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7/26/2019 Tomas Laterales 1-10
1/31
3.3 OBRAS DE CAPTACION
3.3Tomas Laterales
DEFINICION:Las tomas laterales son estructuras hidrulicas que permiten derivar o
captar determinado caudal desde un canal madre a los laterales o de stos a los sub-
laterales y de estos ltimos a los ramales. Una toma lateral consiste en una ventana de ingreso
y un conducto corto que descarga al aire libre o hacia una posa disipadora.
Estas obras pueden servir tambin para medir la cantidad de agua que circula por ellas.
CONSIDERACIONES HIDRULICAS:
Las tomas laterales en una red de riego, en especial son colocados en los canales
secundarios o terciarios. Las tomas se instalan normales al canal alimentador, lo que facilita la construccin
de la estructura. !eneralmente se utili"an compuertas cuadradas las que se acoplan a una tuber#a. Las
dimensiones de las compuertas, son iguales al dimetro de la tuber#a y sta tendr una
longitud variable dependiendo del caso espec#fico. cuando la toma tenga que atravesar una carretera o cualquier otra estructura, se puede
fi$ar una longitud de % m para permitir un sobre ancho de la berma del canal en el sitio
de toma por ra"ones de operacin.
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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Las tomas generales se dise1aran de acuerdo a las condiciones topogrficas que presente la
rasante del canal alimentador y el canal derivado, tambin se har el estudio de las prdidas de
carga ya que el conocimiento de ellas n os permite calcular los niveles de energ#a, muy
importante para el 2/imensionamiento de las Estructuras 3idrulicas4. Las prdidas de carga
se e5presan en6
hv=k v
2
2g , donde 7 es el coeficiente de prdida cuya dificultad es escogerle un valor,
nosotros escogeremos el ms apropiado de los que estudiosos recomiendan, cabe destacar que
los valores de 274 son obtenidos e5perimentalmente y llevados a la prctica en fenmenos
similares.
ELEMENTOS:
Elementos de encau"amiento y cierre. 8u ob$eto es elevar el nivel del agua para
permitir su ingreso a la toma y al canal de derivacin e impedir el desborde del r#o. Elementos de descarga de avenidas. 9ermiten el paso de las crecidas. 8on rganos de
seguridad. Elementos de control de sedimentos. :ienen por ob$eto el mane$o de los slidos. Elementos de control del ingreso de agua. 9ermiten regular la cantidad de agua que
ingresa a la derivacin. Elementos de control de la erosin. 9ermiten disminuir la erosin y la abrasin Elementos estructurales. 8on los que dan estabilidad a la obra.
CRITERIOS:
La toma de agua mediante espign siempre es recomendable para los r#os de las ordilleras
peruanas, que llevan grandes cantidades de sedimentos y parcialmente tienen fuertes
pendientes, tanto ms cuanto no afectan considerablemente ni el r#o ni el rgimen fluvial.
Los criterios para la seleccin de la toma en el lecho se los pueden tomar del siguiente
Criterios e sele!!i"#
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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aptacin de agua para la generacin de
energ#a hidroelctrica
;ien posible en cone5in con un
desarenador
Ca$al e !a%ta!i"#
La re$illa en el fondo siempre capta del r#o
cada caudal afluente hasta llegar al l#mite
de la capacidad de la re$illa
m$& '$erte (I ) *+ ,-
asta '$erte (*+ , ) I ) * ,-:
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2 '$erte
;ien apropiada en caso de sedimentos
gruesos= la evacuacin de sedimentos
finos por facilidades de lavado es dif#cil y
costosa
- peque1o ;ien apropiada
DISEO HIDRULICO DE UNA TOMA LATERAL
En el dise1o de una toma tubular comprende lo siguiente6
/imetro de la tuber#a Longitud de la tuber#a. Delocidad en el conducto. /imensiones de la ca$a de entrada. 8umergencia a la entrada y salida. /imensiones de la transicin Longitud y talud de salidaC /eterminar las cotas de fondo.
El U.8. ;urean of eclamation, recomienda que para iniciar los clculos se adoptar la
velocidad en el conducto >DC F @.?G mHseg.
anal de ingreso6
Q=0.95m
3
s
Y1=0.77m
v=0.67m /s
@C )doptar la velocidad en el conducto D F @.?G mHseg.
IC lculo del rea de la tuber#a6
9or ontinuidad6 & F ). D -B ) F &HD
JC lculo del dimetro de la tuber#a6
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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A= D2
4 D= 4A
KC Derificar el rea de la tuber#a 6
A= D
2
4(m2)
%C Derificar la velocidad en el conducto 6
D F & H ) >mHseg.C
C lculo de la prdida de carga 3idrulica total en la tuber#a6
9rdida en la entrada del tubo >heC 6
he=kexhv;hv=v
2
2g
/onde6
he F 9rdida en la entrada del tubo >mC
hv F arga de velocidad en la tuber#a >mC
D F Delocidad en la tuber#a >mHseg.C
Me F oeficiente que depende de la forma de la entrada en la tuber#a.
uadro *N ?@6 coeficiente en la entrada de la tuber#a.
Oorma de entrada Me ompuerta en pared delgada P contraccin suprimida en los lados
y en el fondo.
Entrada con arista en ngulo recto
@.??
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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9rdida en la salida del tubo >hsC6
hs F 7e 5 hv
>:omando las mismas consideraciones que en la prdida en la entrada del tuboC.
9rdida por friccin en los tubos >hfC6
hf=sf x L;sf =[ n(v )R2 /3 ]2
; RA
PP=D
/onde6
8f F 9endiente de friccin del tubo >mHmC
L F Longitud total de la tuber#a >mC
) F Qrea hidrulica de la tuber#a >mIC
F adio 3idrulico de la tuber#a >mC
9 F 9er#metro mo$ado de la tuber#a >mC
/ F /imetro de la tuber#a >mC
9rdida de carga hidrulica total >htotalC6
htotal F he R hs R hf
lculo de 8umergencia en la entrada y salida 6
8umergencia en la parte superior del tubo6
8me F @.GS 5 hv R ?.?S
8umergencia en la salida >se considera K4 siempre y cuando se traba$e en pulgadasC.
8ms F K4 F ?.@?m.
lculo de los lados de la ca$a de entrada6
aC )ncho de la ca$a >;C6
; F / R ?.J?%
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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/ F /imetro de la tuber#a en m.
bC arga en la ca$a >hC6
& F @.SK 5 b 5 h JHI , despe$ando se tiene
h=( Q1.84x b )2/3
(m)
lculo de cotas 6
)C otas de entrada de tuber#a6
*ivel m#nimo 9elo de )gua canal principal F cota de rasante de canal R altura m#nima de agua.
>8umergencia de entradaC
ota parte superior del tubo >EntradaC F *ivel.
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hc F@.JS P ?.J? F @.?S
9)8+ *N ?J
)ltura ficticia >hC
s
wh
='
V6 sobrecarga >debido al paso de veh#culos alrededor de estructuraC F @??? 7gHmJ
s
6 9eso unitario del suelo F @?? 7gHmJ
63.01600
1000' ==h
PASO N6 +4
)ltura de dise1o >3C
3 F hc Rh F@.?S R ?.J F @.G@ m.
PASO N6 +8
oeficiente de empu$e neutro.
pn F @ P sen JINpn F ?.KG
PASO N6 +9
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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Empu$e >9C
9 F W pn 5s
5 3I F
W 5 ?.KG 5 @?? 5 @.@S
9 F XKK 7g.
PASO N6 +
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DISEO ESFUER;O DE TRABA
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58.10198431
101.2
101.2
6
6
==
=
xn
xES
2470
1680
===C
S
f
fr
306.02458.10
58.10=
+=
+=
rn
nk
898.03
306.01
31 === k
j
PASO N6 +?
9eralte efectivo >dC
bkjf
Md
c ...
2=
b F @?? cm >@ metro de largoC
.10).(min00.7100306.0898.070
880.442cmimocm
xxx
xd ==
PASO N6 +@
ecubrimiento >rC6
8egn )' J@S-?% art#culo G.G.@ el recubrimiento m#nimo para concreto colocado $unto al suelo
y e5puesto permanentemente a l, es de G%mm.
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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8egn '9 @?GI, para estructuras que estn en contacto con el suelo por un lado y con agua por
otro.
r F @? cm >m5imoC
8i r F @? cm., d F @? cm.
9ara6 e F I? cm.
omo6 d dise1o Y d redimensionamiento
9uede soportar un momento mayor al del requerido
acero negativoC
RC )s F J.?? cmI >acero positivoC
Usar6
JHS4 Z I?
PASO N6 *7
Qrea de acero m#nimo por esfuer"o en compresin.
)s m#nimo F ?.??I%5b5d >segn )'C
)s m#nimo F ?.??I%5@??5@? FI.%? cmI
PASO N6 *3
Qrea de acero principal m#nima >)s minC
)s m#nimo F ?.??I%5@??5@? FI.%? cmI
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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PASO N6 *4
Qrea de acero principal asumida >)s min.C
omo6 )s min Y )s principal dise1o >I.%? Y J.??C
Entonces el rea de acero, ser la del dise1o.
PASO N6 *8
/istribucin armadura principal
evisin esfuer"os cortantes6
Dma5. F @@%? Mg.
D F DHbd F @@%?H>@??5@?C F @.@%? 7g.
D permisible F J.SK MgH cmI
9or lo tanto6
DYD permisible
@.@%YJ.SK
evision de esfuer"o por adherencia.
Jd
Vu
=
omo6
)s entre
JHS4 Z I?
9ara @.?? m. de muro %
JHS
F %5J F @% cm.
Luego6
2/53.8
10898.015
1150cmkg
xxu ==
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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OK
cmkguprmisibl
debido perdida de humedad en el fraguadoC y temperatura.
8egn )'6
)st F ?.??@S5b5d F ?.??@S5@??5@? F@.S? cmI
)st F I.?? cmI
PASO N6 *
/istribucin del acero por temperatura.
8egn )' J@S-?%, no debe espaciarse el refuer"o hori"ontal y vertical a ms de tres veces el
espesor del muro ni mayor a K%?mm.
Usando6
JHS4
8eparacin6
===2
71.0100
.100
As
saS
9odemos usar6
JHS4 ZJ? cm.
D ISEO ESTRUCTURAL TOMA LATERAL 82
DISEO DE MUROS 5ERTICALES.
9ara la toma nN @ a continuacin e5plico la metodolog#a utili"ada para determinar los clculosestructurales.
PASO N6 +*
8e inicia la ubicacin de la estructura para este caso la toma *N ?@.
PASO N6 +7
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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)ltura del muro >hcC. 8e considera la altura ms desfavorable, para este caso es nica e igual6
hc
F@.IS P ?.J? F ?.XS
9)8+ *N ?J
)ltura ficticia >hC
s
wh
='
V6 sobrecarga >debido al paso de veh#culos alrededor de estructuraC F @??? 7gHmJ
s
6 9eso unitario del suelo F @?? 7gHmJ
63.01600
1000' ==h
PASO N6 +4)ltura de dise1o >3C
3 F hc Rh F?.XS R ?.J F @.G@ m.
PASO N6 +8
oeficiente de empu$e neutro.
pn F @ P sen JIN
pn F ?.KG
PASO N6 +9
Empu$e >9C
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
1.2
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9 F W
pn 5
s5 3I F W 5 ?.KG 5 @?? 5 @.?S
9 F K?.?S 7g.
PASO N6 +
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Esfuer"os permisibles del concreto ba$o cargas de servicio
Fle>i"#:esfuer"o permisible en la fibra e5trema en compresin.
Oc F ?.K? fc F ?.K? 5 @G% F G? 7gHcmI
Corta#te:cortante soportado por el concreto.
2/84.317529.0'29.0 cmkgcfVc ===
Tra!!i"#:esfuer"o permisible en el concreto a traccin por fle5in.
cff
cfroturaulofrfrf
cmkgfcf
tc
tc
tc
'85.0
'2mod40.0
/50.1015.0 2
=
===
==
Esfuer"o permisible de traccin de acero grado ? malla soldada.
1680'40.0 == yffs
uant#a m#nima del esfuer"o por contraccin y temperatura ?.??@S >segn )' J@S-?% cap#tulo
G.@I.I.@ para barras electro soldadas o barras corrugadasC
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898.03
306.01
31 === k
j
PASO N6 +?
9eralte efectivo >dC
bkjf
Md
c ...
2=
b F @?? cm >@ metro de largoC
.5).(min64.4100306.0898.070
88.207502cmimocm
xxx
xd ==
PASO N6 +@
ecubrimiento >rC68egn )' J@S-?% art#culo G.G.@ el recubrimiento m#nimo para concreto colocado $unto al suelo
y e5puesto permanentemente a l, es de G%mm.
8egn '9 @?GI, para estructuras que estn en contacto con el suelo por un lado y con agua por
otro.
r F @? cm >m5imoC
8i r F @? cm., d F % cm.
9ara6 e F I? cm.omo6 d dise1o Y d redimensionamiento
9uede soportar un momento mayor al del requerido
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< F @?J@IK.KK 7g.cm.
9or lo tanto6 < requerido Y < dise1o
PASO N6 *+
Espesor de muro.
dRr F %R@? F@% cm.
PASO N6 **
Qrea de acero principal >fsC
297.210944.01680
99.48143cm
xxJdf
MA
s
S ===
-C )s F J.?? cmI >acero negativoC
RC )s F J.?? cmI >acero positivoC
Usar6
JHS4 Z @%
PASO N6 *7
Qrea de acero m#nimo por esfuer"o en compresin.
)s m#nimo F ?.??I%5b5d >segn )'C
)s m#nimo F ?.??I%5@??5% F@.I% cmI
PASO N6 *3Qrea de acero principal m#nima >)s minC
)s m#nimo F ?.??I%5@??5@? F@.I% cmI
PASO N6 *4
Qrea de acero principal asumida >)s min.C
omo6 )s min Y )s principal dise1o >@.I% Y J.??C
Entonces el rea de acero, ser la del dise1o.
PASO N6 *8
/istribucin armadura principal
evisin esfuer"os cortantes6
Dma5. F @@%? Mg.
D F DHbd F @@%?H>@??5%C F I.J 7g.
D permisible F J.SK MgH cmI
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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9or lo tanto6
DYD permisible
I.JYJ.SK
evision de esfuer"o por adherencia.
Jd
Vu
=
omo6
)s entre
JHS4 Z @%
9ara @.?? m. de muro %
JHS
F %5J F @% cm.
Luego6
2/07.17
5898.015
1150cmkg
xxu ==
OK
cmkguprmisibl
debido perdida de humedad en el fraguadoC y temperatura.
8egn )'6
)st F ?.??@S5b5d F ?.??@S5@??5% F?.X cmI
)st F @.?? cmI
PASO N6 *
/istribucin del acero por temperatura.
8egn )' J@S-?%, no debe espaciarse el refuer"o hori"ontal y vertical a ms de tres veces el
espesor del muro ni mayor a K%?mm.
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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21/31
Usando6
JHS4
8eparacin6
===1
25.100
.100
As
saS
9odemos usar6
JHS4 ZI% cm.
COMPUERTAS
Las compuertas son equipos mecnicos utili"ados para el control del flu$o del agua y
mantenimiento en los diferentes proyectos de ingenier#a, tales como presas, canales yproyectos de irrigacin. E5isten diferentes tipos y pueden tener diferentes clasificaciones,
segn su forma, funcin y su movimiento.
Las diferentes formas de las compuertas dependen de su aplicacin, el tipo de compuerta a
utili"ar depender principalmente del tama1o y forma del orificio, de la cabe"a esttica, del
espacio disponible, del mecanismo de apertura y de las condiciones particulares de operacin.
APLICACIONES USO:
ontrol de flu$os de aguas ontrol de inundaciones 9royectos de irrigacin rear reservas de agua 8istemas de drena$e 9royectos de aprovechamiento de suelos 9lantas de tratamiento de agua 'ncrementar capacidad de reserva de las presas
FUNCIONAMIENTO:
Las compuertas desli"antes estn dise1adas para traba$ar ba$o un sin nmero de condiciones
de operacin, ya que son fabricadas para cada necesidad, ya sea durante el proceso o el
mantenimiento, de seccionando o cerrado permanente, para cualquier necesidad requerida en
cada planta, ofreceremos una solucin de control con gran versatilidad.
BENEFICIOS:
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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22/31
Las compuertas desli"antes son dise1adas para un fcil mane$o a un costo verdaderamente
econmico.
Es ideal para sustituir equipos obsoletos que ya no resultan funcionales y que requieren
actuacin y un control moderno, como son sensores, 9L, etc. como en los filtros de
potabili"adoras donde es importante abrir y cerrar las compuertas simultneamente o
siguiendo algn patrn de operacin de los filtros.
PARTES DE UNA COMPUERTA:
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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23/31
* ACTUADOR:
E5isten distintos tipos de actuadores para las compuertas, dentro de los ms comunes estn6el de volante, cilindro neumtico, actuador elctrico, reductor de engranes manual, hidrulico
entre otras.
7 TORRE:
+ tambin llamado pedestal es el soporte para colocar el actuador, generalmente fabricado en
acero ino5idable tipo J?K o acero al carbn segn especificacin de la compuerta es decir que
si la compuerta es de acero ino5idable en su totalidad, esto incluye el pedestal.
3 5ASTAO:
Es la parte que une la ho$a con el actuador, mediante una placa de i"a$e que su$eta a la
compuerta y en el otro e5tremo se su$eta al actuador para subirla o ba$arla por medio de una
cuerda.
4 TABLERO (COMPUERTA-:
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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24/31
onstruida de placa en diferentes grosores y refuer"os de acuerdo a la presin e$ercida por el
flu$o, puede ser suministrada en acero al carbn, ino5idable, galvani"ada por inmersin en
caliente, o con algn otro tipo de recubrimiento.
8 ORE
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25/31
9erdidas de carga6
hv=v
2
2g=
0.672
2(9.81)=0.023m
)ltura de energ#a especifica6
H0=Y
1+
v2
2g=0.79m
9erdidas por derivacin6
Kd=coeficiente de perdidaen a derivacion
QQoQ
=0.9 Kd=0.5
Pd=Kd v
2
2 g=
0.52.032
2 (9.81 ) =0.011m
v=veocidad correspondiente a cana aimentador
9rdidas por compuertas6
uando6Y
1
a1no hay resaltoC.
Q=2
3!d2g b(H1
3
2H2
3
2)
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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26/31
uando6Y
1
a11.4
b=recomendabe en procesos constr"ctivosb=0.40m
)plicamos formula6
Q=!d ab2g H0
/espe$ando6 !d=0.588m
!d=0.588m(grafico)
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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27/31
Y1=at"ra de ag"a antes de comp"erta
a=at"rade a abert"ra
b=ancho de a abert"ra
!c=coeficientede contracci # n
!d= !c1+!c
a
Y1
!c=1.6
1=distancia dea comp"erta a a$"e oc"rreY
2
1=
a
!c=
0.20
1.6=0.13m
Y2=a!c=0.201.6=0.32m
%&=perdida de carga en e resato
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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28/31
%&=(Y3Y2 )
3
Y2Y3=
(0.400.32 )3
0.320.40=0.004
Y3=tirante con'"gado (critico ) de Y
2
Y3=1.25Y
2=1.250.32=0.4 m
DISEO HIDRAULICO DE COMPUERTAS 82
anal de ingreso6
Q=0.95m
3
s
Y1=0.70m
v=0.89m /s
ompuerta plana6
9erdidas de carga6
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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29/31
hv=v
2
2g=
0.892
2(9.81)=0.040m
)ltura de energ#a especifica6
H0=Y
1+
v2
2g=0.74m
9erdidas por derivacin6
Kd=coeficiente de perdidaen a derivacion
QQoQ
=0.9 Kd=0.5
Pd=Kd v
2
2 g=0.50.892
2(9.81 ) =0.020m
v=veocidad correspondiente a cana aimentador
9rdidas por compuertas6
uando6Y
1
a1no hay resaltoC.
Q=2
3!d2g b(H1
3
2H2
3
2)
uando6Y
1
a1
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30/31
!d=coeficiente de descarga
Y1
a1;Y
1=2
3Y
0=0.70m ; a=0.20m
Y1
a1=3.50>1.4
b=recomendabe en procesos constr"ctivosb=0.40m
)plicamos formula6
Q=!d ab2g H0
/espe$ando6 !d=0.588m
!d=0.588m(grafico)
Y1=at"ra de ag"a antes de comp"erta
a=at"rade a abert"ra
&U'()*+ ,)--)*.) /+*0
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31/31
b=ancho de a abert"ra
!c=coeficiente de contracci# n
!d= !c
1+!c a
Y1
!c=1.6
1=distancia dea comp"erta a a$"e oc"rreY
2
1=
a
!c=
0.20
1.6=0.13m
Y2=a!c=0.201.6=0.32m
%&=perdida de carga en e resato
%&=(Y3Y2 )
3
Y2Y3=
(0.400.32 )3
0.320.40=0.004
Y3=tirante con'"gado (critico ) de Y
2
Y3=1.25Y
2=1.250.32=0.4 m
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