Plan de mantenimiento eficiente de pavimentos urbanos mediante optimización multiobjetivo. Aplicación al distrito de l Eixample de Valencia.

Abstract

ES] Actualmente las ciudades albergan a más del 50% de la población mundial. Por ello, las vías urbanas tienen un papel estratégico para el crecimiento económico y la competitividad; por lo que el mantenimiento eficiente de dichas infraestructuras resulta un aspecto clave para el desarrollo local y regional. La gestión urbana del pavimento es una tarea difícil para las instituciones responsables de mantener y preservar este tipo de infraestructura. Aspectos como la heterogeneidad de las estructuras del pavimento, las diferencias jerárquicas en la red vial y la dificultad para determinar los flujos de vehículos, junto con los limitados recursos financieros disponibles para mantener la infraestructura pública, conllevan la realización de un mantenimiento incorrecto e irregular con importantes consecuencias para la sociedad. De hecho, numerosos estudios han demostrado que un mantenimiento incorrecto de los pavimentos urbanos deriva en un aumento de los costes de operación de los vehículos, un mayor número de accidentes, un notable incremento de la contaminación atmosférica y, en general, una menor fiabilidad de los servicios de transporte. Por tanto, resulta necesario optimizar y priorizar las alternativas más rentables para mantener la red de pavimento urbano. De ahí surge el proyecto SIMEPU "Sistema Integral de Mantenimiento Eficiente de Pavimentos Urbanos" para la gestión eficiente del mantenimiento de carreteras basada en la monitorización de pavimentos mediante redes neuronales. Este producto permite monitorizar y evaluar de forma automática las patologías del pavimento a partir de imágenes, a la vez que se optimizan y priorizan las actuaciones de mantenimiento bajo condicionantes económicos, sociales y medioambientales. El sistema está pensado para ayudar a las instituciones responsables de mantener y preservar las vías urbanas, principalmente la administración, pero también para la empresa privada. Para que el decisor, ya sea la administración o una empresa privada, pueda emplear esta herramienta atendiendo a diferentes intereses es fundamental que conozca cómo varían los planes de mantenimiento en función de los parámetros de elegidos por el usuario de la herramienta. Con este objeto surge el Trabajo Fin de Máster (TFM), pensando principalmente en la administración como decisor, se pretende determinar cómo debería realizar el mantenimiento para, con el mínimo coste, contaminación y afección a los usuarios posibles, mejorar el estado de la red bajo un presupuesto determinado. El objetivo principal del TFM es aplicar la herramienta desarrollada en el proyecto SIMEPU para analizar los planes de mantenimiento óptimos en base a ciertos parámetros que podría llegar a elegir el decisor, como son: (1) el periodo de evaluación, (2) el presupuesto y (3) los pesos de las funciones objetivo. Para ello, se considerará como zona de estudio el distrito de L'Eixample de Valencia. La metodología a emplear se puede dividir en cuatro fases. En primer lugar, se realizará la caracterización de la zona de estudio , indicando el tipo de vías, la importancia de las mismas, etc. Seguidamente, se determinarán los valores de entrada al modelo, partiendo de la información del estado del pavimento proporcionada por SIMEPU. A continuación, mediante varias optimizaciones que contemplan diferentes escenarios se definirá el óptimo plan de mantenimiento del pavimento y se realizará un análisis de sensibilidad de la herramienta en función de los parámetros de entrada.

[EN] Cities are currently home to more than 50% of the world's population. Therefore, urban roads play a strategic role for economic growth and competitiveness, making the efficient maintenance of these infrastructures a key aspect for local and regional development. Urban pavement management is a difficult task for the institutions responsible for maintaining and preserving this type of infrastructure. Aspects such as the heterogeneity of pavement structures, hierarchical differences in the road network and the difficulty in determining vehicle flows, together with the limited financial resources available to maintain public infrastructure, lead to improper and irregular maintenance with important consequences for society. In fact, numerous studies have shown that improper maintenance of urban pavements leads to an increase in vehicle operating costs, a higher number of accidents, a significant increase in atmospheric pollution and, in general, a lower reliability of transport services. It is therefore necessary to optimize and prioritize the most cost-effective alternatives for maintaining the urban pavement network. From this arises the SIMEPU project - "Sistema Integral de Mantenimiento Eficiente de Pavimentos Urbanos" for efficient management of road maintenance based on pavement monitoring using neural networks. This product allows to automatically monitor and evaluate pavement pathologies from images, while optimizing and prioritizing maintenance actions under economic, social and environmental conditions. The system is designed to help the institutions responsible for maintaining and preserving urban roads, mainly the administration, but also private companies. In order for the decision-maker, whether it is the administration or a private company, to be able to use this tool according to different interests, it is essential to know how maintenance plans vary depending on the parameters chosen by the user of the tool. With this objective in mind, the Master's Thesis (TFM) is intended to determine how maintenance should be carried out to improve the state of the network under a given budget, with the minimum possible cost, pollution and impact on users. The main objective of the TFM is to apply the tool developed in the SIMEPU project to analyze the optimal maintenance plans based on certain parameters that could be chosen by the decision-maker, such as: (1) the evaluation period, (2) the budget and (3) the weights of the target functions. For this purpose, the Eixample district of Valencia will be considered as the study area. The methodology used can be divided into four phases. First, the study area, the district of L'Eixample de Valencia, is characterized, indicating the type of roads, their importance, etc. Then, the input values to the model are determined, starting from the pavement condition information provided by SIMEPU. Then, by means of several optimizations that contemplate different scenarios, the optimal pavement maintenance plan is defined and a sensitivity analysis of the tool is performed as a function of the input parameters.