08 abidin iccbt 2008 modelos coherenciaalineamientoscombinados 9p

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MATERIAL DIDÁCTICO NO COMERCIAL – CURSOS UNIVERSITARIOS DE GRADO Y POSGRADO
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+Francisco Justo Sierra CPIC 6311 franjusierra@yahoo.com
Ingeniero Civil UBA ingenieriadeseguridadvial.blogspot.com.ar Beccar, mayo 2014
Modelos de Coherencia de Diseño
Alineamientos Horizontal y Vertical Combinados
Estudio de caso
N. Zainal Abidin
Universiti Teknologi Mara, MALASIA MA
nuras85950@yahoo.com

2-9 MODELOS DE COHERENCIA DE DISEÑO ALINEAMIENTOS H&V COMBINADOS
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+Francisco Justo Sierra franjusierra@yahoo.com
Ingeniero Civil UBA CPIC 6311 ingenieriadeseguridadvial.blogspot.com.ar Beccar, mayo 2014
RESUMEN
El aumento del número de choques en los caminos rurales de dos-carriles se vincula con el
problema de las incoherencias en el diseño geométrico. En los últimos, años en muchos
países los choques se convirtieron en una fuente importante de pérdidas sociales y econó-
micas.
Durante los últimos 5 años, Malasia también se enfrentó con el grave problema de choques
frecuentes, en los cuales murieron más de 5.000 personas. Esta condición puede deberse a
que no hay ningún modelo de coherencia de diseño que se aplique a los caminos rurales de
dos carriles. (*)
El objetivo de la Ingeniería de Seguridad Vial es reducir en gran medida los choques viales
mortales, con heridos y daños materiales, debidos a diseños subestándares e incoherentes,
en los caminos existentes (enfoque reactivo) y en el proyecto de caminos nuevos (proactivo).
En los EUA, para diseñar caminos coherentes se usó principalmente el método cuantitativo
basado en el concepto de la velocidad directriz. Según las investigaciones y experiencias de
otros países como Alemania, Australia y Suiza, es más eficaz el concepto de velocidad de
operación en el análisis de la coherencia del diseño de caminos rurales de dos-carriles.
Este trabajo presenta los resultados de una investigación empírica preliminar, y nuevos mo-
delos de coherencia de diseño aplicables a las condiciones de los alineamientos horizontales
y verticales combinados de los caminos rurales de dos-carriles de Malasia. Mediante medi-
ciones de velocidad en seis lugares se desarrollaron ecuaciones de regresión para predecir
las velocidades de operación de los vehículos en diferentes combinaciones de alineamientos.
El modelo de perfil de velocidad desarrollado tiene la intención de detectar incoherencias de
diseño geométrico en la mayoría de las combinaciones de alineamientos. Es un intento de
armonizar el diseño del camino con las expectativas de los usuarios.
(*) Nota FiSi: Desde hace años, en la Argentina la situación es peor: mueren en choques viales unas 7500 per-
sonas por año, y no hay ningún modelo de coherencia de diseño que se aplique a los caminos rurales de
dos-carriles.
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN 3
2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 4
3. REVISIÓN DE LA BIBLIOGRAFÍA 4
4. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 6
4.1. Selección del Lugar 6
4.2. Datos Geométricos 6
4.3. Recolección de Datos 7
5. ANÁLISIS DE DATOS EMPÍRICOS 7
5.1. Análisis de Regresión 7
6. CONCLUSIÓN 10
REFERENCIAS 10

N. ZAINAL ABIDIN - UNIVERSITI TEKNOLOGI MARA, MALASIA 3-9
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1 INTRODUCCIÓN
Un buen diseño geométrico significa dar un nivel adecuado de movilidad y uso del suelo a
conductores, pasajeros y peatones, manteniendo un alto grado de seguridad. El diseño
geométrico se refiere a la selección de los elementos viales que incluyen los alineamientos
horizontal y vertical, sección transversal y costados de calzada de caminos o calles. Muchas
investigaciones se realizan sobre varios elementos de diseño geométrico y las velocidades de
operación de los vehículos. La velocidad de operación puede verse como la velocidad ob-
servada en el lugar, a la que cada conductor viaja en un camino dado en condiciones at-
mosféricas favorables y de flujo libre.
Para esta investigación, el modelo preliminar de velocidad de operación se desarrolló para
evaluar la coherencia de la velocidad directriz y puede utilizarse para predecir la velocidad que
se ajuste a la velocidad directriz; los alineamientos horizontal y vertical son la preocupación
principal de este estudio.
El alineamiento horizontal de un camino consta de la línea recta, curva circular y curvas es-
pirales. El alineamiento vertical consta de pendientes rectas y curvas verticales, generalmente
parábolas cuadráticas de eje vertical. Importa conocer las curvaturas y pendientes de cada
curva para asegurarse si es aceptable en el diseño. Importa conocer cómo influye la curvatura
horizontal y vertical, y las pendientes de subida y bajada sobre la velocidad de operación.
Las guías y normas de Diseño Geométrico de Caminos se concentran en las dimensiones de
los elementos individuales que deben seleccionarse y determinarse para satisfacer los re-
quisitos mínimos Este enfoque demostró debilidad debido a las posibles incoherencias
geométricas, y no puede garantizar que el producto del diseño se ajustará a las expectativas
de los usuarios del camino. Donde haya grandes cambios de velocidad directriz y/o de
operación es señal de incoherencias de los elementos de diseño geométrico. Se pro-
pusieron modelos perfiles de velocidad basados en las velocidades de operación para re-
emplazar los conceptos de velocidad directriz y asegurar la coherencia del diseño. Se usaron
bases de datos y perfiles de velocidad de caminos de buena seguridad de Suiza, Alemania y
Australia. También de los EUA, donde se desarrollaron varios modelos, no utilizados en la
práctica de diseño.
2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
En Malasia no hay aún investigación empírica sobre la coherencia de diseño de alineamientos
horizontales y verticales combinados en caminos rurales de dos-carriles. Hasta ahora, la
evaluación del diseño de los alineamientos horizontal y vertical se basa en la relación de
velocidades directrices y otros elementos. Esta investigación propone un modelo para evaluar
la coherencia del diseño en los alineamientos horizontales y verticales combinados de ca-
minos rurales de dos-carriles con el desarrollo de un modelo de velocidad de operación ba-
sado en datos empíricos locales. El propósito de este estudio es desarrollar un modelo básico
de velocidad que se puede integrar a los efectos de la geometría en los alineamientos com-
binados. El modelo se puede utilizar para estimar la velocidad de operación de los vehículos
de pasajeros, y pueden justificarse los parámetros que muy correlacionadas entre la conducta
de velocidad del conductor y los alineamientos. También, el objetivo es desarrollar una serie
de modelos para predecir las velocidades del 85º percentil de los vehículos de pasajeros en la
alineamiento horizontal y vertical combinados sobre la base de un tipo de camino que refleje la
condición de los caminos rurales de dos-carriles de Malasia; nueva metodología de diseño
que puede ayudar a los profesionales hacia mejores prácticas en diseño geométrico vial.

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3 REVISIÓN DE LA BIBLIOGRAFÍA
La mayor parte de los estudios que relacionan el diseño de los alineamientos con las velo-
cidades de operación se realizaron en los EUA, Europa, Japón y otros países en desarrollo.
Este capítulo revisa la bibliografía existente para comprender mejor el cuerpo de conoci-
mientos.
Los investigadores que estudiaron la coherencia de diseño fueron los primeros en sugerir que
ella debe reconocerse como un principio fundamental en el diseño de caminos más seguros.
Sin embargo, sigue habiendo una falta general de criterios explícitos para combinar contiguos
elementos básicos de diseño. Sin tales criterios, el proyectista continuará incorporando ele-
mentos geométricos incompatibles en los caminos. Más temprano, AASHTO [1]
desarrolló la
lista de verificación de expectativas del conductor, en la que la coherencia del diseño era un
parámetro importante.
Messer [12]
presentó una metodología para evaluar la coherencia basada en principios de
comportamiento de conducción asociados con puntuaciones de carga de trabajo mental para
las diferentes características geométricas. Por ejemplo, ya que las curvas más agudas son
generalmente más problemáticas, la carga de trabajo de un conductor aumenta con el grado-
de-curva y su ángulo de desviación. Con el mismo razonamiento Messer sugirió que las
curvas excesivamente largas inducen choques y deben desalentarse; y propuso algunas
recomendaciones generales de diseño de alineamientos horizontales y verticales coherentes.
Polus y Dagan [13]
desarrollaron y probaron varios modelos para evaluar la coherencia de
diseño, incluyendo un modelo de análisis especial para el alineamiento horizontal; los mé-
todos propuestos se podrían adoptar también para el alineamiento vertical. Pusieron a prueba
sus modelos de coherencia en los caminos de la muestra teórica que desarrollaron. El modelo
espectral tuvo la correlación más alta con un índice de coherencia lógica establecida en in-
vestigaciones anteriores y con los criterios de ingeniería.
Polus (1980) investigó la relación entre medidas geométricas longitudinales (radio medio, o la
relación entre los radios máximo y mínimo de un alineamiento) y los niveles de seguridad en
los caminos rurales de dos-carriles. Propuso que la seguridad se correlaciona con los ele-
mentos de diseño y con la coherencia...
Lamm y Choueiri [10]
en Alemania analizaron la alineamiento horizontal de los caminos de
dos-carriles y desarrollaron varios criterios de coherencia para la característica de diseño. Se
sugirió que la diferencia entre la velocidad de operación del 85º percentil y la velocidad di-
rectriz debe ser inferior a un conjunto de criterios para diseño bueno, aceptable y malo. Del
mismo modo, las diferencias en estas velocidades de dos elementos consecutivos deberían
limitarse por criterios similares. Sugirieron que la suma de las tasas de cambio de curvatura
(CCR) entre curvas circulares horizontales con espirales de transición explica la mayor parte
del cambio en la velocidad de operación a lo largo de cada sección.
Krammes y otros [9]
presentaron varios modelos de diseño para evaluar la coherencia de
diseño de caminos rurales de dos-carriles. La velocidad del 85º percentil se predijo sobre la
base de parámetros independientes, tales como grado-de-curva, longitud de curva, y ángulo
de desviación. Su modelo de predicción de velocidad se usó en este estudio para desarrollar
el perfil de velocidad, con el que después se desarrolló el modelo de coherencia.
Mc Fadden y Elefferiadou [11]
utilizaron la técnica estadística de programa previo a la muestra
para formular y validar modelos de predicción de la velocidad de operación propuestos por
Krammes y otros [8]
. En los tres modelos analizados se encontraron diferencias significativas
entre la velocidad 85º percentil predicha por el modelo y la velocidad 85º percentil observada.

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Al-Masaied y otros [3]
al considerar la reducción de velocidad entre recta y curva como la
medida de la incoherencia de una sección encontraron que la reducción de la velocidad es
altamente afectada por el radio de la curva, y que la velocidad en recta es afectada princi-
palmente por su la longitud.
Polus y otros [14]
desarrollaron varios modelos no lineales para predecir las velocidades de
operación en secciones rectas de caminos de dos-carriles. Las variables independientes
fueron la longitud de la sección recta y los radios de las curvas de los extremos. Estos mo-
delos y los sugeridos por Krammes y otros [8]
para la estimación de la velocidad de operación
en las curvas se utilizaron al desarrollar perfiles de velocidad para la formulación de un modelo
de coherencia para caminos rurales de dos-carriles en la presente investigación.
Anderson y Krammes [4]
calcularon la reducción de velocidades del 85º percentil desde la
aproximación recta hasta el punto medio de la curva siguiente. Encontraron una relación
estadísticamente significativa entre la reducción de velocidad media y el índice medio de
choques: los lugares con mayores reducciones de velocidad mostraron índices de choques
más altos. Este importante hallazgo se investigó aquí mediante el desarrollo de una relación
entre la variabilidad del perfil de velocidad, como una medida de la coherencia en el diseño de
los caminos de dos-carriles.
Krammes y Hayden (2003) analizaron el Modelo Interactivo para Diseñar la Seguridad Vial
(IHSDM) desarrollado en los EUA. El modelo incluye un módulo de compatibilidad con dos
aspectos; grandes diferencias entre la velocidad directriz asumida y la velocidad de operación
del 85º percentil, y grandes cambios en la velocidad de operación del 85º percentil entre
rectas y curvas.
4 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
Este estudio se realizó para desarrollar el modelo empírico preliminar dependiente de las
características geométricas. Los datos recogidos se usaron para desarrollar los modelos, y
finalmente se obtuvieron los resultados. Las fuertes metodologías de velocidad de operación
en los alineamientos horizontal y vertical y las técnicas de reducción de datos se realizaron
mediante el uso de las técnicas de vídeo. Las metodologías preliminares para la velocidad de
operación en las curvas y los trabajos de topografía para el alineamiento se habían desarro-
llado sobre la base de los conocimientos adquiridos en investigaciones anteriores.
El proceso de investigación incluye métodos de recolección de datos, trabajo de topografía y
de las técnicas de reducción de datos. Estas son las etapas donde los datos brutos recogidos
se procesaron para obtener datos reales para el análisis. La colección y reducción de los
datos de campo es importante para desarrollar la fórmula empírica.
FIGURA 1: Diagrama de flujo del proceso de
investigación
4.1 Selección del Lugar
Los cinco lugares de ensayo se seleccionaron como áreas de estudio en el campus de la
Universiti Teknologi Mara (UiTM), con los siguientes criterios:
 Velocidad directriz: < 60 km/h
 Límite de velocidad: 40 km/h
 Ancho de carril: 2,74 m - 3,66 m

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4.2 Datos Geométricos
Los datos de curva horizontal obtenidos antes de ir al campo incluyeron grado-de-curva (D),
ángulo de desviación (I), radio (R), longitud (L), pendiente (G), progresiva principio de curva
(PC), punto de intersección (PI) y fin de curva (PT). Los datos geométricos de la curva vertical
incluyeron pendientes de aproximación y de salida (G), longitud (L), punto de comienzo de la
curva (VPC) millas, el punto de intersección vertical (VPI) y fin de la curva (VPT).
FIGURA 2: Distribución de puntos de observación
4.3 Recolección de Datos
Para tener la base de datos representativa que incluya un número suficiente de observaciones
para el propósito de desarrollar del modelo, los datos de velocidad se recogieron durante casi
24 horas en cada curva. Se observaron tres puntos por curva para todas ellas. La base de
datos se obtuvo con pistola de radar para recoger datos de velocidad durante una hora en las
cinco curvas. Los datos se recolectaron para todo tipo de vehículos en el flujo de tránsito en
condiciones de flujo libre.
5 ANÁLISIS DE DATOS EMPÍRICOS
Para definir la relación entre la velocidad de operación y otros parámetros se utilizó el análisis
estadístico; se aplicó el análisis de regresión lineal simple y múltiple de MINITAB.
5.1 Análisis de Regresión
El análisis de regresión se usó para calibrar y determinar alguna relación y se ajusta bien entre
los datos estáticos de las curvas y los cinemáticos del tránsito. Una relación lineal entre dos
variables también es útil para medir la fuerza de la relación lineal. Análisis de regresión lineal
individual se aplicó para determinar si hay una relación entre cada parámetro individual, y
análisis de regresión múltiple para desarrollar un modelo para las condiciones de subidas y
bajadas.
Mediante el uso de datos combinados de lugares generales se desarrolló un análisis de re-
gresión lineal múltiple con el software MINITAB software para desarrollar un modelo repre-
sentativo de las características de velocidad para las curvas seleccionadas. Se realizaron
muchos ensayos del modelo y sólo se presentaron los modelos significativos y lógicos. Las
siguientes condiciones se adoptaron en el análisis de regresión para desarrollar los modelos
finales:
 El coeficiente de determinación R2
debe ser significativo al nivel de confianza del 0.95.
 Cada una de las variables independientes utilizadas en el modelo debe tener un coefi-
ciente de regresión significativamente diferente de cero al nivel del cociente 0,95.
 Los signos algebraicos de los coeficientes de las variables independientes deben tener
una explicación lógica

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Análisis de regresión lineal simple
La Figura 3 muestra la relación entre la velocidad de operación de las caminos rurales de
dos-carriles y el tiempo medio de la velocidad de operación.
FIGURA 3: Se estableció la relación entre la velocidad de operación y la velocidad Mean Time
La siguiente regresión ecuación de análisis como:
y = 1.2746x - 4.3507R - 0,7359
De figura se muestra que existe relación fuerte en determinado lugar. Basado en el gráfico de
dispersión, existe la relación entre los parámetros indicados por el valor de R2
. El trazado de
dispersión indica una relación fuerte si R-cuadrado valor cercano a 1. Este lugar muestra la
una relación entre la fuerte velocidad de operación y el tiempo medio de velocidad. Esto
significa que y aumenta a medida que x aumenta. Se puede concluir que el modelo lineal es
un ajuste bastante bueno para los datos.
Análisis de regresión lineal múltiple
Mediante el uso de datos de combinación de lugares generales, se desarrolló un análisis de
regresión lineal múltiple con software MINITAB, para desarrollar un modelo representativo de
las características de velocidad de las curvas seleccionadas. Los datos usados para el aná-
lisis fueron los combinados del en general, pero los datos se separaron entre las curvas de
subidas y bajadas de versiones anteriores. La salida del análisis de regresión de MINITAB se
describe en la Figura 4
Cuando el vehículo sube por las curvas, el R2
valora igual a 92,7%. Este porcentaje confiado,
R2
igual a 92.7% fue suficientemente fuerte como para representar el comportamiento de
velocidad de operación en las curvas de subida. Cuando el vehículo baja por las curvas, los
valores R2
fueron iguales a 64,5%. Este valor R2
no es lo suficientemente fuerte como para
representar la velocidad de operación en las curvas de bajada. El balance de aproximada-
mente el 30% debe ser mejorar y obtener un mejor modelo.
Los modelos se pueden resumir de las siguientes ecuaciones:
Curvas en subidas:
V85 = -42,8 + 0,929 r - 0.00468 q
Curvas en bajadas
V85 = 46,5 a 0,247 r - 1.02 G - 0,00172 q
Donde:
V85 = Velocidad de operación
r = Radio
q = Caudal
G = Pendiente

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MINITAB SALIDA
La ecuación de regresión es:
Velocidad de operación,
V85
= - 42,8 + 0,929 R - 0.00468 Qr
Vaticinador Coef SE Coef T P
Constante -42,812 4.722 -9.07 0.000
Radio 0.92933 0.05767 16.11 0.000
Caudal -0.004680 0.003678 -1.27 0.217
S = 1,82903 R-Sq = 92,7% R-Sq (adj) = 92,0%
Análisis de varianza
Fuente DF SS MS F P
Regresión 2 893.58 446,79 133,56 0.000
Error Residual 21 70.25 3.35
Total 23 963.83
Fuente DF Ss SS
Radio 1 888.17
Caudal 1 5.41
FIGURA 4: Análisis de regresión de MINITAB
6 CONCLUSIÓN
En este trabajo se habían investigado los análisis empíricos de la conducta velocidad de
operación en alineamientos vertical y horizontal. Se usaron técnicas de grabación de video
para estimar el tiempo que se tarda entre dos puntos para cada uno de los vehículos pasantes
por las curvas. La precisión de la reducción real de la recogida de datos y los datos se asocia
con errores de medición. Hay varios factores de errores de medición, tales como en las téc-
nicas de reducción de datos, de paralaje y el error humano.
El gráfico de dispersión representa el análisis de regresión lineal simple. Muestra si existe
alguna relación entre dos parámetros de las características del tránsito. Varios parámetros
tienen relación entre ellos, pero también falta relación entre varios otros parámetros. El aná-
lisis de regresión lineal múltiple es una combinación de datos de área total de cinco estudios.
Este análisis múltiple se utilizó el software de Minitab para desarrollar una fórmula modelo de
la velocidad de operación. Existe la relación entre todos los parámetros desde la salida tanto
muestra el valor de I-SQ fue más de 50%. Se puede concluir que, la velocidad de operación
del vehículo depende del radio, pendiente, ancho de carril y caudal.

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REFERENCIAS
1. AASHTO (2001), "Una política de diseño geométrico de caminos y calles." Asociación
Americana de Caminos Estatales y Oficiales del Transporte, Washington, DC
2. "Una guía sobre Diseño Geométrico de Caminos", Arahan Teknik (Jalan), JKR.
3. Al-Masaeid, H.R., Hamed, M. Aboul-Ela, M., y Ghannan, A G. (1995), "La coherencia del
alineamiento horizontal para diferentes clases de vehículos." Transportation Research
Record 1500, del Consejo de Investigación Nacional, Washington DC, pp 178-183.
4. Anderson, I.B., y Krammes, R. A. (2000), "La reducción de velocidad como un sustituto
para la experiencia de choques en las curvas horizontales en caminos rurales de
dos-carriles.", Transportation Research Record 1701, del Consejo de Investigación Na-
cional, Washington DC, pp 86-94.
5. Anderson, IB, Bauer, KM, Hawwood y Fitzpatrick, K. (1999), "Relación con la seguridad de
las medidas de coherencia de diseño geométrico de caminos rurales de dos-carriles."
Transporte Informe de Investigación de 1658, la Junta de Investigación del Transporte,
Washington, DC, pp 43-51.
6. Glennon, JC, Harwood, DW, y Gray, CW (1978), "Diseño de la coherencia de caminos y
diseño sistemático relacionado con la seguridad vial", Transportation Research Record
681, National Research Council, Washington DC, pp 77-88.
7. Krammes, R. A. (1997), "Interactivo seguridad vial modelo de diseño: Diseño Módulo
coherencia." Vía Pública, septiembre / octubre, pp 47-51.
8. Krammes, R. A. (1995), "Coherencia en el diseño de alineamiento horizontal para caminos
rurales de dos-carriles" Rep. N º FHWA-RD-94-034 de Federal Highway Administration,
Washington, DC
9. Krammes, RA, JD Blaschke, K. Fitzpatrick y DB Fambro (1996), "Entendimiento de las
velocidades directriz, de operación y señalizada." informar sin 1465-1, Departamento de
Transporte de Texas.
10. Lamm, R. y Choueriri, E. (1995), "La relación entre la seguridad en los caminos y el diseño
geométrico de coherencia: un estudio de caso." Seguridad Vial en el Programa Estratégico
de Investigación de Caminos (SHRP), pp 133-151 Europa y
11. McFadden, J. y Elefteriadou, L. (1997), "Formulación y validación de modelos de cohe-
rencia de diseño basado en la velocidad de operación por bootstrapping", Transportation
Research Record 1579, del Consejo de Investigación Nacional, Washington DC, pp
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12. Messer, C. J. (1980), "Metodología para evaluar la coherencia del diseño geométrico",
Transportation Research Record 757, Transportation Research Board, Consejo Nacional
de Investigación, Washington DC, pp 7-14.
13. Polus, A., y Dagan, D. (1988), "Modelos para evaluar la coherencia del alineamiento vial",
Transportation Research Record 1122, del Consejo de Investigación Nacional, Wa-
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14. Polus, A. Fitzpatrick, K., y Fambro, D. (2000), "Predicción de velocidad de operación en
secciones rectas de caminos rurales de dos-carriles", Transportation Research Record
1737, del Consejo de Investigación Nacional, Washington DC, pp 50-57.
15. Polus, A. y Mattar-Habib, C. (2004), "Nuevo modelo de coherencia para los caminos ru-
rales y su relación con la seguridad", Journal of Transportation Engineering, vol. 130, N º 3,
pp 286-293.

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