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COLEGIO DE INGENIERO CIVILES DE TABASCO INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE MACUSPANA

ING. ROBERTO BAEZA MONTEJO. M.E. INTRODUCCIÓN AL USO DEL SAP 2000, V. 17.3.0 CON EJERCCIO PRACTICOS. MAYO/2016

1 M.E. Roberto Baeza Montejo, EMAIL: [email protected], Tel. cel. 9932255877. Maestría en Estructura

Contenido:

Introducción .................................................................................................................................. 3 Agradecimientos: ........................................................................................................................... 3 Ejercicio 1: Marco Plano a dos aguas .............................................................................................. 4 Ejercicio 2: Marco Plano con cargas distintas. .............................................................................. 23 Ejercicio 3: Marco en el plano de diferente nivel. ......................................................................... 51 Ejercicio 4: Armadura en el Plano ................................................................................................. 72 Ejercicio 5: Marco en espacio (Aulas) ........................................................................................... 97 Conclusión: .................................................................................................................................123

2 M.E. Roberto Baeza Montejo, EMAIL: [email protected], Tel. cel. 9932255877. Maestría en Estructura

Introducción En la actualidad el uso de programas computacionales para el análisis y diseño estructura de acero y concreto, es variado por mencionar el Etabs, Ecogc (Mexicano), Robot, Sacs, etc. Con la finalidad de conocer los elementos mecánicos ante fuerzas externas, es en si una herramienta virtual en el quehacer del ingeniero civil y otras disciplinas. Cabe hacer mención que los ingenieros deben de tener la capacidad de saber que los resultados obtenidos son los correctos y confiables, de lo contrario nos convertiremos en capturistas. El presente manual tiene la finalidad de presentar las funciones más usadas del sap 2000 V 17, del año 2015, para la modelación de estructuras en el plano y en el espacio, el análisis estructural se presenta del ejercicio 1 al 4. El ejercicio 1 es un marco en el plano de dos aguas a desnivel, aplicándole carga, para analizar la estructura, cada ejercicio tiene un caso particular. El Ejercicio 5, se presenta la modelación lo más completa posible para una estructura de concreto reforzado en tres dimensiones, se proponen propiedades geométricas y mecánicas para el caso de estudio y se analiza y revisa por peso propia de la estructura. Este material es parte del curso de análisis estructural avanzado en el ITSM, que ha tenido la participación de alumnos en la realización de este manual introductorio.

Agradecimientos: Se agradece al Instituto Tecnológico Superior de Macuspana y alumnos, para la realización de este manual introductorio, al Colegio de Ingeniero Civiles de Tabasco, por las facilidades e invitación para impartir el curso, a los ingenieros que con su participación hacen posible la actualización profesional, al Ing. Neftalí Riley Barrios por su participación en el enriquecimiento de este manual.

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Ejercicio 1: Marco Plano a dos aguas

Una vez iniciado SAP, el primer paso consistirá en establecer las unidades a utilizar; para nuestra práctica hemos decidido utilizar Toneladas Fuerza metros centígrados. Esta opción la encontramos en la parte inferior derecha de nuestra pantalla.

Elegimos la pestaña FILE y seleccionamos la opción New Model. 4 M.E. Roberto Baeza Montejo, EMAIL: [email protected], Tel. cel. 9932255877. Maestría en Estructura

Nos aparecerá la siguiente ventana, en la cual seleccionaremos la opción 2D Frames.

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Ahora, en la ventana que nos aparecerá; escogemos la cantidad de niveles y claros que tendrá nuestro marco; asi como las dimensiones de estos.

Editamos cada una de las secciones de nuestro marco y sus dimensiones en la opción Edit Grind.

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Esta es la tabla que muestra el programa al querer editar las secciones de nuestro marco. Todas las medidas son consecutivas; es decir se acumulan.

Para trabajar más comodamente podemos cerrar la ventada que muestra a nuestro marco en 3D.

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Bien, lo que hacemos ahora es seleccionar nuestro nodo superior central.

Seleccionamos la opción Move de la pestaña Edit

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Damos una elevación a nuestro nodo seleccionado en el eje z de 1.8m

Como vemos el centro del marco se desplaza.

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Seleccionamos la barra central de nuestro marco y la borramos con la opcion suprimir, ya que en nuestro ejemplo marca que solo debe tener dos barras verticales; una en cada extremo.

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Ahora debemos definir los tipos de apoyos que tendra nuestra estructura.

Una vez seleccionado el nodo que queremos modificar, damos clic a la opción Joint-restraints depestaña Assign.

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Nuestros apoyos en este caso son empotrados.

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Seleccionamos las barras que estaran sujetas a cargas.

Usamos la pestaña Assign en las opciones frame loads- distributed.

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Debemos crear las cargas bajos las cuales estaran sometidas nuestras barras. Para ello damo clic en el signo +

Damos un alías a la carga que crearemos, el tipo de carga y por ahora la magnitud la consideramos igual a cero.

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Seleccionamos nuevamente las barras.

Accedemos a las mismas opciones anteriormente descritas.

Ahora bien, como ya tenemos creada la carga, seleccionamos la carga creada, y en la casilla Load escribimos la magnitud de la misma; y damos ok, no sin antes marcar el circulo Add Existing loads

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para agregar una carga sin borrar las ya existentes.

Y, nos aparecerá lo siguiente.

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Debemos ahora determinar el material del que estará hecha nuestra estructura.

Debemos usar la opción para crear un nuevo material

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En este caso usaremos acero, pero debemos establcer que será de grado A36.

Una vez establecido damos ok

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Seleccionamos todas las barras

Y asignamos a cada barra las propiedades del material que recientemente creamos.

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Seleccionamos nuestro acero A 36 y damos ok

Cada barra tiene ya las propiedades y el tipo de material predispuesto.

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Debemos correr nuestro proyecto y ver cual es su comportamiento.

Al momento de correr el programa debemos dejar fuera el caso modal

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El programa nos pedirá que guardemos el proyecto antes de correrlo

Finalmente podemos apreciar el comportamiento de nuestra estructura al estar sometida a distintos tipos de cargas.

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Ejercicio 2: Marco Plano con cargas distintas.

Como primer paso definimos las unidades que usaremos para nuestro proyecto

Seleccionamos la opción New Model de la pestaña File. 23 M.E. Roberto Baeza Montejo, EMAIL: [email protected], Tel. cel. 9932255877. Maestría en Estructura

Elegimos el tipo de estructura con la que trabajaremos.

Definimos las números de niveles y claros con la que contará nuestro proyecto.

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Seleccionamos la opcion para editar las dimensiones de las divisiones de nuestro marco.

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Recordemos que las dimensiones son acumulativas.

Al finalizar damos la opión ok

Para mejor comodidad cerraremos la ventana 3D

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Ahora bien, si nos fijamos en la forma que debe tener nuestro marco; nos daremos cuenta que tiene barras demas, por lo cual debemos eliminar los execentes.

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Una vez selecciondos suprimimos los execedentes.

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Ahora debemos definir los tipos de apoyos que marca nuestro proyecto .

Seleccionamos la pestaña Assign y las opciones Joint-Restraints

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Elegimos el tipo de apoyo que marque el proyecto, siendo en este caso de tipo empotrado.

El resultado es el que se muestra a continuación.

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Ahora agregaremos los apoyos a las barras.

Para ello damos clic en la pestaña Assign y seleccionamos las opciones Frame Loads-Distributed

Para crear un nuevo tipo de carga damos clic en el signo + de la ventana que aparecerá. 31 M.E. Roberto Baeza Montejo, EMAIL: [email protected], Tel. cel. 9932255877. Maestría en Estructura

Damos de alta el nombre y tipo de carga; en este caso dejando la magnitud en cero.

Ya creados los tipos de carga, seleccionamos las barras a las que se les aplicarán cargas.

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Nuevamente accedemos a la pestaña Assign y usamos las opciones Frame Loads- Distributed

Desglosamos el tipo de carga del que se trate y en la casilla Load tipeamos la magnitud que tendrá esta,marcando la opción Add to Existing Loads en caso de que exista ya una carga en el sitio y para que esta no sea reemplazada; si no que se añada sin reeplazar.

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Asi se mostraran las cargas cuando sean asignadas a las barras.

Repetiremos el procedimiento para cada tipo de carga en cada barra en la que lo amerite.

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Ahora bien, para el caso de la carga por sismo la cual se agrega en los nodos, seleccionamos dicho nodo.

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Y en la pestaña Assign usamos las opciones Joint Loads-Forces

Desglosamos el tipo de carga en este caso por sismo, y le asignamos una magnitud en el eje del que se trate y con el signo correspondiente.

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Obteniendo algo similar a esto.

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Cuando hemos terminado de asignar cargas, sigue el turno de la sección y tipo de material. Para ello usamos la pestaña Define y las opciones Section Properties-Frame Sections.

Añadimos un nuevo tipo de material

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En este caso elegimos concreto

Con sección rectángular

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Escribimos una denominación, base y peralte de la sección.

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Debemos asignar las propiedades del material a cada barra.

Para ello seleccionamos todas las barras.

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Usamos la pestaña Assign, y las opciones Frame-Frame Sections

El resultado será el que se muetra a continuación.

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El siguiente paso será correr nuestro proyecto

Para ello debemos dejar sin marcar la opción Modal.

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El programa nos pide guardar el proyecto antes de correrlo .

Este es el resultado obtennido.

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Ejercicio 3: Marco en el plano de diferente nivel.

Como hemos dicho ya , antes que nada debemos definir las unidades que ocuparemos;mismas que se encuentran en la esquina inferior derecha de la ventana.

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Usamos la pestaña File y la opción New Model.

En la ventana que aparecerá escogemos el tipo de estructura que necesitamos.

En este caso trabajaremos con un marco,asi que damos clic en 2D Frames y aparecerá la siguiente ventana en la cual definios sus dimensiones.

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Damos clic en la opción edit grind

Recordemos que las medidas introducidas al editar por tramos son acomulativas.

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Cerramos la ventana 3D

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Seleccionamos el apoyo inferior izquierdo, ya que este debe ser modificado.

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Una vez seleccionado el nodo, elegimos la pestaña Assign y las opciones Joint-Restraints

El apoyo debe ser empotrado , seleccionamos y damos ok

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El otro apoyo debe tener un desnivel

Una vez seleccionado el apoyo, damos clic en la pestaña edit y usamos la opción Move.

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El desplazamiento debe ser en el eje Z con una magnitud de 3m

De esta forma logramos obtener una diferencia notable entre los apoyos.

Ahora debemos aignar las cargas. Para ello seleccionamos la barra necesaria.

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Nos dirigimos ala pestaña Assign y escogemos las opciones Frame Loads-Distributed.

Damos de alta a las cargas en el signo + de la ventana que surge.

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Escribimos el nombre y tipo de carga, dejando la magnitud en cero.

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Una vez creadas las cargas; y teniendo seleccionada la barra correcta desglosamos los tipos de cargas con los que contamos, tipeamos la magnitud de la carga en la casilla Load; y activamos la opcion para añadir una nueva carga.

En este ejemplo la carga tiene una magnitud de 2.8 Ton/m.

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Para agregar la carga en los nodos, seleccionamos el nodo

Nos dirijimos a la pestaña Assign y usamos las opciones Joint Loads-Forces.

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Daremos de alta al tipo de carga del que se trate en este caso por sismo.

Asignamos el nombre y tipo de carga.

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Una vez creadas, seleccionamos las cargas que ocupemos

Y les asignamos la magnitud en el eje correspondiente y con el signo según el proyecto.

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Y la carga en el nodo se presentará de la siguiente manera.

Definimos ahora el tipo de material y la seccion de este.

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En este caso es de concreto y con sección rectangular.

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Asignamos las dimensiones de la sección transversal de nuestro elemento estructural.

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Seleccionamos todas las barras

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Y les añadimos las dimensiones; material y propiedades del elemento estructural.

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Ahora debemos correr el programa.

Antes de correrlo; debemos guardar nuestro proyecto.

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Y el siguiente es el resultado que se obtuvo.

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Ejercicio 4: Armadura en el Plano

Se abre un nuevo archivo de sap

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Se sigue la siguiente ruta

En esta caso se selecciona el 2d trusses

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75 M.E. Roberto Baeza Montejo, EMAIL: [email protected], Tel. cel. 9932255877. Maestría en Estructura

a

ahora ahí que editar los valores de las distancias

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Esta es la forma como se visualiza.

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hay que cambiar el apoyo.

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se cambia de apoyo móvil a fijo.

quedará de la siguiente manera.

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para agregar las fuerzas se seleccionan los nodos.

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para agregar los materiales.

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se necesita un acero de A36

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Para cambiar de material se seleccionan todas las barras.

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Y se sigue la siguiente ruta.

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se deshabilita el modal.

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se guarda para poder correrlo.

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Ejercicio 5: Marco en espacio (Aulas)

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Iniciamos: File - New model - 3d frame

Capturamos los datos en los cuadros respectivos y le damos click en: Use custom Grid…

Damos clik en Edit Grid 98 M.E. Roberto Baeza Montejo, EMAIL: [email protected], Tel. cel. 9932255877. Maestría en Estructura

En X Edit Grid, lo dejamos igual, pasamos a Y Edit Grid, ahí si modificamos, también en Z Edit Grid

Crearemos las secciones de TP y TS a usar y las propiedades mecánicas de los materiales

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Seleccionamos Add Copy of Material

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Capturamos los datos de las propiedades y seleccionamos OK. Para las vigas y columnas, Define - Section Properties – Frame Sections…

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Seleccionamos Add New of Property

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Seleccionar Concrete – Rectangular y capturamos los parámetros de dimensiones y Con250

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Seleccionamos Concrete Reinforcement y seleccionamos Beam

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Para tomar en cuenta el efecto de agrietamiento, se calcula con la mitad de la sección bruta de su momento de inercia, según NTCC sec. 1.4.1. Seleccionar Set Modifiers

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Se ha creado la T.P. asi con las T.S. y las columnas seleccionar Add Copy of Property, cambiamos de color.

Asignar las secciones a las vigas y a las columnas. Seccionamos con un crossing toda la planta de la estructura por nivel. Seleccionamos la pantalla X-Y Plane @ Z-4. Apoyandonos con el Move up in list.

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Assign – Frame – Frame Sections

Asi con el siguiente nivel y después con las columnas 109 M.E. Roberto Baeza Montejo, EMAIL: [email protected], Tel. cel. 9932255877. Maestría en Estructura

Para las columnas seleccionamos Select – Select Lines Parallel To – Click Strainght Objet y seleccionamos una columna y se seleccionaran todas las demás en amarillo.

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Selecnionar Set Display Options…

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Seleccionamos Extrude y Sections

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Vamos a dividir las barras para asignar las vigas secundarias. Seccionamos toda la planta de la estructura por nivel. Seleccionamos la pantalla X-Y Plane @ Z-4. Apoyandonos con el Move up in list.

Seleccionamos la planta con un crossing. Seleccionar: Edit - Edit line - Divide Frames…

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Se dividen las líneas a la mitad.

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Podrecemos a crear las T.S. Con Draw Frame/Cable

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Seleccionamos la T.S. 20 X 40

Seleecionamos el nodo de arriba y hacia abajo creamos las trabes secundarias

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Asignamos apoyos empotrados. Assing – Joint - Retraints

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Nombraremos los estados de carga: Define – Load patterns

ANALISAMOS LA ESTRUCTURA POR PESO PROPIO

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El edificio se considera rígido por la losa, definiremos los pisos como diafragma. Seleccionamos todas las trabes por piso o nivel. Para la restricción de nodos.

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Para considerar el empotramiento entre la unión trabe(5%) y columna, seleccionamos todas la trabes visto anterior mente.

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Conclusión: El contenido muestra las diferentes funciones mas usadas del programa Sap2000, en la modelación y análisis de estructuras de concreto. Se pretende realizar el manual intermedio y avanzado con la finalidad de llegar hasta el diseño con alguna normatividad vigente de cada unos los elementos estructurales, así como la interacción suelo estructura.

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