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UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO” FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL TECNOLOGÍA DEL CONCRETO INFORME DE LABORATORIO DISEÑO DE MEZCLAS POR MÉTODO ACI
DOCENTE:
Ing. MAX ANDERSON HUERTA MAZA
INTEGRANTES:
HUARAZ - PERU 2014
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INTRODUCIÓN
El diseño de mezclas es un proceso que consiste en calcular las proporciones de los elementos que forman el concreto, con el fin de obtener los mejores resultados. Los ingenieros hemos llegado a tomar plena conciencia del rol determinante que juega el concreto en el desarrollo nacional. La adecuada selección de los materiales integrantes de la mezcla; el conocimiento profundo de los materiales integrantes de la mezcla; el conocimiento profundo de las propiedades del concreto; los criterios de diseño de las proporciones de la mezcla más adecuada para cada caso, el proceso de puesta en obra; el control de la calidad del concreto; y los más adecuados procedimientos de mantenimiento y reparación de la estructura, son aspectos a ser considerados cuando se construye estructuras de concreto que deben cumplir con los requisitos de calidad, seguridad, y vigencia en el tiempo que se espera de ellas. La demanda del concreto ha sido la base para la elaboración de los diferentes Diseños de Mezcla, ya que estos métodos permiten a los usuarios conocer no sólo las dosis precisas de los componentes del concreto, sino también la forma más apropiada para elaborar la mezcla. Los Métodos de Diseño de mezcla están dirigidos a mejorar calificativamente la resistencia, la calidad y la durabilidad de todos los usos que pueda tener el concreto.
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INTRODUCIÓN
El diseño de mezclas es un proceso que consiste en calcular las proporciones de los elementos que forman el concreto, con el fin de obtener los mejores resultados. Los ingenieros hemos llegado a tomar plena conciencia del rol determinante que juega el concreto en el desarrollo nacional. La adecuada selección de los materiales integrantes de la mezcla; el conocimiento profundo de los materiales integrantes de la mezcla; el conocimiento profundo de las propiedades del concreto; los criterios de diseño de las proporciones de la mezcla más adecuada para cada caso, el proceso de puesta en obra; el control de la calidad del concreto; y los más adecuados procedimientos de mantenimiento y reparación de la estructura, son aspectos a ser considerados cuando se construye estructuras de concreto que deben cumplir con los requisitos de calidad, seguridad, y vigencia en el tiempo que se espera de ellas. La demanda del concreto ha sido la base para la elaboración de los diferentes Diseños de Mezcla, ya que estos métodos permiten a los usuarios conocer no sólo las dosis precisas de los componentes del concreto, sino también la forma más apropiada para elaborar la mezcla. Los Métodos de Diseño de mezcla están dirigidos a mejorar calificativamente la resistencia, la calidad y la durabilidad de todos los usos que pueda tener el concreto.
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OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERALES
Realizar el diseño de mezclas mezclas por el Método A.C.I. A.C.I. de un concreto con Canto Rodado con un aditivo incorporadores de aire, cuya resistencia deberá ser de f’c = 2 10 kg/cm2 (A los 28 días)
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Obtener un concreto que tenga las características específicas f’c = 2 10 kg/cm2 (A los 28 días), consistencia plástica plástica con un control de calidad bueno. Conocer la realización práctica y teórica del diseño de mezclas con aditivo incorporadores de aire. Establecer la importancia de la variación de cualquier parámetro en el proceso del diseño de mezclas. Verificar si lo que falla es la pasta o el agregado, para así poder determinar si es de buena o mala calidad.
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MARCO TEORICO A. MÉTODO ACI Este procedimiento considera nueve pasos para el proporcionamiento de mezclas de concreto normal, incluidos el ajuste por humedad de los agregados y la corrección a las mezclas de prueba. 1º.- El primer paso contempla la selección del Slump, cuando este no se especifica el informe del ACI incluye una tabla en la que se recomiendan diferentes valores de Slump de acuerdo con el tipo de construcción que se requiera. Los valores son aplicables cuando se emplea el vibrado para compactar el concreto, en caso contrario dichos valores deben ser incrementados en dos y medio centímetros. 2°.- Se determina la resistencia promedio necesaria para el diseño; la cual está en función al f’c, la desviación estándar, el coeficiente de variación. Los cuales son
indicadores estadísticos que permiten tener una información cercana de la experiencia del constructor. Cabe resaltar también que existen criterios propuestos por el ACI para determinar el f’cr,
los cuales se explican a continuación: a) Mediante las ecuaciones del ACI f’cr=f’c+1.34s…………..I f’cr=f’c+2.33s-35………II
De I y II se asume la de mayor valor. Donde s es la desviación estándar, que viene a ser un parámetro estadístico que demuestra la performancia o capacidad del constructor para elaborar concretos de diferente calidad.
,2
2 2 2 2 ( − ) + ( − ) + ( − ) + ⋯+( − ) 2 √ = −1
valores de las resistencias obtenidas en probetas estándar hasta la rotura (probetas cilíndricas de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura). ,….
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15cm
30cm
X = es el promedio de los valores de la resistencia a la rotura de las probetas estándar. N = es el número de probetas ensayadas, serán 3. b) Cuando no se tiene registro de resistencia de probetas correspondientes a obras y proyectos anteriores. f’c Menos de 210 210 – 350 >350
f’cr f’c+70 f’c+84 f’c+98
c) Teniendo en cuenta el grado de control de calidad en la obra. Nivel de Control Regular o Malo Bueno Excelente
f’cr 1.3 a 1.5 f’c 1.2f’c 1.1f’c
d) Para determinar el f’cr propuesto por el comité europeo del concreto.
Donde:
= 1−′∗ =
V= coeficiente de variación de los ensayos de resistencia a las probetas estándar t= Coeficiente de probabilidad de que 1 de cada 5, 1 de cada 10, 1 de cada 20 tengan un valor menor que la resistencia especificada. FIC - UNASAM
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V entonces es un parámetro estadístico que mide la performancia del constructor para elaborar diferentes tipos de concreto.
=
2º.- La elección del tamaño máximo del agregado, segundo paso del método, debe considerar la separación de los costados de la cimbra, el espesor de la losa y el espacio libre entre varillas individuales o paquetes de ellas. Por consideraciones económicas es preferible el mayor tamaño disponible, siempre y cuando se utilice una trabajabilidad adecuada y el procedimiento de compactación permite que el concreto sea colado sin cavidades o huecos. La cantidad de agua que se requiere para producir un determinado slump depende del tamaño máximo, de la forma y granulometría de los agregados, la temperatura del concreto, la cantidad de aire incluido y el uso de aditivos químicos. En conclusión se requiere estudiar cuidadosamente los requisitos dados en los planos estructurales y en especificaciones de obra. Como por ejemplo el siguiente gráfico tomado de una parte de un plano para indicar los detalles típicos de una zapata que se dibuja en un plano de estructuración.
3º.- Como tercer paso, el informe presenta una tabla con los contenidos de agua recomendables en función del slump requerido y el tamaño máximo del agregado, considerando concreto sin y con aire incluido.
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4º.- Como cuarto paso, el ACI proporciona una tabla con los valores de la relación agua/cemento de acuerdo con la resistencia a la compresión a los 28 días que se requiera, por supuesto la resistencia promedio seleccionada debe exceder la resistencia especificada con un margen suficiente para mantener dentro de los límites especificados las pruebas con valores bajos. En una segunda tabla aparecen los valores de la relación agua/cemento para casos de exposición severa. 5º.- El contenido de cemento se calcula con la cantidad de agua, determinada en el paso tres, y la relación agua cemento, obtenida en el paso cuatro; cuando se requiera un contenido mínimo de cemento o los requisitos de durabilidad lo especifiquen, la mezcla se deberá basar en un criterio que conduzca a una cantidad mayor de cemento, esta parte constituye el quinto paso del método. 6º.- Para el sexto paso del procedimiento el ACI maneja una tabla con el volumen del agregado grueso por volumen unitario de concreto, los valores dependen del tamaño máximo nominal de la grava y del módulo de finura de la arena. El volumen de agregado se muestra en metros cúbicos con base en varillado en seco para un metro cúbico de concreto, el volumen se convierte a peso seco del agregado grueso requerido en un metro cúbico de concreto, multiplicándolo por el peso volumétrico de varillado en seco. 7º.- Hasta el paso anterior se tienen estimados todos los componentes del concreto, excepto el agregado fino, cuya cantidad se calcula por diferencia. Para este séptimo paso, es posible emplear cualquiera de los dos procedimientos siguientes: por peso o por volumen absoluto. 8º.- El octavo paso consiste en ajustar las mezclas por humedad de los agregados, el agua que se añade a la mezcla se debe reducir en cantidad igual a la humedad libre contribuida por el agregado, es decir, humedad total menos absorción. 9º.- El último paso se refiere a los ajustes a las mezclas de prueba, en las que se debe verificar el peso volumétrico del concreto, su contenido de aire, la trabajabilidad apropiada mediante el slump y la ausencia de segregación y sangrado, así como las propiedades de acabado. Para correcciones por diferencias en el slump, en el contenido de aire o en el peso unitario del concreto el informe ACI 211.1-91 proporciona una serie de recomendaciones que ajustan la mezcla de prueba hasta lograr las propiedades especificadas en el concreto.
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MATERIALES a) Malla N0 4 y carretilla:
b) Una lampa. Que será utilizada para realizar el mezclado del cemento, agua y de los agregados (fino y grueso).
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c) Cemento SOL portland Tipo I:
Es aquel cemento que tiene uso general, pues no se necesita que tenga propiedades especiales.
Ofrece un endurecimiento controlado
Se logran altas resistencias a temprana edad
Es versatil para muchos usos
d) Balanza con aproximación 5g.
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e) Moldes para la elaboración de briquetas.
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1. PROCEDIMIENTO: 1. CON CANTO RODADO ( 1.1.
=
)
PESADO DEL MATERIAL EMPLEADO - Se pesaron los materiales a usar en el diseño de mezcla, estos son, el pesado del agregado grueso, agregado fino, cemento y agua.
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1.2.
MEZCLADO
Para preparar la muestra se realiza el mezclado manualmente empleando una lampa. El agregado fino y grueso debe estar en lo posible en condición saturado superficialmente seco. Iniciar la mezcla de la arena agregado grueso y cemento mezclar hasta que quede uniformemente distribuido toda la mezcla; finalmente añadir el agua por la relación agua cemento indicada. Mezclar hasta que el concreto tenga una apariencia homogénea.
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ELABORACIÓN Ó VACIADO DE LAS BRIQUETAS. -
Colocar los moldes en una superficie plana.
-
Pasar con petróleo toda la superficie interior de los moldes.
-
Llenar la mezcla en moldes de 30cm. de alto y 15 cm. de diámetro, el vaciado deberá realizarse por tercios, compactando cada tercio con 25 golpes distribuidos unifórmenme, empleando una varilla de 5/8” de diámetro. Al compactar la primera capa debe cuidarse de no golpear el fondo, en las siguientes capas pasar como máximo 1’’ a la capa inferior; llenar la última capa con un ligero exceso para luego enrasarla. Golpear con cuidado con la comba de goma de 10 a 15 veces la superficie exterior del recipiente hasta que no aparezca burbujas grandes de aire en la superficie de la capa compactada.
-
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1.3.
DESENCOFRADO Y CURADO.
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Pasado 24 horas del vaciado, se procede al desencofrado de las briquetas, teniendo mucho cuidado de no quebrar las esquinas por encontrarse aún no resistentes. Procedemos a colocar en la parte lateral de nuestras briquetas, la fecha que fueron elaboradas, así como sus características (resistencia para el cual fue diseñada) y el número de grupo que los elaboró, para nuestro caso(Grupo: Ω4) Las briquetas para que adquieran la resistencia para la cual fueron diseñadas, serán curadas durante 7 días; para ello procedemos a sumergirlas dentro del agua, en nuestro caso, empleamos un cilindro que nosotros buscamos y un lavadero del laboratorio.
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1.4.
EXTRACCIÓN DE LAS BRIQUETAS:
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Pasado los 7 días de curado, las briquetas fueron extraídas del agua; para ello procedimos a sacarlas una por una, con un poco de cuidado, evitando golpearlas al colocarlas en una superficie plana y limpia, lugar donde serán almacenadas para que adquieran la resistencia para el cual fueron diseñadas; hasta que llegue el día que serán sometidas al ensayo para el esfuerzo a la compresión, empleando una máquina de ensayo, capaz de mantener la velocidad de carga continua y unif orme.
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CALCULOS: DISEÑO DE MEZCLAS ACI
(Canto rodado Cemento:
=
Portland ASTM tipo I "sol" Peso especifico
Agua:
)
3.1
Kg/m^3
Peso específico de masa
2703
Kg/m^3
Absorción
2.669
%
Contenido de Humedad
0.472
%
Módulo de Fineza
2.956
Peso unitario seco
1741
Kg/m^3
Tamaño máximo nominal
3/4
pulg.
Peso unitario seco
1735
Kg/m^3
Peso específico de masa
2639
Kg/m^3
Absorción
1.534
%
Contenido de Humedad
0.51
%
Potable del servicio público de Huaraz
Agregado Fino:
Agregado Grueso:(canto rodado)
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DETERMINACION DE LA RESISTENCIA PROMEDIO: Para el diseño de las briquetas no se consideraron un factor de seguridad ya que se quiere analizar la aproximación del método para una resistencia dada, por lo tanto la resistencia promedio será:
f'cr =210Kg/cm2
TAMAÑO MAXIMO NOMINAL DEL AGREGADO GRUESO:
T.M.N =3 4Pul . SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO:
Slump: 3”-4” SELECCIÓN DEL VOLUMEN UNITARIO DE AGUA: Con los datos de:
T.M.N
Asentamiento = 3"- 4"
Concreto con aire incorporado
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= ¾ Pulg.
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Asentamiento
Agua, en l/m3 para los tamaños max. Nominales de agregado grueso y consistencia indicados 3/8”
½”
¾”
1”
1 ½”
2”
3”
6”
Concretos sin aire incorporado 1” a 2”
207
199
190
179
166
154
130
113
3” a 4”
228
216
205
193
181
169
145
124
6” a 7”
243
228
216
202
190
178
160
...
Concretos con aire incorporado 1” a 2”
181
175
168
160
150
142
122
107
3” a 4”
202
193
184
175
165
157
133
119
6” a 7”
216
205
197
184
174
166
154
...
Cont. De agua =184 lt/m3 RELACION AGUA CEMENTO
Seleccionamos la relación agua - cemento por resistencia de la siguiente tabla, para la resistencia promedio de 210 kg/cm2 en un concreto sin aire incorporado, se encuentra:
FACTOR CEMENTO: CONTENIDO DE AGREGADO GRUESO: De la tabla siguiente, con un módulo de fineza del A.F de 2.956 y un T.M.N de 3/4 " del agregado grueso, se tiene: •
•
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Relación agua cemento =0.594
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f´cr
(28 días)
relación agua-cemento de diseño en peso
Concretos sin aire incorporado
Concretos con aire incorporado
150
0.80
0.71
200
0.70
0.61
250
0.62
0.53
300
0.55
0.46
350
0.48
0.40
400
0.43
...
450
0.38
...
Vol.delA.G.,Seco y compactado por unidad de vol. de ºC T.M. A.G.
Para diferentes. Módulos de fineza. De agregado fino. MÓDULO DE FINEZA DEL AGREGADO FINO 2.40
2.50
2.60
2.70
2.80
2.90
3.00
3/8"
0.50
0.49
0.48
0.47
0.46
0.45
0.44
1/2"
0.59
0.58
0.57
0.56
0.55
0.54
0.53
3/4"
0.66
0.65
0.64
0.63
0.62
0.61
0.60
1"
0.71
0.70
0.69
0.68
0.67
0.66
0.65
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Volumen absoluto de: Cemento
304.15/(3.10 x 1000) =
0.098
m3
Agua
205/(1 x 1000) =
0.205
m3
Aire
2% =
0.02
m3
0.397
m3
0.720
m3
Agregado Grueso
1048.63/2639 =
Suma de Volúmenes Conocidos 1 1/2"
0.75
0.74
0.73
0.72
0.71
0.70
0.69
2"
0.78
0.77
0.76
0.75
0.74
0.73
0.72
3"
0.82
0.81
0.79
0.79
0.78
0.77
0.75
6"
0.87
0.86
0.85
0.84
0.83
0.82
0.81
factor cemento =
205/0.67 = 304.15kg/m3
°
0.3 bolsas/m3
= 0.6044
Peso(A°G) = 0.6044 x 1735 =
•
=
1048.63 Kg/m3
CALCULO DE VOLUMENES ABSOLUTOS: FIC - UNASAM
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Volumen absoluto de Agregado Fino = 1 - 0.720 =
Peso(Agregado Fino) = 0.280 x 1741
•
=
0.280
m3
755.56kg/m3
CORRECCION POR HUMEDAD DEL AGREGADO:
Peso húmedo del: Agregado Fino
755.56 x 1.0047 =
759.12
kg/m3
Agregado Grueso
1048 63 x 1.0051 =
1053.98
kg/m3
PESOS DE LOS MATERIALES, YA CORREGIDOS:
•
Cemento
304
kg/m3
Agua Efectiva
232
Lt/m3
Agregado Fino Húmedo
759.12
kg/m3
Agregado Grueso Húmedo
1053.98
kg/m3
•
PROPORCION EN PESO:
C
A.F
A.G
A.EFECT
1
2.50
3.47
32.4Lt/saco
CANTIDADES NECESARIAS:
Volumen para 3 briquetas:
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2 0. 1 5 = 3 4 (0.30)
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RESULTADOS DE LA PRUEBA A LOS 7 DÍAS: Datos de laboratorio
P para 210 25 100 27 100 16 700 Promedio
22 967
Las muestras de color rojo no se toman por ser valores pequeños. FIC - UNASAM
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De acuerdo a la resistencia sabemos que a los 28 días debería resistir al 100%; pero la prueba se realizó a los 7 días después del desencofrado. Por lo tanto deberá resistir aproximadamente en un 25%.
25 100
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27 100
16 700
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Briqueta
Diámetro
Altura
Área
1 (210)
14.979
29.985
176.2149351
2 (210)
14.985
29.991
176.356133
3 (210)
14.898
29.989
174.3142985
Resistencia
130.770 Promedio de f´c
175.6284555
(29.65 %)
FALLAS EN LOS TESTIGOS PRIMER TESTIGO
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PRIMER TESTIGO: DESPUES DEL ENSAYO
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SEGUNDO TESTIGO: DESPUES DEL ENSAYO
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TERCER TESTIGO
ANTES FIC - UNASAM
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DESPUES
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CONCLUSIONES
Se realizó el diseño de mezclas por el Método A.C.I. de un concreto con Canto rodado con uso de aditivo incorporadores de aire con resistencia de f’c = 2 10 kg/cm2 (A los 28 días) Se pudo conocer la realización práctica y teórica del diseño de mezclas durante la elaboración de la misma. Se estableció la importancia de la variación de cualquier parámetro en el proceso del diseño de mezclas, haciendo las correcciones respectivas durante el cálculo Se pudo observar la gran diferencia del diseño de mezclas que existe en obra y en el laboratorio, ya que en la obra se toman valores erróneos y suposiciones respecto a las propiedades de los materiales; mientras que en laboratorio se diseña de acuerdo a las propiedades de estas. En la experiencia tratamos de mantener las condiciones establecidas por el método para obtener concretos más uniformes.
RECOMENDACIONES
Respetar el procedimiento indicado por el método y así mantener los estándares deseados. Tratar de mantener las condiciones de los materiales. Trabajar con las dosificaciones de acuerdo a los pesos, por que no se cuenta con instrumentos para medir dosificaciones en volúmenes, por ser estas muy pequeñas e inferiores a 1 m 3. Si se trabaja con las dosificaciones de acuerdo a los pesos, tener mucho cuidado al pesar las mismas pues las balanzas se encuentran en malas condiciones y estas nos podrían llevar a falsas dosificaciones para la mezcla del Concreto. Agregar una cierta cantidad de agua adicional a la mezcla por que el porcentaje de Absorción y el contenido de Humedad siempre varían, por estar en un ambiente seco, en caso de la Absorción aumenta y el contenido de humedad disminuye. Durante el mezclado del concreto evitar caer los materiales del recipiente donde se está haciendo la mezcla para que el concreto resultante se lo más uniforme posible. Antes del vaciado pasar con petróleo las paredes interiores de los moldes para evitar la adherencia entre el concreto y el molde, no emplear en exceso el petróleo ya que durante el curado el concreto no podrá absorber el agua. Vaciar con cuidado el concreto en los moldes, para ello emplear un cucharon y un badilejo. Llenar el molde en tres capas de igual volumen. En la última capa agregar la cantidad de concreto suficiente para que el molde quede lleno después de la compactación. Ajustar el sobrante o faltante de concreto con una porción de mezcla y completar el número de golpes faltantes. Cada capa se debe compactar con 25 Chuzadas de la varilla (5/8”), distribuyéndolas
uniformemente en forma de espiral y terminando en el centro. La capa inferior se compacta en todo su espesor; la segunda y tercera capa se compacta penetrando no más de 1” en la capa anterior. FIC - UNASAM
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