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Alcaraz, o grande favorito neste torneio Masters 1000, na ausência de Novak Djokovic, esteve muito abaixo do seu nível até sucumbir perante um Dimitrov rochoso por 6-2 e 6-4 em uma hora e 32 minutos.
O búlgaro, número 12 da ATP, vai lutar por um lugar na final de domingo contra o alemão Alexander Zverev, que anteriormente se livrou do húngaro Fábián Marozsán.
O outro bilhete será disputado por Daniil Medvedev e Jannik Sinner, numa desforra da final de 2023 em que o russo venceu.
A despedida inesperada de Alcaraz, que por pouco não conseguiu uma reviravolta no segundo set, impediu que Miami vivesse pela primeira vez uma meia-final com quatro cabeças-de-série.
"Tenho muitas frustrações neste momento, porque (Dimitrov) fez-me sentir como se tivesse 13 anos. Ele jogou um ténis inacreditável, quase perfeito (...) Não consegui encontrar soluções. Não consegui encontrar uma forma de o fazer sentir-se desconfortável no court", admitiu Alcaraz com um sorriso.
Campeão este mês em Indian Wells (Califórnia), Alcaraz viu quebrada a sua série de nove vitórias consecutivas e o seu objetivo de se tornar o primeiro espanhol a conquistar a dobradinha do Masters 1000 conhecida como Sunshine Double.
"Consegui ditar e ler o jogo melhor do que da última vez. No geral, foi um grande jogo da minha parte", disse Dimitrov, que tinha perdido três dos seus quatro encontros anteriores com Alcaraz.
Durante a manhã, Alexander Zverev, quinto classificado no ranking ATP, abriu a sessão ao derrotar Marozsán (57.º) por 6-3 e 7-5 e continua invicto em Miami. O alemão de 26 anos chegou à sua segunda meia-final em Miami, seis anos depois de ter perdido na final para o americano John Isner.
Para o conseguir, teve de travar a inesperada corrida de Marozsán, que deixou no seu encalço dois jogadores do top 10 do ranking ATP: o dinamarquês Holger Rune (7.º) e o australiano Alex de Minaur (10.º).