Desarrollo de una herramienta para la gestión eficiente del mantenimiento de pavimentos urbanos mediante optimización multiobjetivo. Aplicación al distrito Quatre Carreres de la ciudad de Valencia.
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Título: Desarrollo de una herramienta para la gestión eficiente del mantenimiento de pavimentos urbanos mediante optimización multiobjetivo. Aplicación al distrito Quatre Carreres de la ciudad de Valencia.
Autor: Santes Genoves, Adrián
Resumen:
[ES] La gestión del mantenimiento de pavimentos urbanos necesita de un Sistema de Gestión de Pavimentos (SGP) eficiente que permita mantener la red viaria en un nivel de servicio aceptable, al menor coste económico, social y ambiental posible. Para ello, es necesario contar con herramientas que permitan evaluar las distintas alternativas de planificación del pavimento atendiendo a distintos criterios desde una perspectiva sostenible. Surge así la necesidad del desarrollo de una herramienta que permita establecer un mantenimiento óptimo y eficiente del pavimento de la red urbana, siendo este el objetivo del Trabajo Final de Máster. La herramienta trata de minimizar el coste de mantenimiento, las emisiones y afecciones a los usuarios de la red, y maximizar el estado del pavimento durante el periodo de análisis; todo ello bajo un presupuesto preestablecido y asegurando un nivel de condición mínimo para todas las vías. La metodología propuesta se divide en cinco fases: (i) elección de la metodología de análisis multicriterio, (ii) desarrollo del modelo estableciendo las funciones objetivo asociadas a los criterios, la relación entre ellos y las restricciones al modelo, (iii) elección del algoritmo de optimización para la evaluación de las alternativas y adaptación al modelo, (iv) calibración del modelo y de los algoritmos a emplear y (v) aplicación práctica para la demostración de su utilidad. Se ha elaborado una base de datos que recoge los costes económicos, ambientales y sociales de las actuaciones de mantenimiento para alimentar el modelo propuesto; además, se han empleado modelos predictivos del deterioro del pavimento con el paso del tiempo y se han seleccionado las características de la red viaria necesarias para realizar la toma de decisiones, como son la distribución espacial de la secciones viales, la demanda de tráfico y su nivel de importancia en la red. La herramienta ha sido aplicada para determinar el plan de mantenimiento óptimo del pavimento en el Distrito de Quatre Carreres de la ciudad de Valencia (España). Para su puesta en marcha ha sido necesario contar con toda la información relativa a la red viaria, pues son variables necesarias para valorar los criterios. El resultado es una herramienta de optimización multicriterio calibrada para la resolución del problema de la planificación del mantenimiento del pavimento de una red viaria a escala de barrio o ciudad pequeña, y cuya metodología desarrollada para la implementación de la herramienta permite su aplicación a nivel de escala de toda una ciudad si se realiza el proceso de calibración oportuno.
[EN] The urban management pavement maintenance requires an efficient Pavement Management System (PMS) that allows the urban road network to be maintained at an acceptable service level, at the lowest economic, social, and environmental cost. To this end, it is necessary to have tools that allow the evaluation of the different alternatives for pavement planning considering different criteria from a sustainable perspective. Therefore, it is necessary the development of a tool that allows making an optimal and efficient urban pavement maintenance, being this the objective of this Master Thesis. The tool aims at minimizing the maintenance cost and the emissions and conditions to the users network, and maximizing the pavement condition during the analysis period; all this under a pre-established budget and assuring a minimum pavement condition for all road sections. The methodology is divided into five steps: (i) the multi-criteria analysis methodology choice, (ii) development of the model development establishing the objective functions associated with the criteria, the relationship between them and the model constrains, (iii) the optimization algorithm choice for the alternatives evaluation and adaptation to the model, (iv) model calibration and algorithms to be used and (v) practical application to prove that its usefulness. For model development, a database was created to collect the economic, environmental, and social costs of the maintenance activities; moreover, pavement prediction models were used and the road network characteristics necessary for making decisions ¿geometric road features, the traffic demand, and its network importance level¿ were chosen. The calibrated tool was applied to the District of Quatre Carreres in the city of Valencia (Spain). To do that, a data collection regarding the characteristics of the road network was needed. As a result, a multi-criteria optimization tool was calibrated for planning and managing urban pavement maintenance. The model can be applied to an entire city in an effective and efficient way.
[ES] La gestión del mantenimiento de pavimentos urbanos necesita de un Sistema de Gestión de Pavimentos (SGP) eficiente que permita mantener la red viaria en un nivel de servicio aceptable, al menor coste económico, social y ambiental posible. Para ello, es necesario contar con herramientas que permitan evaluar las distintas alternativas de planificación del pavimento atendiendo a distintos criterios desde una perspectiva sostenible. Surge así la necesidad del desarrollo de una herramienta que permita establecer un mantenimiento óptimo y eficiente del pavimento de la red urbana, siendo este el objetivo del Trabajo Final de Máster. La herramienta trata de minimizar el coste de mantenimiento, las emisiones y afecciones a los usuarios de la red, y maximizar el estado del pavimento durante el periodo de análisis; todo ello bajo un presupuesto preestablecido y asegurando un nivel de condición mínimo para todas las vías. La metodología propuesta se divide en cinco fases: (i) elección de la metodología de análisis multicriterio, (ii) desarrollo del modelo estableciendo las funciones objetivo asociadas a los criterios, la relación entre ellos y las restricciones al modelo, (iii) elección del algoritmo de optimización para la evaluación de las alternativas y adaptación al modelo, (iv) calibración del modelo y de los algoritmos a emplear y (v) aplicación práctica para la demostración de su utilidad. Se ha elaborado una base de datos que recoge los costes económicos, ambientales y sociales de las actuaciones de mantenimiento para alimentar el modelo propuesto; además, se han empleado modelos predictivos del deterioro del pavimento con el paso del tiempo y se han seleccionado las características de la red viaria necesarias para realizar la toma de decisiones, como son la distribución espacial de la secciones viales, la demanda de tráfico y su nivel de importancia en la red. La herramienta ha sido aplicada para determinar el plan de mantenimiento óptimo del pavimento en el Distrito de Quatre Carreres de la ciudad de Valencia (España). Para su puesta en marcha ha sido necesario contar con toda la información relativa a la red viaria, pues son variables necesarias para valorar los criterios. El resultado es una herramienta de optimización multicriterio calibrada para la resolución del problema de la planificación del mantenimiento del pavimento de una red viaria a escala de barrio o ciudad pequeña, y cuya metodología desarrollada para la implementación de la herramienta permite su aplicación a nivel de escala de toda una ciudad si se realiza el proceso de calibración oportuno.
[EN] The urban management pavement maintenance requires an efficient Pavement Management System (PMS) that allows the urban road network to be maintained at an acceptable service level, at the lowest economic, social, and environmental cost. To this end, it is necessary to have tools that allow the evaluation of the different alternatives for pavement planning considering different criteria from a sustainable perspective. Therefore, it is necessary the development of a tool that allows making an optimal and efficient urban pavement maintenance, being this the objective of this Master Thesis. The tool aims at minimizing the maintenance cost and the emissions and conditions to the users network, and maximizing the pavement condition during the analysis period; all this under a pre-established budget and assuring a minimum pavement condition for all road sections. The methodology is divided into five steps: (i) the multi-criteria analysis methodology choice, (ii) development of the model development establishing the objective functions associated with the criteria, the relationship between them and the model constrains, (iii) the optimization algorithm choice for the alternatives evaluation and adaptation to the model, (iv) model calibration and algorithms to be used and (v) practical application to prove that its usefulness. For model development, a database was created to collect the economic, environmental, and social costs of the maintenance activities; moreover, pavement prediction models were used and the road network characteristics necessary for making decisions ¿geometric road features, the traffic demand, and its network importance level¿ were chosen. The calibrated tool was applied to the District of Quatre Carreres in the city of Valencia (Spain). To do that, a data collection regarding the characteristics of the road network was needed. As a result, a multi-criteria optimization tool was calibrated for planning and managing urban pavement maintenance. The model can be applied to an entire city in an effective and efficient way.
URI: http://hdl.handle.net/10251/163774
Fecha: 2021-03-12
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ETSICCP - Trabajos académicos [2278]
Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos