tiempo frío – El blog de Víctor Yepes

Control de la temperatura del hormigón y amasado en tiempo frío

Figura 1. https://www.cdt.cl/hormigonado-en-tiempo-frio/

En tiempo frío, una de las medidas para evitar el riesgo de congelación es usar hormigón más caliente. Sin embargo, la protección contra las heladas no aumenta proporcionalmente con la temperatura del hormigón, ya que las pérdidas de calor son mayores cuanto más grande sea la diferencia térmica. Además, a mayor temperatura, se necesita más agua de amasado, lo que puede causar variaciones en la consistencia y, en ocasiones, un fraguado rápido. Las rápidas pérdidas de humedad en las superficies calientes del hormigón pueden provocar fisuras. Por lo tanto, la temperatura del hormigón fresco en el momento de su colocación debe mantenerse lo más cercana posible a los mínimos adecuados para las temperaturas ambientales previstas.

A modo de orientación, las medidas recomendables para el hormigonado en tiempo frío son las siguientes:

Para temperaturas ambientales entre +5 °C y 0 °C, calentar el agua de amasado y los áridos, y proteger el hormigón vertido de las heladas.
Para temperaturas entre 0 °C y -5 °C, se debe calentar el agua y los áridos, y proteger eficazmente el hormigón.
Para temperaturas inferiores a -5 °C, se debe suspender el hormigonado o realizar la fabricación y colocación dentro de un recinto que pueda calentarse.

Se puede aumentar la temperatura del hormigón calentando uno o varios de sus componentes. No se recomienda calentar el hormigón fresco durante su fabricación ni el ya fabricado. En cada caso, es necesario estudiar las medidas a adoptar, evaluando la viabilidad y la facilidad de cada opción, así como el cumplimiento de los requisitos que el hormigón final debe cumplir.

En primer lugar, se deben proteger los materiales tanto como sea posible de la temperatura ambiente, especialmente del viento y de la escarcha, mediante el uso de cubiertas o el almacenamiento en silos. También puede ser necesario aislar térmicamente los silos y las tuberías que transportan los materiales a la amasadora.

Además, es posible calentar los materiales para el hormigón. El método más sencillo es calentar el agua mediante un sistema de resistencias o con vapor de agua en un depósito antes de la amasadora. Se debe contar con un depósito aislado para mantener el agua caliente. Además, la temperatura del agua debe mantenerse constante para evitar variaciones entre cada amasada. En cualquier caso, se podría utilizar agua a temperaturas cercanas a la ebullición, aunque esto requiere un procedimiento de amasado más cuidadoso para evitar un fraguado relámpago. Aunque la cantidad de agua en el hormigón no es elevada, su calor específico es mucho mayor que el del cemento y los áridos. Si la temperatura ambiente no es demasiado baja, este sistema puede ser suficiente.

La temperatura de los aditivos tiene una influencia mínima en la del hormigón debido a su pequeña cantidad. El calentamiento del resto de los materiales debe realizarse con un sistema especial, ya que son sólidos con baja transmisión de calor. Al calentar los áridos, su temperatura en cualquier punto no debe superar los 100 °C y su temperatura media debe ser inferior a los 65 °C.

Si los áridos contienen hielo, nieve o grumos helados, deben deshacerse utilizando, por ejemplo, aire caliente insuflado desde distintos puntos, y deben almacenarse bajo lonas. Si la temperatura de los áridos es muy baja, debe iniciarse la descongelación el día anterior y mantenerse un calentamiento mínimo hasta su uso. Esto garantiza un contenido de humedad y temperatura más uniformes.

Cuando la temperatura del aire es inferior a -5 °C, suele ser necesario calentar los áridos, además del agua de amasado, para elevar la temperatura del hormigón. Los áridos no deben calentarse a más de 65 °C, ya que este valor es considerablemente superior al necesario habitualmente para alcanzar la temperatura deseada en el hormigón fresco. Si la grava está libre de hielo o grumos helados y el agua de amasado se calienta a 60 °C, se pueden lograr temperaturas adecuadas en el hormigón simplemente calentando la arena, generalmente a una temperatura no superior a 40 °C. Si también es necesario calentar la grava, basta con que alcance los 15 °C.

Durante el proceso de calentamiento, se recomienda cubrir las superficies expuestas de los áridos con lonas para asegurar una distribución uniforme del calor. Además, se debe tener cuidado al utilizar las primeras cargas de áridos calentados con vapor, ya que pueden permanecer en las tolvas durante un tiempo prolongado. Para evitar problemas, puede ser útil descargar las primeras toneladas de árido muy caliente en la parte superior de la tolva.

Por otro lado, el cemento suele llegar caliente a la planta, pues no se enfría lo suficiente en la fábrica después de su calcinación y molienda. Así pues, puede ser beneficioso aislar el silo de la planta o almacenar el cemento en un silo previo aislado para evitar que se enfríe antes de transferirlo al silo principal de la planta.

El proceso de amasado no varía respecto al realizado en condiciones normales. El calor generado en la amasadora por el rozamiento del hormigón con la cuba y las palas, junto con el breve tiempo de permanencia en ella, evita que el agua de amasado se congele. Por esta razón, la amasadora no requiere un aislamiento específico. Sin embargo, es recomendable que la amasadora esté adecuadamente aislada, para lo que se pueden utilizar materiales como espuma de poliestireno o fibra de vidrio para su recubrimiento externo.

La temperatura recomendada del hormigón durante el amasado debe ser de 3 a 4 °C superior a la necesaria en la obra, para compensar la pérdida de calor durante el transporte.

Es fundamental amasar los materiales durante un período prolongado y con suficiente energía para lograr una mezcla con temperatura uniforme. También es esencial asegurarse de que ninguno de los componentes esté congelado y de que las temperaturas se mantengan constantes entre amasadas. Esto evita variaciones en la demanda de agua, aire ocluido, velocidad de fraguado y asentamiento del hormigón. Si el tamaño del árido es muy grande (63 mm o superior), la masa de hormigón puede tardar hasta 20 minutos en alcanzar una temperatura uniforme.

Además, el uso de agua caliente puede reducir la efectividad de los aditivos, especialmente del aireante. Por ello, se recomienda añadir los aditivos al final del proceso, cuando la temperatura del agua haya disminuido tras mezclarse con el resto de los materiales.

Si se utiliza una relación agua/cemento muy baja, es necesario controlar cuidadosamente la fluidez a la salida de la amasadora para asegurar que el hormigón llegue a la obra en condiciones óptimas para su colocación. En la Tabla 1 se pueden consultar las temperaturas mínimas recomendadas del hormigón a la salida de la amasadora, en función de la temperatura del aire y del espesor mínimo de la pieza a hormigonar.

Tabla 1. Temperaturas mínimas recomendadas en el hormigón a la salida de la amasadora

Temperatura del aire	Dimensión mínima de la sección en mm
Temperatura del aire	< 300	300-900	900-1800	>1800
> -1 °C	16 °C	13 °C	10 °C	7 °C
-1 °C a -18 °C	18 °C	16 °C	13 °C	10 °C
< -18 °C	21 °C	18 °C	16 °C	13 °C

Referencias:

AA. VV. (2002). Hormigones de ejecución especial (seis tipos). Colegio de Ingenieros de Caminos, Madrid, 114 pp.

ACI COMMITTEE 306. Cold wheather concreting (ACI 306R-16). American Concrete Institute.

AENOR (2022). UNE 83151-1 IN Hormigonado en condiciones climáticas especiales. Parte 1: Hormigonado en tiempo frío. Madrid, 27 pp.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Puesta en obra del hormigón en tiempo frío

Figura 1. Hormigonado en tiempo frío. https://www.cotecno.cl/precauciones-para-el-hormigonado-en-climas-frios/

El hormigón no adquiere la resistencia necesaria si el fraguado y el primer endurecimiento se producen a temperaturas muy bajas. Esto se debe principalmente a la acción expansiva del agua intersticial. En el mejor de los casos, se observa una disminución en la velocidad de hidratación de los componentes activos del cemento, como se explicó en un artículo anterior sobre los efectos del frío en el fraguado del hormigón.

En condiciones de frío, el hormigón debe colocarse en los encofrados y compactarse de manera rápida y sin interrupciones. Antes de verter el hormigón, se debe retirar toda la nieve, el hielo, la escarcha y el agua derretida del equipo, el encofrado y el terreno donde se coloque. Para ello, se pueden utilizar chorros de aire caliente. A menos que el área de trabajo esté cubierta, se debe limpiar inmediatamente antes de verter el hormigón.

La temperatura de las superficies que estén en contacto con el hormigón fresco (equipos de colocación, encofrados, terreno) no debe ser inferior a 3 °C ni superar la temperatura del hormigón en más de 5 °C. La superficie del terreno de cimentación puede descongelarse cubriéndola con material aislante durante unos días, pero en la mayoría de los casos es necesario aplicar calor externo con aire seco, ya que el vapor puede hacer que el agua se condense y posteriormente se congele. Se recomienda el uso de encofrados de madera. Los equipos de colocación y los encofrados metálicos pueden estar dotados de aislamiento térmico (más espesor en las esquinas) o pueden precalentarse.

La temperatura de las armaduras también debe ser ligeramente superior a 0 °C cuando se vierte el hormigón. Colocar el hormigón en zonas con alta concentración de armaduras a temperaturas muy bajas puede causar la congelación local del hormigón alrededor de las barras, lo que puede disminuir la adherencia si esta persiste después de la vibración. Si se calientan las armaduras, este proceso no debería afectar a las propiedades del acero.

Se recomienda evitar el uso de canaletas y cintas transportadoras, a menos que estén debidamente aisladas. Estos elementos tienden a perder una gran cantidad de calor y pueden formar hielo durante los intervalos de colocación.

En general, se suspenderá el hormigonado o se adoptarán medidas especiales si se prevé que la temperatura pueda descender por debajo de 0 °C en las próximas 48 horas. Dado que la temperatura del hormigón durante el fraguado depende del tipo de cemento y del espesor de las partes o piezas a hormigonar, estas medidas se implementarán si, a las nueve de la mañana (hora solar), se registran temperaturas inferiores a las siguientes, de acuerdo con los tipos de obras:

Para estructuras de hormigón con cemento Portland:

4 °C para estructuras ordinarias sin más condiciones.
1 °C para estructuras de gran masa o con protección aislante.

Para estructuras de hormigón con cemento siderúrgico o puzolánico:

9 °C para estructuras ordinarias sin más condiciones.
6 °C para estructuras de gran masa o con protección aislante.

No obstante, si se produce una helada justo después de verter el hormigón y antes de que fragüe, el problema es reversible. En este caso, el fraguado no ha comenzado porque el agua se ha congelado y, una vez que el hielo se derrita, el hormigón podrá fraguar normalmente, previa nueva vibración. Por ejemplo, tomando valores aproximados, a una temperatura de 5 °C, el tiempo de fraguado es de unas 14 horas, mientras que a 20 °C se reduce a 6 horas y a 40 °C a apenas 1,5 horas.

Es necesario asegurarse de que el hormigón no se coloque en los encofrados a un ritmo superior al que permite su correcta compactación y acabado final. En la puesta en obra del hormigón en forjados y elementos superficiales, es fundamental realizar la colocación en frentes reducidos.

Una alternativa para superar los problemas derivados del hormigonado en tiempo frío consiste en calentar el hormigón antes de su colocación o las armaduras o moldes que lo recibirán, así como en usar protecciones aislantes suficientes para evitar una pérdida excesiva de calor. También se pueden calentar los áridos, el agua o la mezcla en la hormigonera. Si se calienta el agua, algo que resulta especialmente útil, su temperatura no debe superar los 70 °C para evitar un fraguado rápido. Este calentamiento suele requerir un mayor tiempo de amasado para evitar la formación de grumos. Además, se recomienda utilizar bajas relaciones agua/cemento y cementos de alto calor de hidratación. Si el encofrado actúa como aislante, como en el caso de la madera, se puede retrasar el proceso de desencofrado para retener el calor durante el mayor tiempo posible.

El problema descrito se agrava si, además de las bajas temperaturas, se presentan fuertes vientos, lluvias, humedad, u otras condiciones climáticas adversas.

El Código Estructural establece las condiciones para hormigonar en tiempo frío en su artículo 52.3.1:

“La temperatura de la masa de hormigón, en el momento de verterla en el molde o encofrado, no será inferior a 5 °C.

Se prohíbe verter el hormigón sobre elementos (armaduras, moldes, etc.) cuya temperatura sea inferior a cero grados centígrados.

En general, se suspenderá el hormigonado siempre que se prevea que, dentro de las cuarenta y ocho horas siguientes, pueda descender la temperatura ambiente por debajo de los cero grados centígrados.

En los casos en que, por absoluta necesidad, se hormigone en tiempo de heladas, se adoptarán las medidas necesarias para garantizar que, durante el fraguado y primer endurecimiento de hormigón, no se producirán deterioros locales en los elementos correspondientes, ni mermas permanentes apreciables de las características resistentes del material. En el caso de que se produzca algún tipo de daño, deberán realizarse los ensayos de información necesarios para estimar la resistencia realmente alcanzada, adoptándose, en su caso, las medidas oportunas.

El empleo de aditivos aceleradores de fraguado o aceleradores de endurecimiento o, en general, de cualquier producto anticongelante específico para el hormigón, requerirá una autorización expresa, en cada caso, de la dirección facultativa. Nunca podrán utilizarse productos susceptibles de atacar a las armaduras, en especial los que contienen ion cloro”.

Los comentarios a este artículo dicen lo siguiente:

“Se entiende por tiempo frío el periodo durante el cual existe, durante más de tres días, las siguientes condiciones:

- - la temperatura media diaria del aire es inferior a 5 °C,
  - la temperatura del aire no supera los 10 °C durante más de la mitad del día.

La hidratación de la pasta de cemento se retrasa con las bajas temperaturas. Además, la helada puede dañar de manera permanente al hormigón poco endurecido si el agua contenida en los poros se hiela y rompe el material. En consecuencia, deben adoptarse las medidas necesarias para asegurar que la velocidad de endurecimiento es la adecuada y que no se producen daños por helada.

Cuando existe riesgo de acción del hielo o de helada prolongada, el hormigón fresco debe protegerse mediante dispositivos de cobertura o aislamiento, o mediante cerramientos para el calentamiento del aire que rodee al elemento estructural recién hormigonado, en cuyo caso deberán adoptarse medidas para mantener la humedad adecuada”.

Os dejo un vídeo al respecto del hormigonado al tiempo frío.

También comparto un artículo que, espero, sea de vuestro interés.

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Referencias:

AA. VV. (2002). Hormigones de ejecución especial (seis tipos). Colegio de Ingenieros de Caminos, Madrid, 114 pp.

ACI COMMITTEE 306. Cold wheather concreting (ACI 306R-16). American Concrete Institute.

AENOR (2022). UNE 83151-1 IN Hormigonado en condiciones climáticas especiales. Parte 1: Hormigonado en tiempo frío. Madrid, 27 pp.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Transporte del hormigón en tiempo frío

El transporte del hormigón en tiempo frío debe realizarse con mayor cuidado para evitar interrupciones y retrasos en su puesta en obra. El calor generado en el interior de la cuba, si se trata de una amasadora, por el rozamiento del hormigón con las paredes y las palas, evita que el agua de amasado se congele, siempre y cuando el tiempo de permanencia no sea muy prolongado y las temperaturas ambientales no sean extremadamente frías. De lo contrario, sería necesario adoptar medidas especiales de aislamiento de las cubas. El suministro debe estar sincronizado con la puesta en obra para evitar esperas, tanto del hormigón ya colocado y desprotegido como de los camiones pendientes de descarga. Se recomienda que el tiempo de transporte desde la planta hasta la obra sea lo más breve posible.

Se pueden evaluar las pérdidas de temperatura del hormigón durante el transporte, expresadas en °C por cada hora, considerando el tiempo transcurrido entre el amasado y la colocación. Estas pérdidas se expresan como un porcentaje de la diferencia entre la temperatura prevista del hormigón en el momento de su colocación y la temperatura ambiente. El porcentaje de pérdida depende del tipo de transporte: 25 % en camiones hormigoneras, 20 % en camiones o recipientes abiertos, y 10 % en camiones o recipientes cubiertos.

Las bajas temperaturas ambientales en las que se va a transportar el hormigón afectan especialmente a los camiones hormigoneras. Estos vehículos, con su tambor metálico y su sistema de paletas, así como la canaleta, pueden estar extremadamente fríos, especialmente los primeros camiones de la mañana después de una noche de temperaturas gélidas y formación de hielo. En algunas regiones, se implementan medidas para contrarrestar estos efectos, como el uso de resistencias externas que generan calor en el tambor, el lavado con agua caliente o el estacionamiento de los camiones en espacios interiores.

En el caso del transporte por cinta, especialmente si es muy larga, se debe proteger el hormigón de la acción del viento para evitar su enfriamiento y desecación. Además, si se emplea una relación agua/cemento muy baja, también se debe proteger del secado.

En el caso del transporte por bombeo, si la tubería es muy larga, se recomienda aislarla para evitar el enfriamiento del hormigón.

Referencias:

AA. VV. (2002). Hormigones de ejecución especial (seis tipos). Colegio de Ingenieros de Caminos, Madrid, 114 pp.

ACI COMMITTEE 306. Cold wheather concreting (ACI 306R-16). American Concrete Institute.

AENOR (2022). UNE 83151-1 IN Hormigonado en condiciones climáticas especiales. Parte 1: Hormigonado en tiempo frío. Madrid, 27 pp.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Efectos del frío en el fraguado del hormigón fresco

Figura 1. Hormigonado con tiempo frío. https://madridsurarquiobras.es/blog/?p=199

La baja temperatura del hormigón fresco retrasa la reacción química de fraguado, disminuye la velocidad de hidratación y reduce la demanda de agua, lo que aumenta su fluidez. Además, esta fluidez disminuye más lentamente con el tiempo, lo que mejora las condiciones de puesta en obra. Esto permite reducir la cantidad de agua en la mezcla y aumentar la resistencia y durabilidad del hormigón, al tiempo que se puede reducir la cantidad de plastificante o superfluidificante, manteniendo las condiciones de trabajabilidad necesarias para una correcta colocación. Sin embargo, esto también implica períodos más largos de curado y desencofrado, así como retrasos en los posibles tesados, lo que repercute en el coste de la obra.

Es importante destacar que los hormigones fabricados, colocados y curados a temperaturas bajas, cercanas a los 10 °C y sin congelación, desarrollan su resistencia de forma más lenta, pero suelen alcanzar resistencias superiores a los 28 días y tienen una mayor durabilidad. Calavera et al. (2004) indican que, a una temperatura ambiente de 7 °C, el hormigón tarda el doble en alcanzar el final del fraguado en comparación con una temperatura de 15 °C. La razón es un mejor curado, pues las bajas temperaturas suelen ir acompañadas de una mayor humedad relativa, lo que reduce la evaporación del agua del hormigón fresco y asegura una correcta hidratación del cemento. Además, la pérdida de agua en la superficie del hormigón es más lenta que la difusión del agua desde el interior, lo que reduce la formación de fisuras superficiales por retracción plástica. La exposición al sol tampoco suele ser perjudicial, debido a su corta duración e intensidad.

A temperaturas inferiores a 5 °C, el endurecimiento del hormigón se retrasa significativamente y, por debajo de 0 °C, se reduce drásticamente, deteniéndose casi por completo a temperaturas cercanas a -10 °C. El cemento necesita una cantidad específica de agua para lograr una hidratación completa y endurecer adecuadamente. Si parte del agua está congelada, esto no interviene en el proceso de hidratación del cemento, lo que produce una hidratación incompleta y, en consecuencia, no se alcanza la resistencia prevista.

Las bajas temperaturas tienen efectos perjudiciales sobre el hormigón fresco, ya que el agua se congela. Esto provoca un aumento de volumen de aproximadamente un 9 %. Si esto ocurre y el hormigón aún no ha alcanzado una resistencia a tracción suficiente para soportar la tensión generada por la congelación del agua interna, se producirán daños irreversibles que afectarán a la capacidad mecánica y la durabilidad del hormigón. Se considera que el hormigón es resistente a los efectos del frío (debido a la expansión del agua congelada) cuando ha alcanzado una resistencia de aproximadamente 3,5 MPa. Como referencia, a 10 °C, la resistencia de 3,5 MPa se alcanza en menos de 48 horas en hormigones correctamente dosificados.

Es importante recordar que el agua del hormigón contiene una gran cantidad de sales disueltas procedentes del cemento, los aditivos, etc., por lo que en la práctica no se congela a 0 °C, sino a temperaturas inferiores. Sin embargo, no se debe confiar en este margen, ya que no se puede prever de manera fiable si se sobrepasará debido a la evolución de las temperaturas externas.

En términos generales, para que el hormigón desarrolle su resistencia a una velocidad adecuada, la temperatura debe mantenerse entre 10 °C y 15 °C para secciones delgadas, y entre 5 °C y 10 °C para grandes masas de hormigón.

Las medidas para evitar los efectos perjudiciales del tiempo frío en el hormigón fresco se dividen en dos tipos: calentar uno o varios de los componentes del hormigón, y diseñar una mezcla de hormigón apropiada en cuanto a componentes y dosificación. Pero estas medidas las veremos en un próximo artículo.

Referencias:

AA. VV. (2002). Hormigones de ejecución especial (seis tipos). Colegio de Ingenieros de Caminos, Madrid, 114 pp.

ACI COMMITTEE 306. Cold wheather concreting (ACI 306R-16). American Concrete Institute.

AENOR (2022). UNE 83151-1 IN Hormigonado en condiciones climáticas especiales. Parte 1: Hormigonado en tiempo frío. Madrid, 27 pp.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.