PEDRO HENRIQUE DE SOUZA BELTRAO

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2. Constituição Química e Mineralógica dos Solos (parte II) 
 
2.1. Caracterização dos Solos 
 
A caracterização de um solo é feita com base nas suas características de 
granulometria, índices físicos e limites de consistência (limites de Atterberg). 
A granulometria caracteriza o solo com relação à distribuição percentual dos diversos 
tamanhos de grãos presentes no mesmo, obtida em ensaio de laboratório realizado em uma 
amostra de solo representativa. 
Os índices físicos são parâmetros do solo que relacionam os pesos e volumes das 
três fases que compõem o solo (partículas sólidas - minerais, água e ar). 
Os limites de consistência representam as transições entre os estados que um solo 
plástico (solo fino) pode assumir em função do volume de água presente em seus 
interstícios (vazios). 
 
2.2. Índices Físicos: 
 
O solo um sistema descontínuo de partículas, entre as quais há vazios que podem 
estar total ou parcialmente preenchido por água. 
Na natureza, um solo pode apresentar, em função da presença de água em seus 
vazios (interstícios), como: 
• Seco: Não há água nos vazios entre os grãos, estando totalmente preenchido por 
ar; 
• Úmido: Os vazios estão parcialmente ou totalmente preenchidos com água; 
• Saturado: É o caso limite de um solo úmido, onde os vazios encontram-se 
totalmente preenchidos com água; 
 
A água contida no solo pode ser classificada em: 
ÁGUA CAPILAR: é aquela que, nos solos finos, sobe pelos interstícios capilares 
entre as partículas sólidas, acima da superfície livre da água. 
 
ÁGUA ADSORVIDA (ADESIDA): É uma película de água que adere às partícula de 
solos muito finos devido a ação de forças elétricas desbalanceadas na superfície dos argilo-
minerais. 
 
ÁGUA DE CONSTITUIÇÃO: Faz parte da estrutura molecular da parte sólida. 
 
ÁGUA HIGROSCÓPICA: A água que ainda se encontra no solo seco ao ar livre. 
 
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ÁGUA LIVRE: água quês e encontra preenchendo os vazios do solo em 
determinadas zonas, sendo seu estudo regido pelas leis da hidráulica. 
 
“As águas de constituição e adsorvida não se evaporam mesmo quando levadas a 
temperaturas superiores a 100oC (secagem em estufa). A água higroscópica só é retirada 
quando o solo é seco em estufa (T>100oC)” 
 
 
solo 
ar 
água 
Vs
Va Pa=0
Ps
Pw Vw
Vv
V 
 
 
Índices Físicos (definições): Tome-se um elemento de solo e suponham-se suas três fases 
separadas: 
 
Do esquema: 
V = Va + Vw + Vs = Vv + Vs 
P = Pw + Ps 
Onde: 
V = volume total; Va = volume de ar; Vw = volume de água; Vs = volume de sólidos 
(das partículas sólidas) e Vv = volume de vazios. 
P = peso total; Pw = peso de água e Ps = peso de sólidos (ou das partículas sólidas). 
 
A partir das relações entre pesos e volumes acima apresentados temos algumas 
relações importantes: 
 
a) Teor de Umidade (w ou w%): 
100% ⋅=
Ps
Pww
 
Para a sua determinação, pesa-se o solo no seu estado natural, seca-se em 
estufa a 105oC até constância de peso e pesa-se novamente. Tendo-se o peso das duas 
fases, a umidade é calculada. É a operação mais freqüente em laboratórios de mecânica 
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dos solos. Os teores de umidade dependem do tipo de solo e situam-se entre 10% a 
40%, podendo ocorrer valores muito baixos (solos secos) ou muito altos (150% ou mais, 
ex. 400% - argilas no México). 
 
b) Índice de Vazios (e): Vs
Vve =
 
Não pode ser determinado diretamente, mas sim calculado a partir de outros 
índices. 
Costuma variar entre 0,5 a 1,5, mas algumas argilas orgânicas podem apresentar 
e = 3,0 e turfas e = 8,0. 
 
c) Porosidade (n): 
100% ⋅=
V
Vvn
 
Valores, em geral, entre 30% a 70% 
 
d) Grau de Saturação (S): 
100% ⋅=
Vv
VwS
 
Limites: 0% ≤ S ≤ 100%; Solo seco: S=0%; Solo Saturado: S=100% 
 
e) Peso específico dos Sólidos (ou dos grãos) (γs): Vs
Ps
s =γ
 
É uma característica dos minerais que constituem os grãos do solo. É 
determinado em laboratório pelo Método do Picnômetro. 
 
Valores típicos: 
Grãos de quartzo: γs = 26,5kN/m3 = 2,65t/m3 (1m3 de grãos de quartzo pesa 2,65 
toneladas). 
Argilas lateríticas (presença de Ferro): γs = 30kN/m3 = 3t/m3. 
 
f) Peso específico da água (γw): γw = 10kN/m3 = 1t/m3 = 1g/cm3 
 
g) Peso específico natural (ou úmido) (γn): V
P
n =γ
 
Faixa de valores: em geral, entre 17kN/m3 a 21kN/m3 
Argilas orgânicas moles: γn = 14kN/m3 = 1,4t/m3 
 
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h) Peso específico aparente seco (γd): V
Ps
d =γ
 
Corresponde ao peso específico que o solo teria se viesse a ficar seco, se isto 
pudesse ocorrer sem que ocorresse variação de volume. Varia entre 13 a 19kN/m3 (5 a 
7kN/m3 no caso de argilas orgânicas moles) 
 
i) Peso específico aparente saturado (γsat): V
P
sat =γ
 ; com S=100% 
Corresponde ao peso específico que o solo teria se viesse a ficar saturado, se 
isto pudesse ocorrer sem que ocorresse variação de volume. Valores da ordem de 
20kN/m3. 
 
j) Peso específico submerso (γsub): wsatsub
γγγ −= 
É o peso específico do solo quando submerso (abaixo do nível d´água). 
 
RELAÇÕES IMPORTANTES: 
 
 
 
 
 
 
 
Obs 1: Valores típicos de índices físicos: 
Solo n (%) e γd (kN/m3) γn (kN/m3) γsat (kN/m3) 
Areia c/ pedregulho 18-42 0,22-0,72 14-21 18-23 19-24 
Areia média a grossa 25-45 0,33-0,82 13-18 16-21 18-21 
Areia fina 33-48 0,49-0,82 14-18 15-21 18-21 
Silte 30-50 0,48-1,22 13-19 15-21 18-22 
Argila 30-55 0,48-1,22 13-20 15-21 14-23 
 
Obs 2: “Tente não memorizar as equações e sim compreender as definições e 
desenvolver o raciocínio com base na figura do elemento de solo.” 
 
 
 
e
en
+
=
1
 
e
ws
n +
+
=
1
)1(γ
γ 
e
s
d +
=
1
γγ 
e
e ws
sat +
⋅+
=
1
γγγ 
w
n
d +
=
1
γγ 
w
s
e
wS
γ
γ
⋅
⋅
= 1−=
d
se
γ
γ
 
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2.3. Granulometria dos Solos 
 
2.3.1. Introdução 
 
O estudo da distribuição granulométrica dos solos objetiva a análise do solo quanto à 
dimensão de suas partículas sólidas. 
Sabe-se que a dimensão e distribuição dos grãos influenciam o seu comportamento 
e, por isso, o estudo da granulometria dos solos adquire importância relevante na definição 
do tipo de comportamento que o solo apresenta, quer do ponto de vista mecânico, quer 
quanto à permeabilidade e outras características. 
 
 
2.3.2. Tipos de solos quanto a granulometria 
 
 
Figura 01. Escala granulométrica da ABNT NBR 6502 de 1995. 
 
2.3.3. Ensaio de Granulometria 
 
É a determinação das dimensões das partículas dos solos e as proporções que elas 
se encontram (nos solos). É representada graficamente pela curva granulométrica. 
Para caracterizar a granulometria de um solo deve-se submetê-lo ao ensaio 
granulométrico que, na sua forma completa, se compõe de 3 etapas: 
 Peneiramento grosso 
 Peneiramento fino 
 Sedimentação (fração fina dos solos = siltes e argilas) 
O ensaio consiste em se fazer passar uma certa quantidade de solo seco através de 
uma série de peneiras comerciais superpostas, cujas aberturas de malha são conhecidas. O 
procedimento permite que se determine que percentuais do peso total da amostra são 
compostos por grãos maiores ou menores que a malha de cada peneira utilizada (Figura 
02). 
 
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Figura 02. Peneiras utilizadas no ensaio de granulometria. 
 
As peneiras existentes para a utilização no ensaio de granulometria são as 
seguintes: 
Peneiramento grosso Peneiramento fino 
Peneira no Malha (mm) Peneira no Malha (mm) 
3" 76,2 20 0,84 
2½" 63,5 40 0,42 
2" 50,8 60 0,24 
1½" 38,1 100 0,15 
1" 25,4 200 0,075 
3/4" 19,05 
3/8" 9,53 
4" 4,8 
8" 2,4 
10" 2,0 
 
A parcela muito fina do material, não podendo ser estudada por peneiramento, é 
analisada através do ensaio de sedimentação (Figura 03). O princípio do ensaio de 
sedimentação é a Lei de Stokes (da Física), a qual estabelece uma relação entre diâmetro 
da partícula e sua velocidade de sedimentação, em um meio líquido de viscosidade e peso 
específico conhecidos. Através de um densímetro, mede-se a densidade da suspensão ao 
longo do tempo e a altura de queda através da haste. Com a altura de queda e o tempo 
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medido, obtém-se a velocidade de queda da partícula e a partir da Lei de Stokes, associa-se 
esta velocidade a um diâmetro de grãos. 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 03. Esquema do ensaio de Sedimentação. 
 
O objetivo final de um ensaio de granulometria é o traçado da curva granulométrica, 
que relaciona diâmetros em mm (escala logarítmica), plotados nas abscissas, com 
porcentagem em peso de partículas menores que esses diâmetros, em relação a amostra 
total. A porcentagem correspondente a cada diâmetro na curva representa a quantidade de 
partículas que passariam numa peneira hipotética que tivesse abertura de malha igual a 
esse diâmetro. A Figura 04 ilustra 3 curvas granulométricas com exemplos de solos com 
granulometria uniforme, descontínua e bem 
graduados.
 Figura 04. Representação de 3 curvas granulométricas (UFBA, 2001) 
 
 
Solução suspensa 
densímetro 
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2.3.4. Dados obtidos a partir da curva granulométrica 
 
D10 = diâmetro efetivo - diâmetro da partícula para o qual 10% do peso total do solo 
tem diâmetro inferior; 
D30 = diâmetro da partícula para o qual 30% do peso total do solo tem diâmetro 
inferior; 
D60 = diâmetro da partícula para o qual 60% do peso total do solo tem diâmetro 
inferior. 
Os coeficientes representativos da granulometria, para a fração grossa, segundo 
Allen Hazen, são: 
i) Coeficiente de uniformidade (Cu): 10
60
D
DCu =
 
 Onde, segundo esta classificação, solos com: 
Cu < 5 - têm granulometria uniforme; 
5 < Cu < 15 - têm uniformidade média; 
Cu > 15 - são desuniformes; 
ii) Coeficiente de curvatura (Cc): 
( )
1060
2
30
DD
DCc
⋅
=
 
 Onde, segundo esta classificação, solos com: 
1 < Cc < 3 - são bem graduados. 
 
OBS.: (UFBA, 2001) Muitas vezes em campo temos a necessidade de uma 
identificação prévia do solo, sem que o uso do aparato de laboratório esteja disponível. Esta 
classificação primária é extremamente importante na definição (ou escolha) de ensaios de 
laboratório mais elaborados e pode ser obtida a partir de alguns testes feitos rapidamente 
em uma amostra de solo. No processo de identificação tátil visual de um solo utilizam-se 
freqüentemente os seguintes procedimentos (vide NBR 7250): 
 
 Tato: Esfrega-se uma porção do solo na mão. As areias são ásperas; as argilas 
parecem com um pó quando secas e com sabão quando úmidas. 
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 Plasticidade: Moldar bolinhas ou cilindros de solo úmido. As argilas são moldáveis 
enquanto as areias e siltes não são moldáveis. 
 Resistência do solo seco: As argilas são resistentes a pressão dos dedos enquanto os 
siltes e areias não são. 
 Dispersão em água: Misturar uma porção de solo seco com água em uma proveta, 
agitando-a. As areias depositam-se rapidamente, enquanto que as argilas turvam a 
suspensão e demoram para sedimentar. 
 Impregnação: Esfregar uma pequena quantidade de solo úmido na palma de uma das 
mãos. Colocar a mão embaixo de uma torneira aberta e observar a facilidade com que a 
palma da mão fica limpa. Solos finos se impregnam e não saem da mão com facilidade. 
 
A distinção entre solos argilosos e siltosos, na prática da engenharia geotécnica, 
possui certas dificuldades, já que ambos os solos são finos. Porém, após a identificação 
tátil-visual ter sido realizada, algumas diferenças básicas entre eles, já citadas nos 
parágrafos anteriores, podem ser utilizadas para distingui-los. 
 O solo é classificado como argiloso quando se apresenta bastante plástico em presença 
de água, formando torrões resistentes ao secar. Já os solos siltosos quando secos, se 
esfarelam com facilidade. 
 Os solos argilosos se desmancham na água mais lentamente que os solos siltosos. Os 
solos siltosos, por sua vez, apresentam dilatância marcante, o que não ocorre com os 
solos argilosos. 
 
 
3. Limites de Consistência ou Limites de Atterberg 
 
3.1. Introdução 
 
Os Limites de Consistência ou Limites de Atterberg são parâmetros importantes na 
caracterização do comportamento dos solos de comportamento plástico. Solos de 
comportamento plástico são solos finos, onde predominam as forças de atração elétrica 
entre as partículas sobre as forças gravitacionais. A característica de plasticidade confere ao 
solo a propriedade de ser moldado, ou seja, mudar de forma sem sofrer ruptura e sem variar 
de volume. Os Limites de Atterberg definem faixas de teores de umidade dentro das quais 
os solos finos apresentam essa propriedade. São obtidos a partir de ensaios de laboratório 
normalizados pelas normas NBR-6459/ABNT e NBR-7180/ABNT). 
 
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3.2. Comportamento dos solos plásticos em função da quantidade de água 
intersticial 
 
 
3.3. Valores típicos (Souza Pinto, 2000) 
 
Solos LL% IP% (IP = LL – LP) 
Residuais de arenito (arenosos finos) 29-44 11-20 
Residual de Gnaisse 45-55 20-25 
Residual de Basalto 45-70 20-30 
Residual de Granito 45-55 14-18 
Argilas orgânicas de várzeas quaternárias 70 30 
Argilas orgânicas de baixadas litorâneas 120 80 
Argilas porosas vermelha de SP 65-85 25-40 
Argilas variegadas de SP 40-80 15-45 
Areias argilosas variegadas de SP 20-40 5-15 
Argilas duras, cinzas de SP 64 42 
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3.4. Índice de Plasticidade (IP) 
 
É dado pela diferença entre LL e LP. Representa a faixa de trabalhabilidade, ou seja, 
a faixa de umidade na qual o solo apresenta comportamento plástico. 
 
IP = LL – LP 
 
IP Tipo de solo 
1 a 7 Pouco plástico 
7 a 15 Medianamente plástico 
> 15 Altamente plástico 
 
 
3.5. Índice de Consistência (IC) 
 
Mede a consistência que um solo apresenta com sua umidade natural in situ. 
 
LPLL
wLLIC nat
−
−
=
 
 
IC Consistência 
< 0,5 mole 
0,5 a 0,75 média 
0,75 a 1,0 rija 
> 1,0 dura 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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EXERCÍCIOS ÍNDICES FÍSICOS 
1. De uma quantidade de solo com peso total de 22kg e volume de 12,2l, extrai-se uma 
pequena amostra, para a qual determina-se: 
Peso úmido = 70g 
Peso seco = 58g 
Peso específico das partículas, γs = 2,67 g/cm3 
Pede-se calcular: 
• Teor de umidade (w) 
• Peso da parte sólida (Ps) 
• Peso de água (Pw) 
• Volume da parte sólida (Vs) 
• Volume de Vazios (Vv) 
• Índice de Vazios (e) 
• Porosidade (n) 
• Grau de Saturação (S) 
• Peso específico natural(γn) 
• Teor de umidade admitindo-se solo 
saturado (wsat) 
• Peso específico saturado (γsat)
 
2. Uma amostra de areia com um volume de 2,9 litros pesou 5,2 kg. Os ensaios de 
laboratório para a determinação da umidade natural, do peso específico das partículas e da 
compacidade relativa do material forneceram os seguintes resultados: 
Umidade: 
Determinação Corpo de Prova 01 Corpo de Prova 02 
Peso úmido 7,79g 5,04g 
Peso seco 6,68g 4,31g 
Peso específico das partículas: 
Peso do picnômetro com água = 434,12 g 
Peso do picnômetro com 35 g de solo e água até o mesmo nível = 456,21 g 
Compacidade relativa: 
Índice de vazios correspondente ao estado solto = 0,85 
Índice de vazios correspondente ao estado compacto = 0,50 
 
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Pede-se calcular para essa amostra: a) teor de umidade; b) peso específico das partículas; c) 
peso da parte sólida; d) peso da água; e) volume da parte sólida; f) volume de vazios; g) índice de 
vazios; h) compacidade relativa, classificando a amostra em função desse valor; i) porosidade; j) 
grau de saturação; k) peso específico aparente. 
 
3. O peso específico de uma argila é 17kN/m3, o teor de umidade 34% e a densidade das 
partículas 2,65. Qual o índice de vazios do material? 
 
4. O peso específico de um solo é 16 kN/m3, o peso específico das partículas 26 kN/m3 e o 
teor de umidade 12%. Calcule: a) o peso específico do solo seco; b) a porosidade; c) o índice de 
vazios; d) o grau de saturação. 
 
5. De um corte são removidos 180.000 m3 de solo, com um índice de vazios 1,22. Quantos 
m3 de aterro com 0,76 de índice de vazios poderão ser construídos? 
 
6. Para a construção de uma barragem de terra é previsto um volume de 300.000 m3 de 
terra, com um índice de vazios 0,8. Dispõem-se de três jazidas, que designaremos por A, B e C. 
O índice de vazios do solo de cada uma delas, bem como a estimativa do custo do movimento de 
terra até o local da barragem, são indicados no quadro a seguir. Qual a jazida explorável 
economicamente? 
Jazida Índice de vazios Custo do movimento de terra/m3 
A 0,9 R$ 10,20 
B 2,0 R$ 9,00 
C 1,6 R$ 9,40 
 
7. A umidade de um solo saturado é de 40%. O peso específico de suas partículas sólidas 
(γs) vale 26,5 kN/m3. Calcule seu índice de vazios, seu peso específico e seu peso específico 
seco. 
8. Uma amostra de areia foi colhida em um tubo amostrador de aço, cujo volume interno é 
495 cm3. A amostra mais o amostrador pesam 1.170 g. O peso do amostrador é 320 g. Depois de 
seca em estufa, o peso da amostra passou a ser 788 g. Determine o índice de vazios, a 
porosidade, o teor de umidade e o grau de saturação, admitindo-se que a densidade dos grãos (δ) 
é 2,65. 
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9. De uma amostra indeformada de solo são fornecidos os seguintes dados: Volume total: 
1.150 cm3, Peso total úmido: 2,6 kg, Peso seco: 2,3 kg e Densidade relativa dos grãos 2,73. Pede-
se o grau de saturação. 
10. Uma amostra de areia no estado natural pesa 875g e o seu volume é igual a 512cm3. O 
seu peso seco é 803g e a densidade relativa dos grãos 2,66. Determine o índice de vazios, 
porosidade, teor de umidade e grau de saturação. 
11. Em um solo parcialmente saturado (S<100%) temos: e = 1,2; w = 30%; γs = 26,6kN/m3. 
Calcule o peso específico aparente natural, o peso específico aparente seco, o grau de saturação 
e a porosidade? 
12. Um corpo de prova cilíndrico de um solo argiloso apresenta altura H = 12,5 cm, diâmetro φ 
= 5,0 cm e peso de 478,25 g o qual, após secagem, reduziu a 418,32 g. Sabendo-se que o peso 
específico dos sólidos é 27,0kN/m3, determinar: a) O peso específico aparente seco; b) O índice 
de vazios; c) A porosidade; d) O grau de saturação; e) O teor de umidade (w). 
13. Calcular a porosidade para um solo que apresenta S = 68%, γs = 26,5 kN/m3 e w = 15%. 
Qual é o peso específico desse solo? 
14. Uma amostra de argila foi retirada de 2m de profundidade num terreno de várzea nas 
margens do rio Tietê, estando abaixo do nível d’água. Sua umidade é de 95%. Estime, só com 
este dado, seu índice de vazios e seu peso específico natural. Este problema aparece com 
freqüência na prática da engenharia. 
15. Uma areia apresenta índice de vazios máximo de 0,90 e índice de vazios mínimo igual a 
0,57. Qual o índice de vazios correspondente à compacidade de 67%? 
 
 
 
 
 
 
 
 
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EXERCÍCIOS CARACTERIZAÇÃO COMPLETA 
 
1. Fale sobre os processos de identificação tátil-visual e como estes podem ser úteis para a 
engenharia geotécnica. 
 
2. Quais os procedimentos usados para a caracterização de um solo? 
 
3. Qual a utilidade do ensaio de granulometria? Quais são as informações obtidas de uma 
curva granulométrica? 
 
4. Esboce curvas granulométricas de um solo uniforme, de um solo desuniforme bem graduado 
e de um solo desuniforme mal graduado. 
 
5. Descreva, de forma resumida, o ensaio de caracterização (peneiramento + sedimentação). 
Comente sobre os objetivos do ensaio, equipamentos utilizados, procedimento 
experimental, parâmetros obtidos, etc. 
 
6. Como se modificam as características plásticas de um solo fino em função do aumento de 
teor de umidade? Explique os estados físicos pelos quais o solo passa e seus limites. 
 
7. O que se entende por Limites de Consistência? 
 
8. Descreva, de forma resumida, os processos de obtenção dos limites de plasticidade e 
liquidez e o que cada limite significa. Comente sobre os objetivos do ensaio, equipamentos 
utilizados, procedimento experimental, parâmetros obtidos, etc. 
 
9. O que você entende por índice de plasticidade e índice de consistência? 
 
10. O que se entende por Atividade das Argilas? Como uma argila pode ser classificada em 
função dos valores de Índice de Atividade (A)? 
 
11. O solo de uma jazida para uso de uma obra de terra tem as seguintes características: LL = 
60% e LP = 27%. O teor de umidade natural do solo é de 32%. Determine: a) O Índice de 
Plasticidade; b) o Índice de Consistência; c) Classifique o solo em função do valor obtido 
em (b). 
 
12. São listados a umidade natural e os limites de consistência de cinco solos diferentes. Para 
cada um, determinar o seu índice de plasticidade, seu estado de consistência em campo e 
falar sobre a atividade dos seus argilo-minerais: 
 
Propriedade Solo 1 Solo 2 Solo 3 Solo 4 Solo 5 
wnat (%) 27 14 14 24 72 
LL 13 35 25 35 60 
LP 8 29 19 18 28 
% φ < 0,002mm 20 15 12 10 15 
 
 
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