COLECCIÓN DE FIRMAS ESPECTRALES DE LOS DETERIOROS SUPERFICIALES EN ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO RÍGIDO EN LA CIUDAD DE BOGOTÁ DIEGO ARMANDO MORALES CEPEDA YEISON TOBIAS OROZCO ARCILA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES INGENIERÍA TOPOGRÁFICA BOGOTÁ 2015
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COLECCIÓN DE FIRMAS ESPECTRALES DE LOS DETERIOROS SUPERFICIALES EN ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO RÍGIDO EN LA
CIUDAD DE BOGOTÁ
DIEGO ARMANDO MORALES CEPEDA YEISON TOBIAS OROZCO ARCILA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
INGENIERÍA TOPOGRÁFICA BOGOTÁ
2015
COLECCIÓN DE FIRMAS ESPECTRALES DE LOS DETERIOROS SUPERFICIALES EN ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO RÍGIDO EN LA
CIUDAD DE BOGOTÁ
DIEGO ARMANDO MORALES CEPEDA YEISON TOBIAS OROZCO ARCILA
MONOGRAFÍA
Hugo Alexander Rondón Quintana Ingeniero Civil, M. Sc., Ph. D.
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES INGENIERÍA TOPOGRÁFICA
La reflexión especular es aquella que cuando el haz de luz incide sobre un cuerpo,
este la refleja sin haber grandes cambios angulares en el rayo incidente. Este
fenómeno sucede en superficies planas ( Kane, Sternheim, 2007) como lo que
ocurre en una junta recién fabricada al ser estudiada por la espectroradiometría.
Una junta cuando está en buen estado, recién construida o no ha sido expuesta a
esfuerzos físicos provenientes del tránsito vehicular, tiende a reflejar el haz de luz
proveniente del espectroradiómetro con un ángulo de incidencia especifico, lo que
genera mayor reflectancia debido a la superficie sin grandes deformaciones o
cambios sobre ella, en contraste cuando la junta se encuentra desgastada y su
superficie debido a los esfuerzos físicos externos ha cambiado de forma, el haz de
luz al proyectarse sobre dicha superficie, cambia su dirección angular y por tal razón
la reflectancia disminuye (Salvaggio et al., 2005).
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9. METODOLOGÍA
9.1 DIAGRAMA METODOLOGICO
Gráfica 1. Diagrama de Flujo.
INICIO
BUSCAR UN SITIO ADECUADO PARA LA TOMA DE LAS FIRMAS ESPECTRALES.
RECOPILAR LA INFORMACIÓN DE COORDENADAS, FIRMAS ESPECTRALES Y FOTOGRAFÍAS DE LOS DAÑOS SUPERFICIALES ENCONTRADOS EN LA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO RÍGIDO ESCOGIDA
¿CUMPLEN EL
COEFICIENTE
LAS FIRMAS
SELECCIONADAS
?
¿NO CUMPLEN EL
COEFICIENTE LAS
FIRMAS
SELECCIONADAS?
REALIZAR DE LAS FIRMAS CARACTERÍSTICAS DE LOS
DAÑOS SUPERFICIALES ENCONTRADOS EN LA
ESTRUCTURA DE PAVIMENTO RÍGIDO.
CREAR DE LA LIBRERÍA DE FIRMAS ESPECTRALES DE LOS DETERIOROS SUPERFICIALES
HALLADOS EN LA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO RÍGIDO.
REALIZAR EL PROCESO
DE FILTRACIÓN DE LAS
FIRMAS ESPECTRALES
A TRAVÉS DEL
CONCEPTO DE
COEFICIENTE DE
VARIACIÓN.
TOMAR POR LO MENOS 6 FIRMAS ESPECTRALES POR CADA DAÑO, 3 A UNA ALTURA ESPECÍFICA Y LAS OTRAS 3 CON UNA ALTURA DIFERENTE, CON RESPECTO AL DAÑO EVALUADO.
REALIZAR LA CLASIFICACIÓN DE LAS FIRMAS ESPECTRALES CON SUS RESPECTIVOS DATOS DE GEORREFERENCIACIÓN, TIPO DE DAÑO, CANTIDAD DE FIRMAS TOMADAS POR TIPO DE DAÑO, ALTURA A LA QUE FUERON TOMADAS LAS FIRMAS Y REGISTRO FOTOGRÁFICO; POR MEDIO DEL SOFTWARE LIBRE SPECTRAL ANALYSIS AND MANAGEMENT SYSTEM (SAMS).
ELIMINAR LAS FIRMAS ESPECTRALES QUE VISUALMENTE NO POSEAN SIMILITUDES DE NIVEL DIGITAL ENTRE SÍ CON RESPECTO AL VALOR DE LA LONGITUD DE ONDA DEL DAÑO ANALIZADO.
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Fuente: Autor
El diagrama anterior muestra los pasos seguidos para la colección de las firmas
espectrales de cada daño superficial sobre la estructura de pavimento rígido.
9.2 DELIMITACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO Y EQUIPOS
Para la realización de este proyecto, se delimito la zona más adecuada de la ciudad
de Bogotá para llevar a cabo el levantamiento de las firmas espectrales. Esto se
realizó seleccionando una zona donde la estructura de pavimento rígido tuviera
varios tipos de daños y además fácil acceso para la toma de las firmas espectrales.
Por tal razón se escogió la troncal de la calle 26 entre carreras 57 y 60. Para la
captura de la información en campo se utilizó, un espectroradiómetro para las firmas
espectrales y para el posicionamiento receptores GPS.
El espectroradiómetro de marca FieldSpec modelo HandHeld 2; captura información
en un rango de longitud de onda entre los 325 y 1075 nanómetros (Nm), su
precisión en la captura de longitud de onda es de ±1 nanómetro (Nm), cuenta con
un campo de visión de aproximadamente 25° y además posee accesorios como el
panel de referencia, trípode y cables de conexión. La calibración del
espectroradiómetro se realizó tomando registros del panel de referencia en varios
lugares, donde la luz cambiaba de muy fuerte a muy tenue, para así corroborar el
comportamiento de la firma espectral dependiendo de la cantidad de luz natural a la
cual el equipo esté expuesto.
El equipo de georreferenciación marca Topcon modelo Hyper Lite +, el cual permite
realizar levantamientos cinemáticos, posee características técnicas como
frecuencia de 902-928 megahercios (MHz), ancho de banda de ocupamiento de 100
kilohercios (KHz), técnica de modulación de frecuencia de 64 kilobits (Kbps), Radio
antena externa con 2.5 de decibelios isotrópicos (dBi), antena interna de captación
GPS/ GLONASS y precisión en levantamientos cinemáticos de 10 milímetros (mm)
horizontales y 15 milímetros (mm) verticales. El equipo GPS se configuró para
realizar un levantamiento en modo RTK (Real Time Kinematic). Todos los equipos
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anteriormente descritos son propiedad de la Universidad Distrital Francisco José de
Caldas.
9.3 ADQUISICIÓN DE FIRMAS ESPECTRALES DE LOS DAÑOS SUPERFICIALES DE PAVIMENTO RÍGIDO
Para la adquisición de las firmas espectrales se requiere de varios pasos. En primer
lugar se realizó el registro de los daños, donde se tomaron características como el
largo, ancho, profundidad, registros fotográficos y severidad, que para este estudio
fue de severidad baja. Luego con el fin de georeferenciar la zona de estudio, se
posicionó el punto geodésico CD-54 con el GPS Híper Lite + como base. El tiempo
de recepción para comprobar la disponibilidad de satélites fue de 15 minutos, en
ese periodo se capturaron siete satélites GNSS y uno GLONASS, con los que se
dio inicio a la captura de coordenadas. Posteriormente, se inicializó el Rover; este
posicionamiento se realizó a una altura instrumental de 2 metros (m) y con una
duración de captura de datos por punto de aproximadamente 1 minuto. A
continuación, se realizó la calibración del espectroradiómetro con el espectralón o
panel de referencia, con el fin de adaptar el equipo a las condiciones climáticas que
se encontraban al momento de la toma de los datos. Vale la pena mencionar que
fue necesario hacer esta calibración constantemente durante el registro, puesto que
cualquier cambio en la cantidad de luz en la atmósfera (como alta o baja nubosidad,
poca o mucha opacidad, entre otros factores), puede alterar la firma espectral, por
lo que al volver al blanco de referencia se tiene la plena seguridad de que la firma
15 Losa sin Daño 105475.29 97665.806 4°38'44.59" 74°5'54.83"
Fuente: Autor.
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En la ilustración 1 se observa el plano elaborado a partir del levantamiento
topográfico de la zona a estudio, donde se realizó la toma de los daños a través del
espectroradiómetro. Allí se puede observar el tamaño de la zona de estudio, el cual
es de 230 metros de largo y 16 metros de ancho por calzada analizada
aproximadamente. También el tamaño de las losas de concreto el cual es de 3.5
metros de ancho por 3.7 metros de largo aproximadamente.
Ilustración 1. Plano zona de estudio (Calle 26 entre Carreras 57 y 60) calzada.
Fuente: Autor.
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10.3 LIBRERÍA ESPECTRAL
Las firmas espectrales en nivel digital se transformaron a reflectancia a partir de la
referencia en blanco y con esto se realizó la librería espectral de los daños
superficiales en pavimento rígido en la zona especificada en la ciudad de Bogotá.
En la gráfica 18, la firma espectral correspondiente al deterioro superficial bache
18(A), posee una forma cóncava en el rango visible del espectro. Esta concavidad
posee una reflectancia entre 11 y 13 %. En el infrarrojo cercano dentro del rango
comprendido entre 800 nanómetros (Nm) a 1075 nanómetros (Nm) para este
estudio, los valores de la reflectancia de la firma espectral actúan de manera
cóncava desde los 850 nanómetros (Nm) hasta los 950 nanómetros (Nm)
aproximadamente, con una reflectancia entre 13 y 8.8 %, dando así una diferencia
porcentual del 4.2%. Desde este valor de longitud de onda hasta llegar al límite del
rango del espectroradiómetro la reflectancia aumenta, exceptuando unos pocos
puntos de distorsión al final del rango de lectura del espectroradiómetro.
Gráfica 18. Firma espectral correspondiente a bache (A) a una altura de toma de
1.28 m.
Fuente: Autor.
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Ilustración 2. Fotografía deterioro superficial correspondiente a bache.
Fuente: Autor.
En la gráfica 19, se puede observar como la altura a la que es ubicado el
espectroradiómetro para la toma de los daños correspondientes a bache 19 (A) y
bache 19 (B) con respecto a la superficie, tiene implicaciones directas en la
reflectancia que este genere en la firma espectral, aunque las firmas espectrales
siguen teniendo características definidas para cada daño. En el espectro visible,
ambas firmas poseen concavidad con gradientes variables; pero en el infrarrojo
cercano correspondiente a la lectura espectral dentro del rango de 850 nanómetros
(Nm) a 1075 nanómetros (Nm), su comportamiento actúa de la misma manera en
cada longitud de onda, pero a mayor altura de toma mayor será la reflectancia. De
los 850 nanómetros (Nm) a los 890 nanómetros (Nm), las firmas poseen una
concavidad similar con gradiente bajo. Antes de llegar a los 900 nanómetros (Nm)
se producen dos picos en la reflectancia teniendo variaciones de aproximadamente
0.4 %, desde la más baja a la más alta hasta llegar a los 906 nanómetros (Nm),
desde allí la reflectancia disminuye nuevamente hasta los 910 nanómetros (Nm),
luego vuelve a un pico a los 920 nanómetros (Nm) llegando a una variación de
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reflectancia de casi 0.6 %, luego desciende hasta aproximadamente los 950
nanómetros (Nm). Posteriormente la reflectancia asciende hasta los 955
nanómetros (Nm) luego comienza una fluctuación de gran magnitud hasta los 1075
nanómetros (Nm) la cual no permite analizar los datos obtenidos.
Gráfica 19. Firmas espectrales correspondientes a bache (A) a una altura de toma
de 1.28 m y bache (B) a una altura de toma de 1.60 m.
Fuente: Autor.
En la gráfica 20, la firma espectral correspondiente al deterioro superficial
desportillamiento 20(F), posee una forma cóncava en el rango visible del espectro.
Esta concavidad posee una reflectancia entre 14.3 y 16.3 % aproximadamente. En
el infrarrojo cercano dentro del rango comprendido entre 800 nanómetros (Nm) a
1075 nanómetros (Nm) para este estudio, los valores de la reflectancia de la firma
espectral actúan de manera cóncava desde los 850 nanómetros (Nm) hasta los 950
nanómetros (Nm) aproximadamente, con una reflectancia entre 16.3 y 13 %, dando
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así una diferencia porcentual del 3.3%. Desde este valor de longitud de onda hasta
llegar al límite del rango del espectroradiómetro la reflectancia aumenta,
exceptuando unos pocos puntos de distorsión al final del rango de lectura del
espectroradiómetro.
Gráfica 20. Firma espectral correspondiente a desportillamiento (F) a una altura de
toma de 1.28 m.
Fuente: Autor.
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Ilustración 3. Fotografía deterioro superficial correspondiente a desportillamiento.
Fuente: Autor.
En la gráfica 21, la firma espectral correspondiente al deterioro superficial grieta
longitudinal 21(J), posee una forma cóncava en el rango visible del espectro. Esta
concavidad posee una reflectancia entre 14.3 y 14.7% aproximadamente. En el
infrarrojo cercano dentro del rango comprendido entre 800 nanómetros (Nm) a 1075
nanómetros (Nm) para este estudio, los valores de la reflectancia de la firma
espectral actúan de manera cóncava desde los 850 nanómetros (Nm) hasta los 950
nanómetros (Nm) aproximadamente, con una reflectancia entre 14.8 y 9.3 %, dando
así una diferencia porcentual del 5.5%. Desde este valor de longitud de onda hasta
llegar al límite del rango del espectroradiómetro la reflectancia aumenta,
exceptuando unos pocos puntos de distorsión al final del rango de lectura del
espectroradiómetro.
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Gráfica 21. Firma espectral correspondiente a grieta longitudinal (J) a una altura de
toma de 1.28 m.
Fuente: Autor.
Ilustración 4. Fotografía deterioro superficial correspondiente a grieta longitudinal.
Fuente: Autor.
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En la gráfica 22, la firma espectral correspondiente al deterioro del sello en la junta
22(H), posee una forma cóncava en el rango visible del espectro. Esta concavidad
posee una reflectancia entre 14.7 y 16.7% aproximadamente. En el infrarrojo
cercano dentro del rango comprendido entre 800 nanómetros (Nm) a 1075
nanómetros (Nm) para este estudio, los valores de la reflectancia de la firma
espectral actúan de manera cóncava desde los 850 nanómetros (Nm) hasta los 950
nanómetros (Nm) aproximadamente, con una reflectancia entre 16.7 y 12.2 %,
dando así una diferencia porcentual del 4.5%. Desde este valor de longitud hasta
llegar al límite del rango del espectroradiómetro la reflectancia aumenta,
exceptuando unos pocos puntos de distorsión al final del rango de lectura del
espectroradiómetro.
Gráfica 22. Firma espectral correspondiente a deterioro del sello en la junta (H) a
una altura de toma de 1.28 m.
Fuente: Autor.
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Ilustración 5. Fotografía deterioro superficial correspondiente a deterioro del sello
en la junta.
Fuente: Autor.
En la gráfica 23, en la firma espectral correspondiente a junta en óptimas
condiciones 23(K), se observa un comportamiento cóncavo dentro del rango del
espectro visible con una reflectancia alta, esto debido a los materiales como el
poliuretano o el silicón a partir de los cuales están hechas las juntas de la estructura
de pavimento rígido (IDU, 2011). También se puede observar en el infrarrojo
cercano dentro del rango comprendido entre 800 nanómetros (Nm) a 1075
nanómetros (Nm), un comportamiento debido a factores externos sobre los
materiales que componen la junta en su construcción, como por ejemplo los
esfuerzos físicos a los que se ve expuesto y la cantidad de oxígeno en la atmósfera
(Carrère & Conel, 2009). La firma posee una reflectancia entre los 850 y 950
nanómetros (Nm) de 18 y 12 %, con u porcentaje de variación del 6%.
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Gráfica 23. Firma espectral correspondiente a junta optima (K) a una altura de toma
de 1.28 m.
Fuente: Autor.
Ilustración 6. Fotografía correspondiente a junta en estado óptimo.
Fuente: Autor.
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En la gráfica 24, se puede observar como la altura a la que es ubicado el
espectroradiómetro para la toma de las firmas correspondientes a junta en estado
óptimo 24 (K) y junta en estado óptimo 24 (L) con respecto a la superficie, tiene
implicaciones directas en la reflectancia que este genere en la firma espectral,
aunque las firmas espectrales siguen teniendo características definidas para cada
daño. Antes del espectro visible, desde los 380 nanómetros (Nm), se observa un
aumento en la reflectancia en ambas firmas con un porcentaje de casi 0.5 %. En el
espectro visible ambas firmas poseen concavidad con gradientes variables pero en
el infrarrojo cercano correspondiente a la lectura espectral dentro del rango de 850
nanómetros (Nm) a 1075 nanómetros (Nm), su comportamiento posee
características similares pero a mayor altura de toma mayor será la reflectancia. De
los 850 nanómetros (Nm) a los 890 nanómetros (Nm), las firmas poseen variaciones
muy pequeñas es decir se observa casi como una línea recta. Antes de llegar a los
900 nanómetros (Nm) se producen un pico en la reflectancia teniendo variaciones
de aproximadamente 0.3 %, desde la más baja a la más alta hasta llegar a los 905
nanómetros (Nm), desde allí la reflectancia disminuye nuevamente hasta los 915
nanómetros (Nm), luego vuelve a un pico a los 920 nanómetros (Nm) llegando a
una variación de reflectancia de casi 0.8 %, luego desciende hasta
aproximadamente los 940 nanómetros (Nm). Posteriormente asciende hasta los
1075 nanómetros pero en este rango se observan fluctuaciones de gran magnitud
lo cual no permite analizar los datos obtenidos.
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Gráfica 24. Firmas espectrales correspondientes a junta optima (K) a una altura de
toma de 1.28 m y junta optima (L) a una altura de toma de 1.60 m.
Fuente: Autor.
Como se puede observar en la gráfica 25, donde la firma espectral correspondiente
a la losa de concreto en óptimas condiciones 25(O), posee una reflectancia baja en
el rango visible del espectro. Esta concavidad posee una reflectancia entre 9.9 % y
12.4 % aproximadamente. En el infrarrojo cercano dentro del rango comprendido
entre 800 nanómetros (Nm) a 1075 nanómetros (Nm) para este estudio, los valores
de la reflectancia de la firma espectral actúan de manera cóncava desde los 850
nanómetros (Nm) hasta los 950 nanómetros (Nm) aproximadamente, con una
reflectancia entre 12.5 y 8 %, dando así una diferencia porcentual del 4.5%. Desde
este valor de longitud de onda hasta llegar al límite del rango del espectroradiómetro
la reflectancia aumenta, exceptuando unos pocos puntos de distorsión al final del
rango de lectura del espectroradiómetro. Debido al poco tiempo de construcción de
la losa de concreto y su poco desgaste, los elementos y materiales poseen todavía
gran capacidad de absorción del haz de luz por tal motivo su reflectancia es baja.
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Gráfica 25. Firmas espectrales correspondientes a losa de concreto en óptimas
condiciones (O) a una altura de toma de 1.28 m
Fuente: Autor.
Ilustración 7. Fotografía correspondiente a losa de concreto en óptimas condiciones.
Fuente: Autor.
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En la gráfica 26, se puede observar como la altura a la que es ubicado el
espectroradiómetro para la toma de las firmas correspondientes a losa de concreto
en óptimas condiciones 26(O) y losa de concreto en óptimas condiciones 26(P)
con respecto a la superficie, tiene implicaciones directas en la reflectancia que este
genere en la firma espectral, aunque las firmas espectrales siguen teniendo
características definidas para cada daño. En el espectro visible las firmas no poseen
trazos similares debido a alguna interacción externa sobre el pavimento a la hora
de tomar los datos, pero en el infrarrojo cercano correspondiente a la lectura
espectral dentro del rango de 850 nanómetros (Nm) a 1075 nanómetros (Nm), su
comportamiento posee características similares pero a mayor altura de toma mayor
será la reflectancia. De los 850 nanómetros (Nm) a los 880 nanómetros (Nm), las
firmas poseen una concavidad leve, desde los 885 nanómetros (Nm) hasta los 900
nanómetros (Nm), se genera una disminución en la reflectancia de
aproximadamente 1 %, después de los 900 nanómetros (Nm) los 920 nanómetros
(Nm), se observa varios picos los cuales descienden y asciende a el mismo valor
porcentual a través de este rango, luego la reflectancia desciende hasta los 940
nanómetros (Nm) llegando a una variación de reflectancia de casi 4 %, luego
asciende hasta los 1075 nanómetros pero en este rango se observan fluctuaciones
de gran magnitud lo cual no permite analizar los datos obtenidos.
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Gráfica 26. Firmas espectrales correspondientes a losa de concreto en óptimas condiciones (O) a una altura de toma de 1.28 m y losa de concreto en óptimas condiciones (P) a una altura de toma de 1.60 m.
Fuente: Autor.
En la gráfica 27, correspondiente a losa de concreto en óptimas condiciones 27(O)
y bache 27(A), se observa como la pérdida de algunos materiales o el desgaste,
han aumentado la reflectancia en la firma espectral correspondiente al deterioro
bache, por tal razón en el espectro visible el comportamiento de la firma es muy
similar a la firma espectral de la losa en óptimas condiciones pero el bache posee
mayor reflectancia. En el infrarrojo cercano las variaciones son mayores, como se
observa entre los 885 nanómetros (Nm) y los 925 nanómetros (Nm) los cuales
muestran picos variados pero en diferentes longitudes de onda y entre los 925
nanómetros (Nm) y los 950 nanómetros (Nm); el descenso y posterior ascenso de
la reflectancia, marca picos que se comportan de esta manera fluctuante debido a
la pérdida de elemento por el bache sobre la losa de concreto.
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Gráfica 27. Firmas espectrales correspondientes a losa de concreto en óptimas condiciones (O) a una altura de toma de 1.28 m y bache (A) a una altura de toma de 1.28 m.
Fuente: Autor.
En la gráfica 28, correspondiente a losa de concreto en óptimas condiciones 28 (O)
y desportillamiento 28 (F), se observa como la pérdida de algunos materiales o el
desgaste, han aumentado la reflectancia en la firma espectral correspondiente al
deterioro desportillamiento, por tal razón en el espectro visible el comportamiento
de la firma es muy similar a la correspondiente a la losa en óptimas condiciones
pero el desportillamiento posee una reflectancia mucho mayor, además los
elementos expuestos en el desportillamiento cambian la reflectancia de la firma. En
el infrarrojo cercano las variaciones son mayores, como se observa entre los 890
nanómetros (Nm) y los 925 nanómetros (Nm) los cuales muestran en la firma del
deterioro, una reflectancia con un gradiente bajo, mientras la firma de la losa en
óptimas condiciones muestra varios picos que luego entre los 925 nanómetros (Nm)
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y los 940 nanómetros (Nm) descienden en diferentes proporciones la cual no
permite un análisis correcto.
Gráfica 28. Firmas espectrales correspondientes a losa de concreto en óptimas condiciones (O) a una altura de toma de 1.28 m y desportillamiento (F) a una altura de toma de 1.28 m.
Fuente: Autor.
En la gráfica 29, correspondiente a losa de concreto en óptimas condiciones 29(O)
y grieta longitudinal 29(F), se observa como la pérdida de algunos materiales o el
desgaste, han aumentado la reflectancia en la firma espectral correspondiente al
deterioro grieta longitudinal, por tal razón en el espectro visible el comportamiento
de la firma es muy similar a la de la losa en óptimas condiciones pero la firma
correspondiente a la grieta longitudinal posee una reflectancia mucho mayor. En el
infrarrojo cercano las variaciones son mayores, como se observa entre los 890
nanómetros (Nm) y los 925 nanómetros (Nm) los cuales muestran en la firma del
deterioro una reflectancia con menos picos en comparación a la firma de la losa en
óptimas condiciones, luego entre los 925 nanómetros (Nm) y los 940 nanómetros
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(Nm) la firma de la grieta longitudinal desciende con una pendiente estable mientras
la firma de la losa de concreto realiza varios picos en este rango.
Gráfica 29. Firmas espectrales correspondientes a losa de concreto en óptimas condiciones (O) a una altura de toma de 1.28 m y grieta longitudinal (J) a una altura de toma de 1.28 m.
Fuente: Autor.
A partir de la gráfica 30, donde se consideran las firmas espectrales finales de los
daños deterioro del sello en la junta 30 (H) y junta en óptimas condiciones 30 (K),
se observa dentro del espectro visible el comportamiento del haz de luz que incide
sobre la junta en óptimas condiciones 30 (K), el cual posee una reflectancia mayor
en comparación con la firma del deterioro del sello en la junta 30 (H). Esto debido a
que la junta cuando está en buen estado, recién construida o no ha sido expuesta
a esfuerzos físicos provenientes del tránsito vehicular, tiende a reflejar el haz de luz
proveniente del espectroradiómetro con un ángulo de incidencia especifico, lo que
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genera mayor reflectancia debido a la superficie sin grandes deformaciones o
cambios sobre ella, en contraste cuando la junta se encuentra desgastada y su
superficie debido a los esfuerzos físicos externos ha cambiado de forma, el haz de
luz al proyectarse sobre dicha superficie, cambia su dirección angular y por tal razón
la reflectancia disminuye (Salvaggio et al., 2005). En el infrarrojo cercano
correspondiente a la lectura espectral dentro del rango de 800 nanómetros (Nm) a
1075 nanómetros (Nm) para este estudio, la firmas espectrales poseen un
comportamiento similar, debido a que dentro de este rango espectral la incidencia
de la forma física superficial de la junta no influye directamente en la reflectancia
sino los agentes externos (Kavzoglu et al., 2009). Vale la pena resaltar que debido
a las características químicas del poliuretano o silicón, el desgaste sobre la junta
se debe a esfuerzos físicos y no a la exposición de la junta al agua u otros
componentes (Cloutis, 1989). Aunque los valores que se muestran en este rango
son representativos para determinar los daños sobre la losa de concreto, en este
firma espectral de la junta en óptimas condiciones, el comportamiento similar a su
deterioro permite inferir que los elementos a partir de los cuales está compuesto el
poliuretano como Carbono (C), Hidrogeno (H) y Oxigeno (O) (Guerra, 2002), en el
rango del infrarrojo cercano, reflejan el haz de luz de una misma manera,
independientemente del estado de la junta.
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Gráfica 30. Firmas espectrales correspondientes a junta óptima (K) a una altura de
toma de 1.28 m y deterioro del sello en la junta (H) a una altura de toma de 1.28 m.
Fuente: Autor.
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10.4 DISCUSIÓN DE RESULTADOS
En las firmas espectrales finales de los daños tomados, no es contemplado su
comportamiento después de los 1075 Nanómetros (Nm) y antes de los 325
Nanómetros (Nm), lo que condiciona la información que se pueda obtener; esto se
debe a que el equipo utilizado captura un rango limitado de información, pero cabe
resaltar que este estudio muestra el comportamiento claro de las firmas espectrales
correspondientes a los daños en el espectro visible y parte del infrarrojo cercano, lo
que permite analizar el comportamiento de los daños dentro de este rango espectral.
Por lo anteriormente dicho las firmas finales de desportillamiento, grieta longitudinal,
bache, junta óptima, deterioro del sello en la junta y losa de concreto en óptimas
condiciones, permiten la identificación de dichos daños a partir de las firmas
tomadas en estructuras de pavimento rígido en la ciudad de Bogotá teniendo en
cuenta las limitaciones ya expuestas. Finalmente, es conveniente hacer referencia
a las grandes ventajas que posee realizar librerías de firmas espectrales o estudios
de daños a través de firmas espectrales con técnicas de espectroradiometría (Arita
et al., 2001), puesto que su utilización es sencilla y no implica un gran costo
económico, pero requiere de bastante tiempo para la toma de datos en campo por
lo que puede llegar a ser un proceso largo y engorroso, además de los factores
externos como el clima o los elementos de la atmósfera los cuales pueden afectar
el registro de la firma espectral (Justice, Vermote, Townshend, Defries, & Roy,
1998).
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10.5 TRABAJO FUTURO
En un futuro para continuar con este estudio a profundidad, se requiere hacer una
librería de firmas espectrales, pero con espectroradiométros de mayor rango
espectral, que logre abarcar entre los 1500 nanómetros (Nm) y los 2000 nanómetros
(Nm), esto debido a que los materiales que componen el pavimento rígido se
comportan de manera diferente en dicho rango (Herold, 2004), lo que permitiría
obtener mayor información de los daños estudiados. Luego, mediante imágenes
híper espectrales que tengan una resolución espacial la cual permita analizar
deterioros superficiales dentro de las vías, es posible hacer una clasificación acorde
con la información recopilada de las firmas espectrales con respecto a las de las
imágenes, con el fin de relacionar el comportamiento espectral dentro de la imagen
con respecto a lo presente en la firma (Herold, Gardner , & Roberts., 2003), y de
esta manera lograr un reconocimiento automático a través de capturas de imágenes
híper espectrales en diferentes fechas, con lo cual a largo plazo, llegar a predecir
de una forma lógica y aceptable el desgaste que puedan generar dichos daños en
la superficie de la estructura de pavimento rígido.
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11. CONCLUSIONES
La utilización de aplicaciones geomáticas como la espectroradiometría en el estudio
de los deterioros superficiales en estructuras de pavimento rígido, es una gran
herramienta puesto que, la toma de los datos de la superficie posibilita generar
librerías de firmas espectrales confiables y de fácil manejo por la precisión de las
muestras y la versatilidad de los datos, lo que permite hacer estudios de bajo
impacto y con una buena calidad en los resultados hallados.
El manejo de técnicas de georreferenciación en cualquier tipo de estudio
investigativo es de carácter obligatorio para conseguir información exacta y precisa
de la zona de estudio que se pretende evaluar o analizar, ya que permite demostrar
que los datos tomados en campo son reales y están ubicados donde se argumenta
y a partir de esto dar validez a la investigación, como se muestra en este caso desde
la información tomada de los daños superficiales en la estructura de pavimento
rígido inspeccionada.
La aplicación del coeficiente de variación para determinar que firmas tomadas de
los daños superficiales con el espectroradiómetro pueden hacer parte de la librería
espectral, permitió establecer con mayor precisión la firma resultante de cada daño
estudiado sobre la estructura de pavimento rígido, minimizando la influencia de
algunas variables como las condiciones climáticas, la altura a la cual se tomó la
firma espectral sobre la superficie y factores humanos. A partir de esto se realizó
una librería espectral confiable que posibilita su utilización en zonas donde se haya
construido pavimento rígido y se pretenda realizar evaluaciones sobre las
condiciones superficiales de esta estructura en la ciudad de Bogotá.
La aplicación de técnicas espectrales en el estudio de los deterioros sobre
estructuras de pavimentos, es una herramienta que considera criterios objetivos
como las firmas espectrales, a la hora de evaluar los daños superficiales en las
estructuras, ya que elimina todo criterio subjetivo por parte de los evaluadores
superficiales. Además, en un estudio más profundo, es posible trabajar
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conjuntamente con imágenes híper espectrales las cuales permitirían mayores
zonas de análisis en menor tiempo. Debido a esto, con el desarrollo pionero de este
estudio, se da un paso inicial para alcanzar mayores avances en el análisis espectral
de estructuras de pavimento rígido.
La información tomada a través del espectroradiómetro, por lo general puede verse
afectada por diferentes variables externas al equipo, como lo son la posición del
observador, las condiciones climáticas, la cantidad de luz natural y artificial que se
encuentra en el medio entre otros factores, por tales motivos se hace necesaria la
calibración constante de la reflectancia en el equipo a través del espectralón y de la
utilización correcta del equipo.
La creación de la librería de firmas espectrales de los daños hallados en las
estructuras de pavimento rígido permite facilitar estudios de mantenimiento vial y de
inspección visual de daños que actualmente se hacen en la ciudad, debido a que
estos datos están expresados en información computarizada, lo que permitirá en un
futuro automatizar este procedimiento, ahorrando tiempo y dinero para las
empresas expertas en este tipo de actividades.
Finalmente, cabe resaltar que es imprescindible la investigación en Colombia en
este tipo de temas, ya que no se ha profundizado lo suficiente en la evaluación de
las estructuras viales en este caso de pavimento rígido, a través de herramientas
distintas a la inspección visual de expertos o la utilización de topografía básica,
desaprovechando opciones, con las cuales se puede inspeccionar estas
estructuras; como por ejemplo la fotogrametría, la cartografía digital y para este caso
la espectroradiometría.
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