5 E (kN/mm) 0,022 0,003 0,005

C.O.V (%) 28,236 22,814 20,671

T6 E (kN/mm) 0,049 0,035 0,038

C.O.V (%) 21,907 10,051 11,440

Para melhor compreender as diferenças existentes entre os comportamentos dos diferentes

provetes, foram definidas as resolventes bi-lineares da envolvente diagramas força-

deslocamento cíclicas de cada conjunto de provetes, ver Fig. 8. Em todos os provetes é de

salientar dois grupos de provetes com comportamento distintos, nomeadamente T1, T2 e T6

vs T3, T4, e T5. A comparação dos diagramas força-deslocamento obtidos nos provetes

globais e provetes individuais indica que não existem diferenças significativas nas ligações

com os ligadores T1 e T2. Os diagramas força-deslocamento obtidos nos provetes com

ligadores T3, T4, T5 e T6 nos provetes individuais são diferentes dos obtidos nos provetes



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globais: (1) a resposta cíclica é muito menos dissipativa; (2) a rigidez inicial é inferior; (3) o

comportamento cíclico não é tão simétrico, observando-se uma diminuição da resistência

para deslocamentos negativos podendo estar associado à configuração de ensaio. Porém, o

nível de força para o mesmo nível de deslocamento é muito semelhante nos ensaios em

ambas as tipologias de provetes.

Fig. 7 – Comportamento cíclico força vs deslocamento de cada tipo de ligador nos provetes

individuais nos provetes de alvenaria de tijolo face à vista

Esta diferença dos provetes globais em relação aos individuais justifica-se possivelmente

pela presença de um maior número de fatores resistentes a influenciar o comportamento da

ligação. Estes fatores relacionam-se com os tipos de argamassas e a presença de dois

blocos de alvenaria a ancorar o ligador ao contrário da existência de uma amarra

completamente rígida a fixar uma das partes do ligador no caso dos provetes individuais.

6

(a) (b)



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6

(c)

Fig. 8 – Envolvente bi-linear cíclica força vs deslocamento de cada tipo de ligador nos (a)

provetes individuais de AE, nos (b) provetes individuais de TFV e nos (c) provetes globais

Nas amostras individuais, as forças obtidas nos ensaios cíclicos dos provetes AE são muito

idênticas às forças dos provetes TFV, o que salienta que o fator primordial que contribui

para a melhoria do comportamento ao corte nas ligações é ao nível do ligador e não

essencialmente ao nível da argamassa.

Em termos de dissipação de energia, verifica-se que os ligadores T1 e T2 conduzem a

respostas ao corte mais dissipativas. No seguimento do que atrás se referiu em relação à

diferença nos diagramas força-deslocamento obtida nos provetes globais e individuais,

verifica-se que a dissipação de energia é significativamente inferior nos provetes individuais

quando os ligadores T3, T4, T5 e T6 são utilizados, ver Fig. 8.

(a) (b) (c)

Fig. 9 – Energia de dissipação acumulada para cada nível de deslocamento nos (a) provetes

globais, nos (b) provetes individuais de AE e nos (c) provetes individuais de TFV



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3.2. Modos de rotura

O modo de rotura obtido na generalidade dos casos em provetes globais e individuais nos

ensaios cíclicos, foi a deformação permanente dos ligadores crescente para deslocamentos

impostos crescentes com ligeiro arrancamento, ver Fig. 10 (a).

(a) (b) (c)

Fig. 10 – Modos de rotura verificados: (a) deformação permanente, (b) arrancamento da fixação

do ligador T5 e (c) degradação na argamassa envolvente ao ligador.

Considera-se que este dano observado nos ligadores não impede que a resistência dos

ligadores continue a aumentar como se pode verificar pelos diagramas força-deslocamento

anteriormente apresentados.

No caso do ligador de tipologia T5, ocorreu a extração total do ligador e fixação, destruindo

parte do tijolo como se pode ver na Fig. 10 (b). Este dano demonstra que a ligação do

conetor metálico ao tijolo através de bucha química é menos efetiva quando comparada com

o embebimento em junta de argamassa, uma vez que os provetes individuais com a

alvenaria TFV não se verificou qualquer tipo de rotura.

A análise dos padrões de dano das ligações permite concluir que a deformação da ligação é

governada pela deformação do ligador, sendo a interação entre o ligador e a alvenaria (junta

de argamassa) menos determinante. Assume-se então que o comprimento de embebimento

não deverá ter muita influência nos resultados do comportamento das ligações ao corte.

4. CONCLUSÕES

Neste artigo foi apresentado parte de um estudo experimental baseado em ensaios de corte

cíclico cujo objetivo consiste em simular o comportamento local de ligação entre uma parede

de tijolo face à vista e uma parede de tijolo de enchimento no caso em que existe

deslocamento relativo entre as duas paredes, como deverá ocorrer num sismo. A ligação é



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efetuada maioritariamente com ligadores metálicos. Foi discutido o comportamento ao corte

cíclico em amostras individuais e globais dependendo da configuração do provete (ligador

embebido em ambos os prismas de alvenaria ou apenas em um deles).

Em termos de desempenho das amostras sujeitas ao corte, o principal fator que influencia a

resistência e a rigidez é a espessura do ligador. Quanto menor a área da secção transversal

e mais esbelto é o ligador, menor resistência ao corte da ligação. A geometria apresentada

pelas extremidades dos ligadores, na parte em que embebida nas juntas de argamassa,

assim como o comprimento de embebimento, não influenciam significativamente a

resistência ao corte. Relativamente ao método de fixação alternativo presente nos ligadores

de tipologia T5, a ancoragem química, não foi detetada melhoria significativa no

comportamento da ligação. Os modos de rotura nos ensaios cíclicos resume-se à

deformação do varão com ligeiro arrancamento do ligador e alguma degradação visível da

argamassa. Apesar do dano registado na argamassa, verifica-se que não condiciona a

resistência da ligação para o nível dos deslocamentos estudados, mas deve ter influência na

capacidade da ligação para dissipar energia durante a deformação.

Os provetes individuais apresentaram comportamentos muito idênticos, o que justifica que o

comportamento ao corte depende primordialmente das características do ligador e não das

propriedades da argamassa. Conclui-se ainda que a tipologia de provete que melhor

representa o comportamento da ligação ao corte, consiste nos ensaios globais, dado que é

possível obter a dissipação de energia.

5. REFERÊNCIAS

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systems. J. Mater. Civ. Eng., 16(3), 202-211. Desai, N., & McGinley, W. M. (2013). A study of the out-of-plane performance of brick veneer wall

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Martins, A., Vasconcelos, G., & Costa, A. C. (2014). Comportamento sísmico de paredes de alvenaria de fachada - uma breve revisão Paper presented at the JPEE- Jornadas Portuguesas de Engenharia de Estruturas, Lisboa

Martins, A., Vasconcelos, G., & Costa, A. C. (2016a). Caracterização experimental do comportmento de ligadores em paredes de tijolo face à vista à tração e compressão Paper presented at the Sismica 2016.

Martins, A., Vasconcelos, G., & Costa, A. C. (2016b). Experimental study on the mechanical performance of steel ties for brick masonry veneers Paper presented at the 16 IBMAC, Italy.

Reneckis, D., & LaFave, J. M. (2009). Seismic Performance of Anchored Brick Veneer. (NSEL Report Series: Report No. NSEL-016), University of Illinois at Urbana-Champaign.

Zisi, N. V., & Bennett, R. M. (2011). Shear Behavior of Corrugated Tie Connections in Anchored Brick Veneer–Wood Frame Wall Systems. Journal of Materials in Civil Engineering 121-130.

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