Methodology for Classifying the Structural State of Uninspected Pipes in Sewer Networks Based on Support Vector Machines

Metodología para clasificar la condición estructural de tuberías no inspeccionadas de las redes de alcantarillado basada en máquinas de soporte vectorial

El crecimiento casi ilimitado de las ciudades ha ejercido una presión cada vez mayor sobre los sistemas urbanos de abastecimiento de agua en relación con el cambio climático, la contaminación ambiental, la limitación de recursos y el envejecimiento de las infraestructuras. Por ello, el desarrollo de métodos para clasificar y evaluar el estado estructural de las infraestructuras de drenaje urbano adquiere gran importancia, dado que pueden utilizarse como herramientas de apoyo para planes de gestión proactiva. En este trabajo se presenta un método de predicción y clasificación del estado estructural de tuberías de alcantarillado no inspeccionadas mediante Máquinas de Vectores Soporte, basado en las características físicas, la edad y la localización geográfica de las tuberías. Según los resultados, la metodología: i) clasificó correctamente más del 75% de las tuberías no inspeccionadas; ii) identificó tuberías en estados estructurales críticos, con un error de predicción de importancia bajo para el 69% de las tuberías; y iii) proporcionó una guía para establecer el número o porcentaje de tuberías que requieren inspección o intervención.

INTRODUCCIÓN

Los sistemas de drenaje urbano presentan tasas alarmantes de envejecimiento y deterioro tanto en los países desarrollados como en los países en desarrollo ( Osman et al., 2012 ). Básicamente, la mayoría de las redes de alcantarillado tienen cada día más probabilidades de fallar ( Ward y Savic, 2012 ) debido al deterioro estructural. A su vez, esto impacta el nivel de servicio y la calidad de vida ( Osman et al., 2012 ; Micevski et al., 2002 ; Liu y Kleiner, 2013 ; Caradot et al., 2017 ).

Múltiples factores afectan el deterioro de las tuberías: características físicas (diámetro, longitud, profundidad, material, tipo de junta), procesos de instalación-construcción, factores externos (potencial de fractura del suelo, uso del suelo y características ambientales) y otros factores (p. ej., edad, sistema de alcantarillado). uso de tuberías y métodos de mantenimiento) ( Davis et al., 2001 ). Recientemente, se han informado otros factores, incluido el cambio climático, el cambio de uso de la tierra y el crecimiento demográfico ( Kleidorfer et al., 2013 ). Numerosas investigaciones han demostrado que las tuberías más antiguas han sido estructuralmente subdiseñadas y, por lo tanto, no satisfacen las demandas del crecimiento urbano. Asimismo, las prácticas de construcción anteriores han sido inadecuadas. Estos dos factores han provocado frecuentes fallos en las tuberías de alcantarillado (Sasgrov y Schilling, 2002 ). En definitiva, las redes de servicios urbanos subterráneos se consideran sistemas complejos debido a la acción e interacción de los factores antes mencionados ( Hao et al., 2012 ), que no han sido estudiados en profundidad ( Lee et al., 2013 ).