47. Perfiles de Chapa Plegada

Escuela Politcnica de Cuenca Unidad Temtica 12 Arquitectura Tcnica Leccin 47

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BLOQUE TEMTICO 3 UNIDAD TEMTICA 12

LECCION 47 PERFILES DE CHAPA PLEGADA


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Estructurasconperfilesligeros

ndice:

1. Conceptos Generales 2. Perfiles Ligeros de Chapa plegada 3. Mtodos de unin 4. Detalles Constructivos de las uniones 5. Aplicaciones Estructurales 6. Normativa 7. Cables


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1. CONCEPTOS GENERALES

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

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

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

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

- Material econmico, consiguindose relaciones resistencia/peso ms ventajosas.

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

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

- Facilidad y sencillez para efectuar los enlaces de la estructura. Emplean medios 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 maquinaria pesada y la ejecucin es rpida, incluyendo el panelizado y posterior montaje.

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

- La planificacin de la obra es sencilla y precisa, permitiendo un mejor aprovechamiento 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 se puede fabricar una variedad casi infinita de formas.

Los perfiles plegados en fro no excluyen a los laminados en caliente sino que se pueden complementar 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 que implica el debilitamiento de la seccin. La proteccin contra la corrosin se consigue mediante revestimiento metlico (galvanizado_ consistente en bao de zinc fundido_ o emplomado al fuego, galvanizado por proyeccin, o por pintura).

1. PERFILES LIGEROS DE CHAPA PLEGADA Los 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 las secciones usuales (en I, C, L, etc.), para conseguir un aprovechamiento ms ptimo de sus caractersticas resistentes.

A continuacin se indican algunas secciones de las ms empleadas. La gran variedad de formas que pueden obtenerse mediante el plegado en fro a partir de chapa o fleje 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 el

plegado en fro, necesitndose soldar o simple atornillar dos o ms de ellas para conseguir dicha seccin.

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

Es importante que los elementos planos comprimidos se encuentren debidamente rigidizados. Por ejemplo, en la imagen anterior (XI.A.I) se ve como el ala de un perfil en C se halla reforzada por un rigidizador especial de borde, que en la mayora de los casos 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 resultase

excesiva pese al refuerzo del borde, se disponen rigidizadores intermedios adicionales comprendidos entre los de borde (elementos con rigidizacin mltiple).

MATERIALES Los aceros que se utiliza para la fabricacin de perfiles ligeros son del tipo no

aleados o de baja aleacin:

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

A-60, A-70 36 080

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

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

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El lamiado en fro modifica las caractersticas mecnicas del acero dando lugar a

un aumento del lmite de fluencia, un aumento de la resistencia a la rotura por traccin y a una disminucin de la ductilidad.

El material de las esquinas de los perfiles suele sufrir una deformacin superior a la de las zonas lisas, con lo que las propiedades mecnicas del producto obtenido no son uniformes, 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 unin que 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 la soldadura.

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

A) Soldadura

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

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

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


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En taller se emplea con frecuencia la soldadura por resistencia, en su

modalidad de puntos de soldadura, que a menudo resulta un mtodo cmodo y econmico. Consiste en la aplicacin de una tensin a las piezas a soldar mediante dos electrodos (Fig.3.26-a), que por lo general son cilndricos y enfriados interiormente por agua, con un dimetro D en el cuerpo del electrodo y un dimetro d en la punta de contacto del electrodo con las piezas (Fig.3.26-b), La forma de resistir a los puntos de soldadura 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 los

espesores a soldar y de la debida regulacin de la mquina de soldar. Motivos por los que se recomienda que estos trabajos se realicen por entidades experimentadas que sean inspeccionadas por organismos cualificados.


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Las fases de ejecucin de la soldadura de puntos por resistencia pueden resumirse en:

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

2) Los perfiles o chapas a unir debern venir preparados de forma que puedan acoplarse 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 llamado ncleo del punto de soldadura, nicamente puede considerarse una soldadura bien 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 rpidamente posible, 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 se dispone, especialmente en lo que se refiere a longitud y separacin tiles de los brazos y a la potencia de la mquina.

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

Existen diferentes formas de disponer las uniones por soldaduras, las ms usuales 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 mximo tringulo 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) Tornillos

Los tornillos ordinarios son de uso cada vez ms limitado, por ir ganndoles campo de aplicacin los procedimientos de atornillado de chapas. Una excepcin la constituyen los tornillos de alta resistencia, cuyo empleo puede implicar una economa notable.

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 de tornillo 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 mismo dimetro que el ncleo del tornillo.

b) El orificio practicado en la chapa que descansa sobre la cabeza del tornillo es mayor que el dimetro del ncleo del tornillo. Por consiguiente. La segunda chapa se deforma cnicamente, y al apretar fuertemente el tornillo, esta concavidad se contrae, lo que excluye la posibilidad de cualquier aflojamiento posterior.


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

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

Tornillos Taladradores

Constituyen un perfeccionamiento de los anteriores, ya que su empleo hace innecesario 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 vstago garantiza el perfecto taladrado de ambas chapas antes de que la rosca atornille a la chapa posterior. Este tornillo se fija mediante un cabezal de sujeccin 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 orificio practicado 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 por soldadura (Figura XI. C.5) de contorno hexagonal con brida anular centrada para 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 utilizan frecuentemente. A continuacin se exponen algunos de los ms caractersticos:

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

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

Un tipo especialmente sencillo es el remache de expansin (Fig. VI. C. 6.a), de vstago tubular, cuyo extremo est hundido radialmente. Una vez que el remache se ha introducido en el orificio, se hinca con un martillo una cua cilndrica de cabeza estampada, con lo que el extremo libre del vstago se expansiona dando la presin de cierre para que quede acuado el remache. La figura XI. C.6.b representa la fijacin 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 cua casi cuculiforme de la figura XI. C. 7. Ambos se insertan en el orificio preparado (figura a).

Tambin se emplea el remache ciego de vstago tubular roscado en la extremidad libre (vase figura XI. C.8) y de cabeza embutida. El remache se aprieta mediante una herramienta especial de remachado que termina en un tornillo que se enrosca en el remache. El abombamiento que se presenta en el cuerpo del remache hace que la cabeza 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 especiales

Entre 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 se presentan seis ejemplos de uniones plegadas.


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_ Tambin pueden emplearse resinas sintticas aplicadas en fro o en caliente. Las dimensiones de las superficies en contacto son funcin de las fuerzas que solicitan la unin. Este tipo de unin no es recomendable cuando los elementos unidos tienden a separarse al quedar la costura solicitada a traccin. Generalmente, tampoco es recomendable el empleo de adhesivos en aquellas estructuras que estn solicitadas por fuerzas dinmicas. Puede ser ventajosa en una costura la combinacin de tornillos de alta resistencia, con adhesivos, ya que mejoran la resistencia a la traccin 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 los expuestos 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 ms favorables a efectos de pandeo, unindose en general, directamente sin cartelas.

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

Viguetas Forjado

Todos los tipos que se ofrecen en el mercado responden a patentes comerciales. A ttulo 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 la que se le aade una capa de hormign de 5 cm de espesor, como mnimo, que adems de actuar como encofrado de ste, colabora en la resistencia de la losa sustituyendo total o parcialmente a las armaduras de traccin del forjado. En los apoyos han de disponerse anclajes adicionales y rigidizadores.

El fundamento de este Sistema de Forjado consiste en que sus elementos trabajen

conjuntamente aportando cada uno sus mejores caractersticas. Es imprescindible conseguir una adherencia entre acero y hormign superior al

esfuerzo rasante de solicitacin. En este Sistema la adherencia se consigue gracias al especial diseo de los perfiles

PL-76/383 y PL-59/150. Estos perfiles llevan incorporadas unas embuticiones tronco piramidales repetidas

indefinidamente en sus partes planas y en sus flancos inclinados. Estos alojamientos, por su forma y sus bien definidas aristas, permiten un anclaje

perfecto del hormign al perfil. A ello colabora tambin, en el perfil PL 76/383, una cola de milano dispuesta

longitudinalmente 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 emplean planchas de chapa fina plegada de acero en la techumbre de naves industriales y cobertizos.

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 de transporte, llegando a alcanzar longitudes dos o tres veces superiores a la separacin entre cerchas.

Cubiertas Deck

Este tipo de cubierta esta compuesta bsicamente por tres elementos; chapa galvanizada mnimo 0,7 mm de espesor, aislamiento de lana de roca de diferentes espesores a fijacin mecnica y recubrimiento de tela asfltica cuyas caractersticas difieren dependiendo 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 a distancia por elementos intermedios capaces de transmitir esfuerzos.

Estos elementos intermedios que forman el ncleo del panel rigidizan, adems, las chapas de acero. Es frecuente la utilizacin para el ncleo de materias sintticas celulares, 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, la inexistencia de normativa de obligado cumplimiento que las ampare.

Estn fuera del mbito de aplicacin de la normativa bsica EA-95 Estructuras de acero 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 y conformados en fro caliente destinados a servir de elementos resistentes de espesor constante mayor o igual que 2 mm

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

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

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

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

Norma UNE-ENV 1090-2. Ejecucin de estructuras de acero, reglas suplementarias para 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 amparados por normativa bsica, existen los Documentos de Idoneidad Tcnica (DIT).

7. CABLES

Cables que por su construccin presentan una gran flexibilidad y larga duracin frente a la 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 ISO 2020.

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


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Ejemplos de Tensores con horquilla mvil


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