Costruzioni in legno: tecnologie, risparmio energetico ... · 7.7 Costruzioni di legno - 5 pagine -...

La tecnica e i materiali delle

costruzioni in legno moderne Andrea Bernasconi Consulente Dipartimento di Ingegneria Civile,

Politecnico di Graz - Austria

Costruzioni in legno:

tecnologie, risparmio energetico,

sicurezza sismica

Bologna, 26 maggio 2011

Edifici in legno

Dr. A. Bernasconi

Bologna, maggio 2011

Convegno - CNA Emilia Romagna

La tecnica e i materiali delle costruzioni moderne 2

• Edifici di legno per uso abitazione - classico, tetto a due falde

- architettura moderna, "tetto piano"

Austria - 2005 Austria - 2002

- Moderni e attuali

Edifici in legno

Dr. A. Bernasconi




Gli edifici di legno moderni rispondono ...

... alle esigenze dell'archiettura attuale - per usi diversi

- a più piani

- di forma poco convenzionale

- delle regioni urbane

... alle esigenze tecniche

- struttura

- qualità

- sisma

- fuoco Svizzera - 2000

- Moderni e attuali

Edifici in legno

Dr. A. Bernasconi




Gli edifici di abitazione moderni con struttura di legno

- una o più abitazioni

- senza vincoli progettuali

- concorrenziali: • progetto architettonico

• aspetto estetico

- tecnica esigente

- materiale moderno

- caratteristiche e qualità ottimali

Salisburgo - Austria - 1999

USA - anni '60

- Moderni e attuali

Edifici in legno

Dr. A. Bernasconi




• Materiali, Tecnologia , Struttura ?

Le domande …

• Sicurezza simica ?

• Moderno ?

• Sicurezza contro fuoco e incendio ?

• Quanto dura l'edifico di legno ?

• Qualità e sicurezza ?

• Come si costruisce ?

- Moderni e attuali

Edifici in legno

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Qual è la durata di vita di un edificio di legno ?

... molto lunga!!

Dimostrabile:

- spesso ancora oggi abitati

- durata di vita: diversi secoli

- Durata di vita

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Esempio: tempio Horuiy - costruito nell'ottavo secolo

- ancora in servizio

- ha superato indenne diversi

sismi, tra l'altro Kobe nel 1995

Qual è la durata di vita di un edificio di legno ?

- Durata di vita

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Ieri e oggi - la costruzione di legno riconoscibile

L'edificio multipiano di legno

- Durata di vita

Edifici in legno

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L'edificio multipiano di legno

Ieri - la costruzione di legno riconoscibile - la struttura di legno dietro la facciata

- Durata di vita

Oggi

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• elementi strutturali:

- completamente protetti

- durata di vita non limitata

• elementi di protezione:

- durata di vita "limitata"

La facciata - Elemento essenziale della costruzione

• Funzioni - protettiva

- estetica

• Possibilità - decisamente illimitate ...

- tutte tecnicamente valide

- Durata di vita

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La facciata in legno

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La facciata in fibrocemento

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La facciata con rasatura / intonaco

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- Tipologie costruttive moderne

L'elemento strutturale piano della costruzione intelaiata …

elementi lineari

compressi

elementi lineari

inflessi pannellatura

strutturale

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L'elemento strutturale piano della costruzione intelaiata …


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Edificio abitativo - 6 piani con appartamenti in duplex

- superficie stabile ca. 130 m2

- struttura completamente in legno

Lugano CH - 2006

Un esempio di edificio multipiano

- Sicurezza contro il fuoco

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• Costruzione intelaiata in legno - tutti gli elementi strutturali in legno

• Telaio e montanti - lamellare / massiccio

• Pannellatura - OSB

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• Costruzione intelaiata in legno - tutti gli elementi strutturali in legno

• Dimensioni speciali - trasporto

- montaggio

• Telaio e montanti - lamellare

• Pannellatura - OSB

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RE

I 60

Parete "a freddo": h = ca. 3.0 m

Parete REI 60: h = ca. 9 m

- rivestimento gesso-fibra

- carichi accidentali

La soluzione della sicurezza contro il fuoco - esigenze REI 60 a metà edificio

- incendio negli appartamenti inferiori:

stabilità strutturale garantita per 60 minuti


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La soluzione della sicurezza contro il fuoco - esigenze REI 60 a metà edificio

- incendio negli appartamenti inferiori:

stabilità strutturale garantita per 60 minuti

RE

I 60

Elemento di facciata:

altezza libera: ca. 9 m


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Aspetti tecnici particolari e "critici": il fuoco e l'incendio - fino a tre piani normalmente senza problemi

Svizzera - 2003


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• Specie legnosa:

- abete rosso

- altre conifere possibili

• Dimensioni standard o "preferenziali":

- larghezza: 60 80 100 … 180 mm

- altezza: 120 140 160 … 240 mm

- lunghezza: a piacimento, fino a 18 m

• Caratteristiche

- essiccazione definita e controllata

- produzione industriale

- caratteristiche meccaniche e fisiche

• definite

• assicurate

• certificate

Prodotti lineari di dimensioni standard

- Tecnologia moderna

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Prodotti "ingegnerizzati"

La prima fase della lavorazione

La materia prima

La prima lavorazione:

- taglio

- essiccazione tecnica

legno massiccio

I semilavorati

lamelle


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• Legno massiccio: - sezioni prestabilite - taglio favorevole

- lunghezza fissa e costante - lavorazione ottimale

- essiccazione in condizioni industriali ottimali

• Cernita e classificazione: - eliminazione zone con difetti

• Giunti longitudinali: - giunti a pettine incollati

• Produzione in lunghezza "continua": - lunghezza a "piacimento" fino a 18 m

o su ordinazione

- fornitura in tempi brevi

L'incollatura - elemento tecnologico essenziale

Giunti longitudinali a pettine - produzione di KVH


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• Specie legnose: - abete rosso - abete bianco - larice - pino - douglas

• Lamelle grezze:

- tavole con caratteristiche definite

• Giunti a pettine:

- lavorazione e caratteristiche definite

• Lamelle continue:

- giuntate

• Incollaggio della

superficie:

- colla

- lavorazione

1

2

3

4

Esigenze e qualità regolate dalla normativa vigente - europea e naz.

L'incollatura - elemento tecnologico essenziale

La produzione del legno lamellare


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I "limiti" del sistema 'Legno lamellare incollato' … … … …


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Il legno oggi - Il materiale legno massiccio "ingegnerizzato"

MH KVH DUO/TRIO GLT Lamellare

- aspetto estetico / - uso a vista / - esigenze speciali

60 / 100 mm …

... 140 / 280 mm … 2500 / 240 mm

Qualità

estetica

Materiale e

prodotti

Dimensioni

Qualità

tecniche

Profili prestazionali - Classi di resistenza

Omologazioni nazionali ed europee - Marcatura CE

Normative specifiche sui prodotti e i materiali

… 600 / 240 mm


fino a 18 m fino a oltre 40 m

Elementi strutturali lineari - travi


Edifici in legno

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Il sistema di qualità - Le garanzie - La normativa vigente veglia …

• Lamelle grezze: - cernita e classificazione

certificata e sorvegliata

- autocontrollo

- controllo esterno

- certificazione degli impianti

- certificazione del personale

- tutte le lamelle sono marcate

• Le colle:

- omologate per l'uso previsto

• I giunti a pettine delle lamelle:

- impianti omologati

- collanti omologati

- controllo interno permanente

della qualità:

prove di carico

- sorveglianza costante esterna:

prove di carico

• Il prodotto finito:

- protocollo della produzione e

della sorveglianza della qualità

- certificazione della produzione

- marcatura permanente

del prodotto

• L'incollatura:


- controllo interno

permanente della qualità

- sorveglianza esterna

- protocollo della produzione


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Il sistema di qualità - Le garanzie - La normativa vigente veglia …

• Lamelle grezze: - cernita e classificazione

certificata e sorvegliata

- autocontrollo

- controllo esterno

- certificazione degli impianti

- certificazione del personale

- tutte le lamelle sono marcate

• Le colle:

- omologate per l'uso previsto

• I giunti a pettine delle lamelle:


- collanti omologati

- controllo interno permanente

della qualità:

prove di carico

- sorveglianza costante esterna:

prove di carico

• Il prodotto finito:

- protocollo della produzione e

della sorveglianza della qualità

- certificazione della produzione

- marcatura permanente

del prodotto

• L'incollatura:


- controllo interno

permanente della qualità

- sorveglianza esterna

- protocollo della produzione

DT 206 CNR Testo unico

Normativa italiana:


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La situazione normativa attuale in Italia …

... normativa per la costruzione di legno

• Criteri generali

- basi generali di calcolo

- stati limite ultimi (EC5, DIN 1052, ...)

- qualche indicazione Stato:

Entrata in vigore: 30.6.09

DM 14.1.08 - GU 24.2.08

DM di integrazione 6.5.08 - GU 2.7.08

Circolare Min. Infrast. 5.8.09

GU 24.2.08

• Testo Unico - Norme tecniche per le costruzioni

- Capitolo 4: Norme sulle costruzioni

4.4 Costruzioni di legno - 12 pagine

- Capitolo 7: Progettazione per azioni sismiche


- Capitolo 11: Materiale e prodotti per uso strutturale

11.7 Materiali e prodotti a base di legno

- 8 pagine


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- 8 pagine

• Applicazione e modelli di calcolo

- Documento CNR DT 206

Istruzioni per la Progettazione, Esecuzione

e Controllo delle Strutture di Legno

• Criteri generali

- basi generali di calcolo

- stati limite ultimi (EC5, DIN 1052, ...)

- qualche indicazione




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GU 24.2.08








- 8 pagine

• Materiali

- qualità, certificazione, marcatura

- dei prodotti

- dei produttori

" ... i materiali ed i prodotti

devono essere certificati ..."

" ... i produttori di legno

massiccio strutturale

devono essere certificati ..."

" ... profili caratteristici

UNI 11035 ..."

" ... profili caratteristici EN 1912 ..."




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- 8 pagine

• Basi normative per l'applicazione

- Testo unico

- Norme UNI, UNI EN, EN

- Documento CNR

- Benestare tecnico CEN

- qualificazione della produzione

Una BUONA SINTESI della normativa attuale di tutta europa

- con riferimenti UNI, UNI-EN, EN




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XLAM: il "muro" strutturale di legno massiccio

x y

Il materiale nuovo e moderno


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• Oggi - 15 anni dopo i primi passi, 12 anni dopo la prima omologazione

…. la capacità produttiva in Europa raggiunge 0.5 Mio. m3/anno

… il nuovo materiale è una realtà indiscussa e interessante

- in tedesco: BrettSPerrholz

- in inglese: Cross Laminated Timber

Il pannello massiccio, incollato, a strati incrociati XLAM


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Il principio del pannello massiccio a strati incrociati

• Strati unidirezionali - formati da più lamelle

- incollati uno sull'altro

• Direzione della fibratura degli starti - "incrociati"

- strati adiacenti ruotati di 90

• Incollatura strutturale - adesivi e tecnica dal lamellare

- procedimenti innovativi


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Applicazione della tecnologia del legno lamellare

• Classificazione - secondo la resistenza

- meccanica o visiva

• Taglio - tavole più esterne

- migliori, ma meno interessanti

- essiccazione

• Giunti incollati a pettine - lunghezza a piacimento

- caratteristiche definite

• Lamelle - lunghezza a piacimento

- caratteristiche definite

16 - 34 mm

80 - 240 mm



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II

II

^

90

• elemento lineare / trave

• elemento piano / superficie




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• dimensioni - diverse fra i produttori

fino a 330 mm (500 mm)

• stratigrafia - diversa fra i produttori

• Numero strati

- (3), 5 … 11

• Spessore lamelle

- costante

- diverso nelle

due direzioni

- ev. strati doppi

in una direzione




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Il legno oggi - Il materiale legno massiccio "ingegnerizzato"

MH KVH DUO/TRIO GLT Lamellare

- aspetto estetico / - uso a vista / - esigenze speciali

60 / 100 mm …

... 140 / 280 mm … 2500 / 240 mm

Qualità

estetica

Materiale e

prodotti

Dimensioni

Qualità

tecniche

Profili prestazionali - Classi di resistenza

Omologazioni nazionali ed europee - Marcatura CE

Normative specifiche sui prodotti e i materiali

… 600 / 240 mm


fino a 18 m fino a oltre 40 m

XLAM

Pannello:

fino 4.80 m x 20.0 m Spessore:

fino a 300 mm

Elementi strutturali lineari - travi Elementi piani


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Il prodotto - Pannelli di legno massiccio XLAM

• Le finiture e il taglio - a scelta

- adattate all'applicazione

• a mezzo legno

• intaglio per coprigiunto

• maschaitura


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• La forma e le dimensioni - pannello grezzo e rettangolare

- forma e dimensioni a piacimento

Il prodotto - Pannelli di legno massiccio XLAM


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Comportamento strutturale dei pannelli lamellari di legno

massiccio a strati incrociati XLAM - elemento massiccio piano

- rigidezza e resistenza nelle due direzioni del piano


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• Sistema di solaio classico - travatura parallela

- elementi lineari indipendenti

- una sola direzione portante

- un solo elemento "coinvolto"

Comportamento strutturale dei pannelli lamellari di legno

massiccio a strati incrociati XLAM - elemento massiccio piano

- rigidezza e resistenza nelle due direzioni del piano

Trasmissione dei carichi: - contributo di tutto l'elemento

- ripartizione su tutta la

sottostruttura

- sollecitazione ridotta dei singoli

elementi


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Sezione A-A:

- architrave "incorporata"

lb

A

A

b

h

h

l b A

A

• Parete con aperture - parete con architravi

- lastra verticale massiccia

Comportamento strutturale - Resistenza e rigidezza

• Lastra quale elemento di parete di un edificio - contributo strutturale di tutto l'elemento (effetto "superficie")

- resistenza e rigidezza elevata

• Carichi verticali


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Il pannello XLAM quale tipologia strutturale

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piastra verticale: flessione

lastra verticale: compressione / trazione / taglio

lastra orizzontale: taglio

piastra orizzontale: flessione bidirezionale

La struttura di legno composta da elementi piani

Elementi strutturali piani, massicci, di legno


Edifici in legno

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La rivoluzione delle costruzioni di legno

Elementi strutturali piani, massicci, di legno

XLAM: il materiale

legno moderno

… fino a ieri

La costruzione di

legno moderna


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La costruzione di legno con i pannelli XLAM

• I collegamenti fra i pannelli - elementi essenziali

- tecnicamente semplici e molto efficaci


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• I collegamenti fra i pannelli - elementi essenziali

- disponibili

- tecnicamente semplici ed efficaci

La costruzione con i pannelli XLAM


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• Parete quale elemento strutturale - parete quale trave - parete


Comportamento strutturale

Soletta sospesa alla parete


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• Parete quale elemento strutturale - parete quale trave - parete


Comportamento strutturale


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Efficacia e rapidità assicurate

- preassemblaggio completo di pareti e solai

- montaggio della struttura portante e finitura in cantiere

- Produzione e montaggio

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Un esempio - montaggio di una casa monofamiliare


• preparazione cantiere - fondamenta

- scantinato

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Un esempio


07.00

• Inizio montaggio - elementi preassemblati

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Un esempio


11.00

• Fine posa piano terreno

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Un esempio


15.00

• Fine posa pareti

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07.00

18.00

Un esempio


• 1 giorno di lavoro - 1 unità di abitazione

- edificio a tetto

• Fine posa edificio grezzo

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• Trasporto - peso "ridotto"

- trasporto su strada

- elementi grezzi,

o preassemblati


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La struttura di legno è decisamente leggera …

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Le possibilità della costruzione XLAM

Irdning Austria - 2004


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Abitazioni in Italia

Le possibilità della costruzione di legno con i pannelli XLAM


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- la struttura di legno dietro la facciata

Oggi

Nuova sede arcivescovile - L'Aquila - 2009

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Edifici in legno

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Edificio abitativo

- 3 piani

- 12 appartamenti

- 1999



Edifici in legno

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Complesso di edifici abitativi - Vienna 2004 - struttura XLAM


Le possibilità … infinite

Edifici in legno

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Complesso di edifici abitativi - Vienna 2004 - struttura XLAM



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Quartiere di abitazione

- Vienna

- 2006


Edifici in legno

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Edifici abitativi in Abruzzo - XLAM - ca. 30 unità abitative per edificio

- costruzione 2009

- 27 appartamenti, di tipologie diverse

- 3 piani, in totale ca. 2100 m2 lordi

- realizzati in 78 giorni


Edifici in legno

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Edifici abitativi in Abruzzo - XLAM - ca. 30 unità abitative per edificio

- costruzione 2009

- 27 appartamenti, di tipologie diverse

- 3 piani, in totale ca. 1800 m2 lordi

- realizzati in 55 giorni


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Flessibilità nel progetto …


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- 76 x 36 m² di superficie coperta

- 13 m di altezza dei 21 "alberi" della costruzione

- 4500 barre curve a comporre la copertura

Golf Clubhous in Yeoju - Korea - 2009

Risultato dello sviluppo e dell'evoluzione del legno incollato


Edifici in legno

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• Un materiale nuovo per l'edilizia delle grandi strutture

• Opere di ingegneria strutturale

- analisi strutturale

- collegamenti fra pannelli

- comportamento dinamico

• Edifici multipiano fino a 10 piani

- applicazione dello stato dell'arte

- a pieno titolo "grandi strutture"


Edifici in legno

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• Opere di ingegneria strutturale

- analisi strutturale

- collegamenti fra pannelli

- comportamento dinamico

K3

K4

K1

K2

• Basi tecniche disponibili

- stato della scienza

- quadro normativo


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• Un materiale nuovo - per progetti ambiziosi

- per soluzioni progettuali e strutturali finora non accessibili al legno

• Un materiale nuovo richiede - competenze nuove e aggiornate

- l'applicazione di tecniche e principi nuovi

- l'integrazione degli sviluppi tecnologi recenti


Edifici in legno

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Il legno quale materiale e tecnologia moderni

moderno - qualità

- affidabilità

- precisione

nuove prospettive: - pannelli strutturali di grandi dimensioni

- …

l'evoluzione sta soltanto cominciando ...


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