Sistemas de gestion de puentes optimizacion de estrategias de mantenimiento implementacion en redes locales de carreteras
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 area de estudio basado en la problematica del inevitable deterioro de las estructuras existentes, y la gestion de las acciones a realizar para mantener las condiciones de servicio de los puentes y prolongar su vida util. Tal y como se comienza a ver en las inversiones en los paises avanzados, con una larga tradicion en el desarrollo de sus infraestructuras, se muestra claramente el nuevo marco al que nos dirigimos. Las nuevas tendencias van encaminadas cada vez mas a la conservacion y mantenimiento, reduciendose las partidas presupuestarias destinadas a nuevas actuaciones, debido a la completa vertebracion territorial que se ha ido instaurando en estos paises, entre los que Espana se encuentra. Este nutrido patrimonio de infraestructuras viarias, que cuentan a su vez con un importante numero de estructuras, hacen necesarias las labores de gestion y mantenimiento de los puentes integrantes en las mismas. Bajo estas premisas, la tesis aborda el estado de desarrollo de la implementacion de los sistemas de gestion de puentes, las tendencias actuales e identificacion de campos por desarrollar, asi como la aplicacion especifica a redes de carreteras de escasos recursos, mas alla de la Red Estatal. Ademas de analizar las diversas metodologias de formacion de inventarios, realizacion de inspecciones y evaluacion del estado de puentes, se ha enfocado, como principal objetivo, el desarrollo de un sistema especifico de prediccion del deterioro y ayuda a la toma de decisiones. Este sistema, adicionalmente a la configuracion tradicional de criterios de formacion de bases de datos de estructuras e inspecciones, plantea, de forma justificada, la clasificacion relativa al conjunto de la red gestionada, segun su estado de condicion. Eso permite, mediante tecnicas de optimizacion, la correcta toma de decisiones a los tecnicos encargados de la gestion de la red. Dentro de los diversos metodos de evaluacion de la prediccion de evolucion del deterioro de cada puente, se plantea la utilizacion de un metodo bilineal simplificado envolvente del ajuste empirico realizado y de los modelos markovianos como la solucion mas efectiva para abordar el analisis de la prediccion de la propagacion del dano. Todo ello explotando la campana experimenta realizada que, a partir de una serie de "fotografias tecnicas" 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 teorica reflejada en el documento, se ve complementada mediante la implementacion de un Sistema de Gestion de Puentes (SGP) especifico, adaptado segun las necesidades y limitaciones de la administracion a la que se ha aplicado, en concreto, la Direccion 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 situacion en la que no existe, actualmente, un sistema formal de gestion de puentes. Tras un meditado analisis del estado del arte dentro de los Capitulos 2 y 3, se plantea un modelo de prediccion del deterioro dentro del Capitulo 4 "Modelo de Prediccion del Deterioro" De la misma manera, para la resolucion del problema de optimizacion, se justifica la utilizacion de un novedoso sistema de optimizacion secuencial elegido dentro del Capitulo 5, los "Algoritmos Evolutivos" en sus diferentes variantes, como la herramienta matematica mas correcta para distribuir adecuadamente los recursos economicos dedicados a mantenimiento y conservacion de los que esta administracion pueda disponer en sus partidas de presupuesto a medio plazo. En el Capitulo 6, y en diversos Anexos al presente documento, se muestran los datos y resultados obtenidos de la aplicacion especifica desarrollada para la red local analizada, utilizando el modelo de deterioro y optimizacion secuencial, que garantiza la correcta asignacion de los escasos recursos de los que disponen las redes autonomicas en Espana. Se plantea con especial interes la implantacion de estos sistemas en la red secundaria espanola, debido a que reciben en los ultimos tiempos una mayor responsabilidad de gestion, con recursos cada vez mas limitados. Finalmente, en el Capitulo 7, se plantean una serie de conclusiones que nos hacen reflexionar de la necesidad de comenzar a pasar, en materia de gestion de infraestructuras, de los estudios teoricos y los congresos, hacia la aplicacion y la practica, con un planteamiento que nos debe llevar a cambios importantes en la forma de concebir la labor del ingeniero y las ensenanzas que se imparten en las escuelas. Tambien se enumeran las aportaciones originales que plantea el documento frente al actual estado del arte. Se plantean, de la misma manera, las lineas de investigacion en materia de Sistemas de Gestion 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.