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Master Thesis ǀ Tesis de Maestría submitted within the UNIGIS MSc programme presentada para el Programa UNIGIS MSc at/en

Interfaculty Department of Geoinformatics- Z_GIS Departamento de Geomática – Z_GIS University of Salzburg ǀ Universidad de Salzburg APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICO EN LA GESTIÓN DE MANTENIMIENTO VIAL, DE LA PROVINCIA DE SANTO DOMINGO DE LOS TSACHILAS, ECUADOR APPLICATION OF GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEMS IN ROAD MAINTENANCE MANAGEMENT, IN SANTO DOMINGO DE LOS TSACHILAS‘ PROVINCE, ECUADOR by/por

WASHINGTON PATRICIO NAVARRO BATALLAS 01223180 A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements of the degree of Master of Science– MSc Laure Collet Leonardo Zurita Arthos PhD

SANTO DOMINGO DE LOS COLORADOS - ECUADOR, OCTUBRE 2021

Compromiso de Ciencia Por medio del presente documento, incluyendo mi firma personal certifico y aseguro que mi tesis es completamente el resultado de mi propio trabajo. He citado todas las fuentes que he usado en mi tesis y en todos los casos he indicado su origen.

Firmado electrónicamente por:

Washington Patricio Navarro Batallas Santo Domingo de los Colorados, 23 de oct. de 2021

WASHINGTON PATRICIO NAVARRO BATALLAS

(Firma)

DEDICATORIA

A ti mi Dios, por ser tan bondadoso conmigo y darme…

Una compañera de vida, Paty, mi esposa Una razón de superación, María del Carmen, mi hija Los mejores ejemplos de vida, mis recordados Padres.

AGRADECIMIENTO

A los abuelitos de María del Carmen, doña Angelita y don Ruffo A la tía Pilito, por su cariño incondicional a María del Carmen A Biandona, por ser la mejor “hermana” de María del Carmen A mis hermanos, por mantener el legado de nuestros Padres

RESUMEN Las vías desde épocas remotas han sido un medio de comunicación entre las ciudades. La importancia de su existencia radica en que permiten el desarrollo de poblaciones ya sea por factores económicos, turísticos o de interconectividad. En Ecuador, existe una infraestructura vial cercana o superior al promedio de los países de la región en cuanto a los kilómetros de vías asfaltadas y pavimentadas. Sin embargo, la gestión vial presenta deficiencias, el principal problema radica en que no existe una base de datos cartográfica y alfanumérica estandarizada a nivel nacional con información referente a las fallas del pavimiento georreferenciadas. Las entidades competentes de la gestión vial conocen el estado de las mismas; pero, no poseen una herramienta visual que permita la toma de decisiones para la ejecución de proyectos priorizando aquellas vías que requieren de un mantenimiento inmediato para prolongar su vida útil.

El presente trabajo se centró en obtener una matriz de decisiones bajo criterios técnicos sustentados en análisis geoespacial, para una visualización general del tipo de mantenimiento requerido en cada tramo vial. Se tomó como base de estudio las fallas en el pavimento flexible sobre la vía a Puerto Limón en la provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas. Los datos recolectados en campo fueron ingresados en una geodatabase estructurada mediante un diccionario de datos. El empleo del GPS fue indispensable para la georreferenciación de las fallas que se encontraron en la vía.

Con la metodología aplicada y a través del uso de herramientas geoespaciales para generar el trazo automático de los tramos viales mediante la intersección de puntos y líneas a distancias específicas, se obtuvo que el 11% de los tramos afectados requieren un mantenimiento preventivo y que todos los tramos a lo largo de la vía necesitan un mantenimiento rutinario. Con el mapeo de las fallas del pavimento se visualiza los tramos afectados, el tipo de falla, la severidad y la longitud afectada. De esta manera, los criterios usados fortalecen la alimentación dentro de los sistemas de información geográfica convirtiéndose en una herramienta de apoyo estratégica para la toma de decisiones en cuanto a la ejecución de proyectos para mantenimientos en el tema vial.

Palabras claves: pavimento flexible, sistemas de información geográfica, falla, tramos, georreferenciación

ABSTRACT Roads since ancient times have been a means of communication between cities.

The importance of their existence lies in the fact that they allow the development of populations either due to economic, tourist or interconnectivity factors. In Ecuador, there is a road infrastructure close to or higher than the average of the countries in the region in terms of kilometers of asphalt and paved roads. However, road management has deficiencies. The main problem is that there is no standardized cartographic and alphanumeric database at the national level with information regarding georeferenced pavement faults. The competent entities of road management know their status; However, they do not have a visual tool that allows decision-making for the execution of projects, prioritizing those routes that require immediate maintenance to extend their useful life.

The present work focused on obtaining a decision matrix under technical criteria supported by geospatial analysis, for a general visualization of the type of maintenance required in each road section. The failures in the flexible pavement on the road to Puerto Limón in the province of Santo Domingo de los Tsáchilas were taken as the basis of study.

The data collected in the field was entered into a structured geodatabase using a data dictionary. The use of GPS was essential for the georeferencing of the faults found on the road.

With the applied methodology and through the use of geospatial tools to generate the automatic layout of the road sections through the intersection of points and lines at specific distances, it was obtained that 11% of the affected sections require preventive maintenance and that all sections along the road they need routine maintenance. With the mapping of the pavement faults, the affected sections, the type of fault, the severity and the affected length are visualized. In this way, the criteria used strengthen the feeding within the geographic information systems, becoming a strategic support tool for decision-making regarding the execution of projects for road maintenance.

Keywords: flexible pavement, geographic information systems, fault, sections, georeferencing.

TABLA DE CONTENIDO

1

2

3

CAPITULO 1.-

PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ......................... 1

1.1

Antecedentes ........................................................................................... 1

1.2

Objetivo General ..................................................................................... 3

1.3

Objetivos Específicos ............................................................................. 3

1.4

Preguntas de investigación...................................................................... 3

1.5

Hipótesis ................................................................................................. 3

1.6

Justificación ............................................................................................ 4

1.7

Alcance ................................................................................................... 5

CAPITULO 2.-

MARCO TEÓRICO ..................................................... 6

2.1

Infraestructura Vial en Santo Domingo de los Tsáchilas........................ 6

2.2

Tipos de pavimentos ............................................................................... 8

2.4

Fallas en pavimentos asfálticos............................................................. 11

2.4

Tipos de Fallas ...................................................................................... 12

2.5

Mantenimiento y gestión vial ............................................................... 15

2.6

Los SIG en las infraestructuras viales ................................................... 18

2.7

Investigaciones relacionadas................................................................. 21

CAPITULO 3.-

METODOLOGÍA ....................................................... 23

3.1

Área de estudio ..................................................................................... 23

3.2

Metodología y descripción de fases de trabajo ..................................... 25

3.3

Definición de variables y diccionario de datos ..................................... 27

3.4

Elaboración y Diseño de la estructura de la base de datos y plantillas . 33

3.5

Levantamiento de campo ...................................................................... 35

3.6

Digitación de la información a la geodatabase ..................................... 35

3.7

Definición de variables y criterios para la matriz de decisiones ........... 36

3.8

Elaboración de la matriz de decisiones ................................................. 37

4

CAPITULO 4.- RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................... 39 4.1

Resultados ............................................................................................. 39

4.2

Discusión .............................................................................................. 44

5

CAPITULO 5.- CONCLUSIONES .......................................................... 48

6

Bibliografía ................................................................................................. 50

7 ANEXOS……………………………………………………………………54 Anexo 1.- ALCANTARILLAS VÍA PUERTO LIMÓN Anexo 2.- ESTADO SEÑALÉTICA VERTICAL VÍA PUERTO LIMÓN Anexo 3.- FALLAS PAVIMENTO VIA PUERTO LIMÓN Anexo 4.- FALLAS PAVIMENTO FLEXIBLE VIA PUERTO LIMÓN Anexo 5.- MANTENIMIENTO POR TRAMOS VIA PUERTO LIMÓN

ACRÓNIMOS BID: Banco Interandino de Desarrollo CAD: Computer Aided-Desing CRD: Coeficiente de Resistencia a Deslizamiento CBR: California Bearing Ratio IGM: Instituto Geográfico Militar INEC: Instituto Nacional de Estadísticas y Censo IRI: Índice de Rugosidad Internacional GADM: Gobierno Autónomo Descentralizado Municipal GADP: Gobierno Autónomo Descentralizado Provincial GDB: Geodatabase GPS: Global Positioning System MDR: Modified Distress Rating MTOP: Ministerio de Transporte y Obras Públicas OPI: Overall Pavement Index PDOT: Plan de Desarrollo y Ordenamiento Territorial PSI: Pavement Serviciability Index SNI: Sistema Nacional de Información SIG: Sistema de Información Geográfico TPD: Tránsito Promedio Diario TPDA: Tráfico Promedio Diario Anual

LISTA DE FIGURAS Figura 1. Red Vial de Santo Domingo de los Tsáchilas ....................................... 8 Figura 2. Capas de un pavimento rígido ............................................................... 9 Figura 3. Capas de los pavimentos flexibles ...................................................... 10 Figura 4.- Falla Piel de cocodrilo ...................................................................... 12 Figura 5. Comportamiento vida útil de una vía con mantenimiento .................. 17 Figura 6. Ejemplificación de una red vial ........................................................... 20 Figura 7.- Ubicación de la Parroquia rural Puerto Limón .................................. 23 Figura 8. Mapa capa de rodadura Parroquia de Puerto Limón ........................... 24 Figura 9.- Flujograma metodología de trabajo ................................................... 26 Figura 10. Plantilla ficha de campo .................................................................... 34 Figura 11. Estructura GDB ................................................................................. 35 Figura 12. Número de carriles Vía Puerto Limón ............................................. 40 Figura 13. Señalética vertical en estado regular y malo ..................................... 41 Figura 14. Estado de alcantarillas ...................................................................... 42 Figura 15. Maleza en los costados de la vía ....................................................... 42 Figura 16. Mantenimientos a efectuarse sobre la vía.......................................... 47

LISTA DE TABLAS Tabla 1. Clasificación de la red vial en Ecuador .................................................. 6 Tabla 2. Administración vial por niveles de gobierno .......................................... 7 Tabla 3. Volúmenes Norma Ecuatoriana Vial NEVI 12 .................................... 11 Tabla 4.- Niveles de severidad para huecos ........................................................ 14 Tabla 5.- Tipos de mantenimiento vial ............................................................... 17 Tabla 6. Longitud capas de rodadura .................................................................. 24 Tabla 7. Geometría de feature class .................................................................... 27 Tabla 8. Diccionario de datos: Vía ..................................................................... 28 Tabla 9. Diccionario de datos: Tramo ................................................................ 28 Tabla 10. Diccionario de datos: Fallas ............................................................... 29 Tabla 11. Diccionario de datos: Alcantarilla ...................................................... 31 Tabla 12. Diccionario de datos: Señalética vertical ............................................ 32 Tabla 13. Mantenimiento vial ............................................................................. 33 Tabla 14. Ponderaciones para la matriz de decisiones........................................ 36 Tabla 15. Longitud de vías asfálticas para muestreo .......................................... 37 Tabla 18. Matriz de decisiones ........................................................................... 38 Tabla 16. Fallas, severidad y número de tramos................................................. 39 Tabla 17. Áreas afectadas por tramos ................................................................. 40 Tabla 19. Tipos de mantenimiento por tramos afectados ................................... 44

1 1.1

CAPITULO 1.-

PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

Antecedentes Las vías son un medio de comunicación y desarrollo para un país. Contar con una

infraestructura vial en óptimas condiciones permite un flujo constante y seguro de vehículos y personas. Además, el desarrollo económico, social y cultural de las provincias, parroquias y comunidades crece con la posibilidad de trasladarse y comunicarse entre ellas; es decir, una limitación en la conectividad vial impide el progreso de las poblaciones.

Contar con un patrimonio vial nacional considerando las zonas urbanas y rurales representa una inversión considerable en millones de dólares. Es por ello que su construcción, rehabilitación y mantenimiento está en función de la planificación anual de proyectos y actividades de cada autoridad en turno, considerando sus competencias territoriales. Además, las instituciones públicas cuentan con una asignación presupuestaria y económica para la ejecución de dichas actividades de manera anual. Por esta razón, es importante que los organismos responsables de la gestión vial dispongan de herramientas técnicas actualizadas y verídicas que permitan conocer el estado físico actual de las vías y, así garantizar un óptimo manejo de los recursos financieros y técnicos.

El avance científico en las últimas décadas en el ámbito geográfico ha permitido que los Sistemas de Información Geográficos (SIG) se constituyan en una herramienta fundamental para la toma de decisiones, debido que pueden integrar espacialmente los datos usando dos fuentes de información esenciales: la base cartográfica y la base de datos con indicadores e información categórica o numérica (Solminihac, Echaveguren, y Chamorro, 2018). De esta manera, para el ámbito vial se pueden contar con datos georreferenciados sobre los parámetros técnicos y geométricos de las vías en formato de puntos, líneas o áreas donde se considere variables que permitan conocer los estados físicos de los pavimentos.

En Ecuador, el diseño, construcción y mantenimiento vial está a cargo de diferentes instituciones públicas según sus competencias territoriales. De esta manera, se tiene como actores principales a las siguientes instituciones: Ministerio de Transporte y Obras Públicas (MTOP) en vías colectoras de primer y segundo orden, Gobiernos Autónomos Descentralizados Provinciales (GADP) en los caminos vecinales ya sean de tercer o cuarto orden y Gobiernos Autónomos Descentralizados Municipales (GADM) en 1

las vías de las zonas urbanas (Moreno Ponce, Parrales Cantos, Cobos Lucio, y Cordero Garces, 2018). Dentro del proyecto “Asistencia Técnica al Programa de Infraestructura y Conservación Vial (EC-L1065) presentado por el MTOP al Banco Interandino de Desarrollo (BID) en el año 2014 se manifiesta que: Ecuador presenta limitaciones importantes en su infraestructura de transportes. Aunque en términos de kilómetros de vías pavimentadas, densidad de la red vial nacional, número de puertos y aeropuertos, el país cuenta con niveles cercanos o superiores al promedio de países de la región, los aspectos de gestión de la infraestructura presentan deficiencias serias (Ministerio de Transporte y Obras Publicas del Ecuador, 2014, pág. 2).

En el ámbito cartográfico en el Ecuador, el Instituto Geográfico Militar (IGM) es el ente regulador a nivel nacional para las actividades de esta índole, es así que posee un catálogo de objetos para el establecimiento de un esquema de organización de la información, el mismo que contiene la definición y clasificación de los datos geográficos (Instituto Geográfico Militar, 2018). En relación al tema vial dentro de dicha catalogación existen variables básicas que, en su mayoría, no son relevantes para la toma de decisiones en la gestión vial. El MTOP no posee un reglamento técnico que establezca las variables mínimas que se deberían considerar dentro de los catastros viales para facilitar la toma de decisiones en cualquier índole, sea para mantenimiento, rehabilitación o ampliación de la infraestructura vial, por lo tanto, cada organismo administrativo territorial dentro de su competencia vial, tiene un criterio libre para la estructuración de su base de datos, que no necesariamente esta esquematizada dentro de un SIG. El almacenamiento de la información de las características de las vías en un SIG sería un primer paso para proponer una herramienta técnica sobre la cual se realice actividades programadas de mantenimiento vial; es decir, que permita saber el tipo de mantenimiento a realizar, donde ejecutarlo y qué insumos serían los requeridos, así la planificación estaría en función de la prioridad de intervención prolongando la vida útil de la estructura del pavimento.

En el año 2007 fue creada la Provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas, que económica y estratégicamente es un punto clave para el intercambio de productos entre la región Sierra y Costa del Ecuador y, desde su creación se han realizado obras viales que han beneficiado notablemente a esta provincia, permitiéndole mejorar e incrementar la cobertura en red vial en zonas urbanas y rurales. Es así que, varios tramos de carreteras 2

han sido mejorados tanto en su estructura, superficie de rodadura y trazado geométrico.

En el año 2013, el Ministerio de Transporte y Obras Públicas del Ecuador ejecutó la rehabilitación y mantenimiento de un total de 232,40 km de vías que permitieron incorporar extensas zonas agrícolas, ganaderas y turísticas al desarrollo económico dentro de la provincia (Wicitec, 2014).

1.2

Objetivo General Establecer una matriz de decisiones para la gestión de mantenimiento vial, de las

vías en pavimento flexible de la Provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas (Ecuador).

1.3

Objetivos Específicos •

Definir los principales tipos de fallas que se pueden encontrar en el pavimento flexible.

•

Inventariar los diferentes tipos de fallas en la capa de rodadura, así como los elementos básicos encontrados en la vía sobre una base SIG.

•

Establecer criterios técnicos para la formulación de la matriz de decisiones.

•

Realizar un diagnóstico del estado de la infraestructura vial, ingresada y estructurada en la base de datos.

•

Establecer el tipo de intervención requerida en los diferentes tramos viales, mediante la Matriz de Decisiones.

1.4

Preguntas de investigación ¿Cuáles son los tipos de fallas que se pueden presentar en un pavimento flexible? ¿Qué elementos básicos y fallas se pueden encontrar en las vías? ¿Cuáles son los criterios técnicos considerados en la formulación de la matriz de

decisiones? ¿Qué tipo de mantenimiento se debe realizar en la vía?

1.5

Hipótesis El análisis geoespacial multivariable direcciona la toma de decisiones para los

diferentes tipos de mantenimiento: rutinario, preventivo y emergente en las redes viales de la Provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas (Ecuador).

3

1.6

Justificación Al ser las vías un elemento principal para el crecimiento económico y social de

las comunidades que conforman parte de una nación, su estado físico debe estar en óptimas condiciones a fin de brindar seguridad, confort, comodidad y armonía a todo usuario que utiliza cualquier tipo de infraestructura vial, es por ello que el mantenimiento de una vía radica básicamente en prever y dar solución a problemas o inconvenientes que se presenten debido al normal uso de la misma.

En Ecuador, existe una deficiencia en la gestión vial que, sumado a la falta de una base de datos cartográfica y alfanumérica estandarizada a nivel nacional sobre las fallas en el pavimento, impide una generación adecuada y óptima de un Sistema de Gestión de Mantenimiento Vial. El respaldo de un correcto inventario de los parámetros técnicos y geométricos básicos de la infraestructura vial facilitaría la toma de decisiones para realizar el mantenimiento pertinente en pro de alargar la vida útil de las vías y así, elevar el nivel de serviciabilidad a los usuarios otorgando un beneficio colectivo social para el desarrollo de las ciudades que se interconectar a través de la cobertura vial.

El presente estudio se realizará con la información vial de la provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas, en la parroquia de Puerto Limón. La información de la infraestructura vial de la provincia es manejada por el GADP De Santo Domingo de Los Tsáchilas en formato Computer Aided-Desing (CAD) y SIG; sin embargo, las bases SIG existentes están desactualizadas y no poseen una estructuración adecuada. La falta de organización de la información en un SIG hace que toda la información cartográfica se encuentra dispersa lo que dificulta el manejo de la misma para tomar decisiones respecto al mantenimiento vial, ampliación o rehabilitación de las vías. Es por ello que el modelamiento de la infraestructura vial en un SIG es clave, en vista que, con esta herramienta, se podrá operar datos georreferenciados para convertirlos en información analítica que facilite la toma de decisiones en base a criterios técnicos.

En el año 2009, el GADP de Santo Domingo de Los Tsáchilas realizó un inventario vial como parte del estudio del Plan de Desarrollo y Ordenamiento Territorial (PDOT), el mismo que se limitó al levantamiento del trazado de las vías existentes y a la jerarquía de las mismas (vía, camino, sendero), siendo la única información que dispone el GADP. La implementación de un sistema de gestión de mantenimiento vial requiere contar con un inventario vial actualizado y georreferenciado, que considere los diferentes

4

tipos de deterioro como son los desprendimientos, las deformaciones y los agrietamientos los cuales permitirán inferir la condición del deterioro, así como también las acciones de conservación a seguir en sectores con deficiencia estructural.

Con la creación de una línea base actual, que contenga un inventario vial con datos georreferenciados, los cuales se encuentren almacenados en una base estructurada de SIG, permitirá que el GADP de Santo Domingo de Los Tsáchilas disponga de información tanto gráfica como alfanumérica, actualizada y enriquecida con datos que reflejen las condiciones actuales de las vías a fin de planificar las actividades necesarias para ejecutar un mantenimiento vial, decidir el tipo de intervención y hacer un seguimiento del estado a lo largo de un periodo de tiempo en base a una matriz de decisiones.

Adicional, en Ecuador se han realizado temas de tesis en relación al mantenimiento y gestión vial enfocadas en la economización de recursos, sin embargo, ninguna de dichas tesis ha utilizado a los SIG como una herramienta de apoyo, lo que hace de este trabajo uno de los pioneros en considerar a los SIG como herramientas en la gestión vial de los pavimentos en Ecuador, además de proporcionar la estructura de una geodatabase para el almacenamiento de datos que favorezcan a las entidades correspondientes de la gestión vial.

1.7

Alcance Mediante el presente estudio se determinará las fallas en el pavimento flexible a

través de una inspección visual (método no destructivo) del tramo vial de acceso principal a la parroquia de Puerto Limón, provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas. La base SIG contendrá un levantamiento de información sobre las fallas existentes en la capa de rodadura y parte de la infraestructura vial como las alcantarillas y señalización vertical, en base a un análisis geoespacial multivariable se generará una matriz de decisiones que establezca el tipo de mantenimiento vial que se debe realizar acorde los daños presentados en la capa de rodadura del pavimento flexible. Para la georreferenciación de las fallas se usará el Sistema de Posicionamiento Global o Global Positioning System (GPS).

5

2 2.1

CAPITULO 2.-

MARCO TEÓRICO

Clasificación y competencias de la infraestructura vial en Ecuador Las vías de comunicación terrestre desde siglos han sido la base fundamental para

mantener activo el comercio, la unión y el turismo entre diversas comunidades. Las redes viales constituyen una inversión de grandes cantidades de dinero que de manera anual deben ser planificadas en las instituciones responsables de este ámbito territorial.

En Ecuador, el MTOP es el ente regulador nacional en el aspecto vial, teniendo en sus competencias la formulación, implantación y evaluación de políticas, regulaciones, planes, programas y proyectos que garanticen una red de transporte seguro y competitivo, minimizando el impacto ambiental y contribuyendo al desarrollo social y económico del País (Ministerio de Transporte y Obras Publicas de Ecuador, s.f.).

La clasificación de la red vial en el Ecuador de acuerdo al Reglamento de la Ley Sistema Infraestructura Vial del Transporte Terrestre (2018, págs. 2-4) se muestra en la tabla 1.

La administración de la infraestructura vial se realiza de acuerdo a las competencias de cada entidad pública existentes en cada territorio, estas competencias se encuentran normadas en los artículos 15, 16 y 17 de la Ley Sistema Nacional de Infraestructura Vial Transporte Terrestre. Particularmente, Santo Domingo de los Tsáchilas es una provincia estratégica en el Ecuador porque permite la conexión entre las regiones de la Sierra y la Costa para el intercambio comercial y turístico. De acuerdo a la información geográfica disponible en el Sistema Nacional de Información (SNI) acerca de las vías estatales del Ecuador, la provincia de Santo Domingo tiene el 2,1% de la red vial nacional.

Santo Domingo de los Tsáchilas tiene tres niveles de gobierno para la administración vial detallados en la tabla 2.

6

Tabla 1. Clasificación de la red vial en Ecuador Clasificación

Tipo de vía Autopistas Autovías Por su diseño Carreteras Caminos vecinales Urbanas Vías nacionales Por su funcionalidad Vías locales Vías de servidumbre Caminos públicos Por su dominio Caminos privados Carreteras Ferrovía Por su uso Ciclo vías Vías exclusivas Red vial nacional Red vial estatal Por su jurisdicción y competencia Red vial regional Red vial cantonal urbana *Carretera RI, RII Carretera CLASE I Carretera CLASE II Por su Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA) Carretera CLASE III Carretera CLASE IV Carretera CLASE V * Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA) desde 8.000 vehículos.

Fuente: Reglamento Ley Sistema Infraestructura Vial del Transporte Terrestre (2018).

Tabla 2. Administración vial por niveles de gobierno Nivel de Gobierno

Tipo de vía por su jurisdicción y competencia

Ministerio de Transporte y Obras

Red vial estatal

Públicas GAD

Provincial

de

Santo

Red vial provincial

Domingo de los Tsáchilas GAD

Municipal

de

Santo

Red vial cantonal urbana

Domingo

Fuente: Reglamento Ley Sistema Infraestructura Vial del Transporte Terrestre (2018).

7

La figura 1 muestra un mapa con las vías existentes en la provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas descritas en la tabla 2, se debe considerar que administrativa y políticamente la provincia tiene dos cantones: Santo Domingo de los Colorados (Cabecera provincial) y La Concordia.

Figura 1. Red Vial de Santo Domingo de los Tsáchilas 2.2

Tipos de pavimentos Los pavimentos en general corresponden a una superficie de rodamiento

constituida por una serie de capas superpuestas diseñadas y construidas bajo normas técnicas que garantizan una superficie óptima para el tránsito de vehículos. Un parámetro importante a considerar al momento de diseñar un pavimento es la carga que deberá soportar el pavimento, así como también los materiales y/o mezclas a emplearse en el momento de la construcción (Departamento de transporte - Facultad de Ingenieria Universidad de Buenos Aires, s.f).

Actualmente, existe gran cantidad de pavimentos, pero, en general, pueden ser clasificadas de la siguiente manera: rígidos y flexibles, mixtos o compuestos.

Pavimentos rígidos: son aquellos que en su capa de rodadura tienen por material losas de concreto hidráulico. El concreto usado resulta tener un alto nivel de elasticidad 8

y resistencia a altos esfuerzos mecánicos (Camargo, 2011). Al momento de su construcción, suelen tener costos elevados, pero a largo plazo resultan ser más económicos por el tema de su mantenimiento. La vida útil estimada para este pavimento es de 20 a 40 años.

La figura 2 presenta las capas principales de las que se componen los pavimentos rígidos, que como se puede apreciar son tres.

Figura 2. Capas de un pavimento rígido Fuente: Calo (2008).

Pavimentos flexibles: o conocidos como pavimentos asfalticos porque su principal componente es una mezcla asfáltica aplicada sobre una capa de base y una capa de sub-base. La construcción de este tipo de pavimento suele ser relativamente económicos, sin embargo, a largo plazo su mantenimiento es caro. La vida útil en este tipo de pavimento es de 10 a 20 años (Tapia, 2015).

La figura 3 presenta las capas principales de las que se componen los pavimentos flexibles o asfalticos:

9

Figura 3. Capas de los pavimentos flexibles Fuente: Calo (2008).

2.3 Normativa vial La normativa vial para el diseño y construcción de pavimentos se basa en el Manual de pavimentos rígidos tomo 2 denominado normas para pavimentos rígidos, realizado en el año 2012. Dicho manual trata acerca de once normas relevantes publicadas por el Departamento Nacional de Infraestructura de Transportes de la República de Brasil y que hablan acerca de las especificaciones de los materiales, las especificaciones de servicio y procedimiento al momento del diseño y construcción de este tipo de vías (Instituto Bolivariano del Cemento y el hormigón, 2012).

Adicional, el MTOP, en su afán de ejercer sus competencias basándose en los estándares internacionales de calidad y alineados con las directrices económicas, sociales, medioambientales y el plan de desarrollo nacional ecuatoriana, en el año 2013, realizó una actualización y complementación de las normas y especificaciones técnicas en temas referentes al transporte vial, por tal motivo creó la Norma Ecuatoriana Vial, NEVI-12.

Este grupo de normativas establecen políticas, criterios, procedimientos y metodologías para los proyectos viales en los estudios de planificación, diseño y evaluación de proyectos viales (Ministerio de Transporte y Obras Publicas, 2013).

La Norma Ecuatoriana Vial NEVI-12 está constituida por 6 volúmenes que involucran diferentes temáticas y que están relacionadas con las fases de estudios,

10

construcción, mantenimiento y contratación de proyectos viales, la tabla 3 muestra un resumen de los temas tratados en cada volumen de la norma anteriormente mencionada: Tabla 3. Volúmenes Norma Ecuatoriana Vial NEVI 12

Fuente: Ministerio de Transporte y Obras Publicas (2013) 2.4

Fallas en pavimentos asfálticos La revisión de las fallas en este tipo de pavimentos se debe realizar al menos una

vez al año, analizando las fallas presentes en la vía a través de una inspección visual para determinar el grado de severidad de las fallas, aunque también se deberían realizar pruebas destructivas o no destructivas a fin de determinar la condición estructural del pavimento.

Durante la vida de servicio de un pavimento los efectos combinados del tráfico, la hidrología, la geología y el tiempo contribuyen al deterioro de los pavimentos, lo que complica la función vial de brindar a los usuarios la posibilidad de un rodaje seguro, económico y cómodo (Geovial, 2010).

De acuerdo a Morales Colca (2019), entre las causas principales de las fallas de un pavimento están: 1. Incremento del tránsito con respecto a las estimaciones del diseño de pavimento original.

2. Factores climáticos imprevistos (lluvias extraordinarias).

11

3. Insuficiencia de estructuras de drenaje superficial y/o subterráneo.

4. Insuficiencia o ausencia de mantenimiento y/o rehabilitación de pavimentos.

Dependiendo de su origen, las fallas pueden ser clasificadas de la siguiente manera:

2.4

-

Fallas o deterioros de la superficie (desprendimientos)

-

Fallas o deterioros de la estructura (deformación y agrietamientos)

Tipos de Fallas

2.4.1.1 Piel de cocodrilo Corresponde a una falla o agrietamiento superficial, conocida como grietas de fatiga o piel de cocodrilo, cuando se manifiesta esta falla no existen hundimientos o desplazamientos de las capas por las que está conformada la estructura vial. Inicialmente, se propaga en la superficie como una serie de grietas paralelas y, posteriormente con las repetidas cargas de tránsito, dichas grietas se conectan formando polígonos con un patrón que semeja a la piel de cocodrilo o malla cerrada (Vasquez Verala, 2020). Usualmente, se encuentra acompañado por ahuellamiento que es una deformación permanente en la estructura generada particularmente por un exceso en el tráfico, cargas elevadas por eje, malos procesos constructivos y altas temperaturas de servicio. La figura 1 presenta una vista de perfil y una vista de planta de este tipo de falla en los pavimentos, como puede observarse este tipo de falla afecta directamente a la capa de rodamiento.

Figura 4.- Falla Piel de cocodrilo Fuente: Oficina técnica Ingeniero Jose Heredia y Asociados (2010).

La mayor dificultad en la medida de este tipo de daño radica en que, a menudo, dos o tres niveles de severidad coexisten en un área deteriorada. Si estas porciones pueden ser diferenciadas con facilidad, deben medirse y registrarse separadamente. De lo contrario, toda el área deberá ser calificada en el mayor nivel de severidad que se presente 12

(Corros, Urbáez, y Corredor, 2012). Este tipo de falla se mide en metros cuadrados (m2) del área afectada.

2.4.1.2 Exudación del ligante (llorado) La exudación produce un afloramiento de material bituminoso en la superficie del pavimento creando una película continua del ligante la cual forma una superficie brillante y reflectiva que usualmente llega a ser pegajosa durante tiempo cálido (Cervantes Calvo y Salas Chavez, 2016).

Entre las causas que provocan la exudación del ligante está el exceso de asfalto en la mezcla o un bajo contenido de vacíos de aire. La exudación ocurre cuando el asfalto llena los vacíos de la mezcla en medio de altas temperaturas ambientales, emerge y entonces se expande en la superficie del pavimento.

La exudación se mide en metros cuadrados (m2) del área afectada, ocurre durante el tiempo cálido cuando el asfalto llena los vacíos de la mezcla tendiendo a expandir la superficie del pavimento, este proceso no es reversible por lo que durante el tiempo frio habrá una acumulación de asfalto en la superficie (Rodriguez Velasquez, 2009).

2.4.1.3 Ondulaciones Este tipo de falla se caracteriza por presentar ondulaciones en la vía con desplazamientos pequeños que se realizan hacia arriba localizados en la superficie del pavimento. Este tipo de falla es causada por la acción del tránsito vehicular combinada con la inestabilidad de la base del pavimento (Rodriguez Velasquez, 2009).

Este tipo de falla se mide en metros lineales. Si la ondulación acurre en combinación con una grieta, esta también se registra en metros lineales (Corros et al., 2012).

2.4.1.4 Grietas Longitudinales y Transversales Las grietas longitudinales en el pavimento se presentan de manera paralela al eje de la calzada, suele presentarse como una fisura simple, pero a medida que pasa el tiempo se desarrollan ramificaciones laterales dando un aspecto de multiplicidad, las causas son diversas, pero entre ellas se puede manifestar la fatiga en la mezcla asfáltica provocando un pavimento débil, un mal drenaje de agua en el pavimento, juntas de carriles pobremente construida. Los criterios de evaluación para este tipo de falla dependen del

13

grado de severidad baja, media y alta de la grieta longitudinal, se mide en metros lineales (Ministerio de Obras Públicas y Comunicaciones, 1990).

Las grietas transversales se presentan de manera perpendicular al eje de la calzada y al igual que las grietas longitudinales con el pasar del tiempo pueden producir ramificaciones dando el aspecto de multiplicidad, estas fisuras pueden expandirse en todo el ancho de la calzada o hasta cierto punto. Entre sus causas están un infradiseño estructural, fisuras en los bordes, oxidación del asfalto, apertura de las juntas de construcción de la vía. El grado de severidad también se califica como bajo, medio y alto, se mide en metros lineales (Ministerio de Obras Públicas y Comunicaciones, 1990).

2.4.1.5 Baches Los baches o huecos son pequeñas depresiones ubicadas en la superficie del pavimento de diámetro menor a 750 mm (Rodriguez Velasquez, 2009), por lo general muestran bordes aguzados y lados verticales en cercanías de la zona superior. El crecimiento de los huecos acelera cuando se acumula agua de lluvia dentro del mismo.

Los huecos se producen cuando el tráfico arranca pequeños pedazos de la superficie del pavimento (Vergara, 2015). Los baches se producen principalmente por la presencia de agua sobre la carpeta asfáltica, la base para la formación de baches es la falla piel de cocodrilo que al no tener correctivo a tiempo aumenta su severidad a causa de la fatiga y origina la desintegración de la superficie de rodadura permitiendo fácilmente la absorción de agua.

A menudo los baches son daños que se asocian a la condición de la estructura y no deben confundirse con desprendimientos.

Cuando los baches son producidos por piel de cocodrilo de alta severidad deben registrarse como huecos.

Tabla 4.- Niveles de severidad para huecos Diámetro medio (mm)

Profundidad máxima del hueco (mm) 12.7 a 25.4

102 a 203

203 a 457

457 a 762

L

L

M

25.4 a 50.8

L

M

H

> 50.8

M

M

H

Fuente: Rodriguez Velasquez (2009) 14

Los baches se miden contando aquellos que sean de severidades bajas (L), medias (M) y altas (H), y registrándolos separadamente.

2.4.1.6 Perdida de agregados (Desprendimiento).

La pérdida de agregados o disgregados y desintegrados son el desgaste de la superficie del pavimento debido a la pérdida del ligante asfáltico y de las partículas sueltas del agregado. Usualmente el agregado fino se desprende primero y deja algunas marcas en el pavimento. A medida que aumenta la erosión, las partículas mayores se van rompiendo y el pavimento va adquiriendo un aspecto rugoso y áspero, caso típico de una superficie erosionada (Valenzuela, 2003).

Este daño muestra que bien el ligante asfáltico se ha endurecido de forma apreciable o que la mezcla es de pobre calidad. Además, el desprendimiento se puede producir por ciertos tipos de tránsito, por ejemplo: vehículos de orugas. El ablandamiento de la superficie y la pérdida de los agregados debidos al derramamiento de aceites también se consideran como desprendimiento. Esta falla se mide en metros cuadrados (m2) de área afectada (Garnica, Gómez, y Sesma, 2002).

2.4.1.7 Pérdida de capa de rodadura (peladuras).

En este tipo de falla existe una desintegración superficial de la capa de rodadura como consecuencia de ligante bituminoso y del desprendimiento del agregado pétreo. Se puede presentar el desprendimiento de la última capa delgada de tratamientos superficiales tales como: •

Lechadas (Slurry Seal).

•

Microcarpetas (1 a 2 cm).

•

Capas de rodadura (carpetas) de 2 a 3cm.

•

Sobrecapas o sobrecarpetas delgadas de 3 a 5 cm.

Esta falla es un indicio que el ligante se ha endurecido apreciablemente o, en su defecto, que la mezcla asfáltica existente es de deficiente calidad. Esta falla se mide en metros cuadrados (m2) del área afectada (Chámul, Girón, y Magaña, 2011).

2.5

Mantenimiento y gestión vial Hasta la presente fecha, no se ha construido una vía o carretera que no demande

mantenimiento. El mantenimiento empieza tan pronto como concluye la construcción de una nueva vía.

15

El mantenimiento y conservación de una carretera radica en salvaguardar sus condiciones de nivel de servicio apropiado y solucionando problemas que se pueden producir a causa del normal uso, sin tener que recurrir a gastos extremos y evitando contrariedades al usuario.

Si el costo de mantenimiento y conservación de una vía es mayor que el de la rehabilitación; entonces la mejor alternativa es la reconstrucción total de la misma.

Siendo las vías el principal elemento para la comunicación de una nación su mantenimiento y gestión vial debe ser una prioridad dentro de la planificación de actividades anuales de las entidades a cargo de su gestión, el mantenimiento de una red vial se debe realizar de manera permanente y constante una vez terminada su construcción, las vías son dañadas a través de una fase de lento deterioro con fallas poco perceptibles para pasar a una fase en la que el deterioro se acelera presentando un colapso de las estructuras para finalmente producir su destrucción total.

El mantenimiento vial consiste en la acción de cuidar las vías para que su aptitud de servicio se prolongue durante un tiempo determinado, lo cual implica que el Estado o, en su defecto, la entidad encargada de su mantenimiento se preocupe por su mantenimiento asignando los recursos adecuados en cantidad y oportunidad (Solminihac et al., 2018). El tipo de mantenimiento de una vía está en función de su condición y los parámetros físicos y geométricos, de esta manera se pueden tener los siguientes mantenimientos detallados en la tabla 5.

El mantenimiento vial no comprende actividades de rehabilitación o construcción de nuevas vías, así como tampoco las modificaciones o mejoras sustanciales de estándar que elevan su nivel de servicio. La restauración de las vías causadas por emergencias no conforma parte del mantenimiento vial.

La figura 5 muestra un gráfico del comportamiento de una vía al realizar un mantenimiento preventivo, los mantenimientos viales tienen por objetivo prolongar la vida útil de los pavimentos y deben ser aplicados a tiempo para evitar la pérdida total de la vía, la ejecución de actividades de mantenimiento preventivo permite conservar un camino en mejores condiciones durante más tiempo.

16

Tabla 5.- Tipos de mantenimiento vial Tipo de mantenimiento

Características -

Ejecución de acciones que demoren o incluso eviten la aparición de daños o en la época

con

mayor

presencia

de

precipitaciones pluviales, que implican

Mantenimiento Rutinario

acciones de limpieza de limpieza de cunetas, alcantarillas, maleza, derrumbes menores, limpieza de señales verticales y guardavías, repintado de señalización horizontal.

-

Se realizan actividades de mantenimiento durante el año a fin de evitar el inicio de daños o la continuidad de los mismos, la

Mantenimiento Preventivo

actividad

primordial

dentro

de

este

mantenimiento es la reposición de asfalto en áreas pequeñas de la vía asfaltada para evitar aumentar el grado de severidad de las fallas.

Mantenimiento Emergente

Se realiza cuando hay presencia de fallas con un alto grado y área de severidad que impide el transito normal de los vehículos.

Fuente: Dirección de Análisis y Programación Sectorial de CAF (2010)

Figura 5. Comportamiento vida útil de una vía con mantenimiento Fuente: Dirección de Análisis y Programación Sectorial de CAF (2010)

17

De esta manera, resulta conveniente contar con una gestión de pavimentos que contenga todas las acciones de mantenimiento para que, aplicadas en el tiempo, mantengan un nivel alto de serviciabilidad de la vía haciéndola segura y transitable para el usuario (Solminihac et al., 2018). Además, a través de una información segura y confiable sobre las vías contar con herramientas para la toma de decisiones con alternativas realistas que ahorren esfuerzos técnicos, pero, sobre todo económicos.

De acuerdo a la Dirección de Análisis y Programación Sectorial de CAF (2010), las actividades mínimas principales que se deben considerar al mantenimiento vial son las siguientes: - Definición de metas y objetivos - Identificación de necesidades en la red vial - Priorización y optimización de actividades - Definición de un plan - Análisis y establecimiento de estrategias de financiamiento - Programación de actividades y utilización de recursos - Ejecución, seguimiento y control Además, se debe comprender que la gestión vial es un proceso dinámico, constante y continuo que requiere de un seguimiento, planificación, pero, sobre todo de recursos económicos que las entidades de gobiernos con competencias viales deben asignar al mantenimiento vial cada año, es por ello que, al hablar de una sostenibilidad del mantenimiento vial se debe considerar como punto crítico el aspecto político, es por ello que los criterios técnicos deben ser transmitidos de manera correcta a los niveles gerenciales donde se toman las decisiones finales de la ejecución de proyectos de mantenimiento.

2.6

Los SIG en las infraestructuras viales Los sistemas de información geográfica se han convertido en una herramienta de

apoyo técnico y administrativo para la toma de decisiones en muchas ramas de la ingeniería, debido a su capacidad de almacenar, crear y mostrar geográficamente las características del entorno natural. Su verdadero potencial está en la gestión de la

18

información que permite un análisis e interpretación de datos más profundos (Varela Garcia, Martinez Crespo, Varela Garcia, y Diaz Grandio, s.f).

Yunus y Hassan (2010), en su publicación Managing Road Maintenance Using Geographic Information System Application, manifiestan los beneficios del uso de los SIG en los pavimentos, estableciendo que: -

Consiste en una base de datos central que almacena todos los datos relacionados, disponibles y utilizables para los usuarios cuando sea necesario.

-

Promueve la cultura del intercambio de datos

-

Mejora la vigencia, la precisión y la coherencia de los datos existentes

-

Minimiza la duplicidad de datos y esfuerzos

-

Permite realizar el análisis de componentes espaciales y no espaciales

-

Presentación de datos más eficaz

-

Los datos son manejados de manera más eficiente

-

Aumenta la productividad del trabajo, especialmente en la planificación y gestión de infraestructuras, para producir resultados de numerosas combinaciones de conjuntos de datos.

Es así, que, hablando netamente de la parte de la infraestructura vial, los SIG se han convertido por un lado en una herramienta de representación de las condiciones reales respecto a los estados físicos de los pavimentos y, por otro, en una herramienta para la gestión vial de los medios de comunicación terrestre a través de datos georreferenciados que permiten el ingreso y el procesamiento de la información en tiempo real de los pavimentos (Silva Balaguera, Daza Leguizamnon, y Lopez Valiente, 2018).

La información vial tanto en parámetros físicos como geométricos, se puede almacenar en diferentes entidades geométricas, la selección del tipo de geometría va acorde la necesidad del usuario, sin embargo y por lo general, una red vial está representada por un conjunto de líneas interconectadas a través de nodos que permiten ver su inicio y fin, como se puede apreciar en la figura 6. Una de las potencialidades de los SIG es que sobre estos segmentos viales se puede añadir a la tabla de atributos características generales de cada segmento como la capa de rodadura, el estado del pavimento de manera global, el tipo de vía, nombre y un sinfín de propiedades. Para establecer características más específicas en cualquier segmento vial lo más

19

recomendable es usar una capa con la geometría de puntos donde se podría marcar la falla del pavimento, distancia, severidad entre otras características.

Figura 6. Ejemplificación de una red vial Fuente: Varela Garcia et al. (s.f)

Para la gestión vial apoyado con los SIG es imprescindible contar con una tecnología que permita el manejo y la visualización de la información del inventario vial, recolección de información en campo, la evaluación de la condición los pavimentos, la accesibilidad en tiempo y forma de acceso a la información, la retroalimentación, almacenamiento de datos históricos, es decir, se requiere de una buena infraestructura en hardware y software (Dirección de Análisis y Programación Sectorial de CAF, 2010). Se debe tener en cuenta que un buen SIG debe estar alimentado por una base de información verídica y confiable para que posteriormente su uso sea eficiente y eficaz.

Para crear e implementar algún tipo de SIG, se debe conocer las necesidades que este debe suplir para esquematizar la estructura de su geodatabase y los atributos que estarán inmersos en cada capa. En cuanto a la gestión de pavimentos es una herramienta vital para la toma de decisiones, organización del trabajo, actualización de datos y para la interacción con los usuarios y público en general (Moya Fernandez, s.f). Uno de los mayores problemas en cuanto a los SIG radica en que deben ser actualizados y mantenidos constantemente debido que la realdad en campo mantiene una dinámica constante y en el tema de la infraestructura vial está muy ligada a los eventos naturales a factores climáticos, muchas de las veces se considera innecesaria la contratación de un 20

técnico que mantenga actualizada la información vial por lo que esta tienen a ser obsoleta con el paso del tiempo haciéndola ineficiente y poco confiable para la toma de decisiones (Dirección de Análisis y Programación Sectorial de CAF, 2010).

2.7

Investigaciones relacionadas La investigación en torno al mundo de los SIG en las infraestructuras viales se ha

desarrollado de mejor manera y con más interés en países como Tailandia, Nigeria, Estados Unidos y Suecia. Sin embargo, para América Latina los países que tienen mayor desarrollo en cuanto a los sistemas de información geográfica son Colombia y Chile que han realizado publicaciones científicas, tesis de maestrías en donde involucran a los SIG para la gestión en el mantenimiento de sus infraestructuras viales. En Ecuador existen temas relacionados con el mantenimiento vial y las vías; pero las tesis de maestría existentes no poseen como herramienta de apoyo la creación de un sistema de información geográfica.

A continuación, se presenta los estudios relevantes en cuanto al mantenimiento vial en pavimentos ligados a los SIG a nivel mundial, regional y local. En 2011, dos ingenieros civiles de la Universidad Nahrain en Iraq desarrollaron la investigación ‘Applying Geographic Information System (GIS) for Maintenance Strategy Selection’. De acuerdo a su escrito, el trabajo permitirá reducir el esfuerzo necesario para recolectar y analizar los datos periódicamente reduciendo las obras repetidas que ya fueron ejecutadas.

Para el desarrollo de la investigación se determinó el PSI (Pavement Serviceability Index), se analizó los diferentes tratamientos a los pavimentos y se aplicó el SIG en los mantenimientos viales. El estudio se realizó sobre los pavimentos pertenecientes a la Universidad de Nahrain. Al final del estudio se concluyó que los SIG son una herramienta eficaz para integrar, administrar, almacenar, mostrar, mapear, consultar y analizar espacialmente los datos de transporte. Los sistemas de gestión de pavimentos deben considerarse una herramienta para la toma de decisiones, no un tomador de decisiones.

El sistema debe ser lo suficientemente flexible para la aportación del usuario corporativo en el proceso de toma de decisiones (Ibraheem y Falih, 2012).

En el año 2015 un grupo de ingenieros de las ramas de ingeniería civil y geomática de la Universidad Federal de Minna en Nigeria realizaron una publicación científica sobre la Aplicación de los SIG como una herramienta de soporte para la Selección de una estrategia para el mantenimiento de pavimentos. El objetivo del estudio fue desarrollar un paquete para un sistema de mantenimiento vial basado en SIG que permita recopilar, 21

analizar y resumir información sobre el estado del pavimento para respaldar la selección e implementación de programas de mantenimiento de pavimentos. Para lograr el objetivo, la investigación se realizó en cuatro etapas: i) inventario vial, ii) las condiciones físicas del pavimento, iii) el tipo de mantenimiento y costo y iv) procesamiento y análisis de los datos. Al final de la publicación se concluyó que el uso de SIG en la gestión de los datos de calificación de la condición del pavimento permite varios análisis, consultas y visualización de información tanto visual como gráfica que prestan su apoyo a la toma de decisiones (Adeleke, Odumosu, Stephen, y Abdulrahman, 2015).

En la ciudad de Medellín en el año 2012 publicó el artículo ‘Aplicación de los sistemas de información geográfica para la Gestión de la malla vial de la ciudad de Medellín’. Para realizar el análisis del pavimento se analizaron varios parámetros técnicos de los pavimentos tales como el Índice de Rugosidad Internacional (IRI), deflectometría, espesores del pavimento, Coeficiente de Resistencia al Deslizamiento (CRD), California Bearing Ratio (CBR), Índice de Condición Global o Serviciabilidad del Pavimento (OPI), Índice de Fallas Superficiales (MDR), también se consideraron parámetros geométricos como el Tránsito Promedio Diario (TPD), cálculo del número de ejes equivalentes. En base a estos parámetros se realizó un matriz de decisiones donde permite clasificar el estado del pavimento. Para el almacenamiento de toda la información se creó una base de datos en base una arquitectura única para el sistema de gestión vial. Al final, se obtuvo como resultado una geodatabase corporativa que permite el despliegue de diferentes capas temáticas de estudio, tales como la red vial, topografía, usos del suelo, red hídrica, catastro, equipamientos colectivos, espacios públicos, permitiendo que cualquier usuario pueda tener un entorno visual amplio que facilite su toma de decisiones. La Matriz de Decisiones se realizó en base a procesos complejos de análisis multicriterio y se obtuvo diferentes recomendaciones de intervención (Zapata y Cardona, 2012).

A nivel nacional, se han realizado tesis de maestría para el mantenimiento vial de los pavimentos, pero ninguna de ellas considera a los SIG como herramientas de apoyo para facilitar la visualización y almacenamiento del entorno geográfico de las vías. Dentro de la metodología lo que se realiza es el inventario vial, detección de las fallas en los pavimentos, recolección de información del tránsito promedio diario, una evaluación global del estado del pavimento y una propuesta para diseñar un Sistema de Gestión y Conservación Vial fin de disminuir costos de mantenimiento vial.

22

3 3.1

CAPITULO 3.-

METODOLOGÍA

Área de estudio El tramo vial seleccionado para el estudio se encuentra ubicado en Puerto Limón,

parroquia rural de la provincia Santo Domingo de los Tsáchilas. Esta parroquia se encuentra localizada en el extremo occidental de la provincia limitando con Manabí.

Tiene una altitud de 185 a 350 msnm con una temperatura ambiente de 23 a 26°C (Gobierno Autonomo Descentralizado Parroquial Rural Puerto Limon, 2015). La figura 7 presenta la ubicación del área de estudio del cantón a nivel nacional y provincial.

Figura 7.- Ubicación de la Parroquia rural Puerto Limón De acuerdo a la información brindada por el GADP de Santo Domingo respecto a las vías de la parroquia de Puerto Limón existe 255 km de vías, las cuales tienen diferentes capas de rodaduras cuyas longitudes se muestran en la tabla 6.

23

Tabla 6. Longitud capas de rodadura Capa de rodadura

Longitud (Km)

Asfaltado

63.67

Adoquinado

0.66

Lastre

187.26

Tierra

3.48

Total general 255.06 Fuente: GADP Santo Domingo de los Tsáchilas (2018) Como se puede observar, la capa de rodadura con mayor predominancia en la parroquia es de lastre con 187.26 km de cobertura, seguido de las vías asfaltadas con 63.67 km, la rodadura con menor predominancia en la parroquia es el adoquinada que solo se encuentra en la parte central de Puerto Limón, la figura 8 muestra un mapa con la capa de rodadura de las vías que existen en la parroquia de Puerto Limón.

Figura 8. Mapa capa de rodadura Parroquia de Puerto Limón En la figura 8, se observa las rodaduras de las vías en la parroquia, de color plomo se ha marcado la vía que es de interés para el presente estudio que tiene como capa de rodadura asfalto flexible. La vía nace desde la red vial estatal que se dirige de Santo Domingo a Quevedo al sur del Ecuador. Aproximadamente, 6 km de la vía en estudio 24

están dentro de la parroquia de Santo Domingo de los Colorados mientras que 15.5 km están dentro de la parroquia de Puerto Limón que es la cabecera parroquial rural.

3.2

Metodología y descripción de fases de trabajo La metodología escogida para el levantamiento de la información de las fallas en

el pavimento es a través de un reconocimiento visual (método no destructivo) sobre la vía y para la georreferenciación se usará un GPS a fin de determinar coordenadas de las fallas.

Se ha escogido este método primero por reducción de costos ya que los equipos para medir rugosidad, CRD, CBR, OPI o MDR son costosos e implican un daño parcial al pavimento existente y segundo porque se va a generar una base de datos gráfica base para almacenar información de las fallas en el pavimento y sus características con el fin de tener un panorama general del estado de la vía en cuanto a las fallas.

En visto de ello, el flujograma de la figura 9 presenta las fases de trabajo que se ejecutarán, así como las actividades a desarrollarse a fin de cumplir con los objetivos planteados en el primer capítulo, también se detallan los productos a esperarse en cada fase.

Antes de ejecutar los trabajos de campo es necesario preparar todo el material en función de los datos que se requieren para obtener la matriz de decisiones, es por ello que dentro de la fase I denominada preparación de materiales se consideran actividades de diseño de plantillas que permitan levantar la información acerca de las fallas del pavimento flexible, además las variables que contendrá el diccionario de datos con la información referente al presente estudio.

25

Figura 9.- Flujograma metodología de trabajo

26

La fase II denominada trabajo de campo corresponde a todo el levantamiento de información sobre la vía dando prioridad a las fallas existentes sobre el pavimento flexible mediante una inspección visual que no afectará la integridad física de la vía en estudio.

Para la georreferenciación de las fallas se usará un GPS y a través de las plantillas preparadas se realizará el levantamiento de información. Adicional, para obtener más información vial se georreferenciarán las señaléticas y las alcantarillas que se encuentren a lo largo de la vía.

La fase III comprende netamente el procesamiento de los datos recolectados en campo y a través de los cuales se podrá hacer un análisis que permita determinar la estructura de la matriz de decisiones y tener una información geográfica de los elementos y las fallas existentes en la vía que completamente tiene su rodadura de asfalto.

3.3

Definición de variables y diccionario de datos Para una mejor organización de los datos y para tener claros los conceptos de cada

variable se elaboró un diccionario de datos que contiene la información base para la estructuración de la geodatabase (GDB), es decir, tipo de dato, longitud y para el levantamiento de campo los dominios que se pueden presentar al momento de la inspección visual del pavimento.

La tabla 7 muestra un resumen de las características básicas de los features classes a crearse en la GDB para el almacenamiento de la información de los diferentes elementos a levantarse en la fase de campo.

Tabla 7. Geometría de feature class Nro

Nombre feature class

Geometría

1

via_l

Línea

2

tramos_l

Línea

3

fallas_p

Puntos

4

fallas_l

Línea

5

alcantarilla_p

Puntos

6

sen_vertical

Puntos

7

mantenimiento_l

Línea

A continuación, se presenta los diccionarios de datos para cada variable indicado en la tabla 7. La tabla 8 corresponde al elemento geográfico vía de geometría línea

27

Tabla 8. Diccionario de datos: Vía Variable

Nombre vía

Ancho vía

Número de carriles

Nombre del campo

Descripción de la variable

Tipo de dato

Nombre de la vía sobre la cual se realizará la nom_via inspección visual para Texto determinar las fallas del pavimento Corresponde al ancho de la vía, tomada sobre anc_via el recubrimiento de Double asfalto sin considerar los bordillos y cunetas Franja longitudinal que se practica en una calzada, de anchura Short num_carr suficiente para Integer permitir el paso de una fila de vehículos

Longitud Dominio

Descripción dominio

20

---

---

---

---

---

---

---

---

La tabla 9 corresponde al elemento geográfico tramo de geometría línea Tabla 9. Diccionario de datos: Tramo Variable

Nombre del campo

Descripción de la variable

Nombre de la vía sobre la cual se realizará la Nombre nom_via inspección visual para vía determinar las fallas del pavimento Número Número de tramo de num_tram enumerado de manera tramo secuencial Longitud asignada a Longitud cada tramo de vía, por del long_tram lo general será de igual tramo medida Corresponde al ancho de la vía, tomada sobre Ancho anc_via el recubrimiento de vía asfalto sin considerar los bordillos y cunetas Número obtenido de la multiplicación de la Área del area_tram longitud del tramo por tramo el ancho de vía previamente registrado

Tipo de dato

Longitud Dominio

Descripción dominio

Texto

20

---

---

Short Integer

---

---

---

Double

---

---

---

Double

---

---

---

Double

---

---

---

28

La tabla 10 corresponde al elemento geográfico fallas de geometría punto y línea, se ha considerado estos dos tipos de geometría por el comportamiento de las fallas. Por ejemplo para la georreferenciación de baches se debe considerar en geometría de punto por facilidad de manejo en la información, mientras que para las fallas como fisuras longitudinales y transversales, piel de cocodrilo lo ideal es usar líneas a fin de conocer el inicio y fin de la falla facilitando la medición de longitudes y determinación de coordenadas que para los elementos geográficos representados por líneas se considerará el centroide de la línea.

Tabla 10. Diccionario de datos: Fallas Variable

Nombre vía

Nombre del campo

Descripción de la variable

Tipo de dato

Do Longit mini ud o

Nombre de la vía sobre la cual se realizará la nom_via inspección Texto visual para determinar las fallas del pavimento

Descripción dominio

20

---

---

Coordenada X este

Coordenada en X en UTM 17S de la falla Double del pavimento flexible

---

---

---

Coordenada Y norte

Coordenada en Y en UTM 17S de la falla Double del pavimento flexible

---

---

---

29

Tipo de falla

Severidad

Longitud

Ancho

Area

Responsable

tip_falla

sev

long

Tipo de falla presente en el asfalto de acuerdo a la inspección visual en campo Grado de severidad de la falla en el pavimento flexible Longitud en metros de la falla detectada

Texto

Texto

25

10

PC EL O FL FT BCH PA PLD PB

Piel de cocodrilo Exudación del ligante Ondulaciones Fisuras longitudinales Fisuras transversales Baches Perdida de agregados Peladuras Pérdida de base

L

Ligero

M

Medio

F

Fuerte

Double

---

---

---

ancho

Ancho en metros de la falla detectada

Double

---

---

---

area

Área calculada en m2 del producto del largo por el Double ancho tomados anteriormente

---

---

---

respon

Nombre de la persona responsable del Texto levantamiento de la información

20

---

---

30

Fecha de fec_lev levantamiento

Registro de la fecha de levantamiento Texto de la información

Observación

Observaciones particulares sobre el Texto registro de la falla, es opcional

obs

10

dd/ mm /aaa a

---

100

---

---

La tabla 11 corresponde al elemento geográfico alcantarilla de geometría puntos.

Tabla 11. Diccionario de datos: Alcantarilla Variable

Nombre del campo

Provincia

prov

Cantón

canton

Parroquia

parro

Coordenad aX

este

Coordenad aY

norte

Descripción de la variable Corresponde al nombre de la provincia donde se encuentra la vía Corresponde al nombre del cantón donde se encuentra la vía Corresponde al nombre de la parroquia donde se encuentra la vía Coordenada en X en UTM 17S de la alcantarilla localizada en la vía Coordenada en Y en UTM 17S de la alcantarilla localizada en la vía

Tipo de dato

Longit Dominio ud

Descripción dominio

Texto

20

---

---

Texto

20

---

---

Texto

20

---

---

Double

---

---

---

Double

---

---

---

La tabla 12 corresponde al elemento geográfico señalética vertical de geometría puntos.

31

Tabla 12. Diccionario de datos: Señalética vertical Variable

Tipo

Nombre del campo

Descripción de la variable

Indica el tipo de señalética vertical tipo_descri encontrada sobre la vía

Tipo de dato

Texto

32

Longitud

50

Dominio

Descripción dominio

Orientan y guían a los usuarios del sistema vial con información necesaria para que Informativa puedan llegar a sus destinos de la forma más segura, simple y directa posible.

Advierten a los usuarios de la vía la existencia y naturaleza de riesgos Preventiva y/o situaciones imprevistas presentes en la vía o en sus zonas adyacentes Son las encargadas de notificar a los usuarios sobre las Regulatoria restricciones, prohibiciones y obligaciones que existen en una vía.

Indica los lugares donde el Turística usuario puede realizar turismo

Estado

estado

Coordenada este X

Coordenada norte Y

Indica el estado de la señalética vertical Texto encontrada en la vía Coordenada en X en UTM 17S de la Double señalética vertical localizada en la vía Coordenada en Y en UTM 17S de la Double señalética vertical localizada en la vía

Bueno Regular

-----

Malo

---

---

---

---

---

---

---

20

La tabla 13 corresponde al elemento geográfico mantenimiento vial de geometría puntos.

Tabla 13. Mantenimiento vial Variable

Número de tramo

Nombre Descripción de del campo la variable

Número de tramo Short num_tram enumerado de Intege manera r secuencial

Tipo de tip_mante mantenimient n o

3.4

Tipo de dato

Tipo de mantenimient o que se requiere por tramo vial

Texto

Longitu d

Dominio

Descripció n dominio

---

---

---

Mantenimient o Rutinario

---

Mantenimient o Rutinario; Mantenimient o Preventivo

---

Mantenimient o Rutinario; Mantenimient o Emergente

---

50

Elaboración y Diseño de la estructura de la base de datos y plantillas En función de las tablas presentadas anteriormente se elaboró la plantilla para el

levantamiento de campo manteniendo la concordancia con la estructura que debe tener la geodatabase con el fin de evitar la pérdida de información al momento de la digitación de la información.

33

A continuación, se presenta la plantilla de la hoja de campo para la recolección de datos, considerando las variables necesarias para realizar la matriz de decisiones.

Figura 10. Plantilla ficha de campo El parámetro tramo será asignado a la tabla de atributos mediante un análisis geoespacial del entrecruce de features classes.

Para la ejecución de un SIG aplicado a la gestión de mantenimiento vial, se debe considerar que los tramos viales son objetos que existen en la realidad, tienen características propias y están expuestos a factores de carga, climáticos, topográficos, geológicos entre otros, que hacen que se deteriore el estado del pavimento a través del tiempo, lo que implica gestionar un mantenimiento vial con el fin de brindar un servicio eficiente a los usuarios durante el periodo de vida útil estimado en el diseño.

El modelo de datos Objeto-Relacional es el óptimo para la implementación del SIG, el cual permite satisfacer las necesidades de la institución, mediante un ágil manejo de la información espacial y alfanumérica, facilitando el modelamiento de gestión vial.

De esta manera, una vez recopilados los datos en campo, deberán ser ingresados en la geodatabase que a continuación se presenta, el sistema de referencia que se usará para los features datasets será UTM Zona 17S y las tablas de atributos estarán creadas acorde los campos planteados en las tablas de los diccionarios de datos presentados anteriormente. La figura 11 muestra la estructura de la GDB con todas las variables a considerarse en el presente estudio.

34

Figura 11. Estructura GDB 3.5

Levantamiento de campo En el año 2009, el GADP de Santo Domingo de los Tsáchilas realizó un inventario

vial como parte del estudio del Plan de Ordenamiento Territorial, el mismo que se limitó al levantamiento del trazado de las vías existentes y a la jerarquía de las mismas (vía, camino, sendero).

La implementación de un sistema de gestión de mantenimiento vial requiere contar con un inventario vial actualizado y georreferenciado, que considere los diferentes tipos de deterioro como son los desprendimientos, las deformaciones y los agrietamientos los cuales permitirán inferir la condición del deterioro, así como también las acciones de conservación a seguir en sectores con deficiencia estructural.

El levantamiento de la información se realizó mediante el empleo de GPS cartográfico, y con ayuda de la plantilla diseñada para el levantamiento de campo. En campo se procedió al registro de los deterioros viales existentes mediante una inspección visual exhaustiva. Adicional, se recopiló la información de señalética y alcantarillas presentes la vía con el fin de tener más información de la vía.

Las variables definidas en la ficha de investigación se estructuraron en una base de datos relacional dentro del software ArcGis, el que permite enlazar los atributos recopilados de los diferentes tipos de deterioros como son los desprendimientos, las deformaciones y los agrietamientos a su posición geográfica.

3.6

Digitación de la información a la geodatabase La base de datos para este estudio se conformó en función a la información

recopilada en campo empleando el método de reconocimiento visual (método no destructivo), la que incluye la medición del deterioro superficial encontrados a lo largo de la vía seleccionada dentro de la provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas.

35

3.7

Definición de variables y criterios para la matriz de decisiones Una de las potencialidades de los SIG es realizar análisis multicriterios, para el

presente caso las variables recopiladas en la ficha de investigación de campo permitirán determinar y establecer el grado de severidad de los diferentes tipos de deterioros, los que a su vez se convierten en los datos de entrada de la matriz de decisiones.

Con el fin de establecer el tipo de intervención requerida en los diferentes tramos viales para mantener por un período de tiempo las condiciones de comodidad, seguridad y capacidad estructural adecuadas para la movilización, se procedió a definir las variables que inciden directamente en el grado de deterioro del pavimento, las cuales pasarán a ser los datos de entrada en la matriz de decisiones que debe ser flexible, sostenible a través del tiempo y que permita su actualización en función a la experiencia del comportamiento de las intervenciones que se realicen en campo.

Las variables principales para la determinación de la matriz de decisiones se fundamentan en las fallas del pavimento flexible y su grado de severidad, sin embargo, el factor determinante para tomar decisiones del mantenimiento a darse estará en función del grado de severidad que posee 3 dominios, es por ello que se ha decidido dar peso a cada uno de ellos para que influya directamente en el área de afectación. La tabla 14 muestra la ponderación dada.

Tabla 14. Ponderaciones para la matriz de decisiones N

Severidad

Ponderación

1

Ligero

1

2

Medio

1.25

3

Fuerte

1.50

De esta manera, se observa que como factor mínimo se ha dado un valor de 1 la severidad ligera porque con esta severidad en cualquiera de las fallas la vía es aún transitable a diferencia de fallas con severidad fuerte que se ha asignado un valor de 1.50.

La vía considerada para este estudio tiene una longitud total de 21.5 km con un ancho de vía constante de 7.20 metros a lo largo de todo su recorrido, la división de tramos se realizó en base al análisis de un trabajo de investigación realizado por Fernandez, Mojica, y Martinez (s.f) sobre el sistema de gestión de pavimentos urbanos que se muestra a continuación:

36

Tabla 15. Longitud de vías asfálticas para muestreo

Fuente: Fernandez et al (s.f) De acuerdo a la tabla 15 y a la longitud de la vía de la Puerto Limón lo idóneo es realizar tramos cada 31.50 m, de tal manera que se obtendría 682 tramos. Sin embargo, esta cantidad de secciones hace que la unidad de estudio sea pequeña, por tal motivo, se considerará un valor proporcional a fin de aumentar la sección de vía a analizar.

Se ha determinado una proporción de 4 veces más a la longitud recomendada en la tabla 13. De esta manera, se obtendrán 171 tramos que estarán contenidos en el feature class tramos_l.

Dentro de la plantilla de campo se ha considerado las fisuras longitudinales y transversales para el levantamiento de campo que serán excluidas para el análisis de la matriz de decisiones; pero, estarán inmersas dentro del mantenimiento rutinario en cualquier tramo de vía que se encuentren, considerando que las fisuras son el inicio para la prolongación de la piel de cocodrilo se debe dar un tratamiento previo y correctivo a tiempo.

3.8

Elaboración de la matriz de decisiones Para determinar el tipo de mantenimiento a realizarse por tramo se realizará una

sumatoria de todas las fallas encontradas en cada tramo y serán multiplicadas por el factor de severidad asignado en la tabla 14. La siguiente ecuación resume el procedimiento a realizarse en cada tramo:

𝑛

∑ 𝑖 = 𝑛 ∗ 𝑓𝑠 𝑖=1

37

Donde: i= área de afectación total de las fallas en el pavimento flexible n= área de afectación encontrada en el pavimento fs= factor de severidad Adicional, al valor asignado a la severidad de las fallas se ha considerado que el área de la falla es un factor determinante para el tipo de mantenimiento, por ello y con el fin de establecer un criterio técnico si en una sección de vía existe una afectación de hasta el 40%, independiente del valor de su longitud, se debería realizar un mantenimiento preventivo y el valor restante 60% entraría dentro de un mantenimiento emergente.

Para el presente estudio, se estableció previamente una longitud de 126 metros en cada tramo, al tener un ancho de vía constante de 7.20 metros se tiene un área de 907 metros cuadrados por tramo, aplicando el criterio del párrafo anterior el 40% es 363 metros cuadrados y 524 para el valor restante.

De esta manera, la matriz de decisiones acorde los criterios anteriormente establecidos se proponen de la siguiente manera: Tabla 16. Matriz de decisiones

N

Ponderación severidad

1

Ponderación área

Rango

Tipo Mantenimiento

100%

0-907

Mantenimiento Rutinario

40%

0 - 363

Mantenimiento Preventivo

60%

364 - 907

Mantenimiento Emergente

afectada

No aplica

2 𝑛

∑ 𝑖 = 𝑛 ∗ 𝑓𝑠 𝑖=1

3

Respecto al mantenimiento rutinario se ha considerado que este mantenimiento debe realizarse permanentemente en la vía por poseer actividades de mantenimiento en la señalización vertical y horizontal, limpieza de alcantarillas, cunetas y maleza en los costados laterales de la vía.

38

4

CAPITULO 4.- RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4.1

Resultados Al momento de realizar el levantamiento de campo, se observó que el estado

general en el pavimiento era bueno, la falla con mayor predominancia fue la piel de cocodrilo seguida de baches. La tabla 16 muestra los tramos con afectación por fallas en el pavimento que representa el 11% del total de los tramos en que se dividió la vía, las coordenadas mostradas en la tabla corresponden a los centroides de las fallas.

Tabla 17. Fallas, severidad y número de tramos N

Nombre vía

Este

1

Vía Puerto Limón

685988,32

9961922,56 Piel de cocodrilo

Baja

Nro. tramo 116

2

Vía Puerto Limón

686891,80

9962496,28 Piel de cocodrilo

Media

108

3

Vía Puerto Limón

686954,56

9962531,57 Piel de cocodrilo

Media

107

4

Vía Puerto Limón

687064,029

9962593,95 Piel de cocodrilo

Media

106

5

Vía Puerto Limón

687174,056

9962655,34 Piel de cocodrilo

Media

105

6

Vía Puerto Limón

687283,947

9962716,96 Piel de cocodrilo

Media

104

7

Vía Puerto Limón

687384,037

9962792,8

Piel de cocodrilo

Media

103

8

Vía Puerto Limón

687470,613

9962884,32 Piel de cocodrilo

Media

102

9

Vía Puerto Limón

687524,398

9962941,50 Piel de cocodrilo

Media

101

10

Vía Puerto Limón

688241,273

9963494,48 Piel de cocodrilo

Media

94

11

Vía Puerto Limón

694540,376

9965279,68 Piel de cocodrilo

Alta

39

12

Vía Puerto Limón

695722,971

9965446,36 Piel de cocodrilo

Media

29

13

Vía Puerto Limón

697354,452

9966527,85 Piel de cocodrilo

Media

12

14

Vía Puerto Limón

687884,027

9963222,77

Bache

Media

98

15

Vía Puerto Limón

694534,67

9965285,51

Bache

Media

39

16

Vía Puerto Limón

694540,35

9965285,98

Bache

Alta

39

17

Vía Puerto Limón

694733,71

9965228,4

Bache

Alta

37

18

Vía Puerto Limón

695464,59

9965418,22

Bache

Alta

31

19

Vía Puerto Limón

697372,58

9966521,67

Bache

Media

12

Norte

Tipo falla

Severidad

De la tabla anterior, se observa que existen varias fallas dentro de un mismo tramo, además de que las fallas con más predominancias son la piel de cocodrilo y los baches, dos de los nueve dominios propuestos en la tabla 10 en los 3 rangos de severidad. Además, en 8 tramos existe una continuidad de la falla, considerando que cada tramo tiene una longitud de 126 metros, la suma de la falla piel de cocodrilo da un total de 802 metros.

En base a herramientas de análisis geográfico como el join, select location y calculate geometry se establecieron los tramos que se encuentran afectados con sus áreas respectivas como se muestra en la tabla 18.

39

Tabla 18. Áreas afectadas por tramos Tramo 12 29 31 37 39 94 98 101 102 103 104 105 106 107 108 116

Área afectada 133,29 65,36 3,00 11,25 100,73 162,47 3,75 77,55 315,00 315,00 315,00 315,00 315,00 315,00 45,00 97,01

La vía Puerto Limón tiene una longitud de 21.5 km cuya capa de rodadura es de asfalto, con un ancho de vía constante de 7.20 m que es longitud idónea para una vía bidireccional de dos carriles como se muestra en la figura 12. La vía se dividió en 171 tramos de los cuales 19 presentaron fallas en el pavimento representando el 11% del total de la vía.

Figura 12. Número de carriles Vía Puerto Limón

40

Dentro del presente estudio se ha considerado el mantenimiento rutinario como un requerimiento base en el mantenimiento vial en cualquier vía, sin embargo, para el caso de la vía Puerto Limón después del recorrido realizado se observó que tanto la señalética horizontal como vertical estaba en estado regular - malo en un 80 y 20% respectivamente, la figura 13 muestra el estado de las señaléticas de la vía.

Figura 13. Señalética vertical en estado regular y malo En cuanto a las alcantarillas todas se encontraban llenas de basura, hojas y ramas secas impidiendo el correcto funcionamiento de este elemento de la vía, estas obstrucciones impiden el flujo adecuado del agua lluvia a través de la vía y considerando que el agua es uno de los principales elementos para la generación de baches, estos taponamientos pueden traer consecuencias al pavimiento en un futuro. La figura 14 muestra el estado de una alcantarilla encontrada. El anexo 1 muestra el registro de las alcantarillas encontradas en la vía Puerto Limón.

41

Figura 14. Estado de alcantarillas En el 70% de los costados de la vía, en ambos sentidos, había presencia de maleza y, en ciertos lugares la señalización se encontraba parcialmente oculta, lo cual es peligroso para los usuarios de la vía debido que en todos los tramos viales no existe alumbrado público, por lo que la señalización vertical es una herramienta importante para evitar accidentes, la figura 15 muestra un ejemplo de lo manifestado anteriormente. En el anexo 2 se puede observar el mapeo de la señalética vertical encontrada en vía y la simbología representa la categorización del estado de la señalización.

Figura 15. Maleza en los costados de la vía

42

De acuerdo al GADP de Sannto Domingo de los Tsachilas (2015), la construcción de la vía se ejecutó a mediados del año 2015, con una capa asfáltica de 2 pulgadas de espesor y con señalización vertical y horizontal, es decir que el asfalto colocado tiene solo 5 años de vida. De acuerdo a la inspección de campo, la señalética vertical de la vía debería ser reemplazada o mejorada para que no exista peligro hacia el usuario al transitar por la vía en horas de la noche, especialmente en los sectores donde no existe cobertura de luz eléctrica.

En el presente estudio se ha registrado las fallas existentes en el pavimento flexible de esta vía con la georreferenciación y el grado de afectación correspondiente, encontrando que la falla predominante es la piel de cocodrilo, que es una falla típica en las vías de este tipo. Inicialmente comienza con una grieta y al no tener un tratamiento inmediato con el pasar del tiempo se convierte en una piel de cocodrilo que puede llegar a gravedad fuerte y convirtiéndose en la base para la generación de baches, la segunda falla predominante fueron los baches que si bien no impiden la circulación vehicular con el tiempo pueden agravarse más al permitir el ingreso de agua a la base y subbase de la estructura del pavimento.

El criterio técnico aplicado para obtener la matriz de decisiones estuvo en función de la asignación de pesos a las variables que predominan para el mantenimiento vial. En este caso, se dio peso al grado de severidad porque independiente del tipo de falla si la severidad es alta podría causar accidentes o choques en la vía. Este factor de afectación se multiplicó con el área de la falla, este valor fue contrastado con el área de la sección del tramo. Posterior, a esto se consideró que si un 40% del área afectada versus al área total se debe considerar como mantenimiento preventivo y si sobrepasa este porcentaje se debería ejecutar un mantenimiento emergente.

Por lo tanto, el tipo de mantenimiento que debería ejecutarse de acuerdo a la tabla 17 para los tramos afectados aplicando el criterio del porcentaje de las áreas se muestra en la tabla 19.

43

Tabla 19. Tipos de mantenimiento por tramos afectados Número tramo 12 29 31 37 39 94 98 101 102 103 104 105 106 107 108 116

Área afectada 133,29 65,36 3,00 11,25 100,73 162,47 3,75 77,55 315,00 315,00 315,00 315,00 315,00 315,00 45,00 97,01

Tipo de mantenimiento Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Preventivo

Por el estado de la señalética, alcantarillas y el costado de las vías se debe realizar un mantenimiento rutinario en todos los tramos de la vía, contemplando las siguientes actividades.

4.2

-

Limpieza de plataforma

-

Roce y limpieza de maleza

-

Limpieza de cunetas laterales

-

Limpieza de cunetas de coronación

-

Limpieza de alcantarillas

-

Limpieza de badenes

-

Limpieza de puentes

-

Encausamiento de pequeños cursos de agua

-

Mantenimiento de señales

Discusión De acuerdo a la investigación bibliográfica y al desarrollo del presente estudio,

en el pavimento flexible puede presentar diferentes tipos de fallas entre las más significativas se han considerado: piel de cocodrilo, exudación del ligante, ondulaciones, grietas longitudinales y transversales, baches, pérdida de agregados y 44

capa de rodadura, que se agravan cuando la vía no tiene un mantenimiento preventivo frecuente, haciendo que la severidad de las fallas se incremente y con el tiempo la vía se torna insegura para el tránsito de vehículos, especialmente en la noche. Las fallas más comunes encontradas en la vía de Puerto Limón son: la piel de cocodrilo y los baches que presentan diferentes grados de severidad.

Los elementos principales que dan seguridad a la vía son: alcantarillas, postes, señalización horizontal y vertical que abarca todo tipo de información a lo largo de la vía, ya sea informativa reglamentaria o preventiva, esta infraestructura física colocada de manera adecuada permite que la vía sea transitable, segura y accesible, es por ello que la señalización vertical y horizontal es un elemento importante que debe estar presente en cualquier vía. Para el caso de la vía de Puerto Limón, este tipo de señalización estaba en estado regular. Por ejemplo, en la mayoría de tramos viales no existe alumbrado público y la señalización vertical es la que guía al conductor cuando existe una curva abierta, cerrada o prolongada. También es importante que la señalización vertical considere las alcantarillas existentes, puentes, pasos a desnivel y todas las señalizaciones pertinentes que faciliten el tránsito de los usuarios de manera segura.

La metodología propuesta y aplicada en el presente estudio permite tener una noción breve, concisa y clara del estado de la vía ya que cualquier usuario puede visualizar los tramos viales a intervenir y el tipo de mantenimiento, de tal manera que se encaminen la toma de decisiones a los proyectos de mantenimiento vial. Además, las herramientas de geoprocesamiento permiten alimentar las bases de datos de manera continua y constante, siempre y cuando exista un campo en común entre las tablas a anexarse. Mediante el mapeo de variables la toma de decisiones a nivel administrativo se vuelve una potencial herramienta de soporte técnico.

Los criterios técnicos usados para la formulación de la matriz de decisiones se basaron en el área de afectación por falla en el pavimento contrastado con el área total del tramo vial, se asignó una ponderación adimensional a cada tipo de severidad considerando la peligrosidad para el tránsito de un vehículo por la vía, lo que permitió generar una tabla con rangos para clasificar cada falla del pavimento dentro de un tipo de mantenimiento. De esta manera, se ha clasificado los tramos viales afectados y se les ha asignado un tipo de mantenimiento que sirve como una base inicial para determinar el tratamiento a darse en el pavimento, se debe considerar que el tratamiento difiere de 45

acuerdo a la severidad de la falla, además con el registro de área de afectación y longitudes se puede presupuestar el costo del mantenimiento a darse en las fallas. Los anexos 3 y 4 muestran algunos ejemplos de las fallas encontradas en la vía.

Dentro del presente estudio se ha considerado tres tipos de mantenimiento: rutinario, preventivo y emergente clasificados de acuerdo a su área de afectación y severidad, es importante mencionar que esta es una clasificación general que permite conocer el tipo de mantenimiento que requiere la vía. Cada tipo de mantenimiento conlleva diferentes acciones que permiten prolongar la vida útil de los pavimentos flexibles y se lo ejecuta en tiempos distintos. El mantenimiento rutinario siempre debe realizarse sobre una vía e implica acciones de limpieza de cunetas, alcantarillas, mantener las señalizaciones verticales y horizontales en condiciones ópticas para los usuarios de la vía. El mantenimiento preventivo está más enfocado a las fallas dentro del pavimento, por ejemplo, se debería realizar la reposición del asfalto en fallas como la piel de cocodrilo con severidad baja para evitar la formación de baches. El mantenimiento emergente se realiza en casos extremos cuando se debe reponer extensiones grandes de asfalto en la vía porque sus fallas impiden el tránsito normal de los vehículos. La figura 16 muestra un plano donde se visualiza los tramos que requieren de un mantenimiento, de acuerdo a la inspección de campo y a la aplicación de la metodología propuesta, en la vía de Puerto Limón se debe realizar dos tipos de mantenimiento: rutinario y preventivo.

Como se observa en la figura 16, toda la vía (pintada con color amarillo) requiere de un mantenimiento rutinario que implican básicamente actividades de limpieza de maleza, limpieza de alcantarillas, reposición o mantenimiento de la señalización horizontal y vertical, mientras que se ha asignado de color rojo a los tramos viales con presencia de fallas y donde se debe considerar un mantenimiento preventivo para la reposición de áreas pequeñas de asfalto para evitar la severidad de las fallas, que para el caso de Puerto Limón la más común es la piel de cocodrilo.

46

Figura 16. Mantenimientos a efectuarse sobre la vía La utilización de los SIG para inventariar las fallas del pavimento y los elementos básicos de las vías es una herramienta útil, porque permite la visualización de las mismas dentro de un contexto geográfico. Mediante las funcionalidades del SIG se pueden realizar análisis geoespaciales, determinar las longitudes y distancias de los elementos geográficos de manera rápida haciendo que los procesos de análisis sean más eficientes y eficaces; además, los SIG permiten almacenar y actualizar información de manera constante y permanente de manera gráfica y alfanumérica. Para el caso del presente estudio, el SIG planteado permite tener un panorama general del estado de la rodadura de vía de Puerto Limón, que en el 89% es bueno a excepción de las fallas encontradas.

47

5

CAPITULO 5.- CONCLUSIONES Para el presente estudio se consideraron nueve fallas que pueden presentarse en el

pavimento flexible entre ellas: piel de cocodrilo, exudación del ligante, ondulaciones, fisuras longitudinales y transversales, baches, pérdida de agregados, peladuras y pérdida de base, se consideró que cada una de las fallas puede tener un grado de severidad ligero, medio y fuerte, sobre la vía de Puerto Limón se encontrabas como fallas principales la piel de cocodrilo y los baches en severidad baja, media y alta.

Las fallas encontradas sobre la vía fueron inventariadas en las hojas de campo con su respectiva georreferenciación y posterior a ello se digitó toda la información en una geodatabase estructurada para este tipo de estudios. Los features classes para el inventario de las fallas son de geometría de línea y punto con la misma estructura en su base alfanumérica.

Los criterios técnicos utilizados para la formulación de la matriz de decisiones estuvieron en base a la suma de las áreas de afectación de las fallas multiplicadas por el grado de severidad asignada para posteriormente ser contrastada con el área total de cada tramo dividido en la vía, estableciendo rangos para determinar si se debe ejecutar un mantenimiento preventivo o emergente. La longitud de cada tramo vial se tomó en base a la sugerencia de un estudio sobre la Gestión de Pavimentos, sin embargo, dicha distancia fraccionaba en cortes muy pequeños a la vía, por tal motivo se cuadruplicó el valor sugerido para la división de tramos por lo que se obtuvieron 171, con una longitud de 126 metros.

Mediante análisis geoespacial se asignó los tramos correspondientes a las fallas inventariadas en los features classes correspondientes, obteniéndose longitudes de las fallas con sus coordenadas levantadas en campo. Del total de tramos, el 11% está afectado por algún tipo de falla, lo que hace que de manera general el estado de la vía sea bueno, hablando netamente de la capa de rodadura ya que respecto a la señalética horizontal y vertical la vía no ha existido un mantenimiento rutinario apropiado y se encuentran en estado malo y regular poniendo en peligro al usuario de la vía, especialmente donde no existe cobertura de alumbrado público, lo mismo ocurre con las alcantarillas y las cunetas de la vía.

48

La matriz de decisiones planteada estipula tres tipos de mantenimientos: rutinario, preventivo y emergente. Para todo tipo de vía, el mantenimiento rutinario debe ser permanente y durante todo año, el mantenimiento preventivo se lo ejecuta de manera anual en la medida de lo posible y el emergente cuando las fallas impiden el tránsito normal de los vehículos, para el caso de la vía en cuestión los tramos donde se presentaron fallas requieren de un mantenimiento preventivo, pero en todo el largo de la vía se requiere de un mantenimiento rutinario. A través del mapeo de las variables una vez aplicada la matriz de decisiones se tiene una visión global de qué hacer en cada tramo y de poseer este inventario en toda la provincia la toma de decisiones para saber que vía intervenir sería mucho más fácil.

Mediante el análisis geoespacial multivariable se pudo determinar de manera rápida el tipo de mantenimiento que se debe realizar sobre una vía en función de las áreas de afectación de las fallas, además, el empleo de los SIG es una herramienta indispensable para visualizar y almacenar la información de campo, el mapeo de las variables permite enfocar un análisis desde una visión geográfica y cartográfica.

49

6

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ANEXOS

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