FOSAS SEPTICAS [Modo de compatibilidad].pdf

ARQ. MARTÍN PANIAGUA

FACULTAD DE ARQUITECTURA

CONSTRUCCION 4

ABRIL 2009

FOSAS SÉPTICAS

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

Un tanque séptico es una unidad de escurrimiento horizontal y continuo que realiza la separación de sólidos ligeros y pesados, descomponiéndolos en un medio anaerobio.

Es una unidad tipo estanque, sencilla, no mecanizada, de operación fácil y de costo bajo que realiza funciones múltiples destinadas al tratamiento local en residencias, sitios aislados, campos deportivos, fábricas pequeñas, edificaciones en zonas rurales, etc.

La altura mínima del líquido para la acción neutralizante de las bacterias es de 1.20 m en estas fosas.

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El tanque séptico no es un simple decantador o digestor, pero si es una unidad que realiza simultáneamente varias funciones: a) Decantación y retención de los sólidos en suspensión más pesados, formando el Iodo que se acumula en la parte inferior. b) Fluctuación y retención de los materiales más ligeros, tales como, aceites, grasas, que permanecen flotando en la parte superior. c) Tratamiento anaerobio de fase líquida en escurrimiento (septización). d) Digestión del Iodo acumulado con producción de líquidos, gases y material estabilizado. e) Desagregación y digestión parcial del material flotante que contiene la costa o espuma. f) Reducción del número de bacterias y de virus presentes en las aguas de drenaje. CONSTRUCCIÓN 4


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Las fosas sépticas representan en la actualidad condiciones de aplicabilidad en muchas situaciones: en las áreas periféricas de las ciudades en donde la densidad demográfica no justifica la ejecución de redes convencionales de drenaje, en áreas urbanas extensas con declive insignificante, en casas y conjuntos habitacionales aislados, en establecimientos y lugares situados fuera de las zonas urbanas, en fábricas y aglomeraciones pequeñas y en la zona rural, de una forma general.

Existen algunos países en donde las fosas sépticas se encuentran normalizadas en su diseño y su uso, de hecho es extensivo ya que se estima que la población con servicios sanitarios que no tiene drenaje convencional y usa fosa séptica puede llegar a ser hasta del 50%.

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1.

Trampa o caja de grasa , se usa cuando se reciben desagües de cocinas, locales de elaboración de alimentos y garajes.

2.

Tanque séptico, constituye de hecho el elemento donde se desarrollan los procesos de sedimentación y séptico.

3.

Caja de distribución, tiene el propósito de lograr una mejor operación del campo de oxidación .

4.

Campo de oxidación, este campo está condicionado a que las condiciones locales del sitio de la instalación lo permitan.

5.

Pozo de absorción, es el elemento alternativo al campo de oxidación, por lo que su uso está limitado a aquellos casos en los que no se pueda o justifique el uso del pozo de absorción.

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Las formas constructivas más comunes adoptadas son de sección rectangular y de sección circular, en el primer caso se recomienda que la longitud sea por lo menos, el doble del ancho para asegurar buenas condiciones de escurrimiento. Para algunas aplicaciones de tipo industrial existen algunas formas combinadas.

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FORMAS COMUNES CONSTRUCCIÓN 4


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Existen básicamente tres tipos principales de tanques sépticos:

A. Simples, sin compartimentos. B. Con compartimentos y cámaras en serie. C. Con cámaras sobrepuestas

Los tanques sépticos simples de cámara única son los más usados, los más económicos y los que más se prestan para su fabricación industrial.

Los tanques con dos compartimentos en serie son un poco más caros, pero ofrecen una mejor protección contra el arrastre de sólidos en suspensión para los efluentes, mejorando de esta forma la remoción de los sólidos en suspensión, por lo general el primer compartimiento mide de 1/2 a 2/3 y el segundo 1/3 a 1/2 de la longitud total. La relación longitud total a ancho no debe ser inferior a 2.5/1.0.

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Los tanques sépticos realizan básicamente las siguientes funciones: ›

a) Fluctuación de sólidos (aceites y grasas).

›

b) Retención, digestión y desagregación de los sólidos ligeros que constituyen la nata o espuma.

›

c) Decantación de los sólidos sedimentales.

›

d) Retención, digestión y acumulación de los sólidos sedimentados que constituyen los Iodos.

›

e) Movimiento, acumulación y liberación de los gases resultantes del proceso.

›

f) Tratamiento séptico de los líquidos de escurrimiento.

El proceso séptico modifica las características del líquido, consumiendo el oxígeno disuelto, licuando parte de la materia orgánica y produciendo gases, esta acción se ejerce sobre la materia coloidal y sobre las materias orgánicas disueltas.

Como estas funciones se realizan en forma simultánea, se pueden distinguir distintas zonas de proceso en el interior de la unidad, así como otras zonas neutras destinadas a reducir las interferencias de procesos. CONSTRUCCIÓN 4


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ZONA DE GASES Los gases principalmente metano, gas carbónico y pequeños residuos de gas sulfúrico ascienden en el interior del líquido, atraviesan la capa de espuma y se acumulan en la parte superior del tanque, entre la superficie de la espuma o nata y la cobertura. La salida de estos gases se debe prever y a excepción de aquellos casos en que se considere su aprovechamiento, estos fluidos dejan el tanque por la parte superior de la tubería afluente, siendo alejados a través del sistema de ventilación de la instalación residual.

ZONA DE NATA O ESPUMA La espuma o nata que flota en los tanques tiene una parte sumergida y una emergente, y diariamente se adicionan nuevos sólidos a la espuma, pero al mismo tiempo ocurre su descomposición y la caída de pequeñas partículas descompuestas. Por otro lado, con el tiempo, la parte emergente de la nata tiende a perder humedad y a endurecer, pasando a ser digerida muy lentamente. Para evaluar la cantidad de nata, es suficiente considerar que las aguas de los drenajes domésticos por lo general contienen de 50 a 150 mg/f de grasas y aceites, lo que daría para 5 personas sobre la base de 120 litros diarios per cápita. CONSTRUCCIÓN 4


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En la práctica se consideran volúmenes de nata o espuma entre 10 y 20 litros por persona producida al año. El espesor de la costa depende del área de su superficie, y por lo tanto del área del tanque, en los tanques de mayor superficie la capa de nata tiende a ser menos espesa. Los resultados presentados dan una idea de los espesores máximos que se pueden esperar al final de un año de operación de tanques sépticos proyectados para 5 personas.

ZONA DE SEDIMENTACIÓN Es la zona donde se procesa la decantación y está constituida por el espacio intermedio a lo largo del tanque en el sentido del escurrimiento. Para que el tanque funcione bien, es necesario que esa zona esté libre con una sección de escurrimiento capaz de asegurar velocidades de escurrimiento bajas, compatibles con el proceso de sedimentación de sólidos orgánicos. La decantación se procesa bien siempre que la velocidad media de escurrimiento esté debajo de 0.75 cm/seg, esto, si son satisfechas las condiciones del proyecto y siempre que no se rebasen los limites de ocupación del espacio por el Iodo y por la nata, considerando también que se realizan las limpiezas previstas y necesarias. El volumen mínimo de la zona de sedimentación debe ser igual a la contribución de las algunas servidas durante 24 horas por las personas atendidas, hasta 30 personas. CONSTRUCCIÓN 4


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DIBUJO

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El tiempo necesario para completar la llamada digestión técnica es variable y está en función de la temperatura del líquido: Es decir, en sitios geográficos (ciudades, poblaciones) con temperaturas más altas (20-25 °C) se favorece el proceso, pudiéndose admitir 45 días como digestión. Durante el funcionamiento del tanque, la materia orgánica se va sedimentando en forma continua, constituyendo una capa de Iodo fresco en proceso de digestión, sobre una capa de Iodo ya digerido. En el caso de 5 personas sería: 5 x 25 = 1 25 litros

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Los Iodos ya estabilizados y mineralizados están acumulados en el fondo del tanque, hasta el día en que se procesa su remoción (operación de limpieza), esta capa aumenta de espesor continuamente, pudiendo llegar a interferir y hasta impedir la sedimentación, en el caso de que no se realice la limpieza prevista. La cantidad de Iodo digerido se puede calcular en función del tiempo de funcionamiento entre dos operaciones de limpieza (periodo de acumulación del Iodo) que está establecido entre 180 y 540 días tomándose un valor medio de 300 días, en estas condiciones el volumen de Iodo digerido "almacenado" es: Vd = 300 x 0.25 = 75 litros/persona Para 5 personas es: 75 x 5 = 375 litros

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Son consideradas como zonas neutras los espacios de seguridad operacional que se dejan para las interfases entre áreas de procesos diferentes. En los tanques sépticos se consideran dos zonas neutras, una entre la capa de nata y la zona de sedimentación y otra entre esta zona y la capa de lodos en digestión. En los tanques pequeños, el espesor mínimo admisible para estas zonas es de 10 cm.

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En el cálculo de contribución de los desalojos se deben considerar los siguientes factores. a) El número de personas que se van a atender (no siendo inferior a cinco). b) El consumo local de agua. En el caso de no disponer esta información se puede hacer uso de la tabla siguiente:

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c) En las residencias en que conviven al mismo tiempo ocupantes permanentes y temporales, el volumen total de contribución es la suma de los volúmenes correspondientes a cada uno de estos casos, siendo el periodo de detención usado para ambos casos, el correspondiente a la contribución total.

Para efectos de cálculo, se pueden considerar los siguientes periodos: i) Edificios residenciales, hoteles, hospitales y cuarteles: 24 horas. ii) Otros tipos de edificios. Los regímenes propios de funcionamiento.

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Para fosas sépticas de cámara única y de cámara en serie, se pueden usar los valores de la tabla siguiente.

Para las fosas sépticas de cámara sobrepuesta, el periodo de detención de la cámara de decantación es de 2 horas (gasto máximo). El volumen mínimo de la cámara de decantación es de 500 litros.

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PERIODO DE ALMACENAMIENTO DEL LODO DIGERIDO Las fosas sépticas tienen capacidad de almacenamiento del Iodo digerido por un periodo mínimo de 10 meses ó 300 días.

PERIODO DE DIGESTIÓN DEL LODO Para efectos de cálculo se debe considerar un periodo de 50 días.

COEFICIENTE DE REDUCCIÓN DEL VOLUMEN DEL LODO Se considera la siguiente reducción del volumen del Iodo fresco, y en consecuencia, de digestión. a) Lodo digerido R, = 0.25 b) Lodo en digestión R2=0.50

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El volumen útil se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula: v = N(CT + 100Lf) Donde: v = Volumen útil en litros. N = Número de contribuciones. C = Contribución de desechos (ver tabla de contribución unitaria de desechos). T = Periodo de detención en días (ver tabla de período de retención). Lf = Contribución de Iodos frescos (ver tabla de contribución unitaria de desechos). NOTA: El volumen mínimo admisible lo determinan las normas, pero generalmente es del orden de 1250 litros. CONSTRUCCIÓN 4


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El volumen de la cámara de decantación se calcula por medio de la siguiente fórmula: V, = NCT Para los fines de cálculo se puede considerar: T = 0.20 día y considerar un gasto máximo no inferior a 2.4 veces el gasto medio. El volumen mínimo de la cámara de decantación = 500 litros. Para fábricas o escuelas con más de un turno por día, se considera el turno con mayor contribución de personas (N).

VOLUMEN DERIVADO DEL PERIODO DE ALMACENAMIENTO V2 =R¡N Lf Ta Donde: V2 = Volumen en litros R1 = 0.25 (coeficiente de reducción del Iodo digerido) N = Número de contribuyentes Lf = Contribución de Iodos frescos (ver tabla de contribución unitaria de desechos) Ta = Periodo de almacenamiento de Iodo digerido (300 días) CONSTRUCCIÓN 4


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VOLUMEN CORRESPONDIENTE AL LODO EN DIGESTIÓN V3 = R2 N Lf Td Donde: V3 = Volumen en litro. R2 = 0.50 (coeficiente de reducción de Iodo en digestión). N = Número de contribuyentes. Lf = Contribución de Iodos frescos (ver tabla de contribución unitaria de desechos). Td = Periodo de digestión del Iodo (50 días).

VOLUMEN CORRESPONDIENTE A LA ZONA NEUTRA V4 = 0.30 m.s Donde: V4= Volumen en litros. 0.30 m = Altura de la zona neutra. s = Sección transversal de la fosa séptica.

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VOLUMEN CORRESPONDIENTE A LA ZONA DE NATA V5 = hd.S - V1 Donde: V5 = Volumen en litros. hd = Distancia vertical entre la generatriz inferior de la cámara de decantación y los niveles de líquido. S = Área de la sección transversal de la fosa séptica. V1 = Volumen de la cámara de decantación.

El volumen útil de las fosas sépticas de las cámaras sobrepuestas se calcula por la fórmula: V = V1 + V2 + V3 + V4 + V5 Donde: V = Volumen en litros (el volumen mínimo admisible es de 1350 litros)

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V = 1.3 N(CT + 100 Lf) Donde: V = Volumen en litros. N = Número de contribuyentes. C = Contribución de desechos (ver tabla contribución unitaria de desechos (C). T = Periodo de detención en días (ver tabla periodo de detención). Lf = Contribución de Iodos frescos (ver tabla de contribución unitaria de desechos).

El volumen mínimo admisible es de 1650 litros.

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Los tanques sépticos se dimensionan a partir de los volúmenes específicos para cada una de sus funciones.

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Las fosas sépticas realizan el tratamiento primario de los drenajes, llegando a remover de 85 a 95% de los sólidos sedimentables y reducir 50 a 70% de las bacterias coliformes fecales.

El efluente que se descarga en forma continua por el hecho de que todavía contiene materia orgánica y en número considerable de coliformes; debe estar dispuesto de manera adecuada, con el fin de evitar la contaminación del suelo, del lecho subterráneo y del sistema de abastecimiento de agua.

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En el caso de disposición externa, esto es, fuera de la propiedad, se presentan las siguientes soluciones posibles: a) Lanzamiento en cursos de agua (inclusive en canales). Esta solución sólo será posible si hubiera un curso de agua en las inmediaciones locales (clase y características del curso, usos de agua, legislación hídrica, condiciones de paso y acceso, etc.). b) Vertedero en galerías pluviales (sistema urbano de drenaje pluvial). Esta alternativa, a su vez, depende de la existencia de un conducto pluvial junto a la propiedad y está sujeta a la legislación sanitaria y a la reglamentación relativa al sistema pluvial local. c) Descarga en redes colectoras secundarias (especialmente diseñadas para esa finalidad).

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d) Filtración en arena. Si el subsuelo fuera desfavorable para la infiltración (tiempos de reducción muy elevados) y entonces se encontrará que el lecho friático está muy próximo de la superficie del suelo, se presenta la alternativa de filtrar los desechos sépticos y lanzar el efluente final (secundario) en un curso o trayecto de agua próximo. La capa de arena tiene un espesor de 0.60 a 0,70 m y reposa sobre capas soporte de piedrilla o de grava, como se muestra en la figura:

Por lo general se selecciona una arena que no sea ni muy fina ni muy gruesa, con tamaño efectivo entre 0.3 y 0,6 mm. La tasa de aplicación es de 40 a 60 litros/m2 por día. Como el ancho de la superficie filtrante es mayor que el ancho de las fosas de filtración, la extensión de las líneas de filtros frecuentemente resulta menor. CONSTRUCCIÓN 4


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En el caso de la disposición interna de efluentes, es decir, en el propio predio o terreno, se pueden considerar las soluciones siguientes: a) Descarga en fosas simples de profundidad relativamente grande. Este tipo de fosa se asemeja a los pozos excavados, pero su cimentación se debe localizar siempre por encima del lecho freático, con el fin de no comprometerlo.

Su aplicación está condicionada a la naturaleza del subsuelo (para que sea capaz de permitir una excavación relativamente profunda y de esta manera asegurar la estabilidad de la fosa) y también a la ausencia de agua freática en el extracto a ser excavado. Esta es una solución muy usual en áreas, colonias y barrios periféricos de las distintas ciudades. CONSTRUCCIÓN 4


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Las fosas de este tipo que apenas reciben efluentes sépticos prácticamente libres de sólidos sedimentables, se diferencian de las llamadas "fosas negras" en que éstas últimas reciben drenajes brutos que contienen eses. La profundidad de estas fosas debe ser lo mayor posible, sin llegar a alcanzar el lecho de agua. Entre el nivel máximo del lecho y el fondo de fosa se debe mantener una capa protectora con espesor no inferior a 1.50 m. b)

Infiltración a través de pozos absorbentes o sumideros.

Los pozos absorbentes son más profundos y frecuentemente son construidos con mayor diámetro. El revestimiento de las paredes laterales se destina a proteger contra desbordes, debiendo ser ejecutado con orificios para la salida del líquido. Para efecto de cálculo, se considera la superficie de fondo más una superficie lateral hasta la tubería de entrada del líquido. El fondo de los pozos se debe fijar a por lo menos 1.50 m arriba del nivel máximo del lecho freático, su aplicación se torna práctica en el caso de terrenos con buen índice de absorción y siempre que el lecho freático se encuentre debajo de 3.00 m de la superficie del suelo. c) Infiltración

sub-superficial en fosas de infiltración.

La parte superior del subsuelo ofrece condiciones más ventajosas en términos de depuración de materia orgánica, por eso las fosas de infiltración constituyen un buen sistema para la disposición de efluentes sépticos. Las fosas se construyen con profundidades en 0.80 y 1.30 m, manteniendo en el fondo un ancho óptimo entre 0.80 y 1.30 m. Los tubos de drenaje son por lo general cerámicas con forros y juntas abiertas. Se deben instalar asentados a una profundidad inferior a 1.0 m con pendiente de 0.002 a 0.0035. Como mínimo se utilizan dos fosas en cada vivienda, con líneas separadas por lo menos 2.0 m entre sus ejes. La longitud de cada fosa no debe exceder a 30.0 m, para el caso de fosas, el lecho freático se debe encontrar a una profundidad superior a 2.30 m.

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La disposición de efluentes por infiltración no sólo involucra aspectos técnicos relevantes, no es únicamente una función de permeabilidad hidráulica, depende de las condiciones y capacidades de limpieza de los espacios ocupados por la materia orgánica a través de la acción biológica. Las fosas de infiltración, por ejemplo, realizan un trabajo de oxidación semejante a los filtros biológicos.

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Para dimensionar con criterio los pozos absorbentes y las fosas de infiltración, se han establecido las siguientes directrices: 1. Realizar las pruebas de infiltración o de absorción para el terreno a ser usado, utilizando agua y midiendo el tiempo de infiltración, de acuerdo con el método normalizado. 2. A partir del resultado mediano, determinar el coeficiente o índice de infiltración, expresado en litros/m2 por día.

Con base en este coeficiente, se calcula el área de la superficie mojada de los pozos absorbentes (sumideros) o el área total correspondiente al fondo de las fosas en toda su extensión. CONSTRUCCIÓN 4


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La topografía del terreno, las construcciones existentes o proyectadas y la presencia de instalaciones de agua potable, como por ejemplo pozos que precisan ser protegidos, condicionan el trazo y la localización de las unidades de disposición de efluentes. Tratándose de áreas urbanizadas, las fosas sépticas se deben localizar de tal forma que: 1. Se facilite su limpieza por medio mecánico a partir de la vía pública. 2. Facilitar, en el futuro, la conexión a la red pública colectora cuando ésta se construya.

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Se considera el caso de una vivienda sencilla destinada a 6 habitantes con una contribución esperada de 150 litros diarios de desecho por persona (Total = 6 habitantes x 1 50 litros = 900 litros/día). Se realizaron tres pruebas de infiltración, habiéndose obtenido los siguientes resultados para bajar 2.5 cm: 12 minutos, 15 minutos y 21 minutos. Se adoptó el valor de 15 minutos, se considera que el nivel del lecho freático está a una profundidad de 3.90 m.

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a) Pozo absorbente.

De la curva para el cálculo del coeficiente de infiltración en Llm2 por día, entrando en el eje de las ordenadas con t en minutos para bajar 2.5 cm, se obtiene que para 15 minutos el coeficiente (línea discontinua) es de 72 litros/m2 día. Por lo tanto, el área requerida es: S = Contribución total (litros) Coeficiente de infiltración 2 900 = 1 2.5 m S=n Se puede admitir en forma conservadora una reducción del 30%, por lo que: S= 8.75 m2 si se adopta un diámetro de 1.50 m, se encuentra que para una profundidad útil cercana a 1.50 m. (el área total del fondo es de 1.77 m2 y el área útil lateral mediría 7.07 m2, dando un total de 8.84 m2).

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b) Fosas de infiltración. En este caso, se encuentra por la ecuación matemática o con la curva del coeficiente de infiltración Llm2 por día, que es igual a 56 litros/m2 por día. El área requerida es por lo tanto: S = 900/56 = 16.07 m2 Se puede admitir una reducción del 30% y se llega entonces a S = 11.2 m2. Como cada metro lineal de fosa tiene un área de 0.5 m2, la extensión total de fosas resulta igual a 22.5 m, considerando el número mínimo de 2 fosas, resultan fosas de 11.5 m de largo. c) Fosas de filtración. Si se supone un índice de filtración de 50 litros/m2 por día, se encuentra que para 900 litros diarios: 900/50 = 18 m2, como las fosas filtrantes son de 1 m2 por metro lineal, 18 m son suficientes.

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GRACIAS POR LA ATENCIÓN PRESTADA.

ARQ. MARTIN ENRIQUE PANIAGUA GARCIA

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