Sistemas de gestión de puentes : optimización de estrategias de mantenimiento : implementación en redes locales de carreteras

Resumen

En la actualidad, y en consonancia con la tendencia de “sostenibilidad” extendida a
todos los campos y parcelas de la ciencia, nos encontramos con un área de estudio
basado en la problemática del inevitable deterioro de las estructuras existentes, y la
gestión de las acciones a realizar para mantener las condiciones de servicio de los
puentes y prolongar su vida útil. Tal y como se comienza a ver en las inversiones en los
países avanzados, con una larga tradición en el desarrollo de sus infraestructuras, se
muestra claramente el nuevo marco al que nos dirigimos. Las nuevas tendencias van
encaminadas cada vez más a la conservación y mantenimiento, reduciéndose las
partidas presupuestarias destinadas a nuevas actuaciones, debido a la completa
vertebración territorial que se ha ido instaurando en estos países, entre los que España
se encuentra.
Este nutrido patrimonio de infraestructuras viarias, que cuentan a su vez con un
importante número de estructuras, hacen necesarias las labores de gestión y
mantenimiento de los puentes integrantes en las mismas. Bajo estas premisas, la tesis
aborda el estado de desarrollo de la implementación de los sistemas de gestión de
puentes, las tendencias actuales e identificación de campos por desarrollar, así como
la aplicación específica a redes de carreteras de escasos recursos, más allá de la Red
Estatal.
Además de analizar las diversas metodologías de formación de inventarios, realización
de inspecciones y evaluación del estado de puentes, se ha enfocado, como principal
objetivo, el desarrollo de un sistema específico de predicción del deterioro y ayuda a la
toma de decisiones.
Este sistema, adicionalmente a la configuración tradicional de criterios de formación
de bases de datos de estructuras e inspecciones, plantea, de forma justificada, la
clasificación relativa al conjunto de la red gestionada, según su estado de condición.
Eso permite, mediante técnicas de optimización, la correcta toma de decisiones a los
técnicos encargados de la gestión de la red.
Dentro de los diversos métodos de evaluación de la predicción de evolución del
deterioro de cada puente, se plantea la utilización de un método bilineal simplificado
envolvente del ajuste empírico realizado y de los modelos markovianos como la
solución más efectiva para abordar el análisis de la predicción de la propagación del
daño.
Todo ello explotando la campaña experimenta realizada que, a partir de una serie de
“fotografías técnicas” del estado de la red de puentes gestionados obtenidas mediante
las inspecciones realizadas, es capaz de mejorar el proceso habitual de toma de
decisiones. Toda la base teórica reflejada en el documento, se ve complementada mediante la
implementación de un Sistema de Gestión de Puentes (SGP) específico, adaptado
según las necesidades y limitaciones de la administración a la que se ha aplicado, en
concreto, la Dirección General de Carreteras de la Junta de Comunidades de Castilla-La
Mancha, para una muestra representativa del conjunto de puentes de la red de la
provincia de Albacete, partiendo de una situación en la que no existe, actualmente, un
sistema formal de gestión de puentes.
Tras un meditado análisis del estado del arte dentro de los Capítulos 2 y 3, se plantea
un modelo de predicción del deterioro dentro del Capítulo 4 “Modelo de Predicción
del Deterioro”. De la misma manera, para la resolución del problema de optimización,
se justifica la utilización de un novedoso sistema de optimización secuencial elegido
dentro del Capítulo 5, los “Algoritmos Evolutivos”, en sus diferentes variantes, como la
herramienta matemática más correcta para distribuir adecuadamente los recursos
económicos dedicados a mantenimiento y conservación de los que esta administración
pueda disponer en sus partidas de presupuesto a medio plazo.
En el Capítulo 6, y en diversos Anexos al presente documento, se muestran los datos y
resultados obtenidos de la aplicación específica desarrollada para la red local
analizada, utilizando el modelo de deterioro y optimización secuencial, que garantiza la
correcta asignación de los escasos recursos de los que disponen las redes autonómicas
en España. Se plantea con especial interés la implantación de estos sistemas en la red
secundaria española, debido a que reciben en los últimos tiempos una mayor
responsabilidad de gestión, con recursos cada vez más limitados.
Finalmente, en el Capítulo 7, se plantean una serie de conclusiones que nos hacen
reflexionar de la necesidad de comenzar a pasar, en materia de gestión de
infraestructuras, de los estudios teóricos y los congresos, hacia la aplicación y la
práctica, con un planteamiento que nos debe llevar a cambios importantes en la forma
de concebir la labor del ingeniero y las enseñanzas que se imparten en las escuelas.
También se enumeran las aportaciones originales que plantea el documento frente al
actual estado del arte.
Se plantean, de la misma manera, las líneas de investigación en materia de Sistemas de
Gestión de Puentes que pueden ayudar a refinar y mejorar los actuales sistemas
utilizados. In line with the development of "sustainability" extended to all fields of science, we are
faced with the inevitable and ongoing deterioration of existing structures, leading
nowadays to the necessary management of maintaining the service conditions and life
time extension of bridges. As per the increased amounts of money that can be
observed being spent in the countries with an extensive and strong tradition in the
development of their infrastructure, the trend can be clearly recognized. The new
tendencies turn more and more towards conservation and maintenance, reducing
programmed expenses for new construction activities, in line with the already wellestablished
territorial structures, as is the case for Spain.
This significant heritage of established road infrastructure, consequently containing a
vast number of structures, imminently lead to necessary management and
maintenance of the including bridges. Under these conditions, this thesis focusses on
the status of the development of the management implementation for bridges,
current trends, and identifying areas for further development. This also includes the
specific application to road networks with limited resources, beyond the national
highways.
In addition to analyzing the various training methodologies, inventory inspections and
condition assessments of bridges, the main objective has been the development of a
specific methodology. This methodology, in addition to the traditional system of
structure and inspection database training criteria, sustains the classification for the
entire road network, according to their condition. This allows, through optimization
techniques, for the correct decision making by the technical managers of the network.
Among the various methods for assessing the evolution forecast of deterioration of
each bridge, a simplified bilinear envelope adjustment made empirical method and
Markov models as the most effective solution to address the analysis of predicting the
spread of damage, arising from a "technical snapshot" obtained through inspections of
the condition of the bridges included in the investigated network.
All theoretical basis reflected in the document, is completed by implementing a
specific Bridges Management System (BMS), adapted according to the needs and
limitations of the authorities for which it has been applied, being in this case
particularly the General Highways Directorate of the autonomous region of Castilla-La
Mancha, for a representative sample of all bridges in the network in the province of
Albacete, starting from a situation where there is currently no formal bridge
management system.
After an analysis of the state of the art in Chapters 2 and 3, a new deterioration
prediction model is developed in Chapter 4, "Deterioration Prediction Model". In the same way, to solve the optimization problem is proposed the use of a singular system
of sequential optimization elected under Chapter 5, the "Evolutionary Algorithms", the
most suitable mathematical tool to adequately distribute the economic resources for
maintenance and conservation for mid-term budget planning.
In Chapter 6, and in the various appendices, data and results are presented of the
developed application for the analyzed local network, from the optimization model,
which guarantees the correct allocation of scarce resources at the disposal of
authorities responsible for the regional networks in Spain. The implementation of
these systems is witnessed with particular interest for the Spanish secondary network,
because of the increasing management responsibility, with decreasing resources.
Chapter 7 presents a series of conclusions that triggers to reconsider shifting from
theoretical studies and conferences towards a practical implementation, considering
how to properly conceive the engineering input and the related education.
The original contributions of the document are also listed.
In the same way, the research on the Bridges Management System can help evaluating
and improving the used systematics.