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12 de julio de 2021 | por: José Gutiérrez | 0 comentarios

Sistemas de gestión de firmes

La explotación de la infraestructura vial incluye todas las tareas necesarias para mantener la carretera, de forma que los usuarios puedan circular por ella en condiciones de seguridad, confort y fluidez. Las actividades que configuran la explotación de una carretera se suelen dividir en cinco grupos: actividades de mejora, de vialidad, de uso y defensa de la carretera; de conservación, y para abastecer los sistemas de gestión.

En general, las actividades de conservación se programan y controlan mediante Sistemas de Gestión, entre ellos el Sistema de Gestión de Firmes (SGF). Se trata de un sistema de apoyo a la toma de decisiones en el ámbito de la conservación de carreteras, para sistematizar la recogida, almacenamiento y posterior análisis de la información relativa a pavimentos.

La conservación del firme tiene por objeto retrasar cuanto sea posible el proceso de degradación de las características funcionales o estructurales del pavimento o, cuando su vida útil ha finalizado o está próxima a hacerlo, recuperar la las características iniciales del firme.

Por lo tanto, en términos generales, los SGF deben diseñarse para proporcionar una aproximación estructurada y comprensible a la gestión de firmes. Su función consiste en asistir a los responsables del proceso de toma de decisiones a encontrar estrategias que permitan mantener los firmes en condiciones adecuadas de servicio durante un determinado periodo de tiempo, de la manera más eficiente desde un punto de vista económico.

Desde un punto de vista conceptual, el Sistema de Gestión de Firmes se compone de inventarios de datos, modelos de seguimiento y análisis, y modelos de optimización y planificación (Figura 1).

Figura 1.- Diagrama conceptual de los constituyentes básicos de un SGF.

En general, los distintos inventarios tienen como objetivo catalogar, describir y cuantificar las distintas variables que intervienen en la gestión de los pavimentos.

Los modelos de evolución y predicción del comportamiento de los firmes sirven, a nivel de la red, para elegir estrategias de conservación óptimas; a nivel de proyecto, son usados para diseñar firmes, realizar análisis de costes del ciclo de vida del firme, seleccionar el diseño óptimo con coste mínimo, y determinar el mejor momento y estado del firme, con el fin de llevar a cabo las actuaciones de conservación.

Finalmente, los modelos de planificación se utilizan para evaluar posibles estrategias de conservación del conjunto del tramo de una carretera, antes de identificar proyectos o actuaciones concretas.

En todo sistema de gestión, primero debemos conocer que tenemos. En el caso del Sistema de Gestión de Firmes hay que entender el Inventario, en un sentido muy amplio, como el conjunto de datos básicos que es preciso manejar en cualquier fase del Sistema. El inventario incluirá desde las características geométricas de la carretera, pasando por la estructura, los materiales, el historial del firme y su rodadura, así como los datos sobre el tráfico que soporta y las condiciones climáticas, hasta la cartografía y el sistema de referenciación, utilizado para facilitar la gestión mediante un Sistema de Información Geográfica (SIG).

Otro aspecto fundamental es conocer el estado de lo que tenemos. Para ello, en el caso de los firmes, hay que distinguir entre el estado estructural, que vendría dado por las deflexiones, y el superficial, que vendría dado por el coeficiente de rozamiento transversal (CRT) y la regularidad superficial (IRI). Estos datos proceden de auscultaciones realizadas mediante equipos de alto rendimiento.

En la tabla 1 se recogen y describen, por un lado, los datos que definen las características de la carretera, y, por el otro, los resultantes de la auscultación del tramo de autovía. Toda esta información, de carácter eminentemente alfanumérico, tiene un componente espacial, que queda explicito mediante su ubicación en la Red.

Tabla 1. Información contenida en el inventario de firmes.

Si la rehabilitación de los firmes no se realiza oportunamente, además de las molestias y posibles riesgos que representan para los usuarios de la carretera, el coste de conservación de la carretera se vería fuertemente incrementado. Por este motivo el Sistema de Gestión debe optimizar la programación, teniendo en cuenta el estado del firme y su evolución desde su construcción o desde la última actuación de rehabilitación.

Una vez conocido el estado de la red, es necesario prever cómo se va a comportar con el paso del tiempo. Para ello se desarrollan modelos adecuados al comportamiento del tramo de carretera que gestionemos. Estos modelos se basan en la relación existente entre los indicadores modelizados y otros parámetros, igualmente medidos sobre la red. La ejecución de estos modelos permitirá conocer el comportamiento del firme en determinadas circunstancias climáticas y de tráfico, la previsión de degradaciones en el firme y su evolución, y, por último, la concepción de estrategias de mantenimiento.

En el nivel de red, estos modelos sirven para la elección de las estrategias de conservación óptimas, la optimización de presupuestos a corto y largo plazo, y la elaboración del calendario de inspecciones, para evaluar el deterioro de los firmes. A diferencia de otro tipo de operaciones, la conservación de firmes es programable y es habitual es confeccionar un plan anual, que se desarrolla periódicamente. Para ello, en cada paso del esquema conceptual que se presentamos a continuación, se seguirán las metodologías y procedimientos que se detallan.

Figura 2.- Flujo de trabajo en el que se incorporan distintas tecnologías y metodologías.

Los datos se obtienen mediante equipos de alto rendimiento, como el que se muestra a continuación. Podemos obtener así el CRT, IRI, deflexiones e inspecciones visuales. Además, se utilizarán las medidas de IMD que se realizan para calibrar el modelo a lo largo del tiempo de explotación.

Figura 3.- Equipo de alto rendimiento que será utilizado en la toma de datos de la carretera objeto de la gestión.

 

Figura 4.- Análisis de deterioros en el firme.

Los datos suministrados por los equipos de auscultación se almacenan en bases de datos, que responden a distintos modelos de organización y estructuración, dependiendo del dato medido. Estos datos, procedentes de las inspecciones o auscultaciones, están disponibles en formato digital, aunque habitualmente no estén relacionados entre sí; de hecho, normalmente los diversos ficheros de datos se crean independientemente, por distintos suministradores, con distintos criterios de almacenamiento, etc.

Por otro lado, el tipo de gestión que tradicionalmente se hace con estos datos es básicamente descriptiva, y en la mayoría de los casos trata individualmente los parámetros o índices medidos, realizando una tramificación según distintos criterios estadísticos. Todo ello es, con bastante seguridad, reflejo de la dificultad implícita al manejar volúmenes de datos tan grandes, de índole tan diversa, y con una sensible variación espacial y temporal.

Por tanto, un Sistema de Gestión de Firmes debe responder a la necesidad de localizar estos datos, usarlos conjuntamente y hacer análisis espaciales y temporales. El motivo no es otro que evaluar el estado estructural y funcional del firme y, a partir de esta evaluación, establecer prioridades en los proyectos de conservación previstos, crear estrategias de mantenimiento y rehabilitación adecuadas, y predecir el comportamiento del firme en escenarios futuros.

No solo es necesario conocer la evolución de los firmes a lo largo del tiempo, es preciso también incorporar los umbrales de aceptación de seguridad y confort que define el contrato o la técnica.

Los umbrales de representación interpretan los valores cuantitativos de los indicadores, procedentes de la auscultación, en términos cualitativos. Cada uno de los indicadores –CRT, IRI y Deflexiones- es calificado como bueno (B), regular (R) o malo (M), dependiendo de los valores seleccionados.

Los umbrales de planificación interpretan de forma conjunta los valores cuantitativos de los indicadores, procedentes de la auscultación, en términos cualitativos. El rango de valores conjunto de los indicadores –CRT, IRI y Deflexiones- se clasificarán en muy crítico estructural (MCE), crítico estructural (CE), crítico superficial (CS), preventivo estructural (PE) y preventivo superficial (PS), dependiendo de los valores seleccionados,. Estos valores deben emplearse para conocer la gravedad del estado del firme en las simulaciones que se realicen y, en última instancia, para aplicar la lógica de asignación de actuaciones

De forma muy resumida, la lógica de decisión que se implementa en un sistema es la siguiente:

Para valorar el momento óptimo de actuación, se debe considerar que:

  • Si el estado de gravedad del año de estudio es muy crítico (estructural o superficial) o crítico estructural, debemos actuar.
  • Si su estado es crítico superficial, actuaremos, a no ser que aparezca un preventivo estructural, crítico estructural o muy crítico estructural, establecido por el gestor para los años consecutivos, debemos esperar.
  • Si es preventivo estructural, actuaremos, a no ser que aparezca un crítico estructural establecido por el gestor en los años consecutivos, en cuyo caso debemos esperar.
  • Si es estado preventivo superficial actuaremos, a no ser que aparezca un crítico superficial, preventivo estructural o crítico estructural para los años consecutivos, establecido por el gestor, en cuyo caso esperaremos.

En el SGF, el gestor tiene la posibilidad de generar tantos escenarios de mantenimiento como considere oportunos. De este modo, podrá aplicar las mejores soluciones para que el estado de la vía sea idóneo, de acuerdo con las condiciones contractuales, con el menor coste y, sobre todo, con la menor afección al usuario de la vía.

Autor: Diego Herreros Laguía, docente del Master en Diseño, Construcción y Mantenimiento de Carreteras de EADIC.

Máster en Diseño, Construcción y Mantenimiento de Carreteras

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