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Los problemas ambientales y el agotamiento de los recursos naturales es una preocupación en el mundo, que aún no ha tenido una total solución. Estas problemáticas ambientales han repercutido negativamente en la población y en el desarrollo económico de cualquier país. Siendo el sector industrial una de las mayores fuentes de contaminación. Este estudio esta enfocado en las pequeñas y medianas empresas (Pymes) que son el motor productivo en los países emergentes. Se estima que el impacto negativo que puede generar un pequeño negocio no es evidente, pero al considerar que este sector ocupa el 90% de la economía de un país la agudización de la contaminación medioambiental por las actividades comerciales, industriales y de servicio contribuyen significativamente al conjunto global de las dificultades ambientales, sociales y económicas. Por consiguiente, las Pymes poseen un papel importante al adoptar prácticas sostenibles y respetuosas al fin de reducir los impactos negativos en el ecosistema. La adopción de la sostenibilidad esta relacionado con la aplicación efectiva de prácticas y herramientas ambientales que deben ser incorporadas en las estrategias y objetivos internos de la organización, es decir, considerar la sostenibilidad ambiental como una prioridad en todos los aspectos del negocio. Sin embargo, al reunir la bibliografía y literatura pertinente relacionada con la temática de estudio, se analiza que en diversas publicaciones existen múltiples modelos sostenibles diseñado para el sector industrial, pero son escasos los estudios investigativos que evalúan y exploran los componentes sociales, ambientales, económicos y tecnológicos de manera integral en las Pymes. Por tal razón, con el fin de comprender a profundidad la adopción de la sostenibilidad de las Pymes en Colombia, esta investigación esta enmarcada en analizar el estado actual de los pequeños negocios frente al desafío de responder al logro de la sostenibilidad corporativa. En este sentido, esta investigación propone desarrollar un modelo de sostenibilidad integral para las PYMES (ISM-S), enmarcado en un sistema de gestión ambiental destinado a mejorar los indicadores económicos, minimizar los impactos ambientales negativos y hacer que sus empleados adopten un comportamiento más sostenible y responsable. Dicho modelo desarrollado en esta tesis doctoral, de esta enfocado en el análisis de los factores relacionados con el sistema de gestión para la toma de decisiones, herramientas y estrategias sostenibles, responsabilidad social y gestión del conocimiento, y convergencia tecnológica. Así mismo, comprende el análisis de madurez sostenible a través del desarrollo de un modelo de clasificación de madurez que es evaluado por medio de la analítica de datos y algoritmos de clasificación supervisados, y un modelo de simulación predictiva que permite examinar una secuencia de eventos cambiantes que pueden ser objeto de un análisis probabilístico a medida que la empresa atraviesa diferentes escenarios para lograr la sostenibilidad. En resumen, esta investigación esta guiada por un marco conceptual, los métodos de estadística descriptiva, analítica de datos, y modelos predicción estocástica. Adicional, el modelo ISM-S fue evaluado cuantitativamente en diferentes sectores productivos de Pymes de Colombia. Los resultados, logran detectar que este sector posee ciertas barreras internas y externas que afectan a la adopción de prácticas en el contexto nacional careciendo de estrategias ambientales, sociales, económicas, y tecnológicas. Por consiguiente, la muestra de empresas evaluadas se encuentra en una posición de clasificación de madurez entre un “nivel 2” denominado incipiente y un “nivel 3” denominado en desarrollo (siendo 1 un nivel inicial y 4 un nivel consolidado). Estos resultados también demuestran que, al predecir el comportamiento de las Pymes colombianas en un periodo de cinco años, diferentes sectores productivos aún no lograrían llegar a un máximo nivel. Las conclusiones de esta tesis permiten demostrar que esta investigación es uno de los primeros estudios empíricos que analiza de forma integral diversos factores sostenibles, y a la vez analiza el comportamiento de las Pymes en Colombia frente a ellos, por consiguiente, el marco desarrollado en esta investigación puede utilizarse como base para su aplicación en en los planes de desarrollo regionales. También será un instrumento valioso interno en las empresas para la evaluación y el seguimiento de los indicadores económicos, que permitan minimizar los impactos ambientales negativos y hacer que sus empleados adopten un comportamiento más responsable. Así pues, esta investigación constituye una plataforma para investigaciones futuras que deseen mejorar el análisis de otros factores que no fueron tenidos en cuenta, se realice comparaciones entre las Pymes en distintas regiones de Latinoamérica que permita determinar similitudes o diferencias en cuanto al logro del desarrollo sostenible, y sirva como marco teórico para orientar otras metodologías de investigaciones futuras.