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Asfalto natural alternativa de mejoramiento, rehabilitaci�n y construcci�n de la Infraestructura vial del Alto Magdalena Colombia

 

Alternative natural asphalt for improvement, rehabilitation and construction of the Alto Magdalena Colombia road infrastructure

 

Asfalto natural alternativo para melhoria, reabilita��o e constru��o da infraestrutura vi�ria do Alto Magdalena Col�mbia

 

Leandro Alberto Vel�squez-Salguero ^I

leandro.velasquez.s@uniminuto.edu.

�https://orcid.org/0000-0003-3148-2834

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Hern�n Montealegre-Monroy ^II

hernan.montealegre.m@uniminuto.edu

https://orcid.org/0000-0003-3984-1862

 

Lina Katheryn Parra-Rodr�guez ^III

lina.parra.r@uniminuto.edu

https://orcid.org/0000-0003-4140-6560

 

Faver Eliecer Vera-Chila ^IV

faver.vera.c@uniminuto.edu.co

https://orcid.org/0000-0002-0546-2517

 

 

Correspondencia: leandro.velasquez.s@uniminuto.edu.

 

Ciencias t�cnicas y aplicadas

Art�culo de investigaci�n

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*Recibido: 15 de febrero de 2020 *Aceptado: 28 de abril de 2020 * Publicado: 31 de mayo de 2020

 

         I.            Programa de Ingenier�a Civil, Universidad Minuto de Dios, Girardot, Colombia.

       II.            Programa de Ingenier�a Civil, Corporaci�n Universitaria Minuto de Dios, Girardot, Colombia.

     III.            Programa de Ingenier�a Civil, Universidad Minuto de Dios, Girardot, Colombia.

    IV.            Programa de Ingenier�a Civil, Corporaci�n Universitaria Minuto de Dios, Girardot, Colombia.

Resumen

El aumento acelerado de los deterioros en la malla vial del municipio de Girardot y poblaciones circunvecinas es notorio debido al incremento del parque automotor, a la falta de mantenimientos de la red vial que ha conllevado a un incremento de accidentalidad en los diversos actores viales. Teniendo en cuenta lo anterior y las condiciones socio econ�micas de los municipios de la regi�n del Alto magdalena se propone la implementaci�n de nuevas pr�cticas constructivas e innovadoras, mediante la investigaci�n aplicativa del �ASFALTO NATURAL ALTERNATIVA DE MEJORAMIENTO, REHABILITACION Y CONSTRUCCION DE LA INFRAESTRUCTURA VIAL DEL ALTO MAGDALENA COLOMBIA�, De acuerdo� a� esta alternativa aporta a la conservaci�n del medio ambiente, mitigando el impacto ambiental, y adicionalmente, reduce significativamente los costos de inversi�n en proyectos de infraestructura vial.

Los estudios y ensayos de laboratorio realizados al material asfaltico natural despu�s de procesos de tamizado y mejoramiento de sus propiedades f�sicas demuestran un buen comportamiento para la implementaci�n en actividades de bacheos y dem�s procesos de rehabilitaci�n vial; tanto ha sido su empleo en diversas zonas del pa�s que el Instituto Nacional de V�as (INVIAS) creo recientemente una especificaci�n t�cnica para su instalaci�n.

Palabras Claves: Rehabilitaci�n; mejoramiento; asfalto; granulometr�a, tamizado; bacheo; asfaltita; cantera; patolog�as.

 

Abstract

The accelerated increase in the deterioration of the road network of the municipality of Girardot and surrounding towns is notable due to the increase in the number of vehicles, the lack of maintenance of the road network, which has led to an increase in accidents among the various road actors. Taking into account the above and the socio-economic conditions of the municipalities of the Alto Magdalena region, the implementation of new constructive and innovative practices is proposed, through the application research of the �ALTERNATIVE NATURAL ASPHALT OF IMPROVEMENT, REHABILITATION AND CONSTRUCTION OF ROAD INFRASTRUCTURE OF ALTO MAGDALENA COLOMBIA �, According to this alternative, it contributes to the conservation of the environment, mitigating the environmental impact, and additionally, significantly reduces investment costs in road infrastructure projects.

The studies and laboratory tests carried out on the natural asphalt material after sieving processes and improvement of its physical properties demonstrate good performance for implementation in patching activities and other road rehabilitation processes; So much has been its use in various areas of the country that the National Highway Institute (INVIAS) recently created a technical specification for its installation.

Keywords: Rehabilitation; improvement; asphalt; grain size, sieving; patching asphaltite; quarry; pathologies.

 

Resumo

O aumento acelerado da deteriora��o da malha vi�ria do munic�pio de Girardot e das cidades vizinhas � not�vel devido ao aumento do n�mero de ve�culos, � falta de manuten��o da malha vi�ria, o que levou a um aumento de acidentes entre os diversos atores da estrada. Levando em considera��o o exposto e as condi��es socioecon�micas dos munic�pios da regi�o de Alto Magdalena, prop�e-se a implementa��o de novas pr�ticas construtivas e inovadoras, por meio da pesquisa de aplica��o do �ASFALTO NATURAL ALTERNATIVO DE MELHORIA, REABILITA��O E CONSTRU��O DE INFRAESTRUTURA DE ESTRADAS DE ALTO MAGDALENA COLOMBIA �, de acordo com essa alternativa, contribui para a conserva��o do meio ambiente, mitigando o impacto ambiental e, al�m disso, reduz significativamente os custos de investimento em projetos de infraestrutura rodovi�ria.

Os estudos e testes de laborat�rio realizados no material asf�ltico natural ap�s processos de peneira��o e melhoria de suas propriedades f�sicas demonstram bom desempenho para implementa��o em atividades de remendo e outros processos de reabilita��o rodovi�ria; tanto tem sido seu uso em v�rias �reas do pa�s que o Instituto Nacional de Rodovias (INVIAS) criou recentemente uma especifica��o t�cnica para sua instala��o.

Palavras-Chave: Reabilita��o; melhoria; asfalto; tamanho de gr�o, peneira��o; remendo asfaltite; pedreira; patologias.

 

Introducci�n

El desarrollo econ�mico de un pa�s est� ligado a la infraestructura vial, ya que esta logra unir los diferentes sectores productivos, al permitir el transporte, la comercializaci�n de los productos y la movilidad de pasajeros. Colombia, con el crecimiento del comercio internacional y la apertura de los tratados de libre comercio, deber�a orientar sus proyectos hacia el desarrollo de la infraestructura vial y, en espec�fico, a mejorar la conectividad de la red principal con v�as secundarias y terciarias.

La provincia del Alto Magdalena � Colombia, est� conformada por los municipios de Agua de Dios, Nilo, Ricaurte, Jerusal�n, Nari�o, Tocaima, Guataqu� y Girardot; en donde el municipio de Girardot representa la poblaci�n m�s importante debido a ser la de mayor n�mero de habitantes. En el municipio de Girardot y poblaciones circunvecinas se ha hecho notable en los �ltimos a�os el deficiente estado de la malla vial; esta situaci�n se origina debido a las condiciones clim�ticas (temperatura y humedad), incremento del tr�nsito y a la insuficiente asignaci�n de recursos de mantenimiento por parte de los entes gubernamentales.

A lo largo de m�s de cinco milenios los asfaltos naturales y derivados del petr�leo han tenido usos importantes en el mundo, entre los cuales se destacan: impermeabilizantes, revestimiento de tuber�as, construcci�n de pavimentos, lacas, barnices, bater�as, llantas, entre otros. [1]

La construcci�n y conservaci�n de la red terciaria y secundaria de la regi�n del Alto magdalena se encuentra en un alto grado de abandono dado al alto costo de inversi�n que se requiere para atender el mejoramiento del carreteable en estructuras tradicionales de pavimento (pavimento r�gido y pavimento flexible), esta circunstancia de alto costo en intervenciones de pavimentaci�n impiden el desarrollo econ�mico y de transitabilidad de comunidades productivas de la regi�n generando afectaci�n en su desarrollo y comercializaci�n de productos. [2]

Esta situaci�n del estado de la infraestructura vial se evidencia en el municipio de Girardot Cundinamarca el cual es un centro tur�stico de gran importancia para este departamento, y requiere de una mejor�a en la malla vial, aspecto fundamental como carta de presentaci�n del municipio.� Adem�s, este municipio es un gran centro de estudio para el departamento. No solo es importante la mejor�a de la malla vial por aspectos est�ticos y de seguridad, sino que tambi�n mejora el comercio en el sector del agro.

El pavimento com�nmente utilizado en la regi�n es el de tipo flexible, pero su estructura sufre da�os constantes y prematuros, debido a las condiciones clim�ticas (temperatura y humedad) y a los dise�os tradicionales, basados en la mezcla entre agregados p�treos y asfaltos provenientes de la destilaci�n del petr�leo, los cuales constituyen intervenciones de alto costo. Por ello, se busca la implementaci�n de otros materiales como el asfalto Natural, provenientes de fuentes naturales.

En Colombia hay dos Grandes grupos de Mezclas Asf�lticas Naturales los cuales son: �Conglomerados Asf�lticos Naturales� como Las Asfaltitas encontradas en la Mina San Pedro, en el departamento del Tolima y en la Mina Santa Teresa en el Departamento de Boyac�; y los �Morteros Asf�lticos Naturales� como la MAPIA de las minas que existen en los departamentos de Caldas y Caquet�, entre otros. Estos dos materiales tienen contenidos de asfalto de buena calidad y su proporci�n al igual que la granulometr�a es variable, pero permiten mezclarse con otros agregados para lograr una eficiente f�rmula de trabajo, aplicando la tecnolog�a de las mezclas en frio o en caliente para asfaltos l�quidos. [3].

En la fabricaci�n de la mezcla asf�ltica natural modificada existen un alto porcentaje de probabilidad de �xito dependiendo de las f�rmulas de trabajo que se implementen y las dosificaciones de los materiales y pol�meros, cera naturales como� fue el caso de la investigaci�n del Universidad Militar Nueva Granada (Colombia) por Luis Guillermo Fuentes Pumarejo** Universidad del Norte (Colombia) Oscar Hernando Moreno-Torres** Universidad del Magdalena (Colombia) donde se pudo establecer� en el an�lisis de la investigaci�n para asfaltos modificados mediante ceras naturales reducen la viscosidad de los asfaltos y por ende las temperaturas de fabricaci�n y compactaci�n de las mezclas, reduciendo significativamente el consumo de energ�a y la generaci�n de gases de efecto invernadero. De otra parte, se estableci� que las propiedades mec�nicas y din�micas estudiadas a las mezclas asf�lticas con asfalto modificado con ceras, son similares a las mezclas convencionales, estableciendo la viabilidad para su aplicaci�n y uso. [4]

En general, las mezclas asf�lticas modificadas con alfalfita tienden a poseer un comportamiento r�gido, A bajas temperaturas de servicios, est� mezcla puede tener un comportamiento fr�gil, lo que lleva a pensar que tendr�a un mejor desempe�o en clima c�lidos. Los valores de estabilidad y rigidez Marshall de las mezclas modificadas son mayores para cualquier porcentaje de CA y asfaltita, en comparaci�n con la mezcla convencional. Los m�dulos de la mezcla modificada son superiores a aquellos alcanzados por las convencionales, y los mayores incrementos se obtienen cuando la temperatura del ensayo aumenta. Lo anterior permite prever que la asfaltita como modificador de asfaltos puede ser un material que mejore las caracter�sticas de rigidez y resistencia a las deformaciones permanentes de mezclas que sean utilizadas en clima c�lido. [5].

 

 

 

Materiales y M�todos

La investigaci�n se realiz� en el presente a�o 2019 en la mina San Pedro en el Municipio de Armero Tolima con la recolecci�n de muestras de material Asfalto natural (MAN) Tambi�n conocida como Asfaltita donde se realiz� ensayos de laboratorios para conocer sus propiedades f�sico mec�nica y posteriormente realizar el an�lisis de resultados para concluir su eficiencia como material de rehabilitaci�n y mejoramiento de la infraestructura vial del alto Magdalena Colombia en cumplimiento de los requerimientos establecidos por la Normativa establecida por el Instituto nacional de v�as - INVIAS.

Ahora bien, teniendo en cuenta lo anterior, y dada la necesidad de buscar y encontrar materiales medidas que reduzcan el impacto ambiental negativo, aprovechando la existencia de yacimientos en Colombia se ve la favorabilidad de utilizar el asfalto natural como una alternativa para mejorar algunas propiedades y comportamientos de las mezclas convencionales. Esto podr�a ser de gran soporte en las zonas del territorio nacional donde la extracci�n de la asfaltita es amplia, generando mejor accesibilidad de las poblaciones a los cascos urbanos de los municipios, ampliando de este modo su desarrollo econ�mico y generando empleo en el sitio. [3]

Los ensayos realizados corresponden a: An�lisis granulom�trico de los agregados grueso y fino. Norma INV E-213-13, la resistencia a la degradaci�n de los agregados de tama�os menores de 37.5 mm (1 �) por medio de la m�quina de los �ngeles (Desgaste) INV E -218,� INV E -220, la determinaci�n del l�mite l�quido de los suelos � limite pl�stico e �ndice de plasticidad de los suelos INV E -125-126, equivalente de arena de suelo y de agregados finos INV E -133, el porcentaje de part�culas fracturadas en un agregado grueso INV E -227, el �ndice de aplanamiento y de alargamiento de los agregados para carreteras INV E -230.

• An�lisis granulom�trico de los agregados grueso y fino. Norma INV E-213-13. Mediante este ensayo se determina cuantitativamente la distribuci�n de los tama�os de las part�culas de una muestra seca del agregado, por separaci�n a trav�s de tamices dispuestos sucesivamente de mayor a menor abertura de malla.
• Resistencia a la degradaci�n de los agregados de tama�os menores de 37.5 mm (1�") por medio de la m�quina de los �ngeles. Norma INV E218-13. El m�todo se emplea para determinar la resistencia al desgaste de agregados naturales o triturados, empleando la citada maquina con carga abrasiva.

 

• Limite L�quido e �ndice de plasticidad. Norma INV E-125 y 126-13. Limite l�quido de un suelo es el contenido de humedad expresado en porcentaje del suelo secado en el horno, cuando este se halla en el l�mite entre el estado l�quido y el estado pl�stico. El l�mite pl�stico permite la determinaci�n en el laboratorio del l�mite pl�stico de un suelo, y el c�lculo del �ndice de plasticidad si se conoce el l�mite liquido del mismo suelo.
• Equivalente de Arena suelos y agregados finos. Norma INV E-133-13. Este ensayo tiene por objeto determinar la proporci�n relativa del contenido de polvo fino nocivo, o material arcilloso, en los suelos o agregados finos. Es un procedimiento que se puede utilizar para lograr una correlaci�n r�pida en campo. Asigna un valor emp�rico a la cantidad relativa, finura y car�cter del material arcilloso o similar, presente en una muestra de suelo o de agregado fino. Este m�todo de ensayo permite determinar r�pidamente en el campo, variaciones de calidad de los agregados durante su producci�n o colocaci�n.
• Proporci�n de Part�culas Planas, Alargadas o Planas y Alargadas en agregados gruesos. Norma INV E-240-13. Este ensayo tiene por objeto determinar el porcentaje de part�culas planas, alargadas o planas y alargadas, en un agregado grueso.
• Porcentaje de Part�culas Fracturadas de un agregado grueso. Norma INV E-227-13. Este ensayo tiene por objeto determinar el porcentaje, en masa o por conteo, de part�culas de un agregado grueso que tienen un n�mero especificado de caras fracturadas.

 

Resultados

De acuerdo a los ensayos realizados a la MAN se realiz� un an�lisis comparativo con los par�metros establecidos en el Art�culo 442P-17 de la Norma INVIAS 2017; determinando su grado de cumplimiento a la especificaci�n publicada por el Instituto Nacional de V�as - INVIAS

 

 

 

 

 

Tabla 1: Requisitos de los agregados p�treos combinados para la construcci�n de capas asf�lticas con una mezcla asf�ltica natural. (TABLA 442P-3) NORMA INV - ART. 442P - 17

 

Discusi�n

El asfalto natural proveniente de la mina san pedro � municipio de Armero � Tolima; como material de investigaci�n y t�cnica innovadora en la reposici�n de capas de rodadura, fue sometido a ensayos de laboratorios con el �nimo de conocer el grado de cumplimiento de los par�metros establecidos en el Articulo 442P-17 de la norma INVIAS; de acuerdo a los resultados obtenidos se evidencio que en el an�lisis granulom�trico de la muestra obtenida no cumple con lo establecido en la norma E-213-13, lo anterior debido a presentar material de sobre tama�os que afecta la curva granulom�trica (An�lisis granulom�trico).

Por otra parte, seg�n el porcentaje de caras fracturadas y durabilidad (Desgaste en Maquina de los �ngeles) agregado grueso, los porcentajes de caras fracturadas no cumplen debido a que el origen no es por procesos de fracturaci�n o trituraci�n sino agregados procedentes de manera natural, los valores de desgaste tambi�n no cumplen con los datos establecidos en la normatividad.

Seg�n la investigaci�n realizada la mezcla de asfalto natural proveniente de la mina San pedro en su estado inicial extra�do de la cantera a cielo abierto, se determin� que no cumple con los criterios de dise�o de mezclas que plantea la especificaci�n particular del INVIAS, Articulo 442P-17, �Mezcla asf�ltica natural�, como alternativas de pavimentaci�n utilizando Asfalto Natural en v�as con bajos vol�menes de tr�nsito, categor�a NT1. Pero existe la posibilidad de ajustar sus componentes estructurales para mejorar condiciones mec�nicas, mediante la adici�n de un agregado de aporte o ligante asfaltico es decir se debe de crear f�rmulas de trabajo del MAN para su empleo en v�as de bajo vol�menes de tr�nsito.�

 

Conclusi�n

De acuerdo a las especificaciones t�cnicas del INVIAS para las Mezclas Asf�lticas Naturales (MAN) INV�AS Art.442P17, es importante resaltar que se puede emplear tal como es extra�da de la mina siempre y cuando cumpla con todos los requerimientos exigidos en esta norma.

En caso de que la MAN no cumpla con los requerimientos exigidos en la norma INVIAS, como se presenta seg�n los resultados de laboratorio obtenidos a la mezcla asf�ltica natural empleada; lo recomendable es evaluar alguna opci�n de mejoramiento como lo es MAN con adici�n de agregado de aporte o MAN con agregado de aporte y una emulsi�n asf�ltica.

Basados en lo anteriormente descrito y los resultados obtenidos en laboratorio para la funcionalidad de la MAN procedente de la mina San Pedro se debe controlar los sobre tama�os de part�culas extra�das naturalmente, de igual forma emplear materiales p�treos producto de procesos de trituraci�n para mejorar porcentajes de caras fracturadas del agregado grueso y durabilidad. Es decir, se debe optimizar el material de asfalto natural mediante una f�rmula de trabajo.

Teniendo en cuanta los resultados del �ndice de plasticidad m�ximo cumple con la especificaci�n descrita en la norma INVIAS; por tal motivo es viable el mejoramiento con agregados de aporte de la mezcla asf�ltica natural con el fin de obtener una densidad admisible en su instalaci�n.

Finalmente, el equivalente de arena m�nimo est� dentro de los par�metros cumpliendo las especificaciones t�cnicas que garantizan su resistencia y durabilidad para implementarla en v�as terciarias y secundarias en la regi�n de estudio y del pa�s.

 

 

Referencias

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2.      Allex E. Alvarez a, Evelyn Ovalles a, Mar�a C. Rodr�guez a, Andr�s F. Rodr�guez a, Pablo J. Castillo a, Julia C., �Calidad de adhesi�n y propiedades reol�gicas de asfaltos residuales,� DYNA, pp. pp. 357-366, Abril - Junio 2019.

3.      Y. D. S�nchez Torres, UTILIZACI�N DE ASFALTO NATURAL EN LA CONSTRUCCI�N DE PAVIMENTOS EN COLOMBIA: UNA RECOPILACI�N BIBLIOGR�FICA, Bogot�: Universidad Militar Nueva Granada, 2018.

4.      O. j. Oscar Javier Reyes Ort�z, L. G. Luis Guillermo Fuentes Pumarejo y O. H. Oscar Hernando Moreno-Torres, �Comportamiento de mezclas asf�lticas fabricadas con asfaltos modificados con ceras,� ingenier�as y desarrollo, pp. Vol. 31 n.� 1: 161-178,, Enero-junio, 2013.

5.      H. A. Rond�n Quintana, �Evaluaci�n de las propiedades mec�nicas de una mezcla densa en caliente modificada con asfaltita,� secci�n t�cnica, pp. pp. 12-19., 2 de febrero del 2012.

6.      H. A. F. A. Rond�n, �Evaluaci�n de las propiedades mec�nicas de una mezcla densa en caliente modificada con asfaltita,� Revista de Ingenier�a, pp. 36, 12-19, 2012.

7.      R. A. J. Carolina, O. J. Reyes Ortiz y L. �. Moreno Anselm, �Evaluaci�n del comportamiento mec�nico de asfalto natural a partir de muestras a temperatura ambiente provenientes de Caquet�, Colombia,� Rev. Investig. Desarro. Innov. Vol. 6,, p. 146, 2 Enero - Junio 2016.

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9.      A. �lvarez, E. Ovalles, A. Rodr�guez, p. Castillo y j. Rivas, �Calidad de adhesi�n y propiedades reol�gicas de asfaltos residuales no modificados y nano - modificado obtenidos de crudos pesados de pavimnetacion,� Dyna , pp. , pp. 357-366, 2019.

 

 

 

 

References

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2.      Allex E. Alvarez a, Evelyn Ovalles a, Mar�a C. Rodr�guez a, Andr�s F. Rodr�guez a, Pablo J. Castillo a, Julia C., �Quality of adhesion and rheological properties of residual asphalts, � DYNA, pp. pp. 357-366, April - June 2019

3.      Y. D. S�nchez Torres, USE OF NATURAL ASPHALT IN THE CONSTRUCTION OF PAVEMENTS IN COLOMBIA: A BIBLIOGRAPHIC COMPILATION, Bogot�: Universidad Militar Nueva Granada, 2018.

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5.      H. A. Rond�n Quintana, �Evaluation of the mechanical properties of a dense hot mix modified with asphaltite, � technical section, pp. pp. 12-19., February 2, 2012.

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7.      R. A. J. Carolina, O. J. Reyes Ortiz and L. �. Moreno Anselm, �Evaluation of the mechanical behavior of natural asphalt from samples at room temperature from Caquet�, Colombia,� Rev. Investig. Development. Innov. Vol. 6, p. 146, January 2 - June 2016.

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Refer�ncias

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3.      Y. D. S�nchez Torres, USO DE ASFALTO NATURAL NA CONSTRU��O DE PAVIMENTOS NA COL�MBIA: UMA COMPILA��O BIBLIOGR�FICA, Bogot�: Universidad Militar Nueva Granada, 2018

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7.      R. A. J. Carolina, O. J. Reyes Ortiz e L. �. Moreno Anselm, �Avalia��o do comportamento mec�nico do asfalto natural de amostras � temperatura ambiente de Caquet�, Col�mbia�, Rev. Investig. Desenvolvimento. Innov. Vol. 6, p. 146, 2 de janeiro a junho de 2016.

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9.      A. �lvarez, E. Ovalles, A. Rodr�guez, p. Castillo e j. Rivas, "Qualidade da ades�o e propriedades reol�gicas de asfaltos residuais n�o modificados e nano-modificados obtidos a partir de pavimentos pesados", Dyna, pp., pp. 357-366, 2019.

 

 

 

 

 

 

�2020 por el autor. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0) (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).