Para la realización del ensayo de integridad estructural de pilotes por el método de transparencia sónica o «cross-hole» ultrasónico es necesario dejar unos tubos huecos embebidos en el hormigón por los que poder introducir los transductores ultrasónicos (emisor y receptor de pulsos ultrasónicos) una vez endurecido éste. Esos tubos deben sobresalir («stickup») del hormigón del pilote, o del suelo o aire que tenga por encima, para permitir una ejecución correcta y segura del ensayo.
La gráfica o «diagrafía» resultado del ensayo muestra la curva del FAT (primer tiempo de llegada de la onda ultrasónica entre los dos tubos), la de la energía relativa con que llega la onda al receptor, y generalmente también la «cascada» o vista de conjunto de todos los pulsos ultrasónicos superpuestos. La ejecución del ensayo requiere que se tomen datos hasta el extremo superior de los tubos de acceso, quedando la diagrafía con el origen 0 m de profundidades en dicho extremo superior de los tubos. La duda que surge entre los ejecutores de estos ensayos es la de si es necesario o no reflejar en la diagrafía el extremo superior del pilote por encima de su cota de descabezado definitiva. Si no se refleja, se puede generar la duda de que el ensayador ha eliminado ese extremo superior de la diagrafía para ocultar posibles anomalías o fallos de ejecución, o incluso alterado la cota de descabezado por el mismo motivo.
Para evitar esta posibilidad y garantizar la integridad de los resultados del ensayo por todos los medios, la última versión del programa Chum de Piletest ahora presenta siempre en la diagrafía el área ensayada del extremo superior de los tubos, para que quede claro el resultado del ensayo en esa zona. En las dos diagrafías siguientes del mismo ensayo se observa a la izquierda cómo queda la diagrafía con el origen de profundidad en la cota de descabezado en la nueva versión del programa Chum, y a la derecha cómo antes se podía eliminar su extremo superior.
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Desde hace más de 30 años mantengo una actividad profesional en el campo de los ensayos de integridad estructural de pilotes, que tratan de encontrar posibles fallos en la ejecución de las cimentaciones profundas, normalmente ocultas a la vista. Para ello, se utilizan principalmente técnicas de eco sónico y de transparencia sónica mediante «cross-hole» ultrasónico.
A principios de la década de 1970 empiezan a aparecer los primeros equipos electrónicos para realizar ensayos de eco sónico. La metodología no es complicada: se introduce una onda de tensión (onda sonora) en el pilote mediante un golpe de martillo en la cabeza de pilote; esta onda de estrés viaja a la velocidad del sonido hasta la punta del pilote y se refleja volviendo arriba a la cabeza del pilote. Si en el camino hacia abajo se encuentran variaciones de impedancia (por ejemplo, como resultado de cambios en el área de la sección transversal, grietas, variaciones en las capas del suelo o inclusiones de elementos de material extraño), entonces una parte de la onda se reflejará en esta variación de impedancia y volverá a la parte superior del pilote. Se mide la respuesta de la cabeza del pilote, como resultado del golpe del martillo y las reflexiones, mediante un transductor de aceleración.
En la foto vemos el primer equipo comercial de eco sónico desarrollado en el instituto de investigación holandés TNO a partir de 1973, el FPDS-0 (Foundation Pile Diagnostic System). Este equipo constaba de una señal analógica, un procesador, un osciloscopio para recopilar y mostrar los datos y una cámara Polaroid para registrar los datos.
Otros equipos similares fueron desarrollados en aquella década al mismo tiempo por la empresa Pile Dynamics Inc en Estados Unidos y por CEBTP en Francia.
La primera vez que oí hablar de estos ensayos fue en el Institut Català del Sòl (Incasol), a principios de la década de 1990. Busqué información en revistas técnicas internacionales y encontré un anuncio de TNO. Les escribí (entonces lo más rápido era el fax) y me invitaron a visitar sus instalaciones cerca de Delft. Apróveché mi estancia en Bélgica en un congreso internacional sobre control de calidad de la construcción para escaparme un día a TNO, donde F. Reiding y P. Middendorp me enseñaron su equipo y me gustó. Entonces yo era director técnico del laboratorio Tecinco (hoy integrado en Applus+) y unos mese después les traje a Barcelona para realizar unos ensayos de pilotes para Incasol. Vino P. Meijer con un equipo como el de la foto, y en un par de días ensayó cientos de pilotes en la cimentación de unas viviendas en Mollet del Vallés. La electrónica había mejorado y el equipo estaba formado por un ordenador portátil robusto de uso militar, con la electrónica necesaria en una caja acoplada y una batería suplementaria para permitir el ensayo durante muchas horas.
Convencí a mi jefe de que necesitábamos un equipo de ensayo como ese, y lo compramos. En 1992 presenté un artículo sobre el tema en las IV Jornadas Técnicas de Laboratorios Acreditados, de la Asociación Nacional de Laboratorios (ANL) celebradas en Sevilla. Entonces sólo había otro laboratorio en España que realizaba este tipo de ensayos, la empresa mixta Euroconsult-CEBTP, con tecnología de los franceses, siendo los técnicos responsables Fernando Sánchez Domínguez y Alain Nouet, ingeniero francés que se desplazó a Madrid para su puesta en marcha.
En 1996 empecé mi actividad profesional independiente, y una de mis primeras decisiones fue adquirir un equipo de ensayos de eco sónico a TNO. La tecnología había evolucionado bastante y el equipo, de nombre SIT (Sonic Integrity Test), era más compacto. Gracias a él y a mis colaboradores, extendimos nuestra actividad a obras de pilotes en toda España, lo que nos permitió posicionarnos como principales expertos en los ensayos de integridad de pilotes.
El otro método de ensayo utilizado universalmente para el ensayo de la integridad estructural de pilotes y pantallas es el de transparencia sónica mediante «cross-hole» ultrasónico. Su introducción fue posterior a la del método de eco sónico, ya que requiere un equipo electrónico más complejo y dejar instalados unos tubos huecos en el hormigón del pilote. Este método fue desarrollado principalmente en Francia por CEBTP. Hacia el año 2000 adquirí un equipo de un fabricante de Hong Kong utilizado por Fugro, que me duró poco por el mal servicio técnico del fabricante. Luego conocí en un congreso internacional a Joram M. Amir, creador de Piletest, y me pasé a su equipo PISA que realizaba los dos ensayos, el de eco sónico y el de transparencia sónica.
Con el tiempo, encontré más inconvenientes que ventajas a disponer de un único equipo que realizaba los dos ensayos, y adquirí a Piletest un equipo de eco sónico, el PET (Pile Echo Tester), que llevaba una table Fujitsu de aquella época, junto con la electrónica necesaria.
En aquellos años se produjo la aparición de mini ordenadores PDA, ahora casi totalmente apartados de uso por los teléfonos inteligentes, y Piletest adaptó su software para poder utilizar estos equipos tan compactos mediante una PDA Asus con sistema operativo Windows Mobile, equipo denominado Pocket PET. También lo utilicé durante un tiempo.
Poco después Piletest lanzó un equipo para realizar sólo los ensayos de transparencia sónica, el CHUM (Cross-Hole Ultrasonic Monitor), que pronto pasó a formar parte de mi equipamiento. Con este equipo robusto, con un software amigable y sencillo de utilizar con pantalla táctil, pudimos atender durante muchos años los trabajos de ensayo de integridad en pilotes de gran diámetro, habituales en la construcción de grandes infraestructuras ferroviarias, carreteras, puertos y otros, habituales en aquellos años.
La primera década del siglo fue de gran actividad en ensayos de integridad estructural de pilotes, cuando era habitual que tuviéramos dos técnicos especializados realizando ensayos por toda la geografía española, saliendo de la oficina de Barcelona el lunes y volviendo el viernes. Al final, resultó más conveniente abrir una delegación en Madrid, que aguantamos hasta que la crisis de 2008-2014 nos obligó a cerrar.
La asociación de empresas de cimentaciones especiales AETESS encargó al Laboratorio de Geotecnia del Cedex en 2006 una monografía titulada «Recomendaciones para la ejecución e interpretación de ensayos de integridad de pilotes y pantallas» al objeto de poner un poco de orden en la ejecución e interpretación de estos ensayos, que se estaban popularizando entre los laboratorios sin que existieran en España una normativa o unos criterios claros. Fue redactada por Fernando Sánchez Domínguez, con colaboraciones de Alain Nouet y mías. Esta monografía sigue siendo hoy día el texto semi normativo más completo en idioma español sobre los ensayos de integridad estructural de pilotes. Pinchando en la imagen se enlaza a la página web de publicaciones de AETESS, donde se puede descargar gratuitamente.
La popularización en España de los ensayos de integridad de pilotes fue muy rápida. Muchos laboratorios generalistas de control de calidad de la construcción nos subcontrataban los ensayos, puesto que la mayoría no disponían de los equipos electrónicos necesarios ni de personal formado en estos ensayos. Al cabo de un tiempo, estos laboratorios clientes nuestros vieron que había negocio en este campo y contactaron conmigo para pedirme que les ayudara a conseguir equipos de ensayo como los nuestros y a formar a su personal. Se me planteó un dilema: si les ayudo a adquirir la tecnología perdía clientes de ensayos, pero si no les ayudaba acabarían buscándose la vida por otro lado. No lo dudé mucho, si mi cliente confiaba en mi una necesidad que yo podía satisfacer, lo mejor para todos es que yo aportara mis conocimientos y mi experiencia para ayudarle. Hablé con Piletest. Me convertí así en su representante en España y empecé a vender sus equipos de ensayo y a formar al personal, no sólo en España sino en la mayoría de países de Hispanoamérica gracias al desarrollo de internet. Joram M. Amir impartió cinco seminarios presenciales en los que se formaron decenas de técnicos.
La realidad es que incrementé mi negocio: además de hacer ensayos vendía equipos electrónicos para que otros los realizaran. También impartía cursos sobre ensayos de pilotes, la mayoría personalizados para una determinada empresa, algunos presenciales y otros a distancia por internet. Y en 2020 empecé a impartir un curso en la plataforma de cursos online Ingeoexpert, del que ya se llevan 11 ediciones.
Estoy muy agradecido a todos los que me han ayudado a conocer y profundizar en las técnicas de ensayos de integridad estructural de pilotes, especialmente a la empresa Piletest. También a todos mis colaboradores y a los clientes que han confiado en nosotros durante casi 30 años.
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PET (Pile Echo Tester) es uno de los equipos más populares en el mundo y el primero en España para la realización de ensayos de integridad estructural de pilotes por el método de eco sónico.
El fabricante Piletest acaba de lanzar una actualización importante del programa informático que controla el ensayo y emite informes.
Los usuarios de Pet familiarizados con el programa podrán comprobar en las imágenes que la presentación se ha modernizado, con opciones de menú representadas por iconos y ventanas que permiten una interacción más rápida con el equipo, lo que redunda en un menor tiempo de ensayo y una mayor productividad en campo y en oficina.
La actualización incluye también algunas opciones nuevas, como la posibilidad de eliminar varios golpes de una vez, o la ordenación de golpes referida a un golpe seleccionado, entre otras.
La actualización está disponible para su descarga en la web de Piletest, a la que los usuarios registrados pueden acceder mediante este enlace.
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En este vídeo se pueden ver las operaciones de construcción de las cimentaciones del parque eólico marino Formosa 2 en Taiwan, con una potencia instalada de 376 MW.
Durante dos años, los equipos de la empresa Jan de Nul instalaron los jackets de cimentación de 47 aerogeneradores marinos, en aguas de calado máximo 55 m, utilizando 188 pilotes tubulares metálicos de hasta 79 m de longitud hincados mediante martillo hidráulico, 4 cables de exportación y 47 cables entre aerogeneradores.
Hoy voy a presentar un caso real de cimentación de aerogeneradores marinos mediante monopilotes tubulares metálicos hincados en el lecho marino mediante martillo hidráulico. Se trata del parque eólico marino Walney 2 instalado a unos 15 km al oeste de Barrow-in-Furness, en el Mar de Irlanda al noroeste de Inglaterra.
Parque eólico Walney 2
Se utilizó un martillo hidráulico IHC S-2000 Hydrohammer® para instalar 51 monopilotes, con un diámetro de 5,2 metros en su extremo superior, por la empresa Ballast Nedam Offshore B.V. de los Países Bajos que utilizó su propio buque insignia HLV (Heavy Lift Vessel) Svanen. Este catamarán autopropulsado tiene una capacidad de elevación de 8.700 toneladas.
Mandatory Credit: Photo by Global Warming Images/Shutterstock (1982765a) The Walney Offshore Windfarm project. the massive monopiles that are hammered 30 metres into the seabed to anchor the wind turbine.
Por cada aerogenerador se introduce un pilote tubular metálico de más de 800 toneladas a unos 30 m de profundidad en el fondo del mar. El diámetro superior de estos pilotes es de 5,2 metros, el diámetro inferior es de 6,5 metros. La longitud total del pilote es de aproximadamente 70 metros. Con su impacto de 2.000 kNm, el IHC S-2000 Hydrohammer® puede proporcionar suficiente energía para penetrar varias capas de cimentación diferentes.
En el siguiente vídeo se puede ver una secuencia de imágenes tomadas en continuo durante 24 horas durante la instalación de dos monopilotes. Después de terminar la hinca del primero, el barco se desplaza hasta la posición el segundo, dejando el primero señalizado, casi a ras del agua.
HInca de dos monopilotes en secuencia de 24 horas
Encima de cada monopilote se instaló una pieza de transición (pintada de amarillo) que, entre otras cosas, sirve como base para la torre de la turbina y para optimizar la verticalidad.
Piezas de transición listas para instalar
Cada una de estas turbinas Siemens SWT-3.6-120 proporciona 3,6 MW de energía. La envergadura/diámetro del rotor se aproxima a los 120 m. La altura de la turbina en su totalidad es de 150,2 metros. La potencia total instalada en el parque es 183,6 MW.
Agradecimientos: Información e imágenes tomados de páginas web y YouTube de IHC, Ballast Nedam Offshore y Power-technology.com.
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Una parte importante de las cimentaciones de aerogeneradores y otras estructuras offshore en aguas no demasiado profundas se realizan mediante monopilotes tubulares metálicos hincados en el lecho marino. El método de hinca más utilizado es mediante martillos metálicos sumergibles, pero también se hincan mediante vibradores.
Las dimensiones de los aerogeneradores marinos se van incrementando rápidamente. Se están poniendo en servicio turbinas de 10 y 13 MW y ya se están diseñando y fabricando otras mucho más grandes, de 15 y 18 MW. El motivo es que los propietarios y explotadores de los parques eólicos marinos presionan a los fabricantes de los aerogeneradores para incrementar su potencia de modo exponencial, puesto que los costes de instalación y montaje no aumentan en la misma proporción y eso permite abaratar el precio de la energía vendida.
Este incremento en el tamaño de los aerogeneradores conlleva un incremento en el tamaño de los monopilotes de cimentación, lo que requiere de medios más potentes para su instalación, principalmente martillos hidráulicos sumergibles mucho más grandes. La carrera de los fabricantes de aerogeneradores se ha trasladado por tanto a los fabricantes de martillos, lo que ha abierto a su vez las opciones a la hinca por vibración.
Estas son las ventajas de la hinca por vibración:
Hincas más rápidas.
Nivel de ruido inferior.
Elevación del monopilote e hinca en una sola secuencia.
Menos fatiga y vida útil más larga de los monopilotes.
Ahorro de material, menos espesor de acero en el monopilote.
Permite extraer pilotes en desuso.
Una desventaja de la hinca por vibración es que no es tan sencillo comprobar la carga última del monopilote instalado, mientras que en los hincados mediante martillo sí que se puede comprobar mediante pruebas de carga dinámica (DLT) instrumentando el pilote y dando golpes con el martillo. La solución para garantizar la resistencia del monopilote hincado por vibración es dar unos golpes finales con un martillo para asegurar su resistencia y realizar entonces las pruebas DLT.
Los vibradores empiezan a ser también gigantescos, como se puede ver en el modelo que muestra la web del fabricante especializado holandés Dieseko, que puede hincar monopilotes de hasta 8 m de diámetro. En el siguiente vídeo, también de Dieseko, se explican sus funcionalidades.
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Más información sobre energía eólica en España en la web de AEE.
Hace décadas que en la humanidad se está incrementando la conciencia de que es indispensable reducir la huella de carbono (o gas CO2) emitido a la atmósfera por la actividad humana para reducir los efectos del cambio climático en marcha. Pero, ¿cuál es la contribución de mi actividad personal o la de mi organización a la emisión de CO2, también denominada «huella de carbono»?
Una respuesta personalizada se puede encontrar en la web de la Plataforma de Acción Laudato Si’, un espacio compartido donde la Iglesia Católica desarrolla una respuesta audaz y activa a la crisis ecológica, tan urgentemente ilustrada en la encíclica Laudato Si’ del Papa Francisco. La Plataforma de Acción Laudato Si’ te capacita para actuar ahora, cuando es “urgente y necesario”. Está dirigida por un amigo mío, el ingeniero medioambiental norteamericano John Mundell.
Si te inscribes en la Plataforma tendrás acceso a los recursos que contiene, entre ellos una herramienta de autoevaluación de tu impacto ecológico de referencia para saber dónde centrar tus esfuerzos en tu camino hacia la ecología integral, y unas recomendaciones para tus acciones a medida -basadas en tu autoevaluación- para empezar a tener un impacto ecológico inmediato justo donde estás.
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En la cimentación de aerogeneradores marinos se utilizan mayoritariamente monopilotes tubulares metálicos de gran diámetro, hincados mediante martillos hidráulicos pesados. Uno de los efectos adversos es la generación de ruido agudo por los golpes del martillo al pilote, que son de acero contra acero. Ese ruido se propaga por el agua a gran distancia y es perjudicial para la fauna marina, por lo que se están creando nuevos dispositivos que permiten mitigar el ruido ambiental.
Uno de ellos es un accesorio denominado «Pulse», de la empresa holandesa especializada en hinca offshore IQIP, que se puede ver en el siguiente vídeo. Se trata de un amortiguador que alarga la duración del impacto y reduce la energía máxima transmitida al pilote. Se suele completar el sistema de mitigación de ruido mediante cortinas de burbujas de aire alrededor de la zona de la hinca, generadas mediante compresores situados en un buque auxiliar.
El agua es un medio eficaz para la transmisión del sonido; varios animales como los mamíferos marinos, el pez sapo, corvinas y el camarón pistola, usan resonancias para navegar y comunicarse, percibiendo su entorno acústicamente. El ruido oceánico diferente a los sonidos naturales es considerado una forma de contaminación que puede afectar la vida en los océanos y ha aumentado tres decibelios (dB) por decenio en los últimos cien años. La Asamblea General de la Organización de las Naciones Unidas (ONU) incluyó en 2005 el problema del ruido oceánico en su reporte como una de las cinco amenazas principales para ballenas y uno de los diez impactos previsibles en el mar.
Algunas de las principales fuentes de ruido se producen en las helices de los barcos, el sistema de los submarinos llamado sonar y explosivos que se usan en los estudios sísmicos. En las últimas décadas se han unido los martillos hidráulicos submarinos para hinca de pilotes. Más información sobre el problema del ruido oceánico en este enlace.
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Piletest.com Ltd, uno de los líderes mundiales en el desarrollo y fabricación de equipos electrónicos y software para realizar ensayos de pilotes, comercializa un innovador sistema para la realización de pruebas de carga dinámica en pilotes hincados. Se trata del sistema Goble Pile Check (GPC) desarrollado en Estados Unidos por el profesor George G. Goble, Ph.D., uno de los padres de las pruebas de carga dinámica de pilotes (Dynamic Load Testing – DLT).
George Goble, junto con Frank Rausche y Garland Likins, crearon en la década de 1970 la primera generación de equipos analizadores de hinca de pilotes (Pile Driving Analyzer – PDA) y la empresa Pile Dynamics Inc. (PDI). Sus equipos electrónicos de toma de datos y sus programas de análisis Weap y Capwap se convirtieron con los años en el sistema más difundido en el mundo para comprobar la capacidad de carga de los pilotes hincados. Por motivos que desconozco, en la década del 2000 George Goble se separó de sus socios e inició en la última etapa de su vida una andadura profesional independiente, desarrollando su propio equipo y software, el sistema GPC, contando con la colaboración de un jóven ingeniero vietnamita, Thai Nguyen.
Equipo GPC en funcionamiento durante la hinca de un pilote
Tras el fallecimiento de George Goble en 2017, Thai Nguyen ha continuado desarrollando el sistema GPC, y difundiéndolo en todo el mundo, contando con la colaboración de Piletest para su comercialización. GPC es en estos momentos el sistema más completo, avanzado y sencillo para realizar pruebas de carga dinámica en pilotes. Los que tengáis algunos conocimientos sobre este tipo de pruebas lo podréis apreciar en este vídeo en el que Thai Nguyen explica los principales detalles del sistema GPC.
Detalles del funcionamiento del software
Para más información, puedes escribir a Piletest sales@piletest.com o a nuestro formulario de contacto. También puedes dejar un comentario al final de esta entrada.
El método de eco sónico para ensayar la integridad estructural de pilotes no lleva mucho tiempo en cada pilote, pero cuando llegas a obra y tienes 100, 200 o más pilotes por ensayar, las horas pasan rápidas y se agradece cualquier tipo de ayuda para poder terminar la jornada con el trabajo de campo finalizado y evitar tener que volver a la obra el día siguiente.
El popular equipo PET (Pile Echo Tester) de Piletest.com Ltd incorpora en su software algunas ayudas que permiten reducir sustancialmente el tiempo de ejecución del ensayo.
La primera de ellas es la opción de crear múltiples pilotes de una sola vez, al contrario que lo habitual, que es ir al tajo de los pilotes y empezar a crear y ensayar los pilotes uno tras otro, según los vas encontrando. Eso quiere decir que tienes que localizar su identificación en el plano, introducirla manualmente en el programa y repetir esta operación en cada pilote. Incluso puedes ponerles a todos una longitud esperada y una velocidad de la onda sónica común.
Pero si eliges la opción de menú «Introducir múltiples pilotes» al inicio del trabajo puedes crear de una sola vez todos los pilotes que quieras (100, 200 o más) con numeración correlativa, e incluso con un prefijo y un sufijo. El ahorro de tiempo es muy grande, y si hay algún pilote que no se ensaya, se puede borrar después en la oficina.
El programa Pet lleva otra familia de ayudas que se denominan «Opciones inteligentes» (smart options), que también reducen el tiempo de ejecución y de análisis posterior de los ensayos. Están recogidas en el siguiente menú.
La primera opción inteligente es el «disparador inteligente» (Smart Trigger), que desprecia reflectogramas extraños captados por el equipo y no los guarda. Eso evita dedicar tiempo luego al borrado de esos golpes.
La segunda opción inteligente es la «selección automática» (Auto Sort) de los mejores reflectogramas captados por los golpes de martillo. Hay que definir con cuantos golpes queremos quedarnos, en el ejemplo de la imagen son 15 golpes. El resto se van a eliminar, lo que evita que dediquemos tiempo de análisis posterior para eliminar manualmente los golpes peores. El algoritmo funciona así en el ejemplo: se van captando los primeros 15 golpes y al llegar al golpe 16 se elimina automáticamente el golpe que difiere más de la media de todos. Si seguimos dando golpes con el martillo en la cabeza del pilote, se van quedando en pantalla sólo los 15 que se parecen más al golpe medio.
La tercera opción inteligente es la aparición en la pantalla de un letrero que pone «Convergencia» (Convergence) cuando llevamos dando unos cuantos golpes de martillo y la media de todos los reflectogramas captados no varía casi nada cuando añadimos un golpe adicional. Es un algoritmo que nos avisa de no dedicar más tiempo al ensayo de ese pilote porque el reflectograma medio prácticamente no varía con golpes adicionales. Se trata de un aviso en pantalla, que no impide que se sigan dando y guardando más golpes, si el operador del ensayo lo considera necesario. En el menú hay que establecer el número mínimo de golpes a partir del cuan aplicar el algoritmo de convergencia (en el ejemplo mostrado son 15 golpes), y el umbral de variación del reflectograma medio por debajo del cual se muestra el aviso en pantalla (5% en el ejemplo).
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