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Escuela Politcnica de Cuenca Unidad Temtica 12Arquitectura Tcnica Leccin 47

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BLOQUE TEMTICO 3UNIDAD TEMTICA 12

LECCION 47PERFILES DE CHAPA PLEGADA

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Estructurasconperfilesligerosndice:

1. Conceptos Generales2. Perfiles Ligeros de Chapa plegada3. Mtodos de unin4. Detalles Constructivos de las uniones5. Aplicaciones Estructurales6. Normativa7.

Cables

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1. CONCEPTOS GENERALES

Los perfiles aligerados de acero son productos laminados en fro a partir dechapas galvanizadas, con espesores que varan entre 0.3 y 6 mm.

Su utilizacin est especialmente indicada para la constitucin de elementosestructurales que han de resistir cargas ligeras o moderadas, en situaciones en las que elempleo de los perfiles convencionales, laminados en caliente, resulta antieconmico.Motivo por el han adquirido un extraordinario auge, representando para el proyectistaun nuevo campo de grandes posibilidades.

En el clculo de estas estructuras se tiene que prestar especial atencin a losfenmenos de inestabilidad elstica, causa por la que no son aplicables las reglas querigen el dimensionamiento de los perfiles laminados en caliente.

A) Ventajas e inconvenientesLas ventajas de su empleo son las siguientes:

- Material econmico, consiguindose relaciones resistencia/peso msventajosas.

- Posibilidad de fabricacin en serie, y de eleccin de perfiles ms adecuadosa los fenmenos de inestabilidad, que los laminados en caliente.

- Posibilidad de elevacin del lmite de fluencia sobre el valor de partida de labanda laminada en caliente.

- Facilidad y sencillez para efectuar los enlaces de la estructura. Empleanmedios de unin poco frecuentes en la estructura metlica clsica como son:la soldadura por puntos, el remachado en fro, los remaches explosivos,las grapas, etc.

- Al tratarse de una estructura ligera, no necesita equipos de maquinariapesada y la ejecucin es rpida, incluyendo el panelizado y posteriormontaje.

- El uso de un material como el acero galvanizado, permite un mejor controlde calidad debido a la precisin con la que ste se puede conformar y laposibilidad de su reciclado aade eficiencia a este sistema constructivo.

- La planificacin de la obra es sencilla y precisa, permitiendo un mejoraprovechamiento de los recursos tanto materiales como de mano de obra,pudiendo ajustarse al presupuesto y plazo establecido.

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Gracias a los procesos de plegado en fro y al desarrollo de la soldadura automtica sepuede fabricar una variedad casi infinita de formas.

Los perfiles plegados en fro no excluyen a los laminados en caliente sino que se puedencomplementar mutuamente.

Ante estas ventajas no hay que olvidar su principal inconveniente: la Corrosin.Como es lgico, las barras de dbil espesor son ms sensibles a los problemas queimplica el debilitamiento de la seccin. La proteccin contra la corrosin se consiguemediante revestimiento metlico (galvanizado_ consistente en bao de zinc fundido_ oemplomado al fuego, galvanizado por proyeccin, o por pintura).

1. PERFILES LIGEROS DE CHAPA PLEGADALos perfiles resistentes ligeros son de forma bastante similar a los laminados en

caliente. A menudo se proyectan con variaciones ms o menos acusadas respecto a lassecciones usuales (en I, C, L, etc.), para conseguir un aprovechamiento ms ptimo desus caractersticas resistentes.

A continuacin se indican algunas secciones de las ms empleadas. La granvariedad de formas que pueden obtenerse mediante el plegado en fro a partir de chapa ofleje de acero, imposibilita una completa catalogacin.

Perfil C Perfil Galera

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Perfil Omega Perfil U

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Las secciones en doble T no se pueden obtener en una sola pieza mediante elplegado en fro, necesitndose soldar o simple atornillar dos o ms de ellas paraconseguir dicha seccin.

En el caso de adoptar un perfil especial se aconseja consultar al fabricante.

Es importante que los elementos planos comprimidos se encuentren debidamenterigidizados. Por ejemplo, en la imagen anterior (XI.A.I) se ve como el ala de un perfilen C se halla reforzada por un rigidizador especial de borde, que en la mayora de loscasos tiene la forma de un labio simple. Este tambin es el caso de los perfiles en U.

Si la relacin anchura/espesor del elemento plano comprimido resultaseexcesiva pese al refuerzo del borde, se disponen rigidizadores intermedios adicionalescomprendidos entre los de borde (elementos con rigidizacin mltiple).

MATERIALES

Los aceros que se utiliza para la fabricacin de perfiles ligeros son del tipo noaleados o de baja aleacin:

Tipo de acero Norma UNE en que se defineA-33, A-34, A-37A-42, A-52, A-50

A-60, A-7036 080

A-00, A-01, A-02, A-03A-03NE, A-04, A-04NE

A-10, A-11, A-12, A-13, A-20A-21, A-22, A-23, A-24

36 086

El lamiado en fro modifica las caractersticas mecnicas del acero dando lugar aun aumento del lmite de fluencia, un aumento de la resistencia a la rotura por traccin ya una disminucin de la ductilidad.

El material de las esquinas de los perfiles suele sufrir una deformacin superior ala de las zonas lisas, con lo que las propiedades mecnicas del producto obtenido no sonuniformes, lo que hace difcil precisar la resistencia del perfil.

2. MTODOS DE UNIN

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En las estructuras metlicas ligeras se emplean los mismos mtodos de uninque en las estructuras de acero laminado, no obstante dadas las caractersticas,especialmente el pequeo espesor de las piezas, mantienen algunas diferencias.

Puede efectuarse mediante soldadura o con tortillera:

Para los trabajos realizados en taller, el medio de unin ms usado y econmico es lasoldadura.

Para los trabajos de montaje en obra se utilizan de igual modo la soldadura o las unionesatornilladas.

A)Soldadura

El mtodo habitualmente empleado es el de arco elctrico con electrodorevestido. Este mtodo consiste en la unin de dos piezas mediante la utilizacin de uncordn de metal fundido que proviene del electrodo. Se realiza en obra.

Este mtodo de soldadura no es fcilmente aplicable con garantas a cualquier espesor ytipo de acero. Cuando los espesores del material son menores de 2 mm el metal basefunde a su travs y el metal fundido abandona el perfil antes de que pueda serestablecido el cordn de soldadura, no quedando garantizada suficientemente la calidadde la unin.

Adems, es necesario saber que el zinc que compone su galvanizado exterior una vezvolatizado por efecto del calor desprendido y combinado con oxgeno forma xido dezinc, el cual en caso de quedar atrapado en el cordn de soldadura produce poros en elmismo. Antes de soldar un elemento galvanizado se debera retirar previamente elrecubrimiento de la zona afectada, o bien realizar la soldadura y posteriormentegalvanizar.

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En taller se emplea con frecuencia la soldadura por resistencia, en sumodalidad de puntos de soldadura, que a menudo resulta un mtodo cmodo yeconmico. Consiste en la aplicacin de una tensin a las piezas a soldar mediante doselectrodos (Fig.3.26-a), que por lo general son cilndricos y enfriados interiormente poragua, con un dimetro D en el cuerpo del electrodo y un dimetro d en la punta decontacto del electrodo con las piezas (Fig.3.26-b),La forma de resistir a los puntos desoldadura es igual a la de los remaches.

La calidad de la soldadura por puntos depende principalmente de:- La adecuada preparacin de las superficies a unir.- La correcta eleccin del dimetro de los electrodos en relacin con losespesores a soldar y de la debida regulacin de la mquina de soldar.

Motivos por los que se recomienda que estos trabajos se realicen porentidades experimentadas que sean inspeccionadas por organismoscualificados.

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Las fases de ejecucin de la soldadura de puntos por resistencia puedenresumirse en:

1) Limpieza de las superficies de las piezas a unir del xido y la cascarilla, en todaslas zonas que haya de atravesar la corriente elctrica. El chorro de arena o degranalla de acero son los procedimientos que ofrecen mayor seguridad de unaperfecta limpieza. Tambin se consiguen buenos resultados con el esmerilado.

2) Los perfiles o chapas a unir debern venir preparados de forma que puedanacoplarse debidamente sin necesidad de forzarlos.

3) Se procede a la soldadura de los perfiles o chapas que incluyen las fases siguientes:a)Precalentamiento previo, realizado bajo fuerte presin, que tiene por objeto crear

una acumulacin de calor al rededor de la zona de soldadura.b)Formacin del punto de soldadura bajo una presin moderada. Esta fase

comienza despus del calentamiento previo por la iniciacin del llamadoncleo del punto de soldadura, nicamente puede considerarse una soldadurabien ejecutada cuando el ncleo sea suficientemente grande.

La imagen siguiente explica las distintas fases de formacin del ncleo.c)Enfriamiento bajo presin suavemente elevada.

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4) Las costuras realizadas con puntos de soldadura deben cubrirse lo ms rpidamenteposible, despus de su ejecucin, con una mano de imprimacin (minio de plomo,por ejemplo). El resto de la estructura puede protegerse posteriormente.

Al proyectar la unin deber tenerse presente la posibilidad de acceso e

electrodo al punto en que ha de soldarse, y las caractersticas de las mquinas de que sedispone, especialmente en lo que se refiere a longitud y separacin tiles de los brazosy a la potencia de la mquina.

Las superficies sobre las que actan los electrodos deben ser planas y paralelasentre s o ms aproximadamente posible. Se consiguen los mejores resultados al soldarperfiles planos entre s, o perfiles planos con otros laminados de caras paralelas, o dosde caras paralelas entre s.

Existen diferentes formas de disponer las uniones por soldaduras, las msusuales son:

_ Soldadura a tope

Cordn de Soldadura a Tope

Soldadura a Tope con elementos en prolongacin en T en L.

Los bordes se preparan segn los tipos H, V, X, Y, Z, indicados en los grficos; se

determinan en cada caso segn su espesor y por la posicin de los elementos a unir.

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El cordn de soldadura a tope no necesita dimensionarse.

_ Soldadura en ngulo

Cordn de soldadura en ngulo - G.

La soldadura en ngulo puede ser en ngulo de esquina o en solape.

Se realiza con cordn continuo de espesor de garganta G, siendo G la altura del mximotringulo issceles inscrito en la seccin transversal de la soldadura (ver grfico).

Nunca se ejecuta una soldadura a lo largo de otra ya realizada.

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Se deber indicar en los planos del proyecto el tipo de soldadura y sus medidas(longitud y espesor de garganta G).

Los planos de taller deben indicar la preparacin de bordes.

B) TornillosLos tornillos ordinarios son de uso cada vez ms limitado, por ir ganndoles

campo de aplicacin los procedimientos de atornillado de chapas. Una excepcin laconstituyen los tornillos de alta resistencia, cuyo empleo puede implicar una economanotable.

La naturaleza de los perfiles de chapa fina plegada en fro impide, generalmente,el uso de tornillos calibrados en agujeros ajustados.

Cada vez se generaliza ms el uso de tornillos de rosca en chapa. Esta clase detornillo forma su propia contrarrosca por impronta de su rosca.

Uniones efectuadas con tornillos de rosca

Los orificios de paso se taladran antes de introducir los tornillos.

a) Los orificios de las partes que se van a unir tienen el mismodimetro que el ncleo del tornillo.

b) El orificio practicado en la chapa que descansa sobre la cabeza deltornillo es mayor que el dimetro del ncleo del tornillo. Porconsiguiente. La segunda chapa se deforma cnicamente, y al

apretar fuertemente el tornillo, esta concavidad se contrae, lo queexcluye la posibilidad de cualquier aflojamiento posterior.

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c) Los orificios efectuados en ambas chapas son algo ms pequeosque el dimetro del ncleo del tornillo. En consecuencia, laschapas se deforman cnicamente, lo que representa una mayorseguridad de la unin, que resiste mejor a las fuerzas dedeslizamiento.

Las uniones que se presentan en la figura pueden efectuarse con otras formasde cabezas de tornillo.

Tornillos Taladradores

Constituyen un perfeccionamiento de los anteriores, ya que su empleo haceinnecesario el taladro previo de las chapas.

Los tornillos de la figura XI.C.3 son de punta de taladro cnica, a la que se

une parte del vstago cilndrico desprovisto de rosca. Esta parte del vstagogarantiza el perfecto taladrado de ambas chapas antes de que la roscaatornille a la chapa posterior. Este tornillo se fija mediante un cabezal desujeccin que taladra las chapas mediante rosca.

Fig. XI. C.4 Fig. XI. C.4

Tuerca de Percusin (figura XI. C.4)

Brinda la posibilidad del atornillado en chapa fina de acero. En el orificiopracticado en la chapa, se introduce la tuerca que tiene dos resaltos anulares.Uno estrecho, situado en el extremo y el otro, ms ancho y dentado,colocado encima de ste. El resalto dentado se hinca en la chapa mediante la

percusin provocada por un martillo adecuado.

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El atornillado puede efectuarse tambin con una tuerca especial unida porsoldadura (Figura XI. C.5) de contorno hexagonal con brida anular centradapara su introduccin en el orificio previamente taladrado en la chapa.

C)Remaches

Los remaches en caliente son de poca aplicacin para los perfiles laminados en fro.Por el contrario, los remaches en fro (para dimetros de 10 mm o menos) se utilizanfrecuentemente. A continuacin se exponen algunos de los ms caractersticos:

_ Los remaches de vstago macizo aplicados en fro se introducen en un orificiopreviamente taladrado. La parte sobresaliente del vstago va provista de estras parala introduccin y fijacin del anillo de cierre. El remache se fija mediante la cabezade apriete de una herramienta especial que introduce a presin en las estras el anillode cierre.

_ Los remaches ciegos se disponen donde nicamente puede operarse desde unlado, mientras que los remaches de vstago macizo han de ser accesibles por sus dosextremos.

Un tipo especialmente sencillo es el remache de expansin (Fig. VI. C. 6.a), devstago tubular, cuyo extremo est hundido radialmente. Una vez que el remache seha introducido en el orificio, se hinca con un martillo una cua cilndrica de cabezaestampada, con lo que el extremo libre del vstago se expansiona dando la presinde cierre para que quede acuado el remache. La figura XI. C.6.b representa lafijacin de una chapa a un tubo de seccin rectangular.

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Otro ejemplo de remache ciego lo constituye el remache de vstago tubular con cuacasi cuculiforme de la figura XI. C. 7. Ambos se insertan en el orificio preparado (figuraa).

Tambin se emplea el remache ciego de vstago tubular roscado en la extremidadlibre (vase figura XI. C.8) y de cabeza embutida. El remache se aprieta medianteuna herramienta especial de remachado que termina en un tornillo que se enrosca enel remache. El abombamiento que se presenta en el cuerpo del remache hace que lacabeza de cierre y el tornillo de la mquina de remachado puedan desenroscarse.

En este procedimiento la extremidad libre roscada del vstago permanece con el

resto del remache, pudindose emplear para fijar otros elementos.

D)Dispositivos especialesEntre los dispositivos especiales pueden mencionarse los siguientes:

_ Grapas metlicas colocadas por mquinas especiales parecidas a las grapadoras.

_Ensambles por plegado, realizados por mquinas especiales. En la figura XI:C.9 sepresentan seis ejemplos de uniones plegadas.

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_ Tambin pueden emplearse resinas sintticas aplicadas en fro o en caliente. Lasdimensiones de las superficies en contacto son funcin de las fuerzas que solicitan launin. Este tipo de unin no es recomendable cuando los elementos unidos tienden asepararse al quedar la costura solicitada a traccin. Generalmente, tampoco esrecomendable el empleo de adhesivos en aquellas estructuras que estn solicitadaspor fuerzas dinmicas. Puede ser ventajosa en una costura la combinacin detornillos de alta resistencia, con adhesivos, ya que mejoran la resistencia a latraccin y la proteccin contra la corrosin de las superficies en contacto.

4. DETALLES CONSTRUCTIVOS DE LAS UNIONES

En las vigas de celosa de los nudos se resuelven con criterios semejantes a losexpuestos para los perfiles laminados en caliente y para los perfiles de seccin

tubular. En estas vigas se pueden emplear las secciones en cajn por ser msfavorables a efectos de pandeo, unindose en general, directamente sin cartelas.

En la figura XI. C.13, se representan uniones de vigas y columnas constituidasambas por dos perfiles en U de chapa fina ligera. La figura a) corresponde a unaunin articulada viga-columna; esta articulacin se consigue mediante el apoyo deuna chapa extrema incorporada a la viga sobre otra chapa adosada a la columna: y lapareja de tornillos representada en la figura, asegura la indesplazabilidad de la vigarespecto a la columna. La figura b) corresponde a una unin viga- columna rgida.

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5. APLICACIONES ESTRUCTURALES

Espaa se ha iniciado de forma algo tarda en el empleo de estructuras con acero

galvanizado.Los perfiles de chapa ligera encuentran aplicaciones muy variadas, entre las que seincluyen:

Viguetas Forjado

Todos los tipos que se ofrecen en el mercado responden a patentes comerciales. Attulo orientativo se representan algunas de ellas en la figura siguiente.

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Planchas de chapa plegada para forjados

Este tipo de forjado resulta particularmente til en los grandes edificios de estructura

metlica, encontrndose muy difundido en los Estados Unidos.Es un sistema mixto de construccin formado por un perfil de acero galvanizado a laque se le aade una capa de hormign de 5 cm de espesor, como mnimo, queadems de actuar como encofrado de ste, colabora en la resistencia de la losasustituyendo total o parcialmente a las armaduras de traccin del forjado. En losapoyos han de disponerse anclajes adicionales y rigidizadores.

El fundamento de este Sistema de Forjado consiste en que sus elementos trabajenconjuntamente aportando cada uno sus mejores caractersticas.

Es imprescindible conseguir una adherencia entre acero y hormign superior alesfuerzo rasante de solicitacin.

En este Sistema la adherencia se consigue gracias al especial diseo de los perfilesPL-76/383 y PL-59/150.

Estos perfiles llevan incorporadas unas embuticiones tronco piramidales repetidasindefinidamente en sus partes planas y en sus flancos inclinados.

Estos alojamientos, por su forma y sus bien definidas aristas, permiten un anclajeperfecto del hormign al perfil.

A ello colabora tambin, en el perfil PL 76/383, una cola de milano dispuestalongitudinalmente y que por otra pare permite alojar elementos de colgado de techos

en caso necesario.

Planchas de chapa plegada para cubiertas

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Al igual que las de fibrocemento, plstico traslcido, aluminio, etc., se empleanplanchas de chapa fina plegada de acero en la techumbre de naves industriales ycobertizos.

Sobre estas planchas descansan las placas de aislamiento trmico y un fieltro

asfltico o algn material semejante.

La longitud de estas planchas est tan slo limitada por las posibilidades detransporte, llegando a alcanzar longitudes dos o tres veces superiores a la separacinentre cerchas.

Cubiertas Deck

Este tipo de cubierta esta compuesta bsicamente por tres elementos; chapa galvanizadamnimo 0,7 mm de espesor, aislamiento de lana de roca de diferentes espesores afijacin mecnica y recubrimiento de tela asfltica cuyas caractersticas difierendependiendo de los materiales que la componen

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Paneles de Chapa Fina

Las cubiertas sndwich estn formados por dos hojas de chapa mantenidas adistancia por elementos intermedios capaces de transmitir esfuerzos.

Estos elementos intermedios que forman el ncleo del panel rigidizan, adems, laschapas de acero. Es frecuente la utilizacin para el ncleo de materias sintticascelulares, como por ejemplo espuma endurecida de poliuretano.

Correas Metlicas

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-Adaptabilidad, correas de largo preciso, para evitar manipulacin posterior.-Economa, menor masa, lo que reduce la carga sobre la estructura.-Rendimiento, valores estticos ptimos con el mnimo peso propio.-Rectitud, buena calidad en cuanto a irregularidades o desviaciones.-Mecanizado, se pueden suministrar perforadas a medida, y listas para su

instalacin.-Sistema completo, suministrando conjuntamente los accesorios necesarios.-Proteccin anticorrosiva, gracias al galvanizado Sendzimir o el Algafort.

Correas 'M':-La correa ms estable del mercado.-Aconsejable en cubiertas con pendiente hasta el 20%.-Con mximo rendimiento en grandes luces y en las mayores alturas de correa.

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6. NORMATIVA DE APLICACIN

Este es uno de los problemas a los que se enfrentan este tipo de estructuras, lainexistencia de normativa de obligado cumplimiento que las ampare.

Estn fuera del mbito de aplicacin de la normativa bsica EA-95 Estructuras deacero en la edificacin , ya que en su Parte 2 especifica con claridad su aplicacin.a productos laminados en caliente de espesor mayor que 3 mm, a perfiles huecos yconformados en fro caliente destinados a servir de elementos resistentes de espesorconstante mayor o igual que 2 mm

Al fijar los criterios de la norma bsica EA-95, no se tuvo en cuenta la posibilidad delempleo de perfiles de espesores tan pequeos como elementos resistentes. No obstantepodremos emplear la EA-95 como norma de referencia y consulta.

En el Eurocdigo 3 Proyecto de estructuras de acero, tampoco podemos encontrarinformacin concreta sobre este tipo de estructuras ya que en su anexo B (Normativo)especifica que para elementos delgados y chapas flejes conformados en fro esnecesario referirse a la Parte 1-3 de dicho Eurocdigo, el cul an no se ha terminado deelaborar.

Hay que buscar en otras normas la informacin que consideremos necesaria sobre estetipo de estructuras ligeras y tener en cuenta las siguientes:

Norma UNE-ENV 1090-1. Ejecucin de estructuras de acero, reglas generales y reglaspara la edificacin

Norma UNE-ENV 1090-2. Ejecucin de estructuras de acero, reglas suplementariaspara chapas y piezas delgadas conformadas en fro

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Norma UNE-EN 10142. Bandas (chapas y bobinas) de acero bajo en carbono,galvanizadas en continuo por inmersin en caliente para conformacin en fro

Para los casos en los que puedan existir reservas al empleo de sistemas no amparadospor normativa bsica, existen los Documentos de Idoneidad Tcnica (DIT).

7. CABLES

Cables que por su construccin presentan una gran flexibilidad y larga duracin frente ala corrosin segn el acabado que se solicite (galvanizado o inoxidable AISI 316).

Se fabrican segn normas DIN 3055 y DIN 3060 o sus equivalentes en ISO 2408 e ISO2020.

Son cables para usos generales y fundamentalmente se emplean en trabajos de pocaresponsabilidad como tirantes.

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Ejemplos de Tensores con horquilla mvil

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