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Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 1 f devem apr adequada para suportar as tens estrutura diferenciais prejudiciais ao sistema estrutural profundidade da cota de apoio, as -se em: : Elemento de f predominantemente pelas press das sob a base da f profundidade de assent es rasa. erreno pela base (resist lateral (r a em profundidade superior ao dobro de sua luem-se as . Neste texto aborda-se o projeto estrutural das sapatas, as quais representam mais utilizadas como a elementos das s o Figura 1.1: Fundacta Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 2 para o projeto de sapatas [ o deve associar racionalmente, no caso geral, os conhecimentos das duas especialidades. ciados aos problemas de geotecnia no a prever e adotar medidas que evitem recalques prejudiciais ou ruptura colapso da estrutura. iniciar o seu projeto co aves na maioria das o complementar, cujo valor torna-se irrelevante quando comparado ao valor total do empreendimento. O projetista deve saber acerca da extrema complexidade do solo, cujo anteriores de terrenos vizinhos ou de que se possa avaliar mais corretamente a A qualidade e o comporta escolha, que melhor conci Qualquer insucesso nessa escolha pode repr smo o colapso da estrutura ou do solo. e desenvolver o projeto, deve obter e variantes; analisar os processos executivos seguir. Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 3 a. Devem ser analisados aspectos como: superestruturas, por exemplo, concreto armado ou protendido, estrut estrutural; quanto a atuantes, como grandeza, nat b. imordiais e muito importantes para a como: tipo de solo, granulometria, cor, compressibilidade, etc. c. d. recalques, etc. e. f. Custo udo comparativo entre as alternativas tecnicamente indicadas. De acordo com as g. tipos que se firmaram como mais convenientes localmente; o mercado torna-se limitado, sendo, portanto, nec escolhendo-se, entre os tipos de Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 4 custos dos diversos tipos selecionados, a (da estrutura ou do solo), como contra recalques incompa igual custo. espessa camada superficial, suficientemente compacta ou consistente, adota-se previamente ser considerada. Existe uma certa incompatibilidade entre alguns tipos de solos e o emprego de sapatas isoladas, pela De uma maneira geral, esse tipo de argila mole; areia fofa e muito fofa; economicamente. Segundo MELLO (1971), o encaminhamento racional para o estudo de uma comentadas a seguir. Analisa-se inicialmente a possibili recalques totais, diferenciais e diferencia quando a resultante ogeneidade do solo). Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 5 2. CLASSI APATAS A NBR 6118:2003 classifica as h a o pa h Figura 2.1: Se 3 aa h p Se 3 aa h p onde a ada; ap o mais raro, sendo mais utilizadas nas cargas. Outro fator que dete solo. ANDRADE (1989) suger veis para solos com 2 (0,15MPa). apresentam o comportamento estrutural a nas dimensionadas ao momento flet apatas a, pois possuem boa resist pr da su dimensionamento das armaduras longitudinais de m todo geral de bielas e tirantes de cisalhamento devem ser verificadas, em particular a ruptura por Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 6 i itua-se Sapatas isoladas rado, com se o de sapata te utilizado. Tais sapatas podem apresentar bases quadradas, retangulares ou circulares, com a altura constante ou variando linearmente entre as faces do pilar e. Planta Vista frontal Lastro de Concreto Figura 2.2: Sapatas isoladas Sapatas corridas: verticais de paredes, muros, ou elementos alongados que transmitem carrega O dimensionamento deste tipo de sapata e a a ve em sapatas corridas. A A Planta Corte A-A Figura 2.3: Sapata corrida sob carr Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 7 Sapatas associadas ou combinadas u mais pila das quando as para cada pilar, por estarem muito es (em planta) ou dos apata para receber as O centro de gravidade da sapata normalmente coincide com o centro de aplic de carregamento uniformes e am em uma sapata corrida simples, de base retangular. Entretanto, quando as pata com o centro das cargas dos pilares conduz ou a uma sapata de base trapezoidal (em planta) ou a sapatas retangulares os livres diferentes (em planta). Usualmente, as sapatas associadas (enrijecimento), cujo eixo passa pelo centros de cada pilar. Viga de RigidezPilar A A Vista Lateral Corte A-A Planta Figura 2.4: Sapata associada retangular Sapatas com vi No caso de pilares pos divisa do terreno (figura 2.5), o momento er absorvido por uma viga, conhecida como viga de anca, apoiada na r para o centro de gravidade da sapata de divisa e, ao mesmo tempo, resistir aos momentos fletores produzidos pela excentricidade da carga do pilar em Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 8 Vista Lateral Sapata Pilar Planta Viga alavanca Figura 2.5: Sapatas sob carga centrada: Ocorre quando a carga vertical do pilar passa pelo centro de gravidade da sapata. Neste caso, admite-se o solo na base da sapata, igua planta). Fk A Fk onde Fk Figura 2.6: Sapata sob carga centrada : gas verticais dos pilares adas de gravidade da sapata, gerando momentos nas ider os pilares transmitem momentos em uma ou nas duas base da sapata solicit Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 9 min e F max k Figura 2.7: do di do Ma a localizadas a a b/6 b/6 a/6 a/6 nucleo central b Figura 2.8: 6 a e ia dos Materiais refer W M A F W M A F onde M = F.e t ico da base da sapata, igual a: Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 10 6 ab W 2 ada; da; Para excentricidades de carga nas duas dire 6 a ex e 6 b ey ey a ex 1 y b 4 x 2 3 F yx e.FM xy e.FM 6 b.a W 2 x 6 b.a W 2 y Figura 2.9: De acordo com as excentricidades apresent sapata ocorre no ponto 4: y y x x 4 W M W M A F te para a y y x x 1min W M W M A F y y x x 2 W M W M A F y y x x 3 W M W M A F a comprimida deve ser calculada com as olo sobre a sapata. Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 11 O problema de dupla e grande excentricidade em sapatas pode ser resolvido esentados em MONTOYA et al. (1973). Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 12 APATAS As dimens Na grande maioria dos casos as sapatas es no solo - calculadas com as mesmo. 3.1.1 Sapatas Isoladas requisitos devem ser atendidos: i) O centro de gravidade da sapata deve coincidir com o centro de gravidade do pilar central; a centrada (sem momentos): adm,solo kN.A onde Nk solo,adm a em apata. Pode-se assumir para esse coeficiente um valor de 1,05 nas sapatas As dimens , o em planta da face do da sapata) forem iguais nas duas is nas duas Pela figura 3.1, tem-se que: Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 13 b ap a x bp x Figura 3.1: pp p p baba x2bb x2aa pp baab pp baaab.aA Manipulando os termos, c 0Abaaa pp 2 A 4 ba 2 ba a 2 pppp a A b Evidentem calculadas decorrentes dos momentos fletores. Assim, a e b de calculada com as expr iguais, como por exemplo quando as dimens a e b da sapata de Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 14 3.1.2 Sapatas Associadas Nas sapatas associadas, normalmente se faz coincidir o centro de gravidade da sapata com o centro das cargas verticais dos pilares. Supondo, por exemplo, que a sapata associada rec s, a pos calculada por (vide figura 3.2): s NN N y 21 2 CG onde N1 e N2 (nominais) dos pilares eixo da viga de rigidez a 1ap b x 1N s x bp1 CG YCG x bp 2N 2ap 2 Figura 3.2: em planta upondo momentos dos pilares nulos: adm,solo 21 NN1,1A onde o fator 1,1 leva em conta o peso pr do uma sapata isolada para cada pilar. Em seguida, adotar como largura da sapata associadaum valor Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 15 Como em geral os pilares transferem momentos fletores para as sapatas, as encontradas para a e b devem ser aumentadas, a fim de levar em conta o a b 1N 2N M2y M2x CG M M 1y 1x Figura 3.3: adm,solo y y x xv W M W M A F 0 W M W M A F y y x xv 6 b F M e v y x e 6 a F M e v x y onde vF verticais da sapata. No caso es pode-se es ;21 NN1,1 xM os pilares em torno do eixo x. No caso espec x2x1x MMM ; yM os pilares em torno do eixo y. No caso espec y2y1y MMM ; xW e respectivamente. No caso espec yW 6 ba W 3 x 6 ab W 3 y Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 16 3.1.3 Sapatas de Divisa Nas sapatas de divisa, o centro de grav ide com o centro de gravidade da sapata, ou seja, a sapata de divi (figura 3.4). R1 PLANTA b1 Divisa do terreno ELEV O e P1 h ho a1 bp1 ap1 P1 e N2 R2 Viga Alavanca vigah s P2 a2 P2 b2 N1 M1 M2 Figura 3.4: Fazendo-se omentos carga N2 (figura 3.3), tem-se que: es MMs.N R 2111 onde N1 M1 e M2 e pilares. Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 17 ertical R1 entrada, ou seja, no centro de gravidade da sapata. adm,solo 1R.1,1A Entretanto, a excentricidade depende do valor de b1 procuradas: 2 b 2 b e 1p1 Nas sapatas de divisa, usualmente se escolhe da express 1. Em geral, o problema resulta em io de 3 grau (em a ou em b) simples atualmente com as facilidades das calculadoras ou planil egar um processo iterativo, atribuindo-se um valor inicial para R1 ial sugerido no meio 1 igual a: 11 N.2,1R excentricidade e tical R1. Se esses valores estiverem suficientemente onsidera-se o ciclo como encerrado. Essencialm es que definem a altura da sapata: a) Rigidez da sapata: Na maioria dos casos, as sapat rne mais indic : 3 aa h p 3 aa h p p clh b Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 18 onde lb A tabela 3.1 apresenta os comprimentos de ancoragem em etro, para diferentes classes de concre horizontal). Os valores da tabela 3.1 foram na NBR 6118:2003. Tabela 3.1: Concreto Sem gancho Com gancho C15 53 37 C20 44 31 C25 38 26 C30 33 23 C35 30 21 C40 28 19 C45 25 18 C50 24 17 entanto, a altura adotada para a sapata baseada nos condici uficiente para se dispensar essa armadura. iciar o dimensionamento estrutural com a das armaduras longitudinais para momento fletor. 3.3 Dimensionamento das armaduras longitudinais Para calcular as armaduras longitudinais da sapata, define- o faces do pilar, conforme a figura 3.5: ba o y: Lx 0,15a Dire o x: S1x p Ly 0,15bp S1y aL Lb a,m xp p x pa,m n pb,m n Figura 3.5: udinais de flex Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 19 a 1 b 4 2 3 My Mx p p pxa a15,02 aa a15,0LL b.p ,solo,a b.p ,solo,a 2 42 ,solo 2 31 ,solo p p pyb b15,02 bb b15,0LL a.p ,solo,b a.p ,solo,b 2 43 ,solo 2 21 ,solo De acordo com a figura 3.5, o problema recai em determinar os momentos solic acrescido de 0,15 vezes a o analisada. Ou seja, os momentos solicitantes nos engastes (MSda e MSdb) fornecem os momentos para ulo das armaduras da sapata. De posse dos momentos solicitantes, as armaduras longitudinais da sapata podem ser calculadas utilizando-se as tabela as da flex o simples ou ainda por simplificadas, conforme a seguir: : yd Sda sa f.d.8,0 M A : yd Sdb sb f.d.8,0 M A onde Os valores calculados devem ser ainda comparados com os valores de armadura lajes, conforme o item 19.3.3.2 da NBR 6118:2003. rmaduras positivas e negativas, e de lajes se admitir, para todos esses casos, uma taxa gual a 0,15 ros superiores 1/8 da espessura da laje o deve ser superior a 20cm nem 2h, prevalecendo o menores desses dois valores. Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 20 3.4 Dimensionamento ao cisal agonal se ro do pilar (contorno C): 2RdSd onde Sd itante (contorno C) Rd2 itante Sd d.u FSd Sd onde FSd apata); Rd2 cdv2Rd f..27,0 onde v mensional determinado por: 250 f 1 ckv com fck em MPa 3.4.2 Dispensa de armaduras transversai Armaduras transversais para resistir adas nas sapatas, assim como no caso de lajes em geral. Portanto, as s dimensionadas de tal m nas pelo concreto, dispensando a armadura transversal. Usualment 2, conforme ilustra a figura 3.6: Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 21 Planta b p ap S2 d/2 L2 S 2 b S2 S2d Figura 3.6: Na figura 3.6: dS2 2 bS2 2 L2 o solo sobre a sapata. lculo VSd 2 ar uma determinada fo alhamento VRd1, conforme definido no item 19.4 da NBR 6118:2003: 2S2S1Rd1Rd d.b.402,1.k.V onde 3/2 ckRd f.0375,0 com fck em MPa 0,1d6,1k 2S com dS2 em metros 02,0 db A 2S2S s 1 As ada Em ensaios realizados por pesquisadores, verificou-se que um dos tipos lizamento excessivo das armaduras longitudinais. Isso impede que brio sejam mobilizadas integralmente. Portanto, recomenda-se ia nas barras da armadura inferior da 1 .n.d.9,0 V 1,Sd bd onde VSd,1 1; Estruturas de Concreto - Projeto estrutural de sapatas 22 Nas sapat ante com base a aa .n.d.2 N pd bd onde Nd cia solic trapassar a re bd, prescrita pela NBR 6118:2003: ctd321bd ff onde fctd (MPa) 3/2 ckf.15,0 1 p/ barras dentadas e 1,0 p/ barras lisas; 2 ia 3 b < 32mm e igual a 100 132 b p/ b > 32mm, com b em mm; ojeto estrutural de sapatas 23 4. EXEMPLOS Exemplo 1: Sapata Isolada Neste exemplo, deseja-se projetar uma para um pilar de M N Figura 4.1: Sapata isolada com carregamento centrado Dados para o projeto estrutural da sapata: NK = 920 kN MK = 74,0 kN.m NSd = 1288 kN MSd = 100,0 kN.m Armaduras longitudinais do pilar: As,pilar = 10 12,5 solo,adm = 200kN/m 2 Concreto da sapata: C20 Cobrimento das armaduras da sapata: 4,5 cm Determ planta: a supondo a mesma sob carga centrada: 06,5 200 92005,1N10,1 A adm,solo k Portanto, A = 5,06 m2. ojeto estrutural de sapatas 24 a b bp ap Ly = x Lx = x Figura 4.2: xLL yx 06,5 4 25,040,0 2 25,040,0 A 4 ba 2 ba a 22 pppp m326,2a m176,2 326,2 06,5 a A b sapata devem ser um pouco maiores, a fim de levar em conta o efeito do momento fletor. Esco a = 2,55m e b = 2,40m A = 6,12 m2 excentricidade: m425,0 6 55,2 m084,0 920 74 e 3 2 m601,2 6 40,255,2 W 2kk m/kN8,193 601,2 74 12,6 92010,1 W M A N10,1 2m/kN200 ojeto estrutural de sapatas 25 x2bb x2aa p p Determ Para proj m717,0 3 25,040,2 3 aa h m717,0 3 40,055,2 3 aa h p p A altura da sapata deve ser suficiente para permitir a correta ancoragem da armadura longitudinal do pilar. O comprimento de ancoragem reto de barras 3.2), vale: cm5525,14444lb hlb Figura 4.3: Ancoragem das armaduras de arranque do pilar Portanto, a altura h da sapata deve assumir um valor que cubra os 55cm de comprimento de ancoragem das barras do pila o das armaduras do pilar e das armaduras da sapata. cm5,595,455h e da rigidez escolhida para a sapata: cm7,71h h = 75cm d = 69cm adotado h0 = 25cm Dimensionamento das armaduras na sapata ojeto estrutural de sapatas 26 Armaduras longitudinais: 1: a a,m xp La Lx 0,15a S1x p pa,m n pa,S1 Figura 4.4: m135,140,015,0075,1a15,0LL pxa 2SdSd m/kN0,270 601,2 100 12,6 128810,1 W M A N10,1 2SdSd m/kN1,193 601,2 100 12,6 128810,1 W M A N10,1 m/kN64840,2m/kN0,270p 2,a m/kN46340,2m/kN1,193p 2,a Por geometria, encontra-se que m/kN566p 1S,a m.kN80,399135,1 3 2 135,1 2 566648 2 135,1566 M 2 Sda m113,125,015,0075,1b15,0LL pyb 2m/kN55,231 2 1,1930,270 kN/m59055,255,231pp ,a,a kN.m44,365 2 113,1590 M 2 Sdb ojeto estrutural de sapatas 27 yd d s fd8,0 M A 2 sa cm65,165,43698,0 39980 A 2 wmin,sa cm00,27752400015,0hb0015,0A > As,a armadura calculada. Utilizando ba 22 12,5 (Asef = 26,99 cm 2) cm86,10 122 66240 s cm150h2 cm20 entrevalormaiors portanto s = 20cm (ok!) 2b,s cm22,155,43698,0 36540 A 2 wmin,b,s cm69,28752550015,0hb0015,0A > As,b m, utilizando barras de 12,5mm 24 12,5 (Asef = 29,45 cm 2) cm57,10 124 66255 s < s = 20cm (ok!) Estruturas de Concre jeto estrutural de sapatas 28 Dimensionamento ao cisalhamento: cdv2Rd f..27,0 92,0 250 20 1 250 f 1 ckv 2 c ck cd cm/kN429,14,1 0,2f f 2 2Rd cm/kN355,0429,192,027,0 obtida a partir de: du Fsd Sd com kN141712881,1Fsd cm13040252u 2 Sd cm/kN158,069130 1417 Como (ok!) 2RdSd feit a S2, distante d/2 da face do pilar. Planta bp ap o h=? S2 75 d/2 25cm L2S2 2: d 34,5 19 69 S2 107,5 5,345,107 19d 5,107 1969 2S Resolv dS2 = 52,95cm Estruturas de Concre jeto estrutural de sapatas 29 m73,0345,0075,1 2 d 2 aa L p2 m40,2b 2S a a,p Lx o x: a,m np 2L S2 d/2 pa,S2 m/kN648p ,a m/kN463p ,a m/kN595p 2S,a (por geometria) kN70,45373,0 2 648595 VSd A dispensa de armadura transversal para Sd for menor que a Rd1: 1RdSd VV com 2S2S1Rd1Rd d.b.402,1.k.V MPa276,0200375,0f.0375,0 3/23/2ckRd 075,15295,06,1d6,1k 2S 0199,0 95,52240 99,26 db A 2S2S s 1 ente que dispensa a armadura transversal: )!ok(kN70,453VkN49,484V 95,5224000199,0402,1075,10276,0V Sd1Rd 1Rd Estruturas de Concre jeto estrutural de sapatas 30 m/kN590pp ,a,a kN70,43073,0590VSd dS2 = 52,95cm bS2 = 255cm 0218,0 95,52255 45,29 db A 2S2S s 1 )!ok(kN70,430VN7,515V 95,5225500218,0402,1075,10276,0V Sd1Rd 1Rd Estruturas de Concre jeto estrutural de sapatas 31 ia, a armadura paralel armaduras longitudinais da sapata: kN689135,1 2 566648 V 1,Sd MPa28,1cm/kN128,0 25,122699,0 689 .n.d.9,0 V 21,Sd bd Conforme mencionado no item 3.6 deste text bd, prescrita pela NBR 6118:2003: ctd321bd ff com 3/2 ckctd f.15,0f (MPa) Neste caso, as barras longitudinais da sa menor que 32mm. Logo: 1 = 2,25 (barras nervuradas) 2 ia) 3 = 1,0 ( b < 32mm); Substituindo valores: )!ok(MPa28,1MPa49,22015,00,10,125,2f bd 3/2 bd Estruturas de Concre jeto estrutural de sapatas 32 PLANTA B A A B 24 0 255 Lastro de concreto magro O 75 25 5 Armaduras da sapata: 16 N2 CORTE AA 16 N1 243 N1 - 22 ,5 c/11 (275) CORTE BB 16 N1 N2 16 228 N2 5 c/10,5 (260) ojeto estrutural de sapatas 33 Exemplo 2: Sapata Corrida com a figura 4.5, calcular e detalhar as armaduras de acordo com os dados abaixo. h oh a ap k(g+q) faixa unitaria (1m) a k(g+q) Figura 4.5: Dados do projeto: solo,adm = 100kN/m 2; Concreto: C20 Cobrimento: 4,0cm (g + q)k = 100kN/m ao = 25cm Determ planta: a de 1,0m para efetuar o dimensionamento, extrapolando-se os resultados para o comprimento total da sapata. (g + q)total = 105 kN/m A = a x 1 (m2 a sapata: 2 adm,solo total m05,1 100 105qg A 05,11a a = 1,05m do com a rigidez que se pretende impor lativamente baixa, (t que 150 kN/m2 ojeto estrutural de sapatas 34 m267,0 3 25,005,1 3 aa h 0 Portanto, a altura da sapata para que esta seja Por outro lado, a altura h0 15cm. Analisando o intervalo em que se pode variar e 26,7cm), pode ser conveniente adotar no projeto uma altura constante, pois a 0 h = h0 = 25cm d = 20cm Dimensionamento das armaduras na sapata 1: S1 h La ap 0,15.ap Figura 4.6: L pa a m438,025,015,0 2 25,005,1 a15,0 2 aa L p p a Dentro da faixa de 1,0 m adotada, tem-se: ojeto estrutural de sapatas 35 2 solo kN/m1000,105,1 0,1105 kN/m1000,1100bq soloa kN.m59,9 2 438,0100 2 Lq M 22 aa ka cm.kN13439594,1Mda yd d s fd8,0 M A 2 a,s cm93,15,43208,0 1343 A (por metro) 0,15% de bwh. Portanto: 2 wmin,a,s cm75,3251000015,0hb0015,0A (por metro) > As,a Portanto, neste caso prevalece a arm 8 c/13cm (Asef = 3,87cm 2/m) 2, distante de d/2 da face do pilar. ojeto estrutural de sapatas 36 (10cm) d/2 (25cm) h L2 S2 a ap cm3010 2 25105 2 d 2 aa L p2 Na faixa de 1,0 metro estipulada: cm100b 2S kN4230,00,11004,1L.b..4,1V 22SsoloSd A dispensa de armadura transversal para Sd resistente Rd1: 1RdSd onde 2S2S Sd Sd db V 1Rd1Rd 402,1.k. 3/2 ckRd f.0375,0 com fck em MPa 0,1d6,1k 2S com dS2 em metros 2S2S s db A dS2 Substituindo valores: MPa210,0cm/kN0210,0 20100 42 2 Sd MPa276,0200375,0 3/2Rd 0,140,120,06,1k (ok!) 0019,0 20100 87,3 1 )!ok(MPa210,0MPa493,00019,0402,140,1276,0 Sd1Rd ojeto estrutural de sapatas 37 armadura deve ser tomada como o maior dos seguintes valores: s A .5,0 m/cm9,0 s A .2,0 s A min,s 2 s dist,s onde As e s referem-se, respectivamente, s unidade de largura (1m), tem-se: m/cm77,087,32,0 s A .2,0 2s m/cm88,175,35,0 s A .5,0 2min,s 2/m. Adotando barras de 6,3mm: cm16/c3,6 (Asef = 1,95cm 2/m) 1 .n.d.9,0 V 1,Sd bd onde VSd,1 1 por unidade de largura; Dentro da faixa de 1,0 metro adotada: aa1,Sd Lq4,1V kN32,61438,01004,1V 1,Sd MPa90,1cm/kN19,0 8,07209,0 32,61 2 bd ojeto estrutural de sapatas 38 bd, prescrita pela NBR 6118 (2003): ctd321bd ff onde fctd (MPa) 3/2 ckf.15,0 1 2 3 = 1,0). Substituindo valores: )!ok(MPa90,1MPa49,22015,00,10,125,2f bd 3/2 bd (131) 1717 97 As,d ,3 c/16 (corrido) 25 105
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