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Aplicaciones prácticas de geotecnia vial al estudio sobre el proceso de karstificación del subsuelo del PAU Ensanche de Vallecas (La Gavia). Alcance y actuaciones

Autor: Roberto Rodríguez Escribano (Dpto. de Geología, Geotecnia y Túneles. Prointec)

Colaboradores: Alberto Álvarez García (Dpto. de Ingeniería Urbana. Prointec)

Pedro Pardo Velasco (Ferrovial Agromán)

Ángel Luis Jarandilla Moreno (Ferrovial Agromán)

Rosario Martín Cañete (Cemosa)

Isidro Ocete Ruíz (Cemosa)

Vicente Jiménez-Valladolid Torres (Cemosa)

Jesús García Albendea (Ayuntamiento de Madrid)

Francisco Javier Viñas Sánchez (Ayuntamiento de Madrid)

10/02/2020
El artículo detalla un resumen de los trabajos desarrollados por Prointec para el Ayuntamiento de Madrid, en materia de geotecnia, en esta zona de La Gavia, Vallecas, tras detectar una serie de problemáticas de subsidencias en la superficie vial de la zona. Para ello, la compañía parte de un proyecto ejecutado en 2016 y completado con los trabajos de asistencia técnica en el desarrollo de las obras entre 2016 y 2019. A lo largo del artículo se explican las investigaciones más idóneas practicadas para este tipo de terrenos, tras un detallado y amplio estudio en un área de pruebas que ha servido de base para establecer una metodología de trabajo a futuro en dicha área. Asimismo, también recoge los tratamientos de mejora diseñados y ejecutados por Prointec para abordar las problemáticas de subsidencias detectadas.

1.- Introducción

En el último trimestre del año 2015 se produjeron una serie de hundimientos y depresiones en las calzadas de la Avenida de la Gavia en su confluencia con la Avenida de Cerro Milano.

Requerida la empresa adjudicataria del contrato de Gestión Integral de Infraestructuras Viarias para la subsanación de la incidencia, al retirar los restos del pavimento para rellenar el socavón, se detectó una cavidad de grandes dimensiones, por lo que se cortó el tráfico en la calzada hasta un correcto conocimiento de la casuística y factibles soluciones.

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Figura 1.- Socavón descubierto en la Avenida de La Gavia, situación en marzo de 2016.

Se realizaron unos estudios previos de microgravimetría, georradar y dos sondeos, que dedujeron la existencia de cavidades en el subsuelo por karstificación del terreno yesífero, sin acotar completamente su desarrollo y extensión, pero situadas en algunos casos en zonas en las que todavía no se había detectado movimiento alguno en superficie.

Como consecuencia de esta situación de riesgo geológico-geotécnico en la zona y de los potenciales inconvenientes creados por los cortes de tráfico a la población, se solicitó a Prointec con carácter de urgencia la elaboración y de un estudio –proyecto-, cuyo objeto abarcó:

  • Propuesta de plan de investigación geotécnica para analizar las causas de la zona afectada por el proceso de karstificación y la zonificación de riesgos.
  • Definición de un programa de inspecciones para el seguimiento de la evolución del subsuelo y estimación de umbrales de actuación.
  • Métodos más aconsejables de actuación para las posibles intervenciones futuras.
  • Elaboración de una propuesta de solución para la reparación del hundimiento existente y de otros potenciales a localizar como parte del contrato.
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Figura 2.- Inspección del socavón y tubos kársticos cubiertos, Avenida de La Gavia, 17/03/2016.

2.- Antecedentes

En una primera instancia, se recopiló y analizó la numerosa documentación geotécnica existente de fases de proyecto y obra en la zona, al menos una decena de informes realizados entre marzo de 1999 y febrero de 2016, constatándose problemáticas similares y continuadas en el tiempo desde sus orígenes.

Las técnicas de investigación empleadas entre los diversos estudios, fueron principalmente: georradar, microgravimetría, sondeos mecánicos y tomografía eléctrica.

En general, el método de georradar no aportó buenos resultados, con baja penetración, por apantallamiento de los materiales presentes (baja resistividad del terreno arcilloso superficial).

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Figura 3.- Socavón descubierto en Vial V-5, Mayo 2004.
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Figura 4.- Riesgos y campañas geotécnicas. Proyecto de Urbanización, Marzo 1999.

3.- Identificación de la problemática

3.1.- Marco geológico-geotécnico

La zona en estudio se ubica sobre la Facies Central, sedimentos terciarios de la Cuenca de Madrid, en la cual los yesos han evolucionado en un proceso de karstificación, a favor de fisuras por disolución, que derivan potencialmente en cavidades (dolinas) y finalmente en colapsos. Sobre éstos se presentan los depósitos cuaternarios a modo de cobertera de reducido espesor.

Adicionalmente, se constató la presencia de antiguas minas (canteras) abandonadas en la zona y rellenos de cavidades kársticas con arcillas arenosas con fragmentos de roca.

Las unidades geológico-geotécnicas establecidas fueron:

  • Rellenos antrópicos (UG-1): con espesores variables de 6 a 14 m.
  • Arcillas margosas yesíferas y yesos verdes (UG-2a): hasta profundidades aprox. 20 m.
  • Yesos y arcillas margosas grisáceas (UG-2b): como media a más de 20 m de profundidad.
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Figura 5.- Encuadre geológico general (Fuente: Magna 559 (19-22), IGME).

3.2.- Estudio fotogeológico e histórico del ámbito

El estudio fotogeológico comparativo de las fotos aéreas de: 1946, 1956, 1961, 1975, 1991, 1999, 2001, 2004, 2006, 2007, 2009, 2010, 2011, 2013, 2014, así como de sus correspondientes cartografías, y topografías históricas(1) permitió detectar y, más concretamente en la foto aérea de 1956, apreciar antiguas explotaciones mineras de yesos, a favor en algunos casos de colapsos previos del terreno e incisión del arroyo tributario al Arroyo de la Gavia sobre el que se ubicaba una vía pecuaria en el pasado y todo ello se encuentra relleno en la actualidad.

3.3.- Identificación de la problemática in situ. Inventario

Un primer análisis de la problemática comenzó con una visita de campo-obra, en la cual se llevó a cabo un inventario de daños, recogiendo en él, una zonificación de las patologías detectadas en la visita realizada con fecha 17/03/2016.

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Figura 6.- Inventario de daños y zonificación de las problemáticas.
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Figura 7.- Inventario y zonificación de daños-problemáticas, sobre foto aérea de 1956, apreciándose las antiguas explotaciones de yesos, colapsos e incisiones lineales en la zona objeto de estudio.

Adicionalmente, para el caso concreto del socavón de la Avenida de la Gavia, se llevó a cabo una visita a su interior con la finalidad de entender las posibles ramificaciones del proceso del karst bajo los viales, así como una visita de los colectores próximos para descartar fugas (https://youtu.be/bnWenE1q0bg).

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Figura 8.- Inspección del socavón de Avenida de La Gavia.
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Figura 9.- Inspección interior, apreciándose por efecto escala la magnitud del proceso de karstificación de Avenida de La Gavia.

3.4.- Propuesta de un plan de investigación del alcance de los daños (zona de pruebas)

La propuesta de campaña geotécnica se planteó en ubicaciones establecidas a modo de ‘Zonas (Campo) de pruebas’, con la finalidad de analizar comparativamente las diversas técnicas de investigación del subsuelo y determinar cuáles se ajustaban mejor al problema de karstificación en materiales yesíferos detectados en ciertas zonas del PAU de Vallecas que afectaban a la pavimentación de diversos viales y aceras.

Se planteó una investigación por fases, partiendo de la zonificación de áreas con patología en el inventario de daños se ejecutó con un adecuado plan de cortes y desvíos de tráfico por zonas:

  • En una primera fase, prospecciones geofísicas, mediante perfiles de tomografía eléctrica y perfiles de sísmica pasiva tipo MASW, solapados, longitudinales y transversales.
  • En una segunda fase, sobre anomalías detectadas en primera fase, malla de micro-gravimetría, para delimitar extensión y geometría del karst.
  • En una tercera fase, sobre anomalías detectadas en segunda y primera fase, sondeos geotécnicos-mecánicos, para reconocer la existencia y profundidad de las cavidades. En zonas próximas a superficie se sustituyó por catas.
  UNIDADES METROS
SONDEOS 21 525
CATAS 2 A máxima profundidad, aprox. 3-4 m
PERFILES TOMOGRAFÍA ELÉCTRICA 74 (28 longitudinales y 46 transversales) 10.345 m
PERFILES SÍSMICA PASIVA MASW 2D

74 (28 longitudinales y 46 transversales)

9.450 m
MICRO-GRAVIMETRÍA 1.401 estaciones, en tres zonas Malla variable entre 2,5x2,5 y 5x5

 

Tabla 1.-Resumen de la campaña geotécnica por tipo de investigaciones en Zona de pruebas.
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Figura 10.- Planta de propuesta de campaña geotécnica en Zona de Pruebas.

El plan de investigación geotécnica propuesto por Prointec, fue ejecutado por la empresa Cemosa dentro del contrato de control de calidad de las obras de la Dirección General de Vías Públicas y Publicidad exterior del Ayuntamiento de Madrid.

Puede concluirse que los métodos de investigación geotécnica que han funcionado mejor para los objetivos buscados (problemática de karstificación en materiales yesíferos), han sido la tomografía eléctrica en una primera instancia (no así el método sísmico tipo MASW, que no ha ofrecido buenos resultados), seguido por la microgravimetría en un segundo paso y, finalmente, las exploraciones directas en las anomalías geofísica tipo sondeos y calicatas.

Como resultado de los diversos estudios geológico-geotécnicos ejecutados en la zona, parece que la explicación más plausible para las problemáticas por karstificaciones detectadas, se centra en la naturaleza yesífera del ámbito de estudio y su proceso de disolución en contacto con el agua, a lo que se suma la existencia de antiguas zonas de explotaciones mineras de yesos en dicha área (hoy día ya cubiertas), y también la existencia de antiguos cursos de arroyos tributarios del Arroyo de La Gavia, o este mismo, pudiéndose manifestar movimientos del agua subterránea siguiendo esas mismas directrices, lo que explicaría gran parte de las tubificaciones y cavernas detectadas, proceso que puede repetirse en el tiempo.

Este proceso de karstificación, aparece recogido en la bibliografía, en publicaciones de diversos autores, Salinas Rodríguez, Jose Luis(5) y Escolano Sánchez et al(2).

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Figura 11.- Perfil geológico-geotécnico Zona B3, Actuación 4.2.
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Figura 12.- Planta de anomalías geotécnicas en Zona B3, Actuación 4.2.

4.- Metodología propuesta para la identificación, seguimiento, análisis y estudio de soluciones para abordar problemáticas similares a las detectadas

La metodología de trabajo propuesta para solucionar las problemáticas por karstificación en materiales yesíferos (arcillas yesíferas y yesos), aplicable a las zonas de prueba de este estudio y extrapolable a futuro a otras zonas del PAU de Vallecas, siguió el siguiente orden de trabajos:

A) Identificación de la problemática. Inventario de daños: programa de inspecciones visuales, inventario de daños, con una periodicidad de 6 meses.

B) Propuesta de campaña geotécnica para determinar el alcance de la problemática: con periodicidad anual en zonas indicadas por el inventario de daños, excepto si se indica con carácter urgente, pasando a periodicidad semestral. Las técnicas empleadas se detallan a continuación y se descartaron las de sísmica pasiva (tipo MASW o REMI) y georradar por la poca efectividad que se detectó en la zona:

  • B1) 1ª fase: perfiles de tomografía eléctrica empleando un dispositivo Wenner-Schlumberger con una separación de 2,5 m entre electrodos (longitudinales y transversales a los viales).
  • B2) 2ª fase, en zonas de anomalías de fase 1: micro-gravimetría.
  • B3) 3ª fase, en zonas de anomalías de fase 2: sondeos para anomalías profundas (>4m) y catas (<4m).

B4) 4ª fase: ensayos de laboratorio sobre muestras de sondeos y catas.

C) Estudio geológico-geotécnico interpretativo de los resultados de la campaña.

D) Propuesta de soluciones genéricas de tratamiento de mejora del terreno

E) Proyecto con alcance del estudio de soluciones.

Con el objetivo de definir el alcance del problema y los posibles tratamientos, fue necesario realizar un pronóstico del colapso, para lo cual se emplearon las formulaciones de Jiany y Jian(3), 1987 (recogidas también por autores como Mancebo Piqueras, J.A.(4)) que establecen dos escenarios en función de la posición del nivel freático, siendo K el factor equilibrio y para K>1 la cubierta estaría en un estado relativamente estable.

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Figura 13.- Pronóstico de colapso, modelo de condiciones confinadas (Modificado de Jianyi y Jian, 1987).
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Figura 14.- Pronóstico de colapso, modelo de condiciones no confinadas (Modificado de Jianyi y Jian, 1987).
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Figura 15.- Ejemplo práctico de variación del factor de equilibrio con el espesor de recubrimiento y diámetros variables de cavidad.

En lo referente a la propuesta de soluciones genéricas, en función de la entidad (geométrica y geotécnica) y de la profundidad de la anomalía se plantearon tres tratamientos tipo:

  • Tratamiento A: solución de mejora del terreno para profundidades de las anomalías geotécnicas por karstificación entre superficie (0 m) y 6 m (superficiales): apertura, saneo de la explanada medio, sustitución y refuerzo.
  • Tratamiento B: solución de mejora del terreno para profundidades de las anomalías geotécnicas por karstificación entre 6 y 12 m (profundas, con máximo puntual de -19,50 m): inyecciones de mortero seco por gravedad, inyecciones tipo tubo-manguito (IRS) y saneo de la explanada leve.
  • Tratamiento C: solución de mejora del terreno para profundidades de las anomalías geotécnicas por karstificación entre superficie (0 m) y 6 m (superficiales): apertura, saneo de la explanada leve, sustitución y refuerzo.
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Figura 16.- Sección tipo de tratamiento geotécnico A.
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Figura 17.- Sección tipo de tratamiento geotécnico B.
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Figura 18.- Sección tipo de tratamiento geotécnico C.

5.- Propuestas de actuaciones de las problemáticas detectadas a nivel de proyecto

Para llevar a cabo esta fase se sectorizaron, a nivel de proyecto, una serie de actuaciones y zonas por patologías y soluciones. Se recomendó plantear estas zonas como pruebas para la investigación, al tener en común, ubicarse a lo largo de la alineación de un arroyo tributario del Arroyo de La Gavia, actualmente convertido en parque en superficie y desconociéndose su estado canalizado o bien de paleocauce, lo cual podría ser una de las razones de un curso estacionario subterráneo y los consiguientes procesos de karstificación en el tiempo.

ACTUACIÓN Nº ZONA  
1: intersección de la Avenida de la Gavia y Avda. de Cerro Milano A

Presentaba un socavón en superficie, que mantenía cortados los viales, con una profundidad variable de unos 6 m y que en su fondo y lateral, presentaba ramificaciones mediante tubos y cavernas del karst, en dirección a los viales situados al otro lado del boulevard central, motivo por el cual podría verse afectado a corto-medio plazo. Adicionalmente se detectó un hueco en el sondeo S-4, entre 3,90 y 10,40 m, el cual se había reconocido en los estudios de microgravimetría.

  • Tratamiento Tipo A: apertura, saneo de la explanada medio, sustitución y refuerzo.
2: Glorieta de la Avda. de La Gavia con Avda. de Cerro Milano. A en transición a zona B1 de estudio

Se detectó un hueco en la cata C-1, por debajo de 1,80 m, cuantificándose a priori a nivel de proyecto hasta unos 4 m, en la zona donde se manifiesta una depresión topográfica que parece ser un indicio de un colapso concéntrico, y también detectada en los estudios de microgravimetría. Se balizó y corto como medida de protección.

  • Tratamiento Tipo A: apertura, saneo de la explanada medio, sustitución y refuerzo.
3: Avenida de La Gavia. A en transición a zona B2 de estudio

Se detectó un hueco en el sondeo SR-02, entre 3,00 y 6,50 m, en una zona donde se reconoce claramente en el inventario de daños una serie de grietas concéntricas, indicando una subsidencia, zona también detectada en los estudios de microgravimetría.

  • Tratamiento Tipo A: apertura, saneo de la explanada medio, sustitución y refuerzo.
4.1: Avenida del Cerro Milano con Calle Alto de la Sartenilla. B3

Se detectaron una serie de daños superficiales, afectando tanto a la acera como puntualmente a los viales, pero que no manifestaron unas anomalías geotécnicas importantes en los estudios desarrollados, solo una leve anomalía en microgravimetría, pero en este caso más próxima al vial para esta técnica.

  • Tratamiento Tipo C: apertura, saneo de la explanada leve, sustitución y refuerzo.
4.2: Calle Alto de la Sartenilla con Avda. del Cerro Milano (carril bici). B3

Se detectó un hueco en el sondeo S-17, entre 6,00 y 14,50 m, afectando a la zona de carril bici, parque y ligeramente a la acera, en una zona ya recogida en el inventario de daños por presentar grietas radiales marcando una zona de karstificación y colapso. El mínimo gravimétrico A3 presentó una amplitud de aproximadamente >0,6 mGal, con una longitud de onda de más de 10 metros. Este mínimo coincidía con el sondeo S-17 entre las cotas 15,50m – 16,60 m y entre las 17,50-19,70 m, por otro lado, se interpretaron cavidades a partir de los bajos golpeos obtenidos en el entorno de los 6 y 12 m de profundidad.

  • Tratamiento Tipo B: inyecciones tipo tubo-manguito y saneo de la explanada leve.

 

Tabla 2.-Actuaciones y zonificación del área de proyecto.

6.- Ejecución, seguimiento y asesoramiento geotécnico en obra de las actuaciones

La empresa Ferrovial Agromán fue adjudicataria de las obras de emergencia, y Prointec se encargó de las labores de Asistencia Técnica, Dirección de los Trabajos y Asesoría de Especialista Geotécnico.

A continuación, se describen dos de las actuaciones más singulares realizadas.

A) Actuación 1, Zona A, Avenida La Gavia: una continua labor de seguimiento geotécnico permitió adecuar los tratamientos a la realidad del terreno con saneos hasta -8 m, y fue necesario ejecutar bermas de ataque intermedio, bancales de 0,5x0,5 m, taludes variables desde el 1H:1V en suelos a 1H:2V en roca, morteros fluidos de hormigón para relleno de cavidades y readaptar la geometría de las losas armadas en obra, así como las cotas de posición de las geomallas de refuerzo de 100 kN/m.

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Figura 19.- Vista panorámica desde dron al inicio de las obras de la actuación 1, zona A.
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Figura 20.- Vista cenital desde dron al inicio de las obras de la actuación 1, zona A.
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Figura 21.- Primeras excavaciones, 19/01/2017, de la actuación 1, zona A.
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Figura 22.- Fondo de excavación/saneo a -6 m, 31/01/2017, de la actuación 1, zona A.
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Figura 23.- Croquis de adaptación geométrica en obra de losa de fondo. Fotos de hormigonado de la losa y de armado con geomallas, actuación 1, zona A.

B) Actuación 4.2. Zona B3, Calle Alto de la Sartenilla con Avda. del Cerro Milano (carril bici): se replanteó en obra el campo de pruebas de inyecciones, fijándose experimentalmente una profundidad máxima de 12 m, presiones de lechada de 6 a 8 bares y un máximo de 600 l por tramo de 3 m inyectado. La malla inicial se consideró separada 2,5 m al tresbolillo.

El área máxima seleccionada fue de 25x25 m (zona exterior de inyecciones), con un área interior donde solo se actuaría en zonas pavimentadas o de infraestructura tipo carril bici. De -12 a -19,50 m se testearon inyecciones de mortero seco por gravedad, y de -6 a -12 m inyecciones de lechada por tubo manguito. La validación del tratamiento en obra, se llevó a cabo por comparación de ensayos de penetración dinámica y geofísica, antes y después del tratamiento, con resultados muy satisfactorios.

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Figura 24.- Zonificación de tratamientos de inyecciones, Actuación 4.2., Zona B3.
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Figura 25.- Campo de pruebas de inyecciones, Actuación 4.2., Zona B3.

7.- Conclusiones

La finalidad de este estudio, fue definir por parte de Prointec unas líneas generales de las obras a desarrollar, que permitieron tener una idea global de las intervenciones necesarias para subsanar las patologías detectadas y generar un catálogo de problemáticas y soluciones tipo, que sean extrapolables a futuro en la zona del PAU Ensanche de Vallecas (La Gavia), apoyándose en un adecuado trabajo de seguimiento y mantenimiento anual de los viales. Finalmente, todo se ha traducido en una metodología de trabajo práctica y rigurosa para el Ayuntamiento de Madrid.

8.- Bibliografía 

(1) Cañada López, Facundo. “Hoja nº 6 del Plano de Madrid y pueblos colindantes”. Biblioteca Tomás Navarro Tomás (CCHS-CSIC). 1900.

(2) Escolano Sánchez, Félix & Bueno Aguado, Manuel. “Aspectos geotécnicos de los nuevos desarrollos urbanos del Sureste de Madrid: el PAU de Vallecas”. Jornada Contraste de las soluciones geotécnicas aplicadas en los accesos de Madrid. Octubre 2006.

(3) Jianyi, Tan & Jian, Chen. “Preliminary study of karst collapse. Forecast method”. ENDINS, nº13. 1987.

(4) Mancebo Piqueras, José Antonio. “Karstología de yesos. Algunas aplicaciones en ingeniería civil”. Tesis Doctoral. UPM. 2008.

(5) Salinas Rodríguez, Jose Luis. “Geología del área Metropolitana”. Curso Cimentar en Madrid. Noviembre 1992.

9.- Agradecimientos

Al Doctor D. Claudio Olalla Marañón, Catedrático de Ingeniería del Terreno de la UPM, por su asesoramiento geotécnico durante la fase de proyecto y obra.

A la empresa Geofísica Consultores, en especial a Carlos M. Calvo Martínez y a Raúl Mínguez Maturana, así como a la empresa Gamma Geofísica, por su colaboración en el desarrollo e interpretación de los trabajos de investigación geofísica.

A la empresa Keller Cimentaciones, S.L., en especial a Miguel Ángel Franco, por su disponibilidad y apoyo durante la fase de ejecución de las inyecciones.

Y en especial, este artículo quiere rendir un homenaje a Vicente Jiménez-Valladolid Torres (Cemosa), con quien tuvimos la oportunidad de compartir una fase corta, pero de gran valor añadido para este estudio.

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