Categoría: estructuras

Análisis del ciclo de vida de puentes usando matemática difusa bayesiana

Acaban de publicarnos un artículo en la revista científica Applied Sciences (indexada en el JCR, Q2), que trata sobre el análisis del ciclo de vida de puentes mediante redes bayesianas y matemática difusa. El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación DIMALIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

En la actualidad, reducir el impacto de la industria de la construcción sobre el medio ambiente es fundamental para lograr un desarrollo sostenible. Son muchos los que utilizan programas informáticos para evaluar el impacto ambiental de los puentes. Sin embargo, debido a la complejidad y la diversidad de los factores medioambientales de la industria de la construcción, resulta difícil actualizarlos y determinarlos con rapidez, lo que provoca la pérdida de datos en las bases de datos. La mayoría de los datos perdidos se estiman mediante simulación de Monte Carlo, lo que reduce significativamente la fiabilidad y la precisión de los resultados de la investigación. Este trabajo utiliza la teoría matemática difusa avanzada bayesiana para resolverlo. En la investigación, se establece una evaluación de la teoría matemática difusa bayesiana y un modelo de discriminación prioritaria de sensibilidad de varios niveles, y se definen los pesos y los grados de pertenencia de los factores de influencia para lograr una cobertura completa de los mismos. Con el apoyo de la modelización teórica, se evalúan exhaustivamente todos los factores que inciden en las distintas etapas del ciclo de vida de la estructura del puente. Los resultados muestran que la fabricación de materiales, el mantenimiento y el funcionamiento del puente siguen produciendo contaminación ambiental; la fuente principal de las emisiones supera el 53 % del total. El factor de impacto efectivo alcanza el 3,01. Al final del artículo, se establece un modelo de sensibilidad de «big data». Optimizando con estas técnicas, las emisiones contaminantes del tráfico se redujeron en 330 toneladas. Se confirma la eficacia y la practicidad del modelo de evaluación integral de la metodología propuesta para abordar los factores inciertos en la evaluación del desarrollo sostenible en el caso de los puentes. Los resultados de la investigación contribuyen a alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible en la industria de la construcción.

El artículo se ha publicado en abierto y se puede descargar en el siguiente enlace: https://www.mdpi.com/2076-3417/11/11/4916

ABSTRACT:

At present, reducing the construction industry’s environmental impact is key to achieving sustainable development. Countries worldwide are using software systems to bridge the gap in environmental impact assessment. However, due to the complexity and discreteness of ecological factors in the construction industry, they are difficult to update and determine quickly, and data is missing in the database. Most of the lost data is optimized by Monte Carlo simulation, which significantly reduces the reliability and accuracy of the research results. This paper uses advanced Bayesian fuzzy mathematics to solve this problem. In the research, a Bayesian fuzzy mathematics evaluation and a multi-level sensitivity-priority discrimination model are established, and the weights and membership degrees of influencing factors are defined to achieve comprehensive coverage. With support from theoretical modeling, software analysis, and fuzzy mathematics, the five stages’ influencing factors in the bridge structure’s life cycle are comprehensively evaluated. The results show that the bridge’s materials manufacturing, maintenance, and operations still cause environmental pollution; the primary source of emissions exceeds 53% of the total. The practical impact factor reaches 3.01. A big data sensitivity model was established at the end of the article. Significant data innovation and optimization analysis reduced traffic pollution emissions by 330 tonnes. Modeling the comprehensive research model clearly confirms the effectiveness and practicality of the Bayesian network fuzzy number comprehensive evaluation model in addressing uncertainty in evaluating the sustainable development of the construction industry. The research results have made important contributions to realizing the sustainable development goals of the construction industry.

Keywords:

Construction industry; environmental; impact factor; analysis; contribution

Reference:

ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2021). Life cycle assessment of bridges using Bayesian Networks and Fuzzy Mathematics. Applied Sciences, 11(11):4916. DOI:10.3390/app11114916

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Las efemérides también sirven para reivindicar el papel social de la ingeniería civil: El Puente Golden Gate

Figura 1. Puente colgante Golden Gate, en San Francisco. La segunda imagen corresponde al color que la Armada estadounidense quería. Crédito: Joan Campderrós-i-Canas/CC BY 2.0; Golden Gate Bridge, https://www.californiasun.co/stories/6-fascinating-facts-about-california-avocado-and-bumble-bee-bridge-edition/

En tal fecha, como hoy, 27 de mayo de 1937, se abrió el puente Golden Gate a los peatones y, un día después, a los vehículos. Esta efeméride suele ser noticia y ser objeto de atención por parte de los medios de comunicación. En este caso, el programa de Radio Nacional de España «Gente despierta» hizo eco». Se preparó una breve entrevista con el presentador Alfredo Menéndez, pero se quedó corta debido a que el programa se retrasó por la retransmisión en directo de la victoria del Villarreal sobre el Manchester United y de la consecución del título de la Europa League.

Destacó en la entrevista cómo los estadounidenses afrontaron un reto como este justo después del crack del 29 y cómo se construyó el puente de mayor vano del mundo, con 1280 m entre pila y pila, y unas torres de 227 m de altura. El récord se mantuvo desde 1937 hasta 1964, cuando entró en funcionamiento el puente Verrazzano-Narrows. Estas dimensiones de vano solo se alcanzan con la tipología de puente colgante, aunque es cierto que el Puente de la isla Russki, atirantado, tiene una longitud de aproximadamente 1104 m. Hoy el Gran Puente de Akashi Kaikyō, en Japón, tiene el mayor registro de vano de un puente, con 1991 m.

Figura 2. «Gente despierta», el programa de RNE presentado por Alfredo Menéndez

Ya hice una entrevista previa sobre el Golden Gate en Radio Nacional de España y he escrito algún que otro artículo. Os remito a los siguientes enlaces para los interesados:

Esto me suena… El puente del Golden Gate y el “Ciudadano García”

La “Puerta Dorada” de California: el Golden Gate

La teoría del color y la estética en ingeniería

Pero aquí os dejo la pequeña entrevista, por si no tuvisteis tiempo de escucharla.

Premio TORRECID al mejor Trabajo Final de Grado de la Universidad Politécnica de Valencia para Alejandro Ferrero Montes

Alejandro Ferrero Montes, durante la presentación de su TFG

Es un placer anunciar que Alejandro Ferrero Montes ha ganado el Premio Torrecid al mejor Trabajo Final de Grado de la Universitat Politècnica de València. Dicho TFG tuve el placer de dirigirlo junto con el profesor Julián Alcalá González.

Su título fue «Estudio de soluciones mediante criterios de sostenibilidad y análisis de ciclo de vida de un paso superior, tipo pérgola, de la LAV Madrid – Levante, en el término municipal de Parla (Madrid)«. Dicho TFG se defendió el 15 de septiembre de 2020.

La empresa TORRECID es consciente de que las personas son la base de cualquier tipo de actividad, y de su formación depende el desarrollo futuro de las empresas y de la sociedad. Por eso uno de sus objetivos es fomentar habilidades emprendedoras y mentalidad internacional entre los estudiantes de la UPV para proporcionar futuros líderes empresariales, que basándose en el campo de la cerámica y el vidrio, puedan abrir nuevos caminos en estos u otros sectores, según cláusula primera del convenio UPV-Cátedra Fundación Torrecid.

La Cátedra Torrecid (recientemente Cátedra Fundación Torrecid), fue creada en 2015, dentro del marco de la colaboración estrecha que desde 1980 viene teniendo la empresa Torrecid con la Universitat Politècnica de València, reflejado en el convenio de colaboración entre la UPV y la empresa TORRECID.

Paso superior, tipo pérgola, de la LAV Madrid – Levante, en el término municipal de Parla (Madrid)

RESUMEN

El transporte es un factor principal en emisiones de GEI a nivel global. Se fomenta el uso del ferrocarril como medio de transporte, debido a su eficiencia energética, minimizando dichos impactos. Pero la implementación del ferrocarril como medio de transporte requiere la construcción de importantes infraestructuras, cuya ejecución causa grandes impactos. Se pretende reducirlos planteando un estudio de soluciones  mediante el uso de técnicas multicriterio, que considere la economía, el medio ambiente y la sociedad, para puentes de ferrocarril de tipología pérgola. Se emplea la metodología de Análisis de Ciclo de Vida, evaluando las fases que conforman el Ciclo de Vida de cada alternativa. Se ha aplicado en una pérgola de la Línea de Alta Velocidad Madrid – Levante, ubicada en Parla (Madrid). Se evalúan tres alternativas distintas: una de ejecución in situ, otra por elementos prefabricados y una de concepción mixta, con la finalidad de seleccionar la solución más sostenible.

Os dejo a continuación un resumen extendido del TFG. Como podéis comprobar, el nivel del trabajo es muy alto. Obtuvo la máxima calificación de Sobresaliente, 10 Matrícula de Honor.

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Herramienta asistida por ordenador para optimizar puentes de forma automática

En el diseño de puentes, es necesario modelar muchas variables como los materiales, las dimensiones de la sección transversal, las armaduras de refuerzo y el pretensado para evaluar el rendimiento estructural. Se pretende aumentar la eficiencia y satisfacer los estados límite últimos y de servicio impuestos por el código estructural. En este trabajo se presenta una herramienta informática para analizar los puentes de carretera de vigas continuas de sección en cajón de hormigón postesado para minimizar el coste y proporcionar las variables óptimas de diseño. El programa comprende seis módulos para realizar el proceso de optimización, el análisis por elementos finitos y la verificación de los estados límite. La metodología se define y se aplica a un caso práctico. Un algoritmo de búsqueda de armonía (HS) optimiza 33 variables que definen un puente de tres vanos situado en una región costera. Sin embargo, el mismo procedimiento podría aplicarse para optimizar cualquier estructura. Esta herramienta permite definir los parámetros fijos y las variables optimizadas por el algoritmo heurístico. Además el resultado proporciona reglas útiles para guiar a los ingenieros en el diseño de puentes de carretera de sección en cajón.

Referencia:

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J. (2017). Computer-support tool to optimize bridges automatically. International Journal of Computational Methods and Experimental Measurements, 5(2):171-178.

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Evaluación neutrosófica multicriterio de alternativas sostenibles de estructuras de viviendas unifamiliares

Nos acaban de publicar en la revista Environmental Impact Assessment Review (primer cuartil del JCR) un artículo relacionado con la aplicación de la teoría neutrosófica para la toma de decisiones multicriterio de alternativas sostenibles de estructuras de viviendas unifamiliares. Se trata de una publicación de la próxima tesis doctoral de Antonio Sánchez Garrido, que codirijo con Ignacio J. Navarro, perteneciente al proyecto de investigación DIMALIFE.

Puedes descargar gratuitamente el artículo hasta el 9 de junio de 2021 en el siguiente enlace: https://authors.elsevier.com/c/1cxMKiZ5t5ESY

ABSTRACT

This paper proposes a methodology for the assessment of the sustainability among three different structural design alternatives for a single-family home. The response associated with each alternative has been measured using 43 indicators considering all stages of the life cycle. A decision-making model is carried out on the basis of a neutrosophic group analytical hierarchy process (NAHP-G) capturing the maximum information in terms of credibility, inconsistency and indetermination. The 9 criteria on which an expert group intervenes are finally evaluated using VIKOR. The results show that non-probabilistic uncertainties influence the weights obtained, with maximum deviations in the criteria between 11.91% and 4.95%, if compared to conventional AHP. From the methodology it is obtained that the technological alternative with non-conventional concrete performs best in sustainable terms. Although the industrialized option has less environmental impact, only the simultaneous consideration of the economic, environmental and social pillars in a project will lead to appropriate sustainable designs.

KEYWORDS:

Single-family house; Group multi-criteria decision making; Sustainable design; Neutrosophic sets theory; Analytic hierarchy process; Life cycle thinking; Modern methods of construction

REFERENCE:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2021). Neutrosophic multi-criteria evaluation of sustainable alternatives for the structure of single-family homes. Environmental Impact Assessment Review, 89:106572. DOI:10.1016/j.eiar.2021.106572

 

26ª Jornadas Argentinas de Ingeniería Estructural 2021

Del 10 al 14 de mayo de 2021 tiene prevista la celebración de las 26ª Jornadas Argentinas de Ingeniería Estructural. En esta ocasión la edición será virtual por el problema de la pandemia. Los que estéis interesados en participar, podéis acceder al enlace: https://jornadasaie.org.ar/

Dentro de estas jornadas, me han invitado a impartir una conferencia especial que, bajo el título «Diseño y mantenimiento óptimo robusto y basado en fiabilidad de puentes e infraestructuras viarias de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos«, tendrá lugar el viernes 14 de mayo a las 17:20 h. (Argentina).

La conferencia la centraré en los resultados obtenidos por el proyecto de investigación DIMALIFE, del cual soy Investigador Principal. Se desarrolló una metodología novedosa para incorporar los procesos analíticos en la toma de decisiones en el ciclo completo de vida de puentes e infraestructuras viarias, incluyendo la licitación de proyectos de obra nueva y de mantenimiento de activos existentes, de forma que se contemplaron las necesidades e intereses sociales y ambientales.

Os paso parte del folleto explicativo.

 

 

Aplicación de la metodología de la superficie de respuesta en un curso de postgrado de optimización

Este trabajo describe la introducción de la metodología de superficie de respuesta en un curso de postgrado. Este caso se realiza en la asignatura de «Modelos predictivos y de optimización de estructuras de hormigón«. Esta asignatura se enmarca en el Plan de Estudios del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón. Los estudiantes aprenden aquí conceptos como la optimización de estructuras mediante algoritmos heurísticos, la toma de decisiones multicriterio, técnicas de diseño de experimentos y metamodelos como la superficie de respuesta para obtener resultados óptimos. En este caso de estudio, el objetivo es obtener una solución óptima de un muro de hormigón armado, utilizando las emisiones de CO2 como función objetivo para reducir su impacto. Para aplicar esta metodología, los estudiantes aprovechan programas comerciales. Por un lado, para realizar el análisis estadístico que permita obtener la superficie de respuesta se utiliza Minitab. Por otro lado, los estudiantes comprueban la resistencia de la estructura utilizando el software de cálculo estructural Cype. Como resultado de esta metodología se consigue que los estudiantes alcancen un mejor nivel en competencias transversales, como el diseño y el proyecto, el pensamiento crítico, el análisis y la resolución de problemas o el uso de software específico. En este trabajo se presentan futuros estudios de investigación relacionados con el uso de técnicas de optimización de estructuras por parte de los estudiantes aplicando otras técnicas de optimización diferentes.

Referencia:

YEPES, V.; MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; MARTÍ, J.V. (2021). Application of the response surface methodology in a postgraduate optimization course. 15th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2021), 8th-9th March, 2021, pp. 869-878, Valencia, Spain. ISBN: 978-84-09-27666-0

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Técnicas de decisión multicriterio en la ingeniería civil. Estudio comparativo aplicado a la sostenibilidad de las estructuras

Figura. Modelo de estructura para una vivienda unifamiliar

Tradicionalmente, las carreras técnicas se han centrado en promover la funcionalidad y la durabilidad de los diseños orientando las capacidades de sus estudiantes hacia la optimización de los aspectos económicos. Los desafíos que han surgido recientemente en relación con el futuro del sector de la construcción y las nuevas ciudades requieren un cambio de paradigma en la enseñanza convencional de la ingeniería civil y la arquitectura. Las nuevas tendencias tendencias se han detectado en los programas de educación superior a través de la introducción de nuevos conceptos como el diseño sostenible. Según la UNESCO, «la educación para el desarrollo sostenible promueve competencias como el pensamiento crítico y la toma de decisiones de forma colaborativa». En el curso de postgrado «Modelos predictivos y optimización de estructuras de hormigón», impartido en el Máster Universitario de Ingeniería del Hormigón de la Universitat Politècnica de València, se instruye a los alumnos en metodologías de investigación que permiten evaluar la sostenibilidad a través de diferentes criterios múltiples técnicas de decisión en la selección de la mejor tipología estructural considerando aspectos económicos ambiental y social. En este trabajo se realiza un estudio comparativo y la aplicación de las diferentes herramientas impartidas en la asignatura para la toma de decisiones con criterios múltiples, a saber, SAW, COPRAS, TOPSIS, VIKOR, ELECTRE, MIVES así como AHP para las ponderaciones. La evaluación ofrece una visión transversal, con las características, fortalezas y debilidades de estas técnicas multicriterio técnicas multicriterio que se utilizan habitualmente en el ámbito de la sostenibilidad, aplicadas en este caso entre tres alternativas de diseño para la estructura de una vivienda unifamiliar.

Referencia:

YEPES, V.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J. (2021). Multi-criteria decision techniques in civil engineering education. Comparative study applied to the sustainability of structures. 15th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2021), 8th-9th March, 2021, pp. 2564-2573, Valencia, Spain. ISBN: 978-84-09-27666-0

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Aportación a la toma de decisión multricriterio desde la teoría neutrosófica

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Mathematics, indexada en el primer decil del JCR. En este caso hemos aplicado la teoría neutrosófica a la toma de decisión multicriterio. La nueva propuesta se ha aplicado al problema del proyecto más sostenible para un tablero de puente de hormigón pretensado ubicado en una región costera. El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación DIMALIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Tras el reciente establecimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible y de la Agenda 2030, el diseño sostenible de productos en general y de infraestructuras en particular surge como un campo desafiante para el desarrollo y la aplicación de herramientas de toma de decisiones multicriterio. Los problemas de decisión relacionados con la sostenibilidad suelen implicar, por definición, una gran variedad en el número y la naturaleza de los criterios conflictivos, lo que nos sitúa en el límite de la aplicabilidad de las herramientas convencionales de toma de decisiones multicriterio. Cuanto mayor sea el número de criterios y más complejas sean las relaciones entre ellos en un problema de decisión, menos precisos y seguros serán los juicios requeridos por los métodos habituales, como el proceso de jerarquía analítica (AHP). El presente trabajo propone una metodología de finalización del AHP neutrosófico para reducir el número de juicios que debe emitir el decisor. Esto aumenta la consistencia de sus respuestas, a la vez que considera las incertidumbres asociadas a la borrosidad del pensamiento humano. El método se aplica a un problema de diseño sostenible, dando como resultado unas estimaciones de pesos que permiten reducir hasta un 22% las comparaciones requeridas convencionalmente, con una precisión media inferior al 10% entre las estimaciones y los pesos resultantes de una matriz AHP completada convencionalmente, y un error estándar medio de la raíz inferior al 15%.

Abstract:

Following the recent establishment of the Sustainable Development Goals and Agenda 2030, the sustainable design of products in general and infrastructure in particular has emerged as a challenging field for the development and application of multicriteria decision-making tools. Sustainability-related decision problems, by definition, usually involve a wide variety of conflicting criteria, pushing the limits of conventional multicriteria decision-making tools and practices. The greater the number of criteria and the more complex the relations existing between them in a decisional problem, the less accurate and certain are the judgments required by usual methods, such as the analytic hierarchy process (AHP). The present paper proposes a neutrosophic AHP completion methodology to reduce the number of judgments required of the decision maker. This increases the consistency of their responses while accounting for the uncertainties inherent in human thinking. The method is applied to a sustainable-design problem, resulting in weight estimates that reduce the conventionally required comparisons by up to 22%, with average accuracy below 10% between the estimates and the weights from a conventionally completed AHP matrix, and a root-mean-square standard error below 15%.

Keywords:

Multicriteria decision-making tools; analytic hierarchy process; DEMATEL; neutrosophic logic; fuzzy decision making; sustainable design.

Referencia:

NAVARRO, I.J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2021). Neutrosophic completion technique for incomplete higher-order AHP comparison matrices. Mathematics, 9(5):496. DOI:10.3390/math9050496

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Optimización energética de muros de contrafuertes

Acaban de publicarnos un artículo en la revista científica Applied Sciences (indexada en el JCR, Q2) un artículo que trata sobre el uso de distintas técnicas heurísticas para optimizar una pasarela de sección mixta hormigón-acero. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación DIMALIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

La importancia de la construcción en el consumo de recursos naturales está llevando a los profesionales del diseño estructural a crear diseños de estructuras más eficientes que reduzcan tanto las emisiones como la energía consumida. En este trabajo se presenta un proceso automatizado para obtener diseños óptimos energéticos de muros de contrafuertes. Se consideraron dos funciones objetivo para comparar la diferencia entre una optimización de costes y una optimización de energía incorporada. Para alcanzar el mejor diseño para cada criterio de optimización, se ajustaron los parámetros del algoritmo. Este estudio utilizó un algoritmo híbrido de optimización simulada para obtener los valores de la geometría, las resistencias del hormigón y las cantidades de hormigón y materiales. La relación entre todas las variables geométricas y la altura del muro se obtuvo ajustando las funciones lineales y parabólicas. Se encontró que la optimización de los costes y de la energía están vinculados. Una reducción de costes de 1 euro lleva asociada una reducción del consumo energético de 4,54 kWh. Para conseguir un diseño de baja energía, se recomienda reducir la distancia entre los contrafuertes con respecto a la optimización económica. Esta disminución permite reducir los refuerzos necesarios para resistir la flexión del alzado. La diferencia entre los resultados de las variables geométricas de la cimentación para los dos objetivos de optimización apenas revela variaciones entre ellos. Este trabajo proporciona a los técnicos algunas reglas prácticas de diseño óptimo. Además, compara los diseños obtenidos mediante estos dos objetivos de optimización con las recomendaciones de diseño tradicionales.

El artículo se ha publicado en abierto, y se puede descargar en el siguiente enlace: https://www.mdpi.com/2076-3417/11/4/1800

ABSTRACT:

The importance of construction in the consumption of natural resources is leading structural design professionals to create more efficient structure designs that reduce emissions as well as the energy consumed. This paper presents an automated process to obtain low embodied energy buttressed earth-retaining wall optimum designs. Two objective functions were considered to compare the difference between a cost optimization and an embodied energy optimization. To reach the best design for every optimization criterion, a tuning of the algorithm parameters was carried out. This study used a hybrid simulated optimization algorithm to obtain the values of the geometry, the concrete resistances, and the amounts of concrete and materials to obtain an optimum buttressed earth-retaining wall low embodied energy design. The relation between all the geometric variables and the wall height was obtained by adjusting the linear and parabolic functions. A relationship was found between the two optimization criteria, and it can be concluded that cost and energy optimization are linked. This allows us to state that a cost reduction of €1 has an associated energy consumption reduction of 4.54 kWh. To achieve a low embodied energy design, it is recommended to reduce the distance between buttresses with respect to economic optimization. This decrease allows a reduction in the reinforcing steel needed to resist stem bending. The difference between the results of the geometric variables of the foundation for the two-optimization objectives reveals hardly any variation between them. This work gives technicians some rules to get optimum cost and embodied energy design. Furthermore, it compares designs obtained through these two optimization objectives with traditional design recommendations.

Keywords:

Heuristic optimization; energy savings; sustainable construction; buttressed earth-retaining walls

Reference:

MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA, J.; YEPES, V. (2021). Embodied energy optimization of buttressed earth-retaining walls with hybrid simulated annealing. Applied Sciences, 11(4):1800. DOI:10.3390/app11041800

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