Ana María Carvajal Revista de la Construcción acarvajg@uc ... · PDF fileNCh 163 Of 79 Áridos para morteros y hormigones. Requisitos generales: (K/m3) Máx Cl-1,20 Hormigón armado

Ana María Carvajal Revista de la Construcción [email protected] Volumen 1 – Nº1 Diciembre 2002 ISSN 0717-7925

1

ANÁLISIS DE LAS NORMAS CHILENAS RELACIONADAS CON

CORROSIÓN DE ACERO Y SU PROTECCIÓN

AUTORA: Ana María Carvajal Pontificia Universidad Católica de Chile

Escuela de Construcción Civil [email protected]

RESUMEN El objetivo del presente trabajo fue hacer un diagnóstico sobre las medidas de prevención, control y mantenimiento que se tienen en Chile para el buen funcionamiento de las estructuras de acero descubierto o de hormigón armado, relacionado con el riesgo de corrosión. El punto de partida del estudio, fue el análisis de las normas chilenas que tienen relación directa o indirecta con la corrosión de acero1. Posteriormente se investigó sobre las fallas más frecuentes en las estructuras portuarias de Chile, en donde se ha debido destinar importantes recursos monetarios a la reparación de estas instalaciones dañadas por corrosión. ABSTRACT The object of the present paper was to diagnose about the measurements for prevention, control and maintenance that have been applied in Chile for the acceptable performance of the exposed steel structures or reinforced concret, in relation with the risk of corrosion. The first step was to analyse chilean standards that have direct or indirect relation with the steel corrosion. Afterwords, the more frecuent failures in port estructures in Chile were investigated, where important amounts of money are expended to repair corrosion damaged structures.


2

INTRODUCCIÓN Aunque desde fines del siglo XIX se usa el hormigón armado como material de construcción, el conocimiento de patologías como la corrosión del acero, la degradación del hormigón que lo protege debido a la carbonatación, a la acción de sulfatos, a las reacciones árido- álcalis ó a la presencia de ácidos, por nombrar las más comunes, aún lo desconoce un alto porcentaje de profesionales del área, a nivel mundial. Esta situación se debe en gran medida a que el análisis de los defectos en la construcción no corresponde sólo al ámbito de ingeniería, construcción o arquitectura, sino que involucra otras áreas de gran importancia como la química, geología, física y metalurgia, entre otras. Este desconocido carácter Interdisciplinario que tiene el estudio de las patologías del hormigón ha sido quizás la causa del retraso de la puesta en marcha de las distintas medidas de evaluación, mantenimiento, y desarrollo de medidas de protección a las distintas obras de hormigón armado. En Chile ciertamente se ha avanzado en ese aspecto, pero se debe intentar mejorar lo deficitario impartiendo el conocimiento de temas como éstos en las universidades y capacitando a los profesionales del área, ya que existe un vacío en cuanto a medidas de control, protección y mantenimiento de las edificaciones tanto de acero a la vista como recubierto. DESARROLLO El uso del acero en Obras Públicas y Civiles es muy variado, pudiendo estar asociado al hormigón como armadura, o bien como estructura metálica descubierta. Entre los usos más corrientes, se puede citar: Edificación de obras con estructura metálica. Puentes. Pasarelas peatonales. Ductos. Plataformas marinas. Estructuras portuarias Es lamentable que estas estructuras fallen en forma catastrófica, ya que cuando se trata de procesos de corrosión el problema no es visible en un alto porcentaje, o si lo es, puede que no sea detectado a tiempo si la

estructura carece de mantenimiento periódico, por lo cual hay pérdida de vidas humanas y de recursos cuando estas estructuras colapsan por corrosión. Surge entonces como primera con-secuencia analizar las normas chilenas que tienen relación con el acero y el hormigón armado, con el fin de saber si son suficientes o se debe trabajar a nivel nacional para lograr un mayor control sobre las construcciones que se realizan en nuestro país. Del universo de normas chilenas que existen en el INN (instituto Nacional de Normalización) relativos a construcción, se han elegido las que den alguna información sobre el tema corrosión. Su extracto relativo al problema se indica a continuación1: NCh 163 Of 79

Áridos para morteros y hormigones. Requisitos

generales:

(K/m3)

Máx Cl-

1,20 Hormigón armado

0,25 Hormigón pretensazo

SO4 –2 solubles en agua

0,60

S –2 oxidables, max

1,80

Carbono y lignito oxidables para hormigón a la vista

0,5

Carbono y lignito para todo otro

1,0

Nota3.- “Para cuantificar el contenido de Cl- se debe considerar el aporte proporcional de la arena y la grava en 1 m3 de hormigón elaborado. Cuando haya aporte de Cl- de los demás componentes del hormigón (agua de amasado, cemento, aditivos) los límites de la tabla deben considerar también dichos aportes”.


3

Nota 4 “Para cuantificar el contenido de SO4

–2 y S-2 oxidables, se debe considerar el aporte proporcional de la arena y la grava en 1 m3 de hormigón. Cuando haya aportes de SO4 –2 y/o S-2 de los demás componentes del hormigón (excluyendo el cemento) los límites deben considerar también dichos aportes”. Nota 5 “el límite de S-2, está basado en el comportamiento de áridos de la zona central del país, los cuales, con contenidos similares de S-2, no han presentado reacciones perniciosas en servicio”. Nota 6 “Siempre que existe riesgo de corrosión de armaduras y/o desintegración del hormigón, es necesario establecer en las especificaciones técnicas las precauciones necesarias para su protección (NCh 170, H). Al efecto, es recomendable asesorarse por entidades y personas especializadas en el tema”. Nota 7 “El ensayo es optativo (de SO4 –2 y S -2) con cualquiera de ambas sales. En caso de incumplimiento se recomienda decidir sobre la base de ensayo de congelación y deshielo sobre probetas de hormigón aceptando una pérdida de masa igual o menor al 25% en 300 ciclos. (Ver anexo E)”. Anexo E: Se recomienda emplear las siguientes normas mientras no haya chilenas: • Carbono y lignito: ASTM C 123 • Congelación y deshielo: USBR • Reactividad potencial. Método Químico:

ASTM C 285 • Nota del autor: (Las normas ASTM C 123

y C 285 se refieren a análisis de Carbono y lignito)

Nch 170 Of 85 Hormigón: requisitos generales Definiciones: Hormigón es un material que resulta de la mezcla de agua, arena, grava, cemento y eventualmente aditivos y adiciones, en proporciones adecuadas que, al fraguar y endurecer, adquiere resistencia. Aditivos: materiales activos agregados al hormigón en pequeñas cantidades. En el anexo G de NCh 170:

G1.- “La protección del hormigón contra el ataque de los sulfatos, o de otros elementos de carácter químico o similar se logra fundamentalmente con una excelente calidad de su fabricación, alta densidad, homogeneidad, con baja razón agua- cemento, y con el empleo de cementos adecuados. En este sentido, el aire incorporado es beneficioso, por cuanto permite reducir la razón agua- cemento mencionada” G3.- El hormigón que deba ser impermeable o vaya a estar expuesto a ciclos de hielo- deshielo, debe dosificarse de acuerdo con lo especificado en 5.3.2 de la norma (*) (*) 5.3.2 La determinación de la razón agua- cemento por durabilidad se debe hacer según la tabla 1

Tabla 1: Máxima razón agua cemento

en casos de exposición severa

Estructura continua o frecuentemente húmeda o expuesta a hielo – deshielo

Estructura expuesta a aguas agresivas en contacto con el suelo o ambiente marino.

0,45

(secciones delgadas (e< 20 cm.) y secciones con recubrimiento menores que 2 cm.)

0,40

0,50

toda otra estructura

0,45

G 5. -“No debe usarse CaCl2 en la fabricación de hormigón que vaya a estar severa o muy severamente expuesto a soluciones que contienen sulfatos, tal como se establece en la tabla 2”.

Tabla 2:

Exposición al SO4

-2

SO4 -2 soluble en H2O en el suelo %p/p

SO4-2 en H2O mg/l

Despreciable

Moderada (agua de mar)

0,00- 0,10 0-150

Severa

Muy severa más de 2,00 más de 10.000

G 6. - “Para la protección contra los efectos de la corrosión, la concentración de ión Cl-


4

soluble en agua presente en el hormigón, a la edad de 28 días, proveniente del agua, los áridos, del cemento o de los aditivos, no debe exceder los límites de la tabla 3”.

Tabla 3: Cantidad máxima de Cl- como protección contra la corrosión

Tipo de elemento

Contenido máx de Cl- soluble en agua en el Hormigón (kg Cl - / m3)

Hormigón pretensado

0,25

Hormigón armado

1,20

G 7. - Cuando el hormigón armado vaya a estar expuesto a sales descongelantes, agua salobre, agua de mar o a neblina proveniente de estas fuentes, su dosificación debe atenerse a lo establecido en 5.3.2 (*) de la norma, y a las protecciones superficiales especificadas en la norma NCh 430. (*) 5.3.2 La determinación de la razón agua cemento por durabilidad se debe hacer según tabla 1 (antes escrita) Anexo H NCh 170 H 5 Prohibiciones H 5.1 Se prohibe la limpieza y trata-miento de la superficie de la junta de hormigonado con ácidos o productos corrosivos para el hormigón o para el acero de las armaduras NCh 428 Of 57 Ejecución de construcciones de acero. Se establece las condiciones mínimas que deben cumplirse en la ejecución de las construcciones corrientes de acero al carbono, incluso las de acero cobreado.

- Recubrimientos protectores. 1. - Los elementos de una estructura que estén sucios u oxidados deberán ser limpiados empleando escobilla metálica, esquirlas de acero, sopletes limpiadores, decapado con ácido u otro procedimiento equivalente. Enseguida toda la estructura se recubrirá por algún método aceptado con una capa de material especial que impida la oxidación del acero. El sistema que se emplee será elegido de común acuerdo por el cliente y el fabricante y se ceñirá en general a las normas correspondientes. Si el método elegido es la protección por pinturas se observarán las precauciones descritas en los párrafos siguientes. 2. - Las superficies que sean accesibles después de armada la estructura se pintarán previamente con dos manos de pintura anticorrosivo después de limpiarlas debidamente. No será necesario pintar las superficies de recintos que quedarán cerradas herméticamente de modo que no exista posibilidad de renovación de oxígeno ni de penetración de humedad. No se pintarán las superficies de contacto de uniones de taller, ni aquellas que van a estar embebidas en hormigón. 3. - Las piezas remachadas o soldadas no se pintarán sino después de que hayan sido aprobadas por la inspección. 4. - Las cabezas de remaches coloca-dos en faena se limpiarán y se cubrirán con una mano de material anticorrosivo antes de pintar. 5. - No se pintará sobre superficies húmedas o escarchadas. 6. - Los materiales empleados como elementos anticorrosivos y pinturas deberán cumplir con las normas correspondientes. Se recomienda usar como anticorrosivo un recubrimiento químicamente inhibitivo de la


5

corrosión el que deberá ser cubierto a su vez en un plazo no mayor de 3 meses por una mano o más de pintura de terminación para que no pierda su eficiencia. NCh 859 Of 72 Acero- alambres desnudos sin tensiones internas para tendones para hormigón pretensado. Especificaciones. Presentación: Se aceptará la presencia de oxidación superficial que no cause socavaciones o porosidad notable a simple vista. NCh 925 Acero: tubos y piezas especiales para agua potable. Protección por revestimiento bituminoso 1.3 Esta norma no se aplica a situaciones especiales de corrosión (agua, terreno, ambiente, etc.) casos en que la autoridad* competente exigirá justificación de la protección Autoridad: La que tiene atribuciones para velar por la aplicación y cumplimiento de leyes, reglamentos y normas Los tubos y piezas especiales de acero se protegerán contra la corrosión por revestimientos bituminosos como sigue: Interior: 1) En frío

2) En caliente por centrifugación

Exterior: 1) Aplicación en frío 2) En caliente 3) En caliente más envoltura de fieltro de vidrio 4) Capa de lechada de cal

4.4: Espesor exterior 2,5 mm La lechada de cal protege de la acción de algunos terrenos. Se prepara con: 250 litros de agua, 5 litros de aceite de linaza cocido, 90 kilos de cal viva y 6 kilos de sal

NCh 1079 Of 77 Arquitectura y construcción- Zonificación climático habitacional para Chile y recomendaciones para el diseño arquitectónico. (Temperatura medida a: 12; 18; 24 hora de Greenwich). Clasificación de nueve zonas, no incluye territorio Antártico, Isla de Pascua, archipiélago Juan Fernández, Islas Salas y Gómez, San Félix y San Ambrosio. Contiene: a) localidades más importantes b) temperatura media, oscilación diaria c) soleamiento: horas/sol d) humedad relativa e) precipitaciones (mm) f) heladas g) nieve (días/ año) h) salinidad atmósfera- suelo (sí ó no) i) altura (m) Además: Protección contra el sol: orientación de muros que requieren protección. NCh 1125 Of 76 Requisitos que deben cumplir las piezas de fundición gris austenítica de hierro. Se aplica a las piezas que se destinan para usos en que es esencial la resistencia al calor, a la corrosión y al desgaste para usos especiales. Composición química: C (2,4- 3 %), Si, Mn, S, Cu, Ni, Cr., (todas están en la norma) NCh 1159 Of 77 Acero estructural de alta resistencia y baja aleación para construcción. Los aceros de alta resistencia y baja aleación se usan en aquellos elementos en que es importante obtener una economía en el peso o una resistencia adicional a la corrosión atmosférica. Estos aceros tienen una resistencia a la corrosión atmosférica equivalente al doble de la de un acero al carbono con cobre y equivalente al cuádruple de la de un acero al carbono sin cobre (Cu máx: 0,02%)


6

La técnica de soldadura en estos aceros es de fundamental importancia y se subentiende que el procedimiento de soldadura se hará de acuerdo con métodos calificados. Alcance y campo de aplicación 1.1 Esta norma establece los requisitos que deben cumplir los productos de acero de alta resistencia y baja aleación laminados en caliente. 1.2 Se aplica a los productos planos, a los perfiles y a las barras que se empleen en construcciones estructu-rales soldadas, apernadas o remacha-das. 1.3 Grado de acero Y 49- 35 ES Nch 1498 Of 82. Hormigón. Agua de amasado. Requisitos 4.1 Agua potable se puede usar si no se contamina antes de su uso. 4.2 Se permite empleo de agua de mar sólo en hormigones simples de resistencia característica a la compre-sión inferior a 15 Mpa (150 Kgf/cm2) siempre que no exista otra fuente disponible de agua. 4.3 No se permite agua que contenga azúcar (sacarosa, glucosa, etc.). 4.4 De otro origen siempre que se cum-plan los requisitos mínimos de tabla 4.

TABLA 4: Requisitos Mínimos NCh

pH NCh 413

Sólidos en suspensión (mg/l) < 2.000 NCh 416

Sólidos disueltos * mg/l <15.000 NCh 416

Materia orgánica mg/l <5 anexo 12

Se puede hacer por conductancia eléctrica específica

Requisitos químicos: Cloruros: En hormigón armado - 1,2 En hormigón tensado - 0,25 Sulfatos solubles: Todo hormigón - 0,600 (NCh 420) NORMAS QUE TIENEN UNA RELACIÓN INDIRECTA NCh 158 Of 67 Cementos: ensayos de flexión y compresión. NCh 203 Of 77 Aceros al carbono, requisitos. NCh 205 Of 69 Aceros: barras reviradas para hormigón armado. NCh 402 Of 83 Tuberías y accesorios NCh 409 Of 84 Agua potable. Requisitos NCh 434 Of 70 Barras de acero de alta resistencia en obras de hormigón armado. NCh 532 E Of 69 Acero: planchas acanaladas de acero zincado para tubos. Especificaciones NCh 860 Of 72 Acero, cordones desnudos sin tensiones. NCh 990 Of 73 Tubería y piezas especiales de acero. NCh 2281 Of 95 Aditivos para hormigón, métodos de ensayo.


7

1.2 CORROSIÓN PROMEDIO REPRESENTATIVA EN CHILE

Ciudad Índice de

Corrosión (um/año)

Tipo de zona

Arica 38 costera desértica

Huasco 166 costera desértica

Copiapó 240 valle central Norte Chico

La Serena 55 costera, clima estepa

Los Vilos 90 costera, clima estepa

San Fernando

20 valle central, centro

Los Ángeles

30 valle central, centro sur

Puerto Montt

28 costera, centro sur.

EJEMPLOS DE ESTRUCTURAS PORTUARIAS EN CHILE CASOS REALES 1. - Proyecto Nº 16352

VIII región, en muelle San Vicente: Protección anticorrosiva por medio de recubrimiento, efectuada en 1981.Sin embargo, presentó daños importantes en 1983, ya que se detectó que no se hizo arenado al acero, sino sólo escobillado, con lo cual la masilla epóxica se desprendió. Esta situación hizo necesaria la aprobación del Proyecto 2647, para reparar las instalaciones. 2. -Proyecto Nº 1059-A2

Protección catódica en sitios Nº 6 y 7 del Puerto de Antofagasta En este proyecto se analizaron las distintas zonas de corrosión con los factores de agresividad y la velocidad de corrosión esperada en estructuras marinas construidas con acero al carbono.

Se analizan los componentes químicos del agua de mar en esa zona de Chile, concluyéndose que estos componentes son tan variados, que es preferible hacer medidas de resistividad del agua de mar, para tener información sobre la agresividad de éste. También se tuvo en cuenta el posible ataque de bacterias anaeróbicas del tipo sulfato reductoras, debido a la presencia de aniones sulfato, que, en un medio débilmente alcalino, pueden producir corrosión en el acero que se encuentre en el fondo marino. El contenido de iones cobre dio extraordinariamente superior a lo esperado en el agua de mar, lo cual hace pensar que es la causa de su menor resistividad y por lo tanto, de una mayor agresividad. Los tipos de corrosión que se darían en los tablestacados, de no existir protección, se determinó que a lo menos serían: corrosión por hendiduras, en las uniones entre tablestacas; corrosión por bacterias sulfato reductoras, ya que efectiva-mente se detectó la bacteria Desulfovibrio Desulfuricans, que produce el ataque al acero; corrosión debido a diferencia de superficies, ya que se detectó que los iones cobre estaban depositados en algunas zonas de las tablestacas como cobre metálico, con lo cual se produce un par galvánico que acelera la corrosión del acero, por ser el más débil. Con esta información se decidió hacer protección catódica por ánodos de sacrificio. La vida útil proyectada fue de un mínimo de 16 años. Hasta Abril de 2000 no se había detectado problemas en el lugar, aunque no se ha hecho control periódico para aseverarlo. La falta de control ha sido la forma común en que son tratadas las protecciones catódicas; así, aunque los costos son importantes, no hay revisión de cumplimientos de contrato en cuanto a plazos estipulados de durabilidad. Se tiene, por otro lado, el problema de robo de los ánodos de sacrificio, con lo cual el sistema de protección llega a ser inútil si no se hace control periódico.


8

Debe existir una ordenanza al menos, de las instrucciones que deben seguir los encargados de obras portuarias para el control de las obras protegidas, para evitar que el costo de protección se pierda y además se le sume un costo de reparación. Efectivamente, en el año 1984 se planteó la necesidad de tener instrucciones para el mantenimiento de la protección por ánodos de sacrificio, que quedaron escritas en forma interna en el Ministerio de Obras Públicas. La transcripción es la siguiente: 1.6 INSTRUCCIONES DE CONTROL DE PROTECCIÓN CATÓDICA 1. Las instalaciones de protección catódica

se deben inspeccionar por lo menos una vez al año.

2. Se medirá potencial y se llevará un registro.

3. Se hará mediciones en 2 lugares: a) a – 0,5 m de la cota 0 b) A media distancia entre el fondo y la

anterior medida. a) y b) por buzos o circuito cerrado TV.

4. Se registrará en un gráfico las variaciones que se experimenten año tras año.

5. Si se detecta anomalías en el desgaste, se deberá analizar las causas por un experto.

6. Se limpiarán los ánodos de todo molusco o flora.

7. Como control adicional se medirá potencial antes y después de limpiarlos.

8. Se tomará fotos de los ánodos. 9. Las protecciones por capas como

masillas, pintura, hormigón, se inspeccionarán una vez al año.

Esta lista de instrucciones debiera haber llegado a todas las regiones para su aplicación, ya que inevitablemente habrá problemas si no se hace un control periódico que permita detectar a tiempo las patologías, labor que debe ser fiscalizada por un profesional especialista. Se debe además capacitar al personal responsable. Una realidad común a muchos países es que se ahorra en mantenimiento. La experiencia de esos mismos países es que la reparación

por falta de mantenimiento en cuanto a costos, es mucho más elevada. CONCLUSIONES El análisis de las normas chilenas expuestas lleva a concluir que debiera existir capacitación del personal asignado para controlar el cumplimiento de éstas, pues se dan las condiciones para evitar la corrosión. Podemos notar que algunas, como la NCh 925, hacen referencia a medios corrosivos, derivando en estos casos a una autoridad competente el uso de medidas de protección. Se puede constatar también que el único medio de protección normado es el de recubrimiento de superficies metálicas con pinturas. El resto de las protecciones queda a cargo de expertos, lo cual estaría bien si además se hicieran cargo del mantenimiento, o bien se capacitara al personal correspondiente. Esto se ha logrado adecuadamente por ejemplo, en empresas que transportan hidrocarburos, (de vital importancia para la seguridad de la población) entre otras que ya cuentan con profesionales especializados para efectuar la protección correspondiente. En el ámbito de la construcción existe aún poca conciencia del motivo por el que se hace necesario cumplir con los requerimientos de protección básicos, es decir el fenómeno corrosión no es un tema que preocupe a escala masiva porque las empresas constructoras no siguen en contacto generalmente con las obras terminadas; debido a esto cuando se produce un problema probablemente después de 5 años, plazo que legalmente en Chile los obliga a responsabilizarse, estas empresas suelen no enterarse de los problemas de corrosión que pueden existir. En síntesis, por no verse a corto plazo el problema de corrosión en la mayoría de los casos, éste no se toma en cuenta, ya que las normas no son explícitas para este tema. Se ha notado también que proyectos de construcción realizados con protección por ánodo de sacrificio, no vuelven a tener más mantenimiento, porque quienes reciben la obra ignoran que el método lo requiere para lograr una efectiva protección.


9

Debiera advertirse al encargado de recibir la obra terminada, sobre los controles periódicos que requiere toda protección, ya sea recubrimiento, protección catódica y otros. Según un estudio realizado en Chile,4 el método de control más común en variados climas es el recubrimiento por pinturas. Se calcula que entre el 85 y el 90% de la superficie metálica expuesta a la corrosión está protegida por pintura. Estudios realizados en otras partes del mundo reflejan una situación parecida, pero los problemas continúan existiendo.5

Se puede decir que existen las condiciones para mejorar el control en las obras, si hubiera mayor cantidad de profesionales especializados en corrosión para la inspección, control y puesta en marcha de los distintos métodos de protección, según señala el anexo 1.3 de NCh 925. Es necesario realizar divulgación básica de las consecuencias de la corrosión, de los métodos de protección y de los requerimientos de mantenimiento, entre las medidas de mayor urgencia, idealmente desde las universidades hacia los alumnos en primer lugar, como también a los profesionales del área de la construcción. Es útil señalar que las normas europeas recientemente actualizadas pueden ser un buen marco de referencia para fijar las de nuestro país. En ellas se encuentran productos y sistemas para la protección y reparación de estructuras de hormigón, como también definiciones, prescripciones, control de calidad y evaluación de las mismas; contiene además los principios generales para el uso de productos y sistemas.

BIBLIOGRAFÍA 1.- Instituto Nacional de Normalización.

Chile. 2.- Ministerio de Obras Públicas, Chile,

Departamento de Proyectos; Biblioteca 3.- Revista INTEMAC, año 1998. 4.- Guzmán V A. “Situación del fenómeno de

la Corrosión en la construcción en acero y sus métodos de protección”. Construcción Civil. Pontificia Universidad Católica de Chile.

5.- Morcillo M. “Los recubrimientos de

Pintura como protección Anticorrosiva” En “Teoría y Práctica de la Corrosión”, Pág 423, Madrid, 1984

6.- Broomfield Jhon P. “Corrosión of Steel

Concrete, Understanding, Investigation and Repair” 1997.

7.- http://www.puc.cl/sw_educ/geo_mar/html/h32.html

Nathan Mendes, Roberto Lamberts, Paulo C. Philippi Revista de la Construcción [email protected] Volumen 1 – Nº 1 Diciembre 2002 ISSN 0717-7925

1

CONDUCCIÓN SENSIBLE Y LATENTE EN PAREDES POROSAS DE EDIFICACIONES, SOMETIDAS A ALTOS GRADIENTES DE

TEMPERATURA Y HUMEDAD

AUTORES: Nathan Mendes

Pontifícia Universidad Católica del Paraná (PUCPR/CCET) - Brazil Laboratório de Sistemas Térmicos

[email protected]

Roberto Lamberts Departamiento de Ingenieria Civil

Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC/CTC) – Brazil

Paulo C. Philippi Departamiento de Ingenieria Mecánica

Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC/CTC) - Brazil

RESUMEN: En este artículo se estudia, la influencia de la humedad en las cargas de enfriamiento de paredes sometidas a condiciones de lluvia, radiación solar, convección y cambio de fase. Se analiza la dependencia entre el tiempo de los perfiles de contenido de humedad, de temperatura y de las cargas de enfriamiento en paredes de diferentes materiales en una semana de verano en la ciudad de Florianópolis (caliente/húmedo). Se investiga también, la influencia de días lluviosos y con fuerte radiación solar después de un periodo, en cargas térmicas y contenidos de humedad. ABSTRACT: We describe the use of a dynamic heat and mass transfer model to analyze the effects on cooling loads of transient moisture storage and transport through walls with porous building materials, under varying boundary conditions. It is analysed the influence on cooling loads of high moisture content due to rain soaking of materials, and the influence of solar radiation on sunny and cloudy days. It is shown that neglecting moisture migration may result in large errors in sensible and latent heat transfer.


2

INTRODUCCIÓN: En análisis energético de edificaciones, normalmente, se evalúa la conducción del calor a través de paredes, despreciándose el almacenamiento y el transporte de humedad en la estructura porosa de las paredes. Junto con el flujo de calor, la humedad requiere una consideración. Esta, presenta otras implicaciones, especialmente en climas cálidos y húmedos donde se da que ella puede causar daños a la estructura del edificio y puede promover el crecimiento de hongos, afectando la salud de los ocupantes. Burch y Thomas (1991) desenvolvieron el código MOIST para estudiar paredes compuestas sobre condiciones normales isotérmicas, plantean que la conductividad térmica al ser considerada constante, presenta en un programa limitado, bajos contenidos de humedad. Liesen (1994) uso la teoría de la evaporación-condensación y el método del factor de respuesta para desenvolver e implementar un modelo de transferencia de calor y de masa en el programa de simulación termo-energética IBLAST (Integrated Building Loads Analysis and System Thermodynamics). Los coeficientes de transporte de este programa fueron todos considerados constantes. Para análisis de transporte de calor y humedad para altos contenidos de humedad,

se utilizó un modelo dinámico que evita restricciones en cuanto al contenido de humedad. Se consideró para las paredes, convección, radiación solar y mudanza de fase vapor-líquido. De acuerdo con Mendes (1997), en este modelo, cantidades físicas como coeficientes de transporte de materia, conductividad térmica y calor específico, son variables y dependen de la temperatura de la pared y del contenido de humedad. Este trabajo analiza cargas de enfriamiento para tres materiales diferentes: hormigón armado aireado, ladrillo y mésela. El análisis es realizado en la semana de verano más crítica del clima de Florianópolis, Brasil. Se analiza también la influencia en cargas de enfriamiento y los niveles de humedad de pared para dos tipos de condiciones de lluvia: lluvia seguida por una semana de cielo limpio y lluvia seguida por una semana de cielo nublado. Modelo Matemático: Las ecuaciones diferenciales gobernantes para modelar el fenómeno de transferencia de calor y humedad son dadas por las ecuaciones (1) y (2) que fueron derivadas a través de balanceamiento de energía y de materia en un volumen de control de material poroso.

Ecuación de conservación de masa

( ) ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂θ

+∂∂

∂∂

=θ∂∂

θ xD

xTD

xt T (1)

Ecuación de conservación de energía

)x

DxTD(

xL)

xT(

xtT.c. VTVm0 ∂

∂θ+

∂∂

∂∂

+∂∂

λ∂∂

=∂∂

ρ θ (2)

El parámetro cm. es el calor específico que es función de θ . La variable λ es la conductividad térmica del medio en la ausencia de mudanza de fase que normalmente depende mucho de θ y poco de T. Los coeficientes VTVT D ,DD ,D θθ , son responsables por la transferencia de

humedad en el interior del material poroso según el modelo de Philip y De Vries (1957). La superficie externa de la pared es expuesta a la radiación solar y mudanza de fase. Las ecuaciones de conservación asociadas son las siguientes.


3

Conservación de masa en la superficie externa (x=0)

( ) ( ) )(h)xTD

xD(

x 0x,vl

m0x,TT,T =∞=θθθ ρ−ρ

ρ=

∂∂

+∂∂θ

∂∂

−.

(3)

Conservación de energía en la superficie externa (x=0)

( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )0x,v,vmTr0x0xvT

0x

,T hLqTThjLxT

=∞=∞==

θ ρ−ρ+α+−=−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂

λ− , (4)

Con:

( )T(0)-Th extext = convección de calor.

rqα = radiación solar absorbida y

( )0xv,extv,extm, -h =ρρ = energía de mudanza de fase. Para el lado interno, se derivan ecuaciones similares, omitiendo apenas la radiación solar. Procedimiento de Simulación: Las ecuaciones anteriormente citadas fueron resueltas con el método de volúmenes finitos propuestos por Patankar (1980), con malla igualmente espaciada y con el algoritmo de solución TDMA. El dato climático (Figura 1) usado por el TRY (Test Reference Year) de Florianópolis-Brasil. El aire del ambiente interno es condicionado a 23ºC e 60% de humedad relativa durante las horas de trabajo. Se asume, al desligar el aparato de aire acondicionado de las 5:00 PM, que las condiciones internas se igualan a las externas linealmente en cinco horas. Al religar el aire condicionado a las 8:00 PM, se asume que el recinto atinge las condiciones de confort en 2 horas. Las propiedades de los materiales para el hormigón armado aireado (HAA) fueron los de Cunha Neto (1922). Las propiedades para el ladrillo (LAD) y la mésela (MEZ) fueron obtenidos por Perrin (1985). Los datos

disponibles de estos materiales permiten que todos los coeficientes de transporte sean modelados como una función de contenido de humedad. Las propiedades básicas de los materiales utilizados en la simulación son presentadas en la Tab.1. Para la precisión se adoptó un paso de tiempo de 30 segundos para simular una pared de 10 cm. de largo. Se asume para las condiciones iniciales, valores medios de temperatura y humedad relativa entre los ambientes interno y externo. El programa fue ejecutado durante 45 días desde la semana de análisis, para reducir fuertemente los efectos de las condiciones iniciales. El tiempo de ejecución para una pared de 50 nudos en un computador 486 de 66 MHz fue de aproximadamente tres horas simulando un periodo de 52 días. En las simulaciones las paredes son compuestas de un solo material, sin pintura o cualquier otra barrera de vapor.

TABLA 1 Propiedades básicas de los materiales (estado seco)

Propiedad HAA LAD MEZ

Densidad (Kg/m3) 385 1900 2050

Porosidad 0.25 0.29 0.18

Conductividad Térmica [K/m-K] 0.085 0.985 1.92

Calor específico [J/Kg-K] 1000 950 932

De acuerdo con Bogle et al. (1984), dependiendo de la intensidad de la lluvia, el

contenido medio de humedad es hasta 20% del volumen que se a registrado para


4

paredes de albañilería. Se adopta este contenido de humedad como contenido inicial para representar el efecto de la lluvia ocurrida en las semanas procedentes a la semana de análisis. Este contenido de 20% es asumido igualmente para todos los materiales. Si bien es cierto, esta simulación representa un proceso semi-natural de secar después de una fuerte lluvia. No podría ser llamado ”natural”, debido a la presencia de aparatos de aire acondicionado que fuerzan el secado en la parte interna de la pared. RESULTADOS: En este trabajo, se adopta la simulación, considerando la presencia de humedad en la pared como simulación “humedad (moist)”, con absorción de lluvia con “lluviosa (rain)” y sin humedad en la pared como “seca (dry)”. Los casos son indicados como “soleados” y “nublados”, respectivamente. Para el caso de “soleado”, se asume la fachada sur de la pared, representando la situación más crítica, desde el punto de vista de la migración de humedad en Florianópolis (latitud – 27,5º)

Figura 1:

Temperatura y humedad para el período de análisis del 15 al 22 febrero.

Dependencia del material de la pared:

Figura 2: Perfiles calculados del contenido de humedad

La Figura 2 muestra el perfil simulado del contenido de humedad (simulación “húmeda”) para paredes con tres materiales diferentes a las 6:00 PM el día 20 de febrero. Aquí, el nudo 1 esta en la superficie externa de la pared y el nudo 50 en la parte interna. Se observa una variación significativa en el contenido de humedad con el tiempo, para una profundidad de aproximadamente 1,5 cm. de cada lado de la pared, aunque hay poca variación para los nudos internos. El alto contenido de humedad en el nudo 50, en el inicio de la mañana implica una transferencia alta de calor latente cuando el aire acondicionado es accionado. Por un lado, la pared del MEZ muestra el mayor pico que contempla humedad media y, por otro en el inicio de la mañana, la pared de HAA presenta la mayor variación en profundidad con el tiempo, debido a que el ladrillo tiene una estructura muy peculiar por el alto número de poros grandes, lo que inhibe la presencia por capilaridad.

60

65

70

75

80

85

90

95

2/15-0

2/15-21

2/16-18

2/17-15

2/18-12

2/19-9

2/20-6

2/21-3

2/22-0

date (mm/dd-h)

T(°F

)

0

20

40

60

80

100

120

R.H

. (%

)

DBTRH

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

1 7 13 19 25 31 37 43 49node

Moi

stur

e C

onte

nt (v

ol -

%)

ACC - 6am ACC - 6pmBRK - 6am BRK - 6pmLMT - 6am LMT - 6pm


5

Comparación para el día soleado:

Figura 3: Perfiles de temperatura calculados para la simulación

La Figura 3 compara los flujos de calor total, latente y sensible, el día 21 de febrero para las simulaciones “húmeda-soleadas” de una pared de HAA. Cuando el aire acondicionado es accionado en la mañana muy temprano, el flujo de calor latente aumenta substancialmente debido a la baja humedad relativa del aire en el recinto impuesta por la máquina. Se lleva aproximadamente 3 horas para tener una condición estable, para el aire interno (8-11 AM). En este periodo, se observa una mayor diferencia entre las simulaciones con y sin migración de humedad ya que el aire acondicionado, seca el aire interno a una humedad relativa de 60%. A las 5:00 PM, cuando la máquina es desligada, el aire interno pierde humedad para la pared. Las diferencias básicas entre los casos “húmedo” y “seco” son debido a una combinación de efectos de mudanza de fases, que están presentes en el estado “húmedo” pero no en el “seco”. Presentándose masa térmica y conductividad térmica mas altas para el caso “húmedo”. En el período nocturno, cuando la temperatura externa disminuye, la presencia de una mayor masa térmica provoca el atraso en la disminución de la temperatura interna de la pared; entretanto, la conductividad térmica y los efectos de

mudanza de fase son mas altos, llevando a que la temperatura de la superficie interna disminuya rápidamente, lo que hace que la carga sensible calculada para el caso “húmeda-soleado” sea menor que el calculado para el caso “seca-soleado”. Si esto no hubiese acontecido, la diferencia de carga total calculada con estos dos casos seria aun mayor. Curvas semejantes a las encontradas en la Figura 3 son observadas para los otros materiales (no mostrado). Comparación para Día de Cielo Nublado

Figura 4:

Flujos sensibles (QS), latentes (QL) y totales de la superficie interna.

La Figura 4 muestra el comparativo de enfriamiento en un día nublado para una pared de albañilería en los casos: “lluvioso-nublado” y “seco-nublado”. Con la ausencia de radiación solar, aumenta la influencia de humedad en las cargas de enfriamiento cuando hay menos evaporación fuera de la superficie externa y, por lo tanto, la pared permanece más húmeda. Naturalmente, cuanto mas mojada esta la pared mayor será la diferencia entre los casos “húmedo” y “seco” (Esto también es observado en análisis de consumo de energía presentada en las Figuras 5 y 6).

73

74

75

76

77

78

79

80

1 7 13 19 25 31 37 43 49

node

T (°

F)

moist-ACC - 6am dry-ACC - 6am

moist-ACC - 6pm dry-ACC - 6pm

-20

-10

0

10

20

30

40

50

2/21-0 2/21-6 2/21-12 2/21-18 2/22-0

date (mm/dd-hr)

Hea

t flu

x (B

tu/h

r-ft²

)

QS - moist-sunny QL - moist-sunnyQT - moist-sunny QT - dry-sunny


6

La figura 4 nos muestra que luego de la 1:00 PM la razón entre las cargas calculadas para los casos “lluvioso-nublado” (con θ médio=12,5% a las 3:00 PM) y “húmedo-nublado” (con θ medio =1,6% a las 3:00 PM) es casi siempre constante (~1,5). Una vez que el acondicionamiento de aire intermitente no es llevado en cuenta, la diferencia entre los casos “seco” y “húmedo” o “lluvioso” tiende a disminuir, porque la transferencia de calor latente para el interior es reducida. Carga de Enfriamiento Diario e Influencia de la Lluvia y la Radiación Solar A continuación, se muestra en las Figuras 5 y 6, cargas de enfriamiento diario para semanas de cielo limpio y nublado. Como se aprecia, la pared de albañilería presenta la mayor carga de enfriamiento, excepto para el caso “seco” y para el caso de pared con mezcla; esto ilustra los efectos de migración de humedad en paredes porosas.

Figura 5: Comparación entre las cargas de enfriamiento.

Figura 6:

Carga de enfriamiento en una semana Soleada Se Observa que el caso de día “lluvioso” no siempre presenta la mayor carga de enfriamiento. Esto es debido al surgimiento de un gradiente hídrico negativo, o porque la carga sensible es reducida debido a un decrecido en la gradiente de temperatura. Para el caso de día “lluvioso”, se adoptó un contenido medio de humedad de 20% en el inicio de la semana, lo que condujo a una mayor carga latente. Los efectos de radiación solar y contenido de humedad en la trasferencia acoplada de calor y masa en materiales porosos son mostrados en la Figura 7, que indica las cargas de enfriamiento (sensible y latente) para una pared de HAA en las condiciones de cielo limpio y nublado. Se aprecia que la radiación solar tiene poca influencia: ya sea porque la radiación solar provoqua mayores temperaturas en la superficie externa, las cargas de enfriamiento son menores que aquellas estimadas para condiciones de cielo nublado. Esto se debe principalmente, a los aspectos de mudanza de fase en la superficie interna.

-30

20

70

120

170

2/16-8 2/16-11 2/16-14 2/16-17

date (mm/dd-hr)

Coo

ling

load

(Btu

/hr-

ft²)

QT - rainy-cloudy

QT - moist-cloudy

QT - dry-cloudy

10

30

50

70

90

110

130

2/15 2/16 2/17 2/18 2/19 2/20 2/21

date (mm/dd)

Dai

ly c

oolin

g lo

ad (B

tu/ft

²)

rainy-sunny BRK moist-sunny BRKdry-sunny BRK rainy-sunny AACmoist-sunny AAC dry-sunny AACrainy-sunny LMT moist-sunny LMTdry-sunny LMT


7

Figura 7.

Carga de enfriamiento diaria para una semana nublada Al comparar resultados medios, extraídos de los datos generados para las figuras 5 y 6, se observó que la diferencia entre los casos “seco” y “húmedo” o “lluvioso” es mayor para paredes de albañilería. CONCLUSIONES: El modelo presentado permite el cálculo de transferencia de calor tanto sensible con latente a través de paredes porosas en edificaciones. Se mostró que la desconsideración de los fenómenos asociados a la presencia de humedad puede provocar grandes errores en el cálculo de transferencia de calor por conducción. Los errores son mayores en el período de la mañana cuando los aparatos de aire acondicionado son accionados, provocando una alta carga latente debido a la gran cantidad de humedad a ser retirada de la pared. Fue mostrado cuantitativamente como paredes en clima caliente y húmedo secan y generan una alta carga latente con el accionamiento de aparatos de aire acondicionado y también, como la humedad en la pared es reacumulada cuando el sistema es desligado. En conclusión, se demostró la importancia de incorporar la transferencia acoplada de calor y masa en programas de simulación termo energética de edificaciones para evaluación de confort térmico en ambientes.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Bogle A.,McMullan J.T. and Morgan R., “Na

Experimental Examination of the Effects of Rainfall on the Heat Loss from a Red Brick Wall”, Energy Research, Vol. 8, 1-18, 1984.

2. Burch D.M. and Thomas W.C.,”An Analysis of Moisture Accumulation in Wood Frame Wall Subjected to Winter Climate”, NISTIR 4676, Gaithersburg, MD: National Institute of Standards and Technology, 1991.

3. Cunha Neto, J. A. B., ”Transport d’humidité em matériau poreux en présence d’un gradient de température. Caractérisation expérimentale d’un béton cellulaire”,Thèse de Docteur, Université Joseph Fourier, Grenoble, 1992, 194p.

4. Lisien, R. J., Development of a Response Factor Approach for Modeling the Energy Effects of Combined Heat and Mass Transfer with Vapor Adsorption in Building Elements”, Ph.D. thesis, Mechanical Engineering Department, University of Illinois, 1994.

5. Mendes N., Modelos para Previsão da Transferência de Calor e Umidade em Elementos Porosos de Edificações, tese de doutorado, 220p., Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil, 1997.

6. Patankar S.V., Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, McGraw-Hill, 1981.

7. Perrin, B., “Etude des tranferts couplés de chaleur et de masse dans des matériaux poreux consolidés non saturés utilesés en génie civil”, Thèse Docteur D’Etat, Université Paul Sabatier de Tolouse, 1985. 267p.

8. Philip, J. R. and De Vries, D. A., “Moisture movement in porous materials under temperature gradients”, Transactions of the American Geophysical Union. V.38, n.2, p222-232, 1957.

0102030405060708090

100110120

15/2 16/2 17/2 18/2 19/2 20/2 21/2

date (mm/dd)

Dai

ling

cool

ing

load

(Btu

/ft²)

rainy-cloudy BRK moist-cloudy BRKdry-cloudy BRK rainy-cloudy AACmoist-cloudy AAC dry-cloudy AACrainy-cloudy LMT moist-cloudy LMTdry-cloudy LMT

Rocco Inserrato, Michele Inserrato Revista de la Construcción [email protected] Volumen 1 – Nº 1 Diciembre 2002 ISSN 0717-7925

1

CRITERIOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS

FLEXIBLES, SEGÚN CRITERIO STRADALE

AUTORES: Rocco Inserrato Mussuto - Michele Inserrato del Río Pontificia Universidad Católica de Chile


RESUMEN El trabajo presenta el análisis de varias estructuras para diferentes suelos de subrasante y solicitaciones de tránsito diseñadas por el método AASHTO’93, complementados con instructivos de la Dirección de Vialidad. Como resultado del estudio se propone un procedimiento para la elección del mínimo espesor de carpeta asfáltica, aplicando el Criterio de Diseño Stradale, que combina el método de diseño empírico AASHTO con el método teórico elástico de multicapas. ABSTRACT This work presents the analysis of several structures for different subgrazing grounds of and requestings of transit designed by method AASHTO.93, complemented with instructive from the Direction of Road. As result of the study sets out a procedure for the election of the minimum thickness of asphalt folder, applying the Criterion of Stradale Design, that combines the method of empirical design AASHTO with the elastic theoretical method of multilayers.


2

INTRODUCCIÓN En la década del 50 se realizó en el Estado de Illinois la investigación denominada AASHO Road Test, cuya finalidad fue desarrollar un método de diseño empírico para los pavimentos, tanto flexibles como rígidos. (Ref. 1) En esta prueba, para el caso de pavimentaciones asfálticas, se analizaron 404 estructuras de diferentes espesores de capas granulares y asfálticas; los espesores de las capas asfálticas en su mayoría presentaban valores superiores a los 7,6 cm. De sus resultados y por medio de correcciones y adiciones de nuevos parámetros se ha llegado al conocido método de diseño AASHTO’93. Los diseños estructurales de los pavimentos asfálticos se realizan mediante el método AASHTO versión 1993, complementados con Instructivos emitidos por la Dirección de Vialidad. MOP (Ord. No 11717 del 17.11.99). En dicho instructivo, se establecen los criterios y las recomendaciones en la selección de las variables que intervienen en los diseños y establece que la verificación por capas sugeridas por la AASHTO sólo se realice para el caso que la cantidad de ejes equivalentes supere los 10 millones en 20 años. (Ref. 5) En los últimos años, se han desarrollado métodos teóricos que intentan representar el comportamiento de los pavimentos flexibles, por el modelamiento de un sistema formado por varias capas; así se encuentran varias teorías que reproducen el comportamiento de estos sistemas, entre los más difundidos se encuentran la teoría de elementos finitos, teoría de capa elástica y la teoría visco-elástica. Modelos mecanicistas que por medio de leyes de fatiga predicen el número de repeticiones en función del estado tensional del firme sometido a una carga dada. En atención al espesor mínimo recomendado de 6 cm. para una capa asfáltica sobre material granular, y los resultados de diversos análisis mecanicistas, donde se

demuestra la influencia del espesor de la capa asfáltica en la fatiga de los firmes flexibles, se hace necesaria su revisión y definir criterios de diseño que consideren dentro de sus variables la seguridad al diseño, sus costos de construcción y mantenimiento. El objetivo de este trabajo es presentar un método de selección de los espesores mínimos de diseño para la capa asfáltica y evaluar los beneficios y costos por concepto del aumento del espesor mínimo, en caminos con solicitaciones menores a 10 millones de ejes equivalentes de 8,2 Ton. El Criterio Stradale, determina el espesor mínimo de la capa asfáltica sobre la base de los resultados de la prueba AASHO, método de diseño AASHTO’93 y modelos mecanicistas elásticos multicapas. Luego mediante índices de seguridad, costos de construcción y mantenimiento, selecciona el espesor de diseño de la capa asfáltica. METODOLOGÍA APLICADA AL ESTUDIO Mediante el método AASHTO’93 se ha procedido al diseño de las estructuras que cumplieran con las solicitaciones de tránsito, considerando la variación del espesor de carpeta asfáltica; luego para cada una de ellas se ha evaluado su estado tensional y por medio de leyes de fatiga conocida se ha determinado su número de repeticiones. Para evaluar el estado tensional del firme se utiliza la teoría de capas elásticas, cuyo supuesto fundamental es que los materiales que componen la estructura se comportan en forma elástica, supuesto válido para cargas dinámicas. Entre las hipótesis de cálculo de la teoría de la elasticidad, se tiene que los materiales son homogéneos e isótropos, con una relación tensión-deformación lineal; estos supuestos hacen que la elección de los valores que caracterizan a las capas estructurales, en especial el Modulo Resiliente de la capa asfáltica, tenga un rol fundamental en los resultados; éste depende, entre otros, de su espesor y temperatura.


3

Selección y Diseño Estructural según AASHTO Las estructuras diseñadas por medio del Método AASHTO corresponden a un rango

discreto de Ejes Equivalentes solicitantes: 500.000, 1.000.000, 2.000.000, 4.000.000, 6.000.000, 8.000.000 y 10.000.000 y tres valores de CBR del suelo de fundación, representativo de suelos finos y granulares finos: 4%, 8% y 12%.

Los parámetros de entrada para el diseño fueron los siguientes:

Serviciabilidad pf=4,2 pi=2,0

Desviación Estándar So = 0,45

Nivel de Confianza 75% Zr= -0,674

Módulo Resiliente Mr = 17,6 *CBR0,64

22,1*CBR0,55 si 2% < CBR < 12% si 12% ≤ CBR ≤ 80%

Coeficientes Estructurales: Concreto Asfáltico ai=0,43 Base Granular CBR 80% ai=0,12 SubBase Granular CBR 40% ai=0,11 Aunque en general en nuestros diseños se utilizan valores constantes para los coeficientes estructurales; AASHTO recomienda valores diferenciados de ellos en función de sus módulos resilientes. (Ref. 2) El rango de variación de la carpeta asfáltica se obtuvo mediante el valor mínimo recomendado por Vialidad (6 cm.) hasta el máximo valor obtenido con la verificación por capas, con incrementos de 1 cm. Cabe destacar que, para fines del estudio y análisis de su tendencia, se utilizaron los espesores de los materiales granulares requeridos según la verificación por capas a nivel de subrasante y sub base. Admitiendo, en algunos casos, valores teóricos diferentes a los recomendados en el instructivo de diseño de la Dirección de Vialidad. De esta forma se diseñaron un total de 167 estructuras para ser sometidas al análisis multicapa elástico.

Modelo de Análisis Estructural Multicapa Elástico La modelación teórica elástica de un pavimento flexible (Fig. 1), corresponde a un sistema de capas horizontales infinitas y de espesor finito, apoyados sobre un estrato semi-infinito; los materiales son caracterizados por su módulo de elasticidad (Ei) y coeficiente de poisson (�i).

Figura 1: Modelo Multicapa

El módulo de elasticidad de la mezcla asfáltica se ha determinado por medio de las regresiones de Shalin y McCullogh en base a la temperatura del pavimento y características de la mezcla asfáltica. (Ref. 4) En nuestro caso, la temperatura media del pavimento se estimó por medio de la ecuación de Witczak para una temperatura media del aire de TMMA=18 oC., dada por la ecuación:


4

Donde: TMP = Temperatura media del pavimento en F TMMA = Temperatura media del aire en F z = Espesor del pavimento en plg En rigor el análisis multicapa, se debería realizar para cada valor de TMMA que representara la estacionalidad, ya que el módulo del asfalto varía significativamente en función de esta variable y luego obtener el total de solicitaciones para todas las estaciones del año mediante la ley de Miner. Para el caso de las capas granulares, el módulo de elasticidad se determina de acuerdo a la metodología propuesta por Shell (Ref. 6), donde el módulo de elasticidad de la capa depende del módulo de la capa subyacente, según la siguiente relación: Ei = k * Ei-1 k = 0,2 * hi

0,45 y 2 < k < 4 Ei, Ei+1 = Módulos de Elasticidad de las capas granulares. Hi = Espesor de la capa i, en mm Como coeficiente de poisson se adoptó un valor de 0,35 para la capa asfáltica; 0,30 para las capas granulares y 0,40 para el suelo de fundación. La carga a la cual se ve sometida la estructura del pavimento corresponde a un Eje Simple de rodado Doble de 8,16 Ton (18 Kips) y una presión de inflado de 517 Mpa (75 psi) que corresponde al Eje Equivalente de la prueba AASHO. Es preciso destacar la influencia de la presión de inflado, en la determinación del número de repeticiones; a mayor presión de inflado el número de repeticiones admisibles disminuye, especialmente para espesores de capas asfálticas menores a 10 cm. Actualmente los camiones circulan a una presión de inflado de 100 psi produciendo un mayor daño estructural en relación con los ejes equivalentes de diseño. (Ref. 4)

El estado tensional y de deformaciones a los que se ve expuesto el firme es bastante complejo, sin embargo se puede comprobar que las tensiones y deformaciones críticas, que pueden llevar a la fatiga de la estructura, se verifican por la deformación radial unitaria de tracción (εr) en la cara inferior de las capas asfálticas y por la deformación unitaria vertical de compresión (εz) sobre la subrasante. El concepto de fatiga se introduce como la falla de un material bajo una solicitación cíclica, que no necesariamente provoca tensiones y deformaciones iguales a la de ruptura. Los criterios de falla por fatiga utilizados, corresponden a las ecuaciones recomendadas por el Asphalt Institute y de Edwards y Valkering, para las capas asfálticas y suelo de fundación respectivamente. Capa Asfáltica: Nr= 6,608685*10-3*εr

-3.291*E-0.854 (Asphalt Institute) Suelo de Fundación: Nz= 6,146*10-7*εz

-4 (Edwards y Valkering) Nr : Número de ciclos que provocan la fatiga por

agrietamiento en la capa asfáltica. E : Rigidez de la Mezcla (kg/cm2). Nz : Número de ciclos que provocan la fatiga por

falla del suelo de fundación. εr : Deformación unitaria radial de tracción en la

cara inferior de la capa asfáltica. εz : Deformación unitaria vertical de compresión en

la superficie del suelo. Una vez obtenido el número de repeticiones Nr y Nz , se elige como repeticiones de fatiga (Nf) al menor valor obtenido, que en la mayoría de los casos corresponde al obtenido por fatiga en la carpeta asfáltica. Es preciso destacar la diferencia que existe, entre el número de repeticiones obtenido con el Modelo Multicapa y el número de repeticiones del método AASHTO. En el primero, el valor corresponde al número de repeticiones determinado para la fatiga producida en la capa asfáltica y que da inicio a su agrietamiento; en cambio el número de repeticiones de la AASHTO está determinado para el final de la serviciabilidad del firme, correspondiendo a un agrietamiento progresivo.

64

34)4

11(* ++

−+

+=zz

TMMATMP


5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

M i l l ones

E spesor Car pet a Asf ál t i ca ( cm)

EE=10 000 00

Fir mes con Capas Gr anular esMayor es a 50 cm

Nota:

EE=8 000 00

EE=6 000 00

EE=4 000 00

EE=2.000.00

EE=1.000.00

EE=500.000

Para evaluar el estado tensional y las deformaciones del firme existen varios programas computacionales, entre ellos: Kenlayer, Bisar, Elsym5 y Weslea; en nuestro estudio se utilizó el programa Elsym5. ANÁLISIS DE RESULTADOS Aplicando la metodología anterior se han diseñado 167 estructuras diferentes, a las cuales se estimaron sus costos y solicitaciones esperadas. Por razones de espacio no se incluyen en el texto su estructuración, costos, deformaciones y solicitaciones admisibles; sin embargo como ejemplo se muestra el gráfico 1, donde se puede apreciar los diseños para CBR 12% y la variación del número de repeticiones que experimenta al variar el espesor de la capa asfáltica.

Gráfico 1: Número de Repeticiones Multicapa para Diseños

AASHTO, CBR 12% El valor extremo de cada curva corresponde al diseño de la estructura con el espesor según AASHTO y los espesores inferiores a las diferentes estructuraciones que permite el instructivo de diseño (Ref.5); además se observa la diferencia del número de repeticiones, mediante el modelo multicapa en las ordenadas y los de diseño AASHTO sobre cada curva. En atención a la diferencia de espesores de carpeta asfáltica y solicitaciones admisibles para un mismo diseño, y a fin de analizar sus alternativas, se determinaron los costos de construcción y mantenimiento para cada estructura, se procedió a definir valores índices para permitir su comparación.

Índice de Costos de Construcción El índice de costos de construcción se define, como la razón entre el costo de cada estructura referido a la de menor espesor de capa asfáltica (6 cm.). En las estructuras analizadas, se incluyeron sólo los costos de construcción de la estructura de pavimento y bermas, por km. de plataforma, para una sección transversal de 7,0 m. de calzada, 1,5 m. de bermas y s.a.c. de 0,5m. Los precios unitarios utilizados corresponden a valores promedio de mercado, siendo los siguientes: Concreto Asfáltico $/m3 52.000.- Base Granular CBR $80% $/m3 6.500.- Sub Base Granular CBR $40% $/m3 5.500.- Se observa que los costos de construcción, al aumentar el espesor de 6 cm. al máximo requerido por AASHTO, muestran sus mayores incrementos para solicitaciones de diseño bajo 1.000.000 EE. Para solicitaciones mayores y de hasta 10.000.000 EE, el incremento en los costos de construcción disminuye según su CBR de diseño (Tabla I). TABLA I Porcentaje de variaciones de Costos de Construcción

Ejes

Eq

uiva

lent

es

CB

R 4

%

CB

R 8

%

CB

R 1

2%

500.000 - 1.000.000 6 – 9 8 – 11 9 – 12

1.000.000 - 6.000.000 9 – 11 11 –

12 12 – 15

6.000.000 - 10.000.000 11 12 –

14 15 –16

Según los resultados obtenidos, se confirma, que al diseñar estructuras con el espesor mínimo de carpeta asfáltica (6 cm.), se tendrá como beneficio un menor costo de construcción, con valores máximos de 11%, 14% y 16%, según valores de CBR. En términos generales son de poca incidencia, en comparación a otros beneficios que se obtienen con espesores más gruesos, entre ellos, mayor seguridad y menor mantenimiento.


6

Índice de Costo de Mantenimiento y Costo Total El índice de costo de mantenimiento se define como la razón entre los costo de recapado de cada estructura referido al de menor espesor de capa asfáltica (6 cm.). El costo de mantenimiento de las estructuras se ha evaluado en forma simplificada, partiendo de la premisa que su variación sólo estará influenciada por el espesor de la carpeta asfáltica; a menor espesor diseñado mayor será el mantenimiento requerido. El costo del mantenimiento durante la vida de servicio, se ha calculado asumiendo que al quinto año se debe adicionar el espesor de capa asfáltica faltante; correspondiendo a un recapado de espesor igual a su diferencia con respecto al mayor espesor requerido con la verificación por capa según AASHTO. El índice de costo total incluye al costo de construcción y mantenimiento, y está referido al de menor espesor de capa asfáltica; en todos los casos éste disminuye a medida que aumenta el espesor de la capa asfáltica.

Gráfico 2: Costos de Construcción, Mantenimiento y Total

Diseños para 500.000 EE y CBR 8% Al comparar los costos totales, construcción más mantenimiento, podemos constatar que la variación de los costos de mantenimiento siempre será mayor que la de costos de construcción, como se puede observar por ejemplo para el caso de los diseños de 500.000 E.E y CBR 8%. (Ejemplo Gráfico 2) El privilegiar diseños con espesores de concreto delgados es un ahorro mal

entendido, porque el costo de mantenimiento se verá aumentado; además la estructura queda sobredimensionada en sus capas granulares al adoptar un menor espesor de carpeta. En cambio el diseñar con los espesores de carpeta asfáltica para el tránsito solicitante permitirá reducir los costos totales construcción y mantenimiento. Índice de Seguridad al Diseño El método AASHTO diseña para un índice de serviciabilidad, donde el agrietamiento de la capa asfáltica es poco relevante. Sin embargo, se sabe que su inicio da paso a una fase de deterioro acelerado en la estructura y que de no aplicarse alguna operación correctiva, este índice caerá bruscamente. Tomando este concepto, es posible definir como medida de seguridad al diseño, el número de repeticiones para el inicio del agrietamiento de la capa asfáltica; calculado según el modelo teórico multicapa. Basado en lo anterior, el índice de seguridad se evalúa, como la razón entre el número de repeticiones de cada diseño, referido al número de repeticiones admisibles para la estructura de menor espesor de capa asfáltica; incrementos porcentuales que se presenta en la tabla II. TABLA 2: Variaciones Índices de Seguridad al Diseño, porcentajes

Ejes

Eq

uiva

lent

es

CB

R 4

%

CB

R 8

%

CB

R 1

2%

500.000 -1.000.000 24 – 37 6 – 13 2 – 6 1.000.000 - 6.000.000 37 – 66 13 – 28 6 – 22 6.000.000 -10.000.000 66 – 200 28 – 49 22 – 34

De los resultados obtenidos se puede apreciar que en general, a menor espesor de capa asfáltica menor será el índice de seguridad. La seguridad de los diseños es más susceptible para los casos de subrasante de baja capacidad de soporte (4%), siendo crítica en el rango de mayores solicitaciones.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

6 7 8 9Espe sor de C a pa A sf á l t i c a ( c m)

C.Const ruccion C.Mant enimient o Cost o Tot al


7

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

6 7 8 9 10 11 12 12,8

E spesor Capa Asf ál t i ca ( cm)S e gurida d a l Dise ño Cost o Tot a l

Relación Repeticiones / Espesor Capa Asfáltica

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

6 7 8 9 10 11 12 13 14

Millones

Espesor Capa Asfáltica (cm)

Num

ero

de R

epet

icio

nes

Diseño EE= 10.000.000

Multicapa CBR 12%

Multicapa CBR 8%

Multicapa CBR 4%AASHTO

Al analizar el comportamiento de este índice, según las solicitaciones de diseño se observa que, en general para bajas solicitaciones su variación es poco significativa para suelos de mediana a alta capacidad de soporte y a medida que aumentan las solicitaciones el índice de seguridad toma cada vez más importancia. Si comparamos el Costo Total con el índice de Seguridad, se observa que al aumentar el espesor de la capa asfáltica disminuyen los costos totales y aumenta su índice de seguridad. (Ejemplo Gráfico 3)

Gráfico 3:

Seguridad al Diseño y Costo Total Diseño para 4.000.000 E.E. y CBR 8%

Los resultados obtenidos concuerdan en general con la experiencia práctica; al considerar los costos de mantenimiento, el costo total decrece en función al aumento del espesor de la capa asfáltica. El mayor costo total en las estructuras con espesores delgados de carpeta asfáltica es producto del sobredimensionamiento en el diseño inicial de las capas granulares, como compensación del menor espesor de carpeta asfáltica. EL CRITERIO DE DISEÑO STRADALE A fin de obtener el espesor teórico mínimo para la carpeta asfáltica, se procede a comparar los resultados de las repeticiones admisibles en la capa asfáltica según modelo teórico y método AASHTO. Para cada solicitación de diseño (500.000 a 10.000.000 EE) se han graficado en función del espesor de capa asfáltica; por razones de espacio sólo se incluyen los diseños para 10 millones de EE. (Gráfico 4)

Gráfico 4:

Repeticiones en la Capa Asfáltica según Multicapa y AASHTO Determinación

Espesor Teórico Mínimo En todos los diseños, al comparar las repeticiones, se observa que para espesores de capa asfáltica menores que el requerido por el método AASHTO, éste prevé su deterioro a muy bajas repeticiones; discordante con los resultados del modelo teórico, que predice el inicio del agrietamiento para repeticiones mayores. Los resultados del modelo teórico, en general, concuerdan con lo observado sobre pavimentos existentes donde el agrietamiento es progresivo después del quinto año. Esta subvalorización con el método AASHTO, puede ser explicada en parte por las extrapolaciones, de condiciones de suelo, ambientales, cargas, etc., a las cuales ha sido sometido. Recordemos que este método empírico se basa principalmente en mediciones de tramos de prueba con espesores de capa mayores a 7,6 cm. y un procedimiento acelerado para determinar las solicitaciones acumuladas de diseño. (Ref. 3) En los diseños estudiados, para diferentes solicitaciones y capacidad de soporte, se observa que las curvas de repeticiones AASHTO y Multicapa (Gráfico 4), determinan un punto común de intersección de ambas curvas que definimos como “espesor teórico mínimo”. Aceptando como hipótesis que “Para espesores menores la teoría multicapa elástica se aproxima en mejor forma a la realidad y para espesores mayores, es el modelo AASHTO que representa su comportamiento.”


8

El Criterio Stradale, recomienda como espesor mínimo de diseño de capa asfáltica, donde se igualan las repeticiones; pues en este punto se estaría cumpliendo con la condición de inicio de grieta según modelo teórico (inicio fase deterioro acelerado) y término de serviciabilidad de la capa asfáltica según AASHTO. El Criterio Stradale para la selección del espesor, aplica el siguiente procedimiento metodológico: 1.- Diseño de estructuras alternativas según

Método AASHTO para varios espesores de capa asfáltica, realizando la verificación por capas para determinar los espesores de capas granulares según espesor de capa seleccionado.

2.- Modelamiento Teórico de las Estructuras

y evaluación del estado Tensional para cada estructura mediante programas computacionales disponibles. (ELSYM5 u otro)

3.- Determinación del Número de

Repeticiones según criterios de Fatiga en la capa asfáltica y subrasante.

4.- Graficar en función del espesor de la

carpeta asfáltica la curva obtenida con el modelo teórico y según AASHTO, determinando el “Mínimo Espesor Teórico” correspondiente al punto de igualdad de repeticiones.

5.- Evaluar las diferentes alternativas,

comparando sus índices de costos de construcción, mantenimiento y seguridad al diseño, según las condiciones particulares de cada proyecto.

Aplicando el procedimiento, se obtienen los siguientes espesores, para diferentes solicitaciones y capacidades de soporte de la subrasante:

Mínimo Espesor Teórico

Del cuadro se concluye que el espesor teórico (et) respecto al máximo espesor AASHTO (emáx), presenta los siguiente valores indicativos: SUELO DE FUNDACIÓN SolicitacionesCBR < 8%CBR ∃ 8% 1.000.000 EE et = 97% emáx et = 100% emáx 4.000.000 EE = 89% = 91% 8.000.000 EE = 85% = 89% A fin de sensibilizar los costos y seguridad al diseño para el espesor teórico, se presentan los cuadros siguientes: 1.- Costos de Construcción del Mínimo Espesor Teórico

2.- Costos de Mantenimiento del Mínimo Espesor Teórico

Mínimo Espesor Teórico / Máximo Espesor AASHTO

Ejes Equivalentes

CBR 4%

CBR 8%

CBR 12%

_ X

500.000 1.000.000 2.000.000 4.000.000 6.000.000 8.000.000 10.000.000

0,94 0,91 0,88 0,84 0,81 0,80 0,80

1,00 0,97 0,92 0,89 0,87 0,85 0,84

1,00 1,00 0,95 0,91 0,88 0,89 0,86

0,98 0,96 0,92 0,88 0,85 0,85 0,84

Mínimo Espesor Teórico / Menor Espesor 6 cm Ejes

Equivalentes de 8,2 T CBR

4% CBR 8%

CBR 12%

_ X

500.000 1.000.000 2.000.000 4.000.000 6.000.000 8.000.000 10.000.000

1,05 1,07 1,07 1,08 1,06 1,08 1,07

1,08 1,10 1,08 1,11 1,10 1,09 1,10

1,09 1,12 1,10 1,11 1,12 1,12 1,12

1,07 1,10 1,08 1,10 1,09 1,10 1,10

Mínimo Espesor Teórico / Menor Espesor 6 cm Ejes

Equivalentes De 8,2 T CBR

4% CBR 8%

CBR 12%

_ X

500.000 1.000.000 2.000.000 4.000.000 6.000.000 8.000.000 10.000.000

0,18 0,22 0,26 0,29 0,34 0,34 0,34

0,00 0,07 0,26 0,21 0,24 0,26 0,26

0,00 0,00 0,11 0,18 0,21 0,20 0,22

0,06 0,10 0,21 0,23 0,26 0,27 0,27


9

3.- Índice de Seguridad del Mínimo Espesor Teórico Mínimo Espesor Teórico / Máximo Espesor AASHTO Ejes

Equivalentes De 8,2 T CBR

4% CBR 8%

CBR 12%

_ X

500.000 1.000.000 2.000.000 4.000.000 6.000.000 8.000.000 10.000.000

0,95 0,88 0,86 0,83 0,79 0,80 0,78

1,00 0,98 0,85 0,91 0,91 0,88 0,87

1,00 1,00 0,93 0,89 0,89 0,91 0,90

0,98 0,95 0,88 0,88 0,86 0,86 0,85

De estos cuadros se puede concluir que: El costo de construcción, respecto a una carpeta de 6 cm., tiene un incremento promedio del 7% para CBR 4% y 10% para CBR 8% y 12% El costo de mantenimiento, respecto a una carpeta de 6 cm., tiene una disminución promedio del 28% para CBR 4%, y 16% para CBR 8% y 12%. El índice de seguridad del diseño, respecto al máximo espesor AASHTO, presenta una disminución promedio del 16% para CBR 4%, y 8% para CBR 8% y 12%. Del análisis de los resultados se desprende que el criterio utilizado para determinar el espesor mínimo teórico, es adecuado y recomendable; y se demuestra a través de sus beneficios de menor costo de mantenimiento y mayor seguridad del diseño, sin tener mayor incidencia sobre el costo de construcción. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Del trabajo desarrollado se puede concluir que, el modelamiento teórico por medio de métodos elásticos mecanicistas es una herramienta adecuada para la evaluación estructural de los diseños empíricos obtenidos por AASHTO. Para efectos de evaluación comparativa, con los criterios de fatiga, es posible estimar el momento en el cual será necesario aplicar un mantenimiento de la capa asfáltica e introducir su costo en el análisis técnico-económico.

Considerando las variaciones de los índices determinados en el presente estudio: construcción, mantenimiento y seguridad al diseño; es clara la necesidad de incluir estos conceptos al momento de seleccionar los diseños de los pavimentos. El hábito común de diseñar estructuras con un espesor mínimo de carpeta y completar su capacidad estructural con capas granulares más gruesas, en general no es recomendable. En estos diseños, las capas granulares quedan sobredimensionadas, presentan una menor seguridad y un aumento en los costos de mantenimiento. El criterio de diseño establecido en el presente trabajo para la selección del espesor mínimo de la carpeta asfáltica, no pretende en modo alguno ser absoluto; más bien lo que se busca es establecer criterios comunes que permitan sensibilizar costos y seguridad de diseño. Del análisis del trabajo desarrollado se concluye que el criterio propuesto es adecuado y recomendable, lo que se demuestra a través de sus beneficios de menor costo de mantenimiento y mayor seguridad del diseño, sin tener mayor incidencia sobre el costo de construcción.


10

REFERENCIAS 1.- AASHTO, American Association of State

Highway and transportation Officials. “AASHTO Interim Guide for Design Pavement Structures” .1972

2.- AASHTO, American Association of State

Highway and transportation Officials. “AASHTO Guide for Design Pavement Structures” .1993

3.- Ferrari Paolo, Collana Scientifica Instituto

Editoriale Internazionale. “Ingegnieria Stradale Vol. II Corpo Stradale e Pavimentazioni”.1979

4.- Inserrato Michele. Memoria para optar al

Título de Ingeniero Civil Universidad de Chile “El Efecto de la Presión de Inflado y otros Parámetros en los Factores de Equivalencia de los Firmes Flexibles”. 1990

5.- Ministerio de Obras Públicas. Ord. No

11717 del 17.11.99 “Recomendaciones Generales para el Diseño Estructural según el Método AASHTO”. 1999

6.- Shell. International Petroleum Company

Ltda. “Shell Pavement Design Manual. Asphalt Pavement Evaluation and Overlay Design”. 1978

Francisco Coelho Revista de la Construcción [email protected] Volumen 1 – Nº1 Diciembre 2002 ISSN 0717-7925

1

ESTABILIDAD COLORIMÉTRICA E INFLUENCIA DE LA ADICIÓN

DE PIGMENTOS INORGÁNICOS EN HORMIGONES SOMETIDOS A DISTINTOS ESTADOS DE EXPOSICIÓN AMBIENTAL

AUTOR: Doctor Francicso C. A. Coelho

Ingeniero Civil, Universidade Estadual Vale do Acaraú [email protected]

RESUMEN Este trabajo se basa en los resultados y conclusiones de la tesis doctoral realizada por el autor en el Departamento de Ingeniería Civil: Construcción, de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid, bajo la dirección del profesor José Calavera Ruiz, Catedrático de Edificación y Prefabricación del mencionado Centro. El estudio desarrollado tiene por objeto analizar las variaciones de color, aspecto y durabilidad de los hormigones con adición de pigmentos inorgánicos, sometidos a distintos estados de exposición ambiental durante un período aproximado de un año. Para ello se emplearon dos tipos de cemento portland (uno blanco y otro gris), y pigmentos rojo, negro y amarillo, mediante la fabricación de hormigones de consistencia plástica o fluida, en todos los casos. El seguimiento de los parámetros de color del hormigón pigmentado se efectuó mediante medidas de seguimiento de las coordenadas cromáticas L*, a*, b*, y la evaluación de la durabilidad a partir de resultados de ensayos de caracterización físico-mecánica. ABSTRACT This paper is based on the results and conclusions of the author`s doctoral thesis for the Civil Engineering: Construction Department of the School of the Civil Engineering, Polytechnic University of Madrid, under the direction of Professor José Calavera Ruiz, Head of the Schoool`s Department of Building and Precasting. The purpose of the study is to analysis the variations in color, appearance and durability of the concrete containing inorganic pigments after exposure to different weathering conditions over a period of approximately one year. Two types of Portland cement (white and grey) were used, with red, black and yellow pigments, in the pigmented concrete were monitored by periodic measurement of the colour paramenters L*, a*, b* and durability was evaluated in terms of the results of physical-mechanical characterization testing.


2

INTRODUCCIÓN El hormigón es un material que presenta grandes virtudes desde el punto de vista del concepto estructural, debido a sus características físicas, principalmente la resistencia a compresión. Además, su plasticidad le confiere la propiedad para adoptar la forma de la superficie con la que tiene contacto en estado fresco, hasta lograr su estado físico definitivo, una vez endurecido. A estas virtudes debe añadirse la estética, como resultado del buen manejo de la forma, proporción, textura, color, etc. Así, el hormigón, inventado hace más de un siglo como pura necesidad estructural tiene su aceptación como elemento arquitectónico aumentado a través de la incorporación de pigmentos que le confiere un extraordinario valor estético. La fabricación de Hormigón Coloreado no difiere, fundamentalmente, del proceso empleado para producir hormigones sin pigmentos. Sin embargo, algunos factores deben ser considerados durante su producción con el objeto de optimizar el color y la calidad deseada. La elección de los agentes colorantes, tipo y color del cemento, adecuada relación agua/cemento, granulometría y color de los áridos, son factores muy importantes para la obtención de un hormigón de buena calidad, integridad estructural y belleza permanente con bajo coste de mantenimiento. Además, si se conocen los factores que afectan al color obtenido, se pueden lograr con mayor facilidad proyectos duraderos y de gran calidad. El primer caso de empleo de un hormigón coloreado se realizó en el Reino Unido, con la construcción del edificio para la fábrica de cigarrillos “The Carreras Black Cat”, utilizando pigmento natural ocre de Sudáfrica. También se empleó vidrio molido de Venecia en algunas columnas y cornisas, con lo cual se consiguieron brillos rojos, verdes y negros. En la actualidad el edificio sigue en uso y sus paramentos exteriores han sido pintados. El hormigón coloreado no tuvo un desarrollo importante posteriormente, salvo en el caso de prefabricados (adoquines, baldosas,

tejas), los cuales aún hoy en día provocan la mayor demanda de pigmentos. Durante la década de los 80 el hormigón coloreado volvió a ser utilizado en obras in situ, pudiendo citarse muchos ejemplos en países como EEUU, Francia, Alemania, Bélgica o España, tales como el Holocausto Museum de Washington o el complejo Euro-Disney en Francia. En España el Arquitecto Prof. Pérez Luzardo construyó, con bastante éxito, diversos edificios en las Islas Canarias utilizando Hormigón Coloreado. El empleo de pigmentos, debido a su avidez por el agua, presenta algunos interrogantes en cuanto a la durabilidad futura de los hormigones con ellos fabricados. La experiencia de utilización en determinados ambientes no ha sido muy buena, produciendo corrosión de armaduras en plazos inferiores a lo que era esperable. También la estabilidad del color conseguido ha sufrido en algunos casos variaciones en el tiempo, produciendo tonos desvaídos y falta de uniformidad. OBJETO DE LA INVESTIGACIÓN El estudio experimental para la investigación sobre la variación del color y textura superficial del hormigón con adición de pigmentos inorgánicos, sometidos a distintos estados de exposición ambiental, ha tenido por objeto investigar los siguientes aspectos: Influencia de las variables en estudio sobre la tonalidad de color y la destonificación superficial del hormigón bajo distintas condiciones ambientales. Cambios de tono y luminosidad tras los tratamientos de envejecimiento. Seguimiento del grado de ensuciamiento y eflorescibilidad ocasionados, y eficacia del sistema de limpieza. Caracterización de la durabilidad de los hormigones pigmentados respecto a dosificaciones patrón sin pigmento. Estudio de los cambios en los parámetros que influyen en la durabilidad del hormigón pigmentado tras la exposición a los tratamientos de exposición ambiental.


3

PROGRAMA EXPERIMENTAL PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN El estudio desarrollado ha investigado la influencia de las siguientes variables en el hormigón pigmentado: Tipo de cemento: Cemento portland blanco BL II 42,5 R Cemento portland compuesto CEM II/A-M 42,5 R Relación agua / cemento: Consistencia plástica Consistencia fluida Incorporación de pigmentos inorgánicos: Pigmento Amarillo Pigmento Negro Pigmento Rojo Ausencia de pigmento A las series resultantes de la combinación de las variables anteriormente mencionadas les fueron aplicados, durante un periodo aproximado de 1 año, los tratamientos de conservación o envejecimiento siguientes: Exposición en cámara de curado estándar, a la intemperie, a ciclos de humedad y secado, y a radiación ultravioleta en cámara de envejecimiento artificial acelerado Para la fabricación de las probetas se emplearon proporciones de componentes establecidas mediante la realización de estudios experimentales previos, considerando como punto de partida dosificaciones usuales en la ejecución de hormigones de edificación. Para el diseño de las dosificaciones se incorporaron las pautas necesarias para la toma en consideración de las variables en estudio. La cantidad de pigmentos añadida, así como el procedimiento para su incorporación, fueron definidos a partir de la información obtenida en las fuentes bibliográficas consultadas. Para una valoración numérica y comparativa entre los cambios cromáticos del hormigón, las mediciones fueron realizadas directamente sobre las probetas, y siempre en la misma área seleccionada previamente. Con los resultados obtenidos tras la realización de los ensayos de color, físicos, mecánicos y químicos, se ha determinado la

influencia de las variables diseñadas para el estudio en las características cromáticas y de durabilidad del hormigón coloreado, tanto a la edad de 28 días, como después de la aplicación de los tratamientos de exposición ambiental durante un año. DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES DEL ESTUDIO En el presente trabajo se ha analizado la influencia de las siguientes variables en los hormigones coloreados con pigmentos sometidos a distintos estados de exposición ambiental: Cemento: se fabricaron dos series de hormigones, empleándose dos tipos de cemento, según su color, blanco (BL II 42,5 R) o gris (CEM II/A-M 42,5 R). Relación agua/Cemento: con independencia del pigmento o cemento empleado y con la finalidad de fabricar un hormigón con consistencia plástica y otro fluido, se establecieron dos dosificaciones en las que las relaciones agua/cemento fueron, respectivamente: 0,52 y 0,67. Pigmentos: en las distintas amasadas se añadieron pigmentos de óxido de hierro, de color amarillo, rojo o negro, según las dosificaciones determinadas en la primera fase del trabajo (ensayos previos para definir las proporciones de los materiales componentes). Además, se fabricaron probetas de hormigón, empleándose los dos tipos de cemento, sin pigmentos colorantes, utilizadas como referencia en la investigación. Se han fabricado 12 series, correspondientes a la combinación de: dos tipos de cemento, dos consistencias y utilización de dos pigmentos y hormigón patrón. En los hormigones fabricados con cemento gris se han utilizado pigmentos negro y amarillo, y en los fabricados con cemento blanco pigmentos rojo y amarillo. Las proporciones empleadas se indican adelante. La denominación de las series y probetas ha sido la siguiente: La primera letra identifica el tipo de cemento: B: Cemento Portland Blanco BL II 42,5 R G: Cemento Portland CEM II/A-M 42,5 R


4

La segunda letra identifica el tipo y color del pigmento: N: Pigmento Negro R: Pigmento Rojo A: Pigmento Amarillo La tercera letra identifica la consistencia del hormigón: P: Consistencia Plástica (relación a/c=0,52) F: Consistencia Fluida (relación a/c=0,67) El número final indica el estado de exposición ambiental al que se han sometido las distintas series de probetas durante la investigación, según se indica a continuación: Tabla 1 Identificación de las probetas según el tipo de exposición ambiental

Exposición ambiental Identificación

Cámara estándar 1 y 2

Ambiente exterior (intemperie) 3 y 4

Ciclos de humedad y secado 5 y 6

Cámara de radiación ultravioleta 7

Laboratorio (recinto interior) 8, 9 y 10

TIPOS DE EXPOSICIÓN AMBIENTAL A todas las series resultantes de la combinación de variables anteriores se les aplicaron los siguientes tratamientos de envejecimiento: Cámara Estándar: las probetas números 1 y 2 de cada serie fueron conservadas en cámara húmeda estándar, a una temperatura de 20 ± 2ºC y humedad relativa superior 95%, durante todo el plazo de un año. Intemperie: las probetas, números 3 y 4 de cada serie permanecieron expuestas a la intemperie, durante todo el período de envejecimiento. Cámara de Ciclos de Humedad/Secado: las probetas números 5 y 6 de cada combinación de variables fueron sometidas a períodos cíclicos de humedad-secado. Para ello se ha utilizado una cámara climática en la que se han aplicado ciclos térmicos entre +20 ºC y +40 ºC, y variaciones controladas de

humedad, de acuerdo con la siguiente secuencia: Conservación a 40 ºC 20 horas Enfriamiento de 40 ºC a 20 ºC 4 horas Conservación a 20 ºC 20 horas Humectación mediante riego con agua destilada 4 horas Cámara de radiación ultravioleta: Se ha utilizado una cámara climática combinada con radiación UVA para conseguir un envejecimiento acelerado capaz de reproducir resultados que representen los que se obtienen por exposición a la intemperie, incluyendo el efecto de la luz solar, la lluvia y los cambios de temperatura. La temperatura de ensayo fue fijada a 40 ± 2 ºC, y la humedad relativa al 10%. Para la realización de los ensayos fueron mecanizadas rodajas de 5 cm de espesor a partir de cada probeta nº 7 de cada serie, para que pudiesen ser introducidas en el recinto de la cámara climática y sometidas al período de radiación ultravioleta. A fin de conseguir unas condiciones uniformes de exposición sobre las superficies de las probetas, la posición de estas se ha intercambiado semanalmente. Las condiciones de exposición en la cámara fueron sometidas las siguientes: Radiación ultravioleta (40 ± 2 ºC; 10% HR) 10 horas Saturación por inmersión en agua 14 horas METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO DE LAS DOSIFICACIONES Y LA FABRICACIÓN DEL HORMIGÓN Las dosificaciones empleadas en la fabricación de los hormigones se fijaron a través de amasadas experimentales, previamente elaboradas, considerando como punto de partida dosificaciones usuales en la


5

elaboración práctica de hormigones de edificación. Además, se han tenido en cuenta los siguientes criterios: Empleo de un contenido de cemento idéntico para todas las dosificaciones (300 kg/m3); Empleo de los mismos áridos (arena silícea 0/5 mm y grava caliza 5/12 mm); Empleo de la cantidad de aditivo necesaria para ajustar el hormigón a la consistencia deseada, sin tener que modificar la relación a/c. Además, en cada grupo se emplearon dos relaciones agua/cemento, con la finalidad de obtener hormigones con consistencia plástica y fluida. El ajuste a la consistencia deseada se hizo a través de la adición de un agente plastificante, en forma líquida, disperso en agua. La dosificación básica, por m3, adoptada para la fabricación de los hormigones con cemento gris CEM II/A-M 42,5 R y cemento blanco BL II 42,5 R, de cada tipo de mezcla, fue la siguiente: Cemento 300 kg Grava caliza 5/12 mm 1200 kg Arena silícea 0/5 mm 800 kg Agua 160 l Para la fabricación de los hormigones objeto de nuestro estudio, se consideró la información obtenida en la bibliografía estudiada, según la cual se pueden conseguir colores bien definidos utilizando pequeñas cantidades de pigmentos, entre el 2 y el 5%, dependiendo del tipo y color empleado. En general se acepta que, debido al tamaño de sus partículas y diferente densidad de conjunto, la exactitud y precisión en las dosificaciones requieren que la medición del pigmento se realice por peso. El pigmento fue vertido a la amasadora junto con el cemento y los áridos, en seco, antes de la incorporación del agua. A partir de lo descrito anteriormente, se decidió emplear las siguientes proporciones: Pigmento rojo......................................... 2,4% Pigmento negro...................................... 2,5% Pigmento amarillo.................................. 3,0% El aditivo se mezcló en una porción del agua de amasado previamente a su incorporación a la amasadora. En todas las amasadas se

efectuó un control de la consistencia, empleando cuando era preciso variaciones de la cantidad de aditivo prefijada, para ajustar el hormigón a la consistencia deseada, sin tener que modificar la relación a/c. También se determinó la resistencia a compresión normalizada del hormigón de cada amasada. A partir de cada una de las amasadas definidas en el apartado anterior, se han fabricado 13 probetas, según se define a continuación: 10 probetas cilíndricas, de 10 cm de diámetro y 20 cm de altura, utilizadas para los ensayos de evaluación de durabilidad, tratamientos de envejecimiento y medidas del color, numeradas del 1 al 10. Transcurridos las primeras 24 horas desde la fabricación, las probetas números 9 y 10 se han mantenido en ambiente interior del laboratorio y las probetas números 1 a 8 se introdujeron en cámara de curado estándar. Sobre las dos probetas curadas en ambiente de laboratorio (nº 9 y nº 10) se ha realizado, a los 35 días de edad, la determinación de las coordenadas cromáticas, porosidad, succión por capilaridad y carbonatación. Las probetas números 1 a 8, a los 35 días de edad se sacaron de la cámara húmeda. Las designadas como 1 a 7, fueron sometidas a exposiciones ambientales diferentes: cámara húmeda, ciclos de humedad-secado, intemperie y cámara ultravioleta. Sobre la probeta nº 8 se determinó la penetración de agua bajo presión. Sobre las siete probetas expuestas a tratamientos de conservación o envejecimiento se ha realizado periódicamente un seguimiento de las coordenadas cromáticas en su superficie (semanalmente el primer y quincenalmente el segundo mes, y a continuación una vez al mes), hasta completar el año de exposición, momento en el cual se acondicionaron para la realizaron de los ensayos. Las determinaciones efectuadas al finalizar los tratamientos de exposición ambiental fueron las indicadas seguidamente: succión capilar, carbonatación, porosidad y permeabilidad de agua bajo presión. A partir de ese momento todas las probetas se mantuvieron en condiciones idénticas de almacenamiento durante 16 meses, para conseguir su secado “natural”, en un recinto cerrado ventilado, y


6

sobre las probetas resultantes del tratamiento de exposición a la intemperie, se han determinado de nuevo las coordenadas cromáticas, antes y después de un proceso de limpieza selectivo. Tres probetas cilíndricas de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura, utilizadas para determinar la resistencia a compresión normalizada. REALIZACION DE ENSAYOS Determinación de la variación del color del hormigón a través de sus coordenadas cromáticas. Para una valoración numérica precisa y comparativa entre los cambios cromáticos del hormigón sometido a distintos estados de exposición ambiental, es necesario que las medidas cromáticas se realicen empleando métodos objetivos, como pueden ser las efectuadas con espectrofotómetros en condiciones normalizadas (ASTM E 308 y ASTM D 2244). Las mediciones de las coordenadas cromáticas en los hormigones estudiados fueron realizadas utilizándose un espectrofotómetro CM-2002 de Minolta, con un ángulo de observación de 10 grados, utilizándose un iluminante estándar D65, que corresponde a la luz natural con radiación ultravioleta. Esta es una técnica no destructiva, ya que no afecta al soporte sobre el que se realizan las mediciones, y permite obtener datos sistematizados. Las mediciones se realizaron directamente sobre un total de 10 localizaciones por probeta, y siempre en la misma área, seleccionada previamente de acuerdo con su homogeneidad de color y tono, a simple vista. La escala cromática utilizada fue la Cielab, 1976 (CIE COLORIMETRY), tomando los parámetros L*, a* y b*. En ésta la diferencia de color se establece en función de la variación de los siguientes parámetros:

+ ∆L* = más Claro - ∆L* = más Oscuro + ∆a* = más Rojo - ∆a* = más Verde + ∆b* = más Amarillo - ∆a* = más Azul Con objeto de cuantificar, comparar y estudiar la evolución de las coordenadas cromáticas L*, a* y b*, se llevaron a cabo una serie de mediciones sistemáticas sobre probetas expuestas a los distintos estados ambientales. La primera medida sobre las probetas fue efectuada a los 35 días de fabricación del hormigón. Durante este período de curado inicial las probetas permanecieron en cámara estándar, a excepción de dos de cada tipología que permanecieron en ambiente interior (nº 9 y nº 10). Posteriormente todas las probetas fueron trasladadas a los distintos ambientes de exposición, donde permanecieron hasta que terminó la investigación. Durante los 2 primeros meses, se realizaron mediciones semanales de las probetas sometidas a los distintos ambientes. En el mes siguiente, el intervalo se aumentó a 15 días, y una vez finalizado este período y hasta completar el año, se pasó a una medida por mes. Las probetas que se mantuvieron en cámara húmeda, eran sacadas de la cámara inmediatamente antes de la medición, para evitar que el agua existente en su superficie se evaporara. Durante la realización de las medidas pudo comprobarse la aparición de eflorescencias en el exterior de las probetas cuando se comenzaban a secar superficialmente. Determinación de la succión capilar Las probetas utilizadas para el estudio de la succión de agua en el hormigón fueron sometidas a los períodos de secado prefijados. El nivel de agua respecto a la base inferior de la probeta se mantuvo a una altura de 5 mm durante todo el ensayo, mediante un dispositivo automático que corregía las pérdidas de agua por absorción de la probeta o por evaporación. Las condiciones ambientales, humedad relativa y temperatura de la sala de ensayo, se mantuvieron estables en torno al 65 ± 5% y a 20 ± 2 ºC, respectivamente. A las 72 horas de tratamiento se secaron superficialmente las bases de las probetas para determinar por diferencia de peso la succión de agua del hormigón. Posteriormente se procedió a la


7

realización del ensayo de tracción indirecta, según UNE 83306, en la cara perpendicular a la utilizada para el ensayo de succión capilar. En general, el perfil definido por el frente de penetración de agua era homogéneo, de forma que prácticamente coincidían en la superficie exterior y en la interior de cada probeta. Determinación de la permeabilidad El procedimiento seguido para la realización del ensayo coincide con el descrito en la norma UNE 83309. Durante la aplicación del tratamiento no se observaron manchas de humedad en la superficie, ni exudación en el contorno inferior de las probetas, por lo que se puede garantizar que no hubo pérdidas de agua. No se han observado exudaciones en el contorno exterior de las probetas. Tampoco se observó presencia de agua en la cara opuesta a la aplicación de la presión. Determinación de la porosidad El ensayo de porosidad ha sido realizado siguiendo método indicado en la norma ASTM C-642. Determinación de la profundidad de carbonatación Sobre una de las caras de fractura de las probetas ensayadas a tracción indirecta, se pulverizó una disolución alcohólica al 50% con 1% de fenolftaleína. Transcurridos 2 minutos, se midió el espesor de la capa incolora con una precisión de 1 mm, determinando así la profundidad de la zona carbonatada. ANÁLISIS DE RESULTADOS A partir de los datos experimentales obtenidos en el desarrollo del presente trabajo de investigación, y del análisis de los resultados, pueden establecerse las siguientes consideraciones: Sobre la variacion de color El envejecimiento del hormigón lleva asociado un aumento entre 4 y 10 uds. de los valores de luminosidad, imputable a la pérdida gradual de humedad en la superficie

de las probetas (dando tonos más pálidos) y una reducción entre 2 y 10 uds. de la saturación de color. La reducción de la saturación de color parece está originada, a cortas edades, por la formación abundante de eflorescencias, y, a largo plazo, por procesos asociados a la carbonatación del hormigón, y lixiviación (en probetas sometidas a ciclos alternos de humedad y secado). Los mayores cambios se ponen de manifiesto con los tratamientos de exposición a la intemperie (Fig. 5) y a la radiación ultravioleta. En general, estos envejecimientos producen un aumento de la luminosidad comprendido entre 6 y 16 uds. (tonos más pálidos), siendo las variaciones un 100% superiores para el hormigón de cemento blanco respecto a las resultantes para el hormigón de cemento gris. En general, la limpieza realizada no consigue recuperar el color original del hormigón . Sobre la durabilidad del hormigón La adición de pigmentos en los hormigones de reducida relación a/c (consistencia plástica) apenas tiene influencia en la absorción capilar. En los hormigones de consistencia fluida, al incorporar pigmentos al cemento gris (CEM II/A-M 42,5 R) se detecta un descenso de aproximadamente un 30% en la absorción capilar. En los ensayos de permeabilidad a la edad de 28 días se observa que la adición de pigmentos no resulta desfavorable, salvo en el caso del pigmento amarillo incorporado al hormigón con cemento blanco y consistencia fluida, que presenta una penetración de agua a presión muy elevada (supera los 30 mm de penetración media, especificados como valor máximo en la EHE para obras en ambientes III, IV, o expuestas a cualquier clase específica de exposición). Los resultados obtenidos tras un año de conservación en cámara húmeda ponen de manifiesto un aumento de la compacidad del hormigón, con una microestructura menos permeable, imputable a una mayor hidratación del cemento, y esta disminución de la permeabilidad es mayor (en términos relativos respecto al valor inicial) en los casos


8

en los que se han incorporado pigmentos, comparados con los hormigones patrón (sin pigmento). La incorporación de pigmento lleva asociado un incremento en la porosidad del hormigón, siendo el pigmento amarillo el que produce el mayor aumento. El empleo de uno u otro cemento no afecta de forma significativa a la profundidad de carbonatación. CONCLUSIONES Como resumen de las consideraciones presentadas pueden establecerse las siguientes conclusiones: Las variaciones de las coordenadas cromáticas analizadas en hormigones con adición de pigmentos inorgánicos sometidos a distintos tratamientos de exposición ambiental, consisten fundamentalmente en la disminución de la luminosidad (dando tonos más pálidos) y en la reducción de la saturación de color (resultando tonalidades más apagadas). De los cuatro tratamientos de exposición aplicados, el de conservación en cámara húmeda es el único en el que se mantienen estables los parámetros cromáticos. La exposición a ciclos de humedad-secado apenas produce alteraciones en los hormigones patrón sin pigmento, pero en los hormigones pigmentados pone de manifiesto una disminución de la viveza de los colores y tonos más pálidos. Estas mismas alteraciones se producen de una forma más intensa durante los tratamientos de exposición a la intemperie y a la radiación ultravioleta, llegando a generar una significativa destonificación del color, especialmente cuando se emplea pigmento rojo. El sistema de limpieza aplicado al finalizar los envejecimientos, consistente en un cepillado con agua ligeramente acidulada y posterior aclarado con agua destilada, no consigue recuperar el aspecto original del hormigón. En algunos casos la limpieza no sólo no revierte a la coloración original, sino que produce el efecto contrario, llegando a producir tonos más desvaídos.

La influencia de la incorporación de los pigmentos colorantes inorgánicos en la durabilidad del hormigón se ha evaluado en función de la variación que se observa en los valores de absorción capilar, permeabilidad, porosidad y profundidad de carbonatación. En base a estos parámetros, la incorporación de los pigmentos lleva asociada una disminución de la durabilidad. Esta afirmación se basa en que si se comparan los hormigones que incorporan pigmentos con sus respectivos patrones (sin adición de colorante inorgánico), los primeros presentan una microestructura más porosa y absorbente, con mayor permeabilidad al agua y al CO2 atmosférico. Este comportamiento defectuoso es más acusado en las tipologías de hormigón fabricadas con pigmento amarillo, cuyo factor de forma y tamaño (presenta morfología acicular) parece modificar la microestructura de la pasta de cemento influyendo negativamente en la durabilidad BIBLIOGRAFIA 1.- ACI Committee 201. Durabilidad del

hormigón. Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto. Editorial LIMUSA. 1979.

2.- ACI Committee 311. Manual de inspección del hormigón. American Concrete Institute. 1985.

3.- ACI Committee 303. Guide to cast-in-place architectural concrete practice. American Concrete Institute. 1974.

4.- ADAM, M. Aspectos del hormigón. Técnicas. Realizaciones. Patología. Editores Técnicos Asociados, S.A. 1975.

5.- ASTM D 2244 - 84. Standard test method for calculation of colour differences from instrumentally measured colour coordinates.

6.- ASTM C 979 - 82. Standard test method for pigments for integrally coloured concrete.

7.- BÜCHNER, G. Pigments in concrete production. Betonwerk Fertigteil Technik. nº 8. 1991.

8.- BÜCHNER, G. JUNGE, C.H. Colour fluctuations in the production of colored concrete. Betonwerk-Fertigteil Technik. 1982.


9

9.- BS 1014. Pigments for portland cement and portland cement products. British Standard Institution. 1975

10.- CABRERA J.; LYNSDALE, C. Coloured concrete. A state of the art review. Concrete, the Journal of the Concrete Society. Vol. 23. nº 17. 1989.

11.- CALAVERA, J. Patología de estructuras de hormigón armado y pretensado. Intemac. 1996

12.- CÁNOVAS, M.F. Hormigón. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid. 1996.

13.- CÁNOVAS, M.F. Patología y terapéutica del hormigón armado. Editorial Dossat. 1984

14.- CEB. Durabilidad de estructuras de hormigón. Guía de diseño CEB. GEHO-CEB. 1993

15.- DABNEY, C.M. Coloured architectural concrete. Concrete International.1984.

16.- DABNEY, C.M. Impact of colour in concrete. Concrete International. 1990.

17.- DELIBES, A. Tecnología y propiedades mecánicas del hormigón. INTEMAC. 1993.

18.- EH-91. Instrucción para el proyecto y la ejecución de obras de hormigón en masa o armado. MOPT.1991.

19.- FORT, R. Caracterización cromática de los materiales de construcción. Madrid. 1996.

20.- KOHNERT, L. Colouring of concrete. Instructions for the processing of pigments. Betonwerk Fertigteil Technik. 1997.

21.- KRASOWSKY, J. Concreto Arquitectónico. Textura, color, problemas y soluciones. Construcción y Tecnología. IMCYC.1997

22.- KRASOWSKY, J. Concreto arquitectónico. Cuidados especiales en su fabricación. Construcción y Tecnología. IMCYC.1997

23.- KRESSE, P. Colour changes during the weathering of pigmented concrete. Betonwerk Fertigteil Technik. vol. 48 - nº 8. 1982.

24.- KRESSE, P. Use of colour in concrete. The erosion of concrete and plant growth. Betonwerk Fertigteil Technik. vol 56 - nº 11. 1990.

25.- KRESSE, P. Efflorescence. Mechanism of occurrence and possibilities

of prevention. Betonwerk Fertigteil Technik. 1987.

26.- LOPEZ, P. Durabilidad del hormigón. Curso sobre patología, rehabilitación y refuerzo de obra de hormigón armado. INTEMAC. 1992.

27.- MONKS, W. Visual concrete. Design and production. Cemento and Concrete Association. 1980.

28.- MOWAT, G.C.; SYMONS, M.G. Physical properties of concrete containing Pigments. Institution of engineering. Australia civil engineering transactions. vol 24 - nº 2. 1982.

29.- NEVILLE, A. Properties of concrete .Longman Scientific & Technical. 1995.

30.- NEVILLE, A. Concrete Technology. Longman Scientific & Technical. 1994.

31.- NORMAS UNE. AENOR 32.- PCI. Color, form & texture in

architectural precast concrete. 33.- PLENKER, H. H. The metering and

dispersion of pigments in concrete. Betonwerk Fertigteil Technik. Nº 9. 1991.

34.- RABER, P. Pigmentation of concrete and mortar. Modern Concrete. 1974.

35.- ROBINSON, R.C. Architectural precast concrete. The complete palette. Concrete International. 1992

36.- PEREZ LUZARDO, J.M. Hormigones coloreados. Textura y color en el hormigón. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Tesis Doctoral dirigida por J. Calavera. Madrid. 1992.

37.- RIZZO, E.H.; BURNS, M. The durability of exposed aggregate concrete. Concrete International. 1989.

38.- RODRIGUEZ-TORICES, M. A. Control de calidad de hormigón visto. Colegio Oficial de Aparejadores y Arquitectos Técnicos de Madrid. 1988.

39.- SCHLEUßER, W. Colouring concrete with pigments. Betonwerk Fertigteil Technik. nº 8. 1991.

40.- TEICHMANN, G. Pigment metering in the production of Concrete

41.- TEICHMANN, G. Practical methods for determining the tinting strength of pigments in concrete. Betonwerk Fertigteil Technik. 1993.

42.- TEICHMANN, G. The use of colorimetric methods in the concrete Industry. Betonwerk Fertigteil Technik. vol. 56 - nº 11. 1990.


10

43.- TRUB, U.A. Superficies de hormigón visto. Editores Técnicos Asociados. 1977.

44.- VALDEOLIVAS, E. M.; POSTIGUILLO, J.R. Hormigones vistos: influencia de los materiales constituyentes en sus cualidades superficiales. Ingeniería Civil. 1984.

45.- VEIT A.M. Iron oxides pigments: state of the art. Betonwerk Fertigteil Technik. 1997.

46.- VEIT A.M. Suggestions for improving coloured concrete products. Betonwerk Fertigteil Technik. vol. 60 - nº 11. 1994.

47.- VAN WALLENDAEL, M. Pigments study to colour cement based materials. Scientifique et Technique pour L'Industrie Cimentier rapport de recherche. 1984.

48.- WURSCHUM, G. Coloured concrete. Weighing and dosing of pigment dye. Betonwerk Fertigteil Technik. vol. 55 - nº 11. 1989.

Rocco Inserrato, José Pedro Mery, Carlos Aguirre Revista de la Construcción [email protected] – [email protected] – [email protected] Veolumen 1 – Nº 1 Diciembre 2002 ISSN 0717-7925

1

METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO VIAL GEOMÉTRICO

AUTOR: Rocco Inserrato Pontificia Universidad Católica de Chile


CO-AUTORES: José Pedro Mery

Pontificia Universidad Católica de Chile Escuela de Construcción Civil

[email protected]

Carlos Aguirre Núñez Pontificia Universidad Católica de Chile



2

RESUMEN La metodología se desarrolla como una primera versión, que facilitará aproximarse a la selección de una velocidad de diseño y dimensionamiento de la sección transversal para carreteras bidireccionales de dos pistas, acorde a la demanda proyectada. Para la predicción de las condiciones operativas del flujo vehicular se utilizó el modelo del Manual de Capacidad de Carreteras (H.C.M), versión 1995 del Highway Research Board ( H.R.B). La evaluación económica en términos sociales de los diferentes estándares geométricos y condiciones operativas del flujo vehicular se cuantificó con los costos de construcción y beneficios por ahorro de costos de operación y tiempos de viaje. Además, se incluyen los costos de conservación a fin de asegurar una mínima velocidad de operación por condiciones de calidad de la superficie de rodado. Los costos de operación de los vehículos para diferentes escenarios de calidad del servicio y seguridad del usuario, se determinan en base a rendimientos y/o consumos obtenidos de estudios experimentales, empresas de transporte y/o fabricantes de vehículos, con modelos elaborados para este trabajo. A objeto de analizar variaciones en los costos y/o demanda proyectada, el programa de cálculo propuesto permite adoptar, en forma fácil, diferentes valores y criterios, según lo estime el profesional evaluador. ABSTRACT The methodology is developed like a first version, that it will help to approach to the selection of a design speed and sizing of the cross-sectional section for bidirectional two-track highways, according to theproiected demand. For the prediction of the operative conditions the vehicular flow was used the model of the Manual of Highways Capacity (H.C.M.), Highway Research Board (H.R.B.) 1995 version. The economic eyaluation, in social terms of the different geometric standardts and operative conditions of the vehicular flow, was quantified with the costs of construction and benefits by savings in operation costs and trip times. Besides, the conservation costs are included in order to ensure a minimum speed operation by conditions of the rolling surface quality. The operation tosts for vehicles on different scenerys of service quality and user's security are determined from yieds and/or consumptions obtained from experimental studies, trans port companies and/or vehicle's manufacturers, with models developed for this work. In aims to analyze variation in the costs and/or proiected demand, the program of proposed calculation allows to take, in an easy way, different values and criteria as the evaluator considerates.


3

INTRODUCCIÓN Dentro de la labor académica y profesional de investigar, el presente trabajo forma parte de las líneas de investigación del Departamento de Obras Civiles de la Escuela de Construcción Civil de la Pontificia Universidad Católica de Chile y pretende en esta primera etapa, analizar las metodologías y criterios para el diseño vial geométrico, utilizando criterios y modelos del HRB1 y que posteriormente serán adaptados a la realidad chilena, en especial en lo correspondiente a velocidad y costos de operación. Al igual que gran parte de las redes viales en el mundo, la red vial nacional está compuesta predominantemente por caminos bidireccionales de calzada única. En la mayoría de los casos, estas vías van asociadas a demandas de tráfico que no justifican la duplicación de calzada, pero que si necesitan de un buen diseño que proporcione accesibilidad y movilidad al usuario, bajo un cierto nivel de servicio. La importancia de la capacidad radica en su facultad para acomodar el flujo de vehículos acorde a una adecuada movilidad. Es una medida de la oferta, en tanto que el nivel de servicio es una medida de la calidad del flujo. El análisis de la capacidad permite dar respuesta a interrogantes como: ¿cuál es la calidad de servicio que presta una carretera en un período determinado?, ¿cuál es el incremento de tránsito que puede ser soportado?, ¿qué ancho de pistas y bermas deben ser diseñadas para satisfacer un flujo a un cierto nivel de servicio y que sean compatibles con la velocidad de diseño deseada, además de los mínimos costos de operación?, ¿qué tipo de camino es necesario para acomodar un flujo esperado?, ¿cómo incide la configuración del tráfico en los volúmenes de servicio y costos de operación? En el análisis de la capacidad se identifica a la velocidad de operación como una de las variables fundamentales a considerar en la evaluación económica y operacional de la carretera. Esta velocidad no sólo condiciona la geometría, sino que también los costos de operación y movilidad, y por lo tanto debe ser

1 Highway Research Board, 1995.

estudiada para cada proyecto como base para la velocidad geométrica de diseño. DIAGNÓSTICO El Manual de Carreteras MOP destaca la especial relevancia de la velocidad de operación (o velocidad espacial) y de los tiempos de viaje como factores determinantes en la verificación del nivel de servicio, grados de congestión y aspectos económicos del transporte en los estudios de ingeniería vial. Adicionalmente, el mismo Manual hace expresa referencia a la dependencia que tiene la velocidad de diseño no sólo respecto de la geometría vertical y horizontal, sino que también de factores tales como la función asignada a la carretera, el volumen y composición del tránsito, la topografía de la zona, y el costo que resulta de seleccionar una velocidad de diseño dentro de un determinado rango asociado a la carretera, justificándose velocidades altas para terrenos planos o medianamente ondulados y más bajas para terrenos montañosos. En la medida que el tránsito y las interferencias (obstrucciones laterales, anchos de pista, anchos de berma y visibilidad) a la circulación sean bajas, la velocidad de operación tenderá a ser similar a la de diseño y el nivel de servicio por tanto aumentará. Pero, ¿qué pasa si el tránsito cambia, aumenta o disminuye y las interferencias no están debidamente consideradas en el diseño? Podría ocurrir que las velocidades de operación presenten notorias diferencias respecto de las de diseño. ¿No sería mejor estimar primero una velocidad óptima de operación asociada a la demanda, capacidad, volumen se servicio y costos de operación, para luego compatibilizarla y armonizarla con la velocidad de diseño?, ¿no sería mejor optimizar la sección transversal a través de un estudio de sensibilidad entre demanda, capacidad, volúmenes de servicio y velocidad de diseño, en vez de fijar por separado tanto dicha sección como esta última? OBJETIVOS En el entendido que toda inversión vial debe ir íntimamente ligada a evaluaciones económicas, este trabajo propone considerar la aplicación del modelo de circulación


4

actualizado a 1995 y orientado a optimizar la capacidad vial de las carreteras bidireccionales de dos pistas desde la perspectiva de una armonización entre los criterios de diseño geométrico (velocidad de diseño),la relación capacidad-volumen de servicio (velocidad de operación), y por último ,las inversiones y costos asociados, como herramienta fundamental para la planificación vial, toma de decisiones y diseño de las obras, en términos de estimación de calidad de servicio y optimización de recursos. Objetivo General Presentar una metodología alternativa que permita a los planificadores y proyectistas seleccionar el estándar geométrico de una carretera bidireccional y evaluar sus costos asociados para diferentes condiciones operativas del flujo vehicular. Objetivos específicos Presentar conceptos y relaciones actualizadas para el cálculo de la capacidad y volúmenes de servicio para carreteras bidireccionales de dos pistas, basados en el Manual de Capacidad de Carreteras 1995, HRB. Estimar la rentabilidad social de los distintos escenarios de diseño y volúmenes de servicio. METODOLOGIA DE CÁLCULO DE CAPACIDAD Y VOLÚMENES DESERVICIO Capacidad y Niveles de Servicio para carreteras bidireccionales de dos pistas. El Manual de Capacidad de Carreteras de 1995 desarrolló y propuso un modelo que es el de más extensa utilización en el análisis y gestión para estas carreteras. El modelo define tres parámetros para caracterizar la calidad de servicio de una carretera de dos pistas: velocidad media de recorrido, demora producida por las filas de vehículos y utilización de la capacidad. En el desarrollo de la metodología se han utilizado la simulación microscópica combinada con datos empíricos adicionales, junto a consideraciones teóricas. Con ello, el modelo permite dos tipos de análisis; uno de circulación y otro para planificación vial. El primero permite determinar el nivel de servicio de la carretera abierta al tránsito en condiciones reales, o para futuras condiciones en proyecto. El segundo permite a planificadores y proyectistas

determinar los volúmenes que pueden circular para diferentes niveles de servicio y condiciones de la carretera. La carretera bidireccional de dos pistas está conformada por una pista para cada sentido de circulación, en donde el adelantamiento de los vehículos más lentos requiere utilizar la pista del sentido opuesto en la medida que los vehículos contrarios lo permitan. A medida que aumenta el volumen de servicio y/o las restricciones geométricas, disminuye la posibilidad de adelantar, dando lugar a la formación de filas de vehículos, que se ven afectados por demoras en el desplazamiento. Como ya se ha visto, estas carreteras están orientadas a satisfacer la integración y conectividad entre zonas generalmente rurales o entre centros generadores de tráficos de buena distancia, sin interrupciones de diseño para la circulación. Adicionalmente, muchos de estos caminos suelen tener un valor agregado turístico que exige la no interrupción ni demora de la circulación a fin de poder contemplar el panorama. Resulta frecuente observar que el criterio de diseño para caminos cuando la topografía es más bien plana, es utilizar velocidades de diseño cercanas o superiores a los 90 KPH. Los estudios han demostrado que la velocidad en estas carreteras es muy poco sensible al volumen de servicio, siendo el porcentaje de demora en tiempo (que afecta a los conductores) la variable más influyente, sobre todo para velocidades menores a 80 KPH. Estos estudios en todas las comparaciones de capacidad para estas carreteras han considerado un modelo basado en condiciones base de referencia denominadas condiciones ideales o prevalecientes de las carreteras (Tabla 1). Definiciones básicas Velocidad de operación, Vop (o velocidad media de recorrido): representa la movilidad de la carretera y se define como la longitud del tramo dividido por el tiempo medio de viaje de los vehículos que circulan en ambas direcciones. Velocidad promedio del camino: corresponde al promedio ponderado para variaciones en la


5

velocidad de diseño. Porcentaje de demora en tiempo: es el porcentaje medio en exceso del tiempo total del recorrido de los vehículos que se ven demorados al viajar en fila a velocidad inferior a la deseada. Este porcentaje refleja la calidad de servicio variable que perciben los conductores ante un variado grupo de características geométricas y de tráfico. Para bajos volúmenes de servicio, los vehículos no se ven sensiblemente afectados por las demoras, dada la baja demanda de adelantamiento. Relación v/c: es la utilización de la capacidad y representa la función de accesibilidad y se define como la relación entre volumen de servicio y capacidad. Condiciones ideales (o prevalecientes): son aquellas condiciones no restrictivas desde el punto de vista de características geométricas de la circulación (tránsito) y del entorno (carretera y topografía del lugar). Se indican en la Tabla 1. Capacidad: se define como el número máximo de vehículos por unidad de tiempo que pueden pasar por una sección de una carretera bajo condiciones ideales de trazado, tránsito y topografía, y se expresa en número de vehículos / hora. La capacidad para carreteras bidireccionales de dos pistas bajo condiciones ideales se estima en 2.800 vehículos livianos/hora para el total de la calzada y con una distribución por sentidos igual a 50/50. Distribución por sentidos: se define como la repartición en porcentaje de la demanda del flujo vehicular total de la calzada. La mayoría de las distribuciones observadas oscilan entre 55/45 y 70/30. Sin embargo en carreteras turísticas o de otra índole, la distribución puede llegar a 80/20 o más durante fiestas o períodos punta; este factor induce a variaciones en las velocidades de operación y porcentajes de demora en tiempo para cada sentido de circulación. Restricción de adelantamiento: la frecuencia o porcentaje de la longitud de recorrido con prohibición de adelantamiento a lo largo del camino afecta a la calidad de alineación y condiciones de operación de la carretera. Un

tramo con prohibición de adelantar es cuando la distancia de visibilidad sea menor o igual a 450 metros. En los procedimientos de cálculo se usa el porcentaje medio de tramos con prohibición de adelantar en ambos sentidos. El porcentaje típico de tramos con prohibición de adelantamiento observado oscila entre 20% y 50% y en terrenos montañosos de geometría restringida este porcentaje puede elevarse fácilmente a 100%. Volumen de servicio horario (VSn): se define como el volumen horario de demanda máxima normal anual y corresponde al volumen asociado a la trigésima hora de mayor demanda para el nivel de servicio n. Se expresa en vehículos/hora. Volumen de servicio diario anual (VSDn): se define como el volumen de demanda máxima media diaria anual que puede soportar la calzada en ambas direcciones para el nivel de servicio n. Se expresa en vehículos/día. Ver ecuación Ec.4. Factor de hora punta (FHP): corresponde al cuociente entre el volumen de servicio horario y el volumen de servicio máximo para 15 minutos. Ver valores en Tabla 6. Factor de hora de proyecto (K): corresponde a la proporción del volumen de servicio diario que se espera alcanzar en la hora de proyecto. Es decir, K = VSn / VSDn. Usualmente varía entre 0,10 y 0,15 para caminos de tránsito mixto con variaciones estacionales moderadas y elevadas, respectivamente. Nivel de servicio (NSn): este concepto representa la combinación de las condiciones de operación que se produzcan en una carretera debido a los volúmenes de tránsito en circulación. Es una medida cualitativa del efecto producido por factores como la velocidad, la demora en tiempo, la seguridad, los costos de operación, y la posibilidad de mantener la velocidad de operación deseada, entre otros. De manera resumida, se puede decir que los niveles de servicio para estas carreteras incluyen complementariamente los criterios de movilidad y accesibilidad. Se distinguen 6 niveles (A al F) entre velocidades mayores de 90 KPH y menores de 56 KPH, respectivamente, según Tabla 2.


6

Niveles de Servicio Para optimizar la función de las carreteras, los criterios de nivel de servicio consideran conjuntamente los criterios de movilidad y accesibilidad. La medida esencial de la calidad del servicio es el porcentaje de demora en tiempo. Como medida secundaria se consideran la velocidad y la utilización de la capacidad. Los criterios de nivel de servicio se definen para períodos punta de 15 minutos y tramos de longitud significativa (igual o superior a 3 km). Nivel de servicio A. La máxima calidad de servicio se produce cuando los conductores son capaces de circular a la velocidad que desean. Cuando no hay una estricta vigilancia del cumplimiento de la normativa legal, la máxima calidad, representativa del nivel de servicio A, da lugar a velocidades de operación en torno a los 96 KPH. Para mantener estas velocidades no es preciso una gran frecuencia de adelantamientos. La demanda de adelantamiento está muy por debajo de la capacidad de adelantamiento y apenas se observan filas de 3 o más vehículos. Los conductores no sufren demoras superiores al 30% debido a los vehículos más lentos. En condiciones ideales se puede alcanzar un volumen de servicio máximo de 420 veh/hr para el total de la calzada. Nivel de servicio B . Este nivel representa unas condiciones de tránsito que en terreno plano permiten velocidades de 88 KPH o algo superiores. La demanda de adelantamiento necesaria para mantener las velocidades deseadas es importante y aproximadamente igual a la capacidad de adelantamiento para el límite inferior del nivel de servicio B. Los conductores tienden a sufrir demoras de hasta 45% en promedio. Bajo condiciones ideales se pueden alcanzar volúmenes de servicio máximos de 750 veh/hr. Sobre esta cantidad el número de filas que se forman comienza a incrementarse rápidamente. Nivel de servicio C . Al seguir aumentando el volumen de vehículos se entra en el nivel de servicio C, dando lugar a importantes incrementos en la formación de filas que impiden el adelantamiento. La velocidad de operación aún supera los 83 KPH en terreno plano, aun cuando la demanda de

adelantamiento exceda la capacidad. Para mayores volúmenes de tránsito empieza a producirse la unión de columnas y una reducción significativa de la capacidad de adelantamiento. El porcentaje de demora en tiempo sube hasta un máximo de 60%. En condiciones ideales se pueden alcanzar volúmenes de servicio de hasta 1.200 veh/hr. Nivel de servicio D . Al entrar el tránsito en el nivel de servicio D se aproxima al régimen inestable. Ambos sentidos empiezan a funcionar separadamente, ya que el adelantamiento se hace en extremo difícil. La demanda de adelantamiento se eleva y por el contrario, la capacidad de adelantamiento tiende a valor nulo. Se observan frecuentes filas de 5 a 10 vehículos aun cuando en condiciones ideales todavía se pueden mantener velocidades de 80 KPH. La proporción de sectores sin visibilidad de adelantamiento a lo largo de un tramo tiene usualmente poca influencia en el adelantamiento. Los vehículos que giran y las distracciones debidas al entorno producen oscilaciones en el tránsito. El porcentaje de demora en tiempo se acerca al 75%. En condiciones ideales se pueden alcanzar volúmenes de servicio hasta 1.800 veh/hr. Este es el máximo volumen que se puede mantener durante un cierto tiempo, sobre un tramo largo en terreno plano, sin que se produzca una alta probabilidad de congestión. Nivel de servicio E. Este nivel define las condiciones de tránsito cuando se produce un porcentaje de demora en tiempo mayor a 75%. En condiciones ideales las velocidades tienden a bajar de los 80 KPH. Las velocidades de operación en condiciones bajo las ideales tienden a ser más bajas, llegando incluso a 40 KPH en pendientes de longitud importante. El adelantamiento es prácticamente imposible en este nivel y la formación de filas se intensifica al encontrarse vehículos más lentos u otra clase de interrupciones. El máximo volumen alcanzable en el nivel de servicio E define la capacidad del camino. Esta capacidad es de 2.800 veh/hr total para ambos sentidos. Para otras condiciones de terreno la capacidad disminuye porque se refieren a la ideal, por ello las relaciones v/c de la Tabla 2. no llegan en todos los casos a 1.0. Las condiciones del tránsito en capacidad son inestables y difíciles de predecir.


7

Nivel de servicio F. Representa un tránsito muy congestionado con una demanda superior a la capacidad. Los volúmenes son superiores a la capacidad (indicando sobrecarga) y las velocidades son inferiores al nivel E. El volumen de servicio para este nivel se puede estimar en 25% más que el volumen del nivel E y con una velocidad de operación asociada de 8 KPH, debido a la rápida transición al nivel F. La Tabla 2. muestra los criterios de nivel de servicio para tramos de condiciones ideales. Para cada nivel servicio se indica el porcentaje de demora en tiempo. También se indica la

velocidad media de recorrido con valores que varían según el tipo de terreno. La tabla incluye los valores máximos de la relación v/c (volumen de servicio/capacidad) para tres tipos de terreno y para los niveles de servicio A a F. Los criterios de los niveles de servicio de la tabla se refieren a tramos largos de carreteras de longitud mayor o igual a 3 Km. y pendiente menor o igual a 3%, en los que su objetivo principal es lograr una movilidad eficiente. En aquellos tramos en que las velocidades están restringidas por ley o por señales, el porcentaje de demora en tiempo y la utilización de la capacidad (v/c) son los únicos parámetros significativos del nivel de servicio.

Tabla I. Condiciones Ideales Para Carreteras Bidireccionales De Dos Pistas Según HCM 1995

CARACTERÍSTICA CONDICION IDEAL

1 Velocidad promedio del camino >= 96 KPH

2 Distancia a obstáculos laterales(1) >= 1.8 mt

3 Anchos de pista >= 3.6 mt

4 Restricción de adelantamiento(2) Ninguna

5 Flota vehicular (3) Vehículos livianos

6 Distribución de tráfico por pista 50 / 50

7 Restricción vehicular(4) Ninguna

8 Terreno Plano (1) Medida desde el borde de la pista. (2) Considerando restricciones legales, normativas y técnicas. (3) Vehículos livianos: autos y camionetas, en general de pasajeros. (4) Tráfico no interrumpido por: cruces, prohibiciones, etc.


8

Tabla 2 Niveles De Servicio Para Tramos De Carreteras De Dos Pistas Y Características Geométricas Normales

RELACION V/C (referida a capacidad ideal de 2.800 veh/hr y para VPC >= 96 KPH)

TERRENO PLANO TERRENO ONDULADO TERRENO MONTAÑOSO

% PROHIBIDO ADELANTAR % PROHIBIDO ADELANTAR % PROHIBIDO ADELANTAR

NS

% d

em. E

n

Tpo.

Vop

0 20 40 60 80 100 Vop

0 20 40 60 80 100 Vop

0 20 40 60 80 100

A

<=30

>=93

0.15

0.12

0.09

0.07

0.05

0.04

>= 9

1

0.15

0.1

0.07

0.05

0.04

0.03

>=90

0.14

0.09

0.07

0.04

0.02

0.01

B

<=45

>=88

0.27

0.24

0.21

0.19

0.17

0.16

>= 8

6

0.26

0.23

0.19

0.17

0.15

0.13

>=86

0.25

0.20

0.16

0.13

0.12

0.1

C

<=60

>=83

0.43

0.39

0.36

0.34

0.33

0.32

>=82

0.42

0.39

0.35

0.32

0.3

0.28

>=78

0.39

0.33

0.28

0.23

0.2

0.16

D

<=75

>=80

0.64

0.62

0.6

0.59

0.58

0.57

>=78

0.62

0.57

0.52

0.48

0.46

0.43

>=70

0.58

0.5

0.45

0.4

0.37

0.33

E >75

>=72

1 1 1 1 1 1

>=64

0.97

0.94

0.92

0.91

0.9

0.9

>=56

0.91

0.87

0.84

0.82

0.8

0.78

F 100

<72 - - - - - - <64 - - - - - - <56 - - - - - -

Para otras VPC bajo 96 KPH, reducir Vop en 6.4 KPH por cada 16 KPH de reducción de VPC. El funcionamiento del tránsito en tramos con pendientes especiales largas, es sustancialmente distinto del correspondiente a tramos con condiciones geométricas normales. En ellos la velocidad de los vehículos en subida se ve fuertemente afectada a medida que se incrementa la formación de filas detrás de vehículos lentos y las maniobras de adelantamiento se hacen más difíciles. Más aún, al contrario de lo que ocurre en los tramos con condiciones geométricas normales en los que se puede hallar aproximadamente la velocidad que corresponde a la capacidad, para los tramos especiales en subida, la velocidad depende de la longitud e inclinación de la pendiente y del volumen de tránsito. Dado el tratamiento específico que demanda el análisis de volúmenes en pendientes especiales, éste no se tratará en este trabajo. Procedimiento de cálculo de los volúmenes de servicio La metodología calcula las medidas de funcionamiento del tránsito a lo largo de un tramo basándose en el tipo medio de terreno, en el trazado y en las condiciones de tránsito. El terreno se clasifica en plano, ondulado y montañoso. El método para tramos de características geométricas normales se aplica

normalmente a tramos de longitud no inferior a 3 Km. y pendientes no mayores a 3%. Las características geométricas incluyen una descripción general de las características de la sección longitudinal y específica sobre la sección transversal. Las características de la sección longitudinal se definen por el porcentaje medio del tramo sujeto a restricción de adelantamiento. Se utiliza la media para ambos sentidos. El porcentaje de carretera a lo largo de la cual la distancia de visibilidad es inferior a 450 metros se puede utilizar como alternativa para las zonas con restricción de adelantamiento. Los datos de la sección transversal incluyen el ancho de pista y ancho de berma utilizable (se considera ancho utilizable aquel ancho de berma que no incorpora elementos fijos continuos que constituyan obstrucción lateral). Los datos de tráfico necesarios para calcular los volúmenes de servicio y capacidad incluyen la distribución por sentido de circulación, la proporción de vehículos pesados, vehículos de turismo y buses.


9

Volumen de servicio horario, VS La fórmula general que define el funcionamiento del tránsito en tramos de características geométricas normales es: VSn = 2.800 x (v/c)n x fD x fA x fVP (Ec. 1) VSn = volumen de servicio total de la calzada para el nivel de servicio n, en veh/hr, para las condiciones de la carretera y del tránsito. (v/c)n = relación del volumen de servicio con respecto a la capacidad ideal para el nivel de servicio n. Se obtiene de la Tabla 2. fD = factor de ajuste para la distribución del tránsito según sentido. Se obtiene de la Tabla 3. fA = factor de ajuste por ancho de pista y berma. Se obtiene de la Tabla 4. fVP = factor de ajuste debido a la presencia de vehículos pesados en tránsito. Sin embargo este factor incluye a buses y vehículos livianos de turismo: fVP = 1 / (1+PC (EC-1) + PT (ET-1) + PB (EB-1)) (Ec. 2) PC = proporción de camiones en el tránsito expresada en tanto por uno. PT = proporción de vehículos de turismo expresada en tanto por uno. PB = proporción de buses en el tránsito expresada en tanto por uno. EC = equivalente de camiones de Tabla 5. ET = equivalente de vehículos de turismo de Tabla 5. EB = equivalente de buses de Tabla 5. La capacidad corresponde a un caso particular de la ecuación Ec.1 y resulta de la aplicación de esa relación para el nivel de servicio E: Capacidad = VsE = 2.800 x (v/c)E x fD x fA x fVP (Ec. 3) La ecuación Ec.1 parte de una capacidad ideal de 2.800 veh/hr y la corrige para reflejar: la relación apropiada v/c para el nivel de servicio deseado; toda distribución por sentidos distinta de 50/50; la existencia de pistas y bermas estrechas; y los vehículos pesados en el tránsito. Ajustes de la relación v/c Los valores de la relación v/c dados en la Tabla 2. reflejan una relación compleja entre velocidad, volumen, demora y las características geométricas. Los valores de v/c varían con el nivel de servicio, el tipo de terreno y la magnitud de las restricciones de adelantamiento. La Tabla 2 se aplica para una velocidad promedio del camino de 96 KPH. Para obtener las relaciones v/c para otras velocidades promedio del camino, la velocidad de operación (Vop) se reduce en 6.4 KPH por cada 16 KPH de reducción de la velocidad promedio (VPC), por debajo de los 96 KPH.

Ajuste por distribución según sentido Para distribuciones diferentes a 50/50 se deben aplicar los factores de la Tabla 3. Ajuste por reducción de ancho de pistas y bermas Las pistas estrechas obligan a los conductores a acercarse a los vehículos de la pista contraria, y un efecto parecido se produce con las bermas angostas y los obstáculos fijos del borde de la calzada, frente a los cuales los conductores se apartan cuando los juzgan peligrosos. Todo ello lo compensan mediante una disminución de velocidad o aumento del tiempo resultando una disminución de los volúmenes de tránsito conseguidos para cada velocidad. La Tabla 4. indica los factores de ajuste que reflejan este comportamiento, los cuales se aplican al volumen de servicio. Los coeficientes en capacidad son superiores al ser menos nocivo el efecto cuando los vehículos circulan a velocidades reducidas existentes en capacidad. Ajuste por vehículos pesados Los valores de la Tabla 2. se refieren a un tránsito compuesto únicamente por vehículos livianos, considerando como tales los que tienen cuatro ruedas en contacto con el pavimento, incluyendo las camionetas. Los vehículos pesados se clasifican en camiones, vehículos de turismo y buses, caracterizándose el tránsito por la proporción de estos vehículos existente en él. El factor de ajuste de vehículos pesados fVP se calcula por medio de la ecuación Ec.2. y los equivalentes en vehículos livianos son los indicados en la Tabla 5. Los equivalentes en vehículos livianos asumen una proporción 50/50 de camiones pesados (>16 tn) y medios (<16 tn). En caminos en que transiten altas proporciones de camiones pesados, debido por ejemplo a actividades productivas de áridos, madera, minería o movimientos de tierra en general, y especialmente en terreno montañoso, se deben utilizar valores de Ec mayores a los indicados. Tramos con pendientes especiales Para el cálculo y análisis de la capacidad y de los volúmenes de servicio en tramos con pendientes superiores al 3% y 800 metros de longitud, es necesario introducir otros factores de ajuste al modelo anteriormente expuesto. Dado que no es el objetivo de este trabajo, el análisis para estos casos no será considerado.


10

Tabla 3 Factores De Ajuste De Distribución Por Sentidos En Tramos De Características Geométricas Normales

DISTRIBUCIÓN POR SENTIDOS 100/0 90/10 80/20 70/30 60/40 50/50

FACTOR DE AJUSTE f D 0.71 0.75 0.83 0.89 0.94 1.00 Tabla 4 Factor De Corrección Combinado Por Anchos De Pista Y Berma

ANCHOS DE PISTA

3.6 mt 3.3 mt 3.0 mt 2.7 mt

NIVEL DE SERVICIO

ANCHO UTIL DE BERMA1

A-D E A-D E A-D E A-D E

1.8 1.00 1.00 0.93 0.94 0.84 0.87 0.70 0.76

1.2 0.92 0.97 0.85 0.92 0.77 0.85 0.65 0.74

0.6 0.81 0.93 0.75 0.88 0.68 0.81 0.57 0.70

0.0 0.70 0.88 0.65 0.82 0.58 0.75 0.49 0.66 1Cuando el ancho de la berma derecha es distinto al de la izquierda tomar valor medio.

Tabla 5 Equivalentes En Vehículos Livianos De: Camiones, Vehículos De Turismo Y Buses

TIPO DE TERRENO TIPO DE VEHICULO NIVEL DE SERVICIO

PLANO ONDULADO MONTAÑOSO

A 2.0 4.0 7.0

B y C 2.2 5.0 10.0

CAMIONES EC

D y E 2.0 5.0 12.0

A 2.2 3.2 5.0

B y C 2.5 3.9 5.2

VEH. LIVIANOS DE TURISMO ET

D y E 1.6 3.3 5.2

A 1.8 3.0 5.7

B y C 2.0 3.4 6.0

BUSES EB

D y E 1.6 2.9 6.5

Volumen de servicio diario, VSD A partir de los volúmenes horarios, y de los factores de hora punta y proyecto, el volumen medio diario para un cierto nivel de servicio n queda definido por: VSDn = (VSn x FHP) / K (Ec.4) VSDn = volumen máximo de servicio medio diario para el

nivel de servicio n en veh/día. VSn = volumen horario de demanda máxima normal y

asociado a la hora trigésima de mayor demanda, en veh/hr.

FHP = Factor de hora punta, Tabla 6. K = Factor hora de proyecto. Usualmente varía entre

0,10 y 0,15 para caminos de tránsito mixto con variaciones estacionales moderadas y elevadas, respectivamente. Para los casos en estudio se ha adoptado un valor medio de 0.125, de modo que los valores de VSDn pueden variar en +20% para tránsitos mixtos con variaciones estacionales moderadas y –20% para variaciones elevadas.


11

Tabla 6 Factores Hora Punta Para Carreteras De Dos Pistas Basados En Circulación Aleatoria

TRANSITO HORARIO TOTAL CALZADA, VSn

FACTOR DE HORA PUNTA

TRANSITO HORARIO TOTAL CALZADA, VSn

FACTOR DE HORA PUNTA

100 0.83 800 – 1.000 0.93

200 0.87 1.100 – 1.400 0.94

300 0.90 1.500 – 1.800 0.95

400 – 500 0.91 >=1.900 0.96

600 – 700 0.92 Nota: Interpolar para valores intermedios.

Cálculo de volúmenes de servicio horario y diario para diferentes condiciones geométricas de la carretera. Casos analizados Para ilustrar la metodología de cálculo de los volúmenes de servicio según el Manual de Capacidad anteriormente expuesta, se estimó representativo desarrollar un análisis tipo para una carretera según diferentes condiciones geométricas, sensibilizando: el trazado longitudinal, la restricción de adelantamiento, el perfil transversal, el tipo de terreno y el porcentaje de vehículos pesados. El análisis se centró en dos casos dependiendo de la proporción de vehículos pesados en la composición del tráfico. Si bien el modelo considera dentro de los vehículos pesados, a los vehículos de turismo, estos no fueron considerados en cálculo quedando propuesta su sensibilización para futuros análisis de carreteras, particularmente turísticas. Datos para el análisis del Caso 1 Composición y condiciones del tráfico % Vehículos de turismo :0% Distribución por sentido : 60/40 % Buses y Camiones :5% Factor hora de proyecto K : 0.125 Tipo de terreno: Sensibilización terrenos plano, ondulado y montañoso. Condiciones geométricas Velocidad promedio camino :sensibilización para 96, 80, 64 y 48 KPH. Ancho de pistas :sensibilización para 3.0 mt y 3.6 mt. Ancho útil de bermas :sensibilización para 0.0 mt y 1.8 mt. Restricción de adelantamiento :sensibilización para 0% y 100% de restricción.

Datos para el análisis del Caso 2 Este caso es igual al Caso 1 pero aumentando el porcentaje de camiones de 5% a 35%. RESULTADOS Aplicando el método, se calcularon los volúmenes horario (VS), y diario (VSD) indicados en las Tablas 7 a 10 y 10 a 13. (Anexo I). Para mayor síntesis, sólo se calcularon estos últimos para velocidades promedio de 96 y 64 KPH. A modo de ejemplo se muestran en los Gráficos N°1 a N°3, las curvas de comportamiento para distintos escenarios de diseño. METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN SOCIAL PARA LOS CASOS ANALIZADOS El impacto económico de los casos analizados se determina en base a los índices tradicionales de la evaluación de proyectos, VAN y TIR, lo que requiere la generación de flujos descontados para el período de la evaluación, en un horizonte estimado en 10 años. Esto conlleva a la valoración de las inversiones, además de los consecuentes ahorros de costos o beneficios, desde una situación base a la alternativa. Cálculo del costo de operación de vehículos Para el cálculo de los costos operacionales de los vehículos, se consideraron los siguientes componentes (Ref. 5); costo de combustible, neumáticos, lubricantes, mantenimiento, reparación, depreciación y tiempo de viaje. Costo de combustible La valoración de los costos de combustible guarda una importancia sustancial, dado que es uno de los componentes finales en los ahorros de costos de los usuarios. Sin embargo, no se logró identificar una


12

metodología simple, que relacionara el costo con la velocidad promedio de operación. Por tanto, se intentó generar una relación entre el consumo y la velocidad de operación de los vehículos, segmentados en vehículos livianos, camiones, camiones con acoplados y buses, la que permitiera establecer una sensibilidad de los flujos de costos por efecto de variaciones de ésta. Vehículos livianos Se definen vehículos livianos los vehículos de uso familiar incluyéndose en un todo los automóviles y camionetas. En la estimación de consumo, se utiliza una relación declarada por el departamento técnico de un representante de vehículos nuevos, agregándose un factor de corrección para estimar el consumo asociado a la antigüedad y características inherentes del vehículo. Con los datos recolectados, se realizó una regresión simple, en donde se observa la forma funcional consecuente con la literatura.

y = -0,0036x2 + 0,5933x - 10,083R2 = 0,9932

49

1419

0 50 100 150

Velocidad (KPH)

Ren

dim

ient

o (K

m/L

t)

Gráfico Nº4.

Consumo Combustible Vehículos Livianos (Fuente: Elaboración propia en base a datos de los fabricantes de vehículos) Observando lo anterior, el consumo de combustible se determina según: CCOM Veh liv = f (v) = - 0,0036v2 + 0,5933v - 10,083 (Ec.5) Vehículos comerciales; camiones de dos o más ejes y buses De la misma forma, para los vehículos pesados, se buscó identificar una relación semejante a la anterior, descartándose posteriormente, al no existir una respuesta favorable de los fabricantes de vehículos. Sin embargo, se rescatan algunos datos presentados en el seminario Provial 2000 (Ref. 7), sobre consumo de combustible en camiones. Los datos obtenidos en la investigación deben ser ajustados por no contar con la forma parabólica de consumo. Con estas consideraciones, al tener en cuenta

el mínimo de consumo para el mismo punto que el método COPER, se generó la curva de consumo para camiones.

y = 0,0864x2 - 8,6273x + 556R2 = 0,999

330

340

350

360

370

380

20 30 40 50 60 70 80

Velocidad (KPH)

Ren

dim

ient

o (lt

/100

0 ve

h)

Gráfico N°5.

Consumo Combustible Para Camiones (Fuente : Elaboración Propia En Base A Datos De Provial 2000.) En términos funcionales se estableció la siguiente relación: CCOM veh pes = f (v) = 0,0864v2 - 8,6273v + 556 (Ec.6) Cabe destacar que, al no existir datos para camiones de más de dos ejes y buses, se abordó estos vehículos corrigiendo la estimación para camiones, considerando un factor propio para cada tipo de vehículo. Por lo anterior, se obtienen formas funcionales para establecer los consumos de combustible para los distintos vehículos en función de la velocidad que desarrollan, logrando sensibilizar su valor de consumo. Costo de neumáticos, Cn En la estimación del costo de neumáticos se utilizó un modelo simplificado, relacionando las características básicas de la operación de los neumáticos, calculando de la siguiente forma el consumo de neumáticos:

un

VnPC 2000= (Ec.7)

Costo de lubricantes, CL En la estimación de costos en lubricantes, se tomó los datos declarados por ODEPLAN, del año 1979, en la cual se fijan los siguientes valores de consumos de lubricantes según tipo de vehículos, en función de sus componentes:

P2000 : precio actualizado de un neumático. N : número de neumáticos por vehículo. Vu : vida útil del juego de neumáticos en


13

Tabla 14 Consumo De Lubricantes (litros por vehículo)

Motor Diferencial y caja de cambio

Grasa para chasis

Regul. Dirección

Total litros

Vehículos Livianos

1,8 0,13 0,32 0 2,25

Camiones simples

2,98 0,36 1 0,34 4,68

Camiones articulados

7,33 0,52 1,5 0,31 9,66

Buses 2,98 0,36 1 0,34 4,68

Además, se estableció que estos consumos se realizan a un kilometraje promedio del vehículo. Con ello se calcula el valor final de consumo con la siguiente relación:

(Ec.8)

Costo de mantenimiento y reparación, Cr Se considera un método simple que consiste en asimilar el costo de mantención como un porcentaje de la depreciación del vehículo. Para los diferentes tipos de vehículos se consideró un factor de 0,7 , por ser un 30% el valor residual de un vehículo.

KVP

fCu

r ∗= (Ec.9)

Costo por depreciación, Cd Se consideró lo establecido en el HDM III, (Ref. 5). Cálculo del tiempo de viaje El tiempo de viaje es inversamente proporcional a la velocidad operacional, determinada en función del flujo y las condiciones propias del camino. Su costo se valoró en base a precios de tiempo de los usuarios recomendados por Mideplan, exceptuando el valor de vehículos livianos que se reduce al 50%, por ser excesivo.

Cálculo de los costos de conservación Se identifican como costos de conservación, la conservación rutinaria, periódica y costos varios (reparaciones de emergencias, reforestaciones, accidentes, obras de seguridad y servicios). Se ha considerado necesario incluir la calidad del rodado para desarrollar velocidades de operación mayores a 60 KPH; para ello el estado del pavimento debe ser bueno o regular, con rugosidad IRI menor o igual a 4 m/Km. Además, la superficie debe encontrarse seca y adecuado índice de fricción. Para estimar el valor del IRI en el tiempo, se aplica lo establecido en el estudio HDM reporte N°4 -2000, donde el aumento del IRI cada dos años, se determina según el número estructural (NE) del pavimento con las siguientes ecuaciones: NE menor o igual a 6 cm:

PTMDAIRI *0002,05,0 +=∆ (Ec.10) NE mayor a 6 cm:

PTMDAIRI *0001,05,0 +=∆ (Ec.11)

PTMDA: promedio de los tránsitos medios diarios del primer y el último período. Los costos de conservación utilizados en la evaluación de la situación base y alternativas corresponden a los siguientes precios sociales referenciales: Tabla 15 Costos De Conservación

Tipo de conservación

Costo (Miles $/Km.)

Período

Rutinaria 1.000 anual: 2-10 Periódica 33.750 año 7 Varios 1.000 anual: 2-10

CL : rendimiento litros por vehículo. T : consumo total de litros por vehículo. K : cantidad de kilómetros entre cambios de aceite

P : precio del vehículo. Vu : vida útil. K : kilometraje anual por vehículo. f : factor de depreciación.

1000*KT

CL =


14

EVALUACIÓN ECONOMICA

Se han seleccionado dos situaciones de tránsito para terreno ondulado, generándose 6 alternativas por cada escenario. Todas se evaluaron para un proyecto de cambio de estándar de un camino de 20 kilómetros de longitud, con diferentes velocidades de diseño y ancho de plataforma.

La situación base corresponde a un camino existente y sus alternativas al mejoramiento de la geometría y pavimentación asfáltica de la calzada, asociados a una inversión inicial en precios sociales (75% precios privado), según Tabla 16. La situación base considera como inversión inicial sólo la conservación de una carpeta granular.

Tabla 16 Alternativas y Situación Base Para Carretera Bidireccional (TMDA variable)

Características Geométricas, Velocidades e Inversión inicial

Pista Berma VPC Restricción

Adelantamiento Vop Costos Inversión Precios Sociales

en MM$/KM, según tipo de terreno

Alternativas

m m KPH % Kph Plano Ondulado Montañoso

Base 3 0 48 100% 1 1 1

1 3 0 48 100% 50 60 70

2 3 0 64 100% 70 80 90

3 3,6 1,8 64 100% 95 105 115

4 3 0 96 100% 90 100 110

5 3 0 96 0% 120 130 140

6 3,6 1,8 96 100% 115 125 135

7 3,6 1,8 96 0%

Variable

150 160 170 Los valores de inversión son referenciales, no incluyen obras de saneamiento ni de seguridad, entre otros, ya que sus costos son muy similares. Los beneficios de los proyectos principalmente son de ahorros de costos de operación y tiempo de viaje, producto del aumento de la velocidad operacional. Los flujos se evalúan para 10 períodos, considerando tasas de crecimiento diferidas del parque vehicular. La tasa de descuento adoptada es 10%, pudiendo variarse según criterio del evaluador.

En la estimación de los costos de operación, se utilizaron precios unitarios sociales entregados por MIDEPLAN para las evaluaciones del año 2002. Además se ha considerado un valor residual equivalente al 80% de la inversión inicial. La rentabilidad de las diferentes alternativas, se analizan en base a indicadores tradicionales, como son el TIR y el VAN. Sin desmedro de ello, se realizó un análisis de sensibilidad ante la variación del costo de la inversión y el beneficio por ahorro de tiempo de viaje. Los porcentajes usados son:

Tabla 17 Rango Variación de la Inversión y Tiempo de Viaje Variable Perfil Prefactib. Factibilidad

Costo total inversión 50% 30% 10%

Beneficios ahorro tiempo de viaje -40% -30% -20%

El beneficio por concepto de valor residual de la inversión, puede ser directamente sensibilizado.

Además, se recomienda la aplicación de un análisis de incertidumbre (6), por estar en ambiente Excel compatible con “Crystal Ball


15

2000”2, permitiendo establecer la varianza esperada en la estimación del VAN, asociando cada variable a la distribución de probabilidad de cada uno de los ítem que componen la estimación. Para automatizar los cálculos, se diseño una planilla en MS-Excel que permite la estimación inmediata de los índices de rentabilidad, costos de operación y costos de tiempos de viaje. Esta planilla permite modificar en forma simple y rápida la totalidad de datos y costos al ingresar a la hoja “datos”. Para el procesamiento se debe ingresar en la hoja “alternativas”, los siguientes valores: • Datos generales de identificación. • Alternativas, identificando las características

geométricas, la restricción de adelantamiento, la velocidad de diseño y operación, el monto de inversión por kilómetro, y los costos de conservación por kilómetro.

• La tasa de descuento social y el período de evaluación.

• Factores de precios sociales y valor residual de la inversión.

• El TMDA, su composición porcentual por tipo de vehículo y tasas de crecimiento.

• El IRI estimado al inicio de la operación y el que se considera crítico para mantener la velocidad de diseño.

Una vez ingresados los valores mencionados, se debe accionar el hipervínculo que se encuentra en la celda superior a los costos de conservación, los cuales deben ser ingresados por el usuario en la planilla “Conservación”, que se visualiza al activar el hipervínculo. Para calcular los costos de operación, tiempos de viaje, y lo índices de rentabilidad, y su sensibilidad, se debe accionar un hipervínculo que dice “ir a operaciones”; donde se deben ingresar la alternativa, la velocidad y aumento de inversión. Estas alternativas son resumidas en el lado superior derecho, y que al ingresar estos valores, la planilla calcula los valores de costo de operación y tiempo de viaje para la alternativa, como además el valor de VAN y TIR, y la sensibilidad del VAN, según un porcentaje de variación de la inversión y el

2 Disponible en versión de evaluación en http://www.decisioneering.com/

beneficio de tiempo de viaje. Sin embargo, se requiere copiar y pegar3, para llevar cada alternativa a una tabla resumen que permita el posterior análisis. Los resultados de la evaluación se presentan en 6 Tablas. Sin embargo por razones de espacio, se han incluido sólo 2, correspondiente al caso de terreno ondulado con TMDA proyectado a 10 años de 640 y 1920 vehículos (Tablas 18 y 19 – ANEXO II). CONCLUSIONES La metodología desarrollada para el Diseño Geométrico Vial, no pretende fijar las pautas y condiciones para el diseño geométrico de una carretera, pero sí están orientados a presentar una herramienta que ayude a la toma de decisiones en etapas de planificación, diseño e incluso durante su servicio. A nivel de estudio de preinversión, puede ser considerada como una herramienta para dimensionar y evaluar diferentes estándares geométricos de un camino; a fin de optimizar la utilización de recursos económicos, medioambientales y territoriales. Lo anterior se corrobora al observar la sensibilidad de los indicadores económicos, frente a la demanda, variaciones de la geometría transversal (ancho de calzada y bermas) y longitudinal (velocidad de diseño y restricciones de adelantamiento). A través de la capacidad vial se permite analizar diferentes diseños, permitiendo determinar la conveniencia de seleccionar entre una mejor geometría transversal o una longitudinal. Teniendo muy presente en la selección además de los costos normales, los impactos medioambientales y territoriales, especialmente en terrenos montañosos. El adecuado dimensionamiento y la compatibilización de la geometría transversal con la longitudinal, permite proyectar obras de seguridad vial más acorde con las condiciones de circulación. Además se logra una mayor seguridad para los usuarios, disminuyendo los accidentes causados por factor humano y fallas de diseño.

3 Pegado especial en el menú desplegable del Excel 95 y superiores.


16

Para las dos situaciones de tránsito evaluadas (TMDA 500 y 1500) y diferentes condiciones geométricas, según tablas 18 Y 19, se concluye que resultan rentables socialmente, todas las alternativas cuya demanda inicial es de 1500 vehículos; en la situación para 500 vehículos el proyecto no es rentable, para ninguna de las alternativas. En la situación con demanda de tránsito de 500 vehículos/día, por presentar las alternativas un TIR menor que la tasa de descuento o VAN negativo, la más conveniente sería la que requiera menor inversión y que tenga el menor valor actualizado de costos, ante la disminución del beneficio por tiempo de viaje; ya sea por disminución de la velocidad de operación o demanda del flujo vehicular. Según este criterio la alternativa más adecuada en términos económicos es mantener la geometría existente y mejorar la calidad de rodado de ripio a asfalto. En la situación con demanda de tránsito de 1500 vehículos/día, por presentar todas las alternativas un TIR mayor que la tasa de descuento o VAN positivo, con alta incidencia de los beneficios por costos de tiempo de viaje, la más conveniente sería la que requiera menor inversión, ante una situación de falta de recursos; siendo la de mantener la geometría y mejorar la calidad de rodado. En caso de disponibilidad de recursos, la alternativa más conveniente es aquella con mayor VAN, considerando la eventual disminución del beneficio por tiempo de viaje. Según este criterio, sería mejorar la velocidad de diseño manteniendo la geometría transversal. LIMITACIONES Y PROYECCIONES Las carreteras bidireccionales son muy complejas y las capacidades varían en función del tipo de terreno y del grado de restricción de adelantamiento; razón por la cual los valores de V/C se dan en función de una capacidad ideal de 2.800 v/h. El modelo contempla sólo la circulación en vías con pendientes suaves, inferiores al 3%, comparable a las proyectadas

en terreno plano; pendientes mayores y pronunciadas son comparables con terreno ondulado y montañoso, respectivamente. El modelo de cálculo de capacidad, está basado sobre las condiciones geométricas normales y velocidad promedio del camino mayor de 96 kph. Los costos de operación fueron estimados mediante un modelo que permite una valorización a nivel de prefactibilidad. Se destaca el consumo de combustible y el valor unitario del tiempo del usuario, que resultan ser los más relevantes. En atención a las limitaciones de los modelos y valores usados, se plantea complementar y profundizar su estudio para condiciones locales del proyecto; siendo más relevante la velocidad de operación, consumo de combustibles y costo de tiempo. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1.- MOP. “Manual de Carreteras”, 1981,

volúmenes 2 y 6. 2.- Gardeta O. Juan, Sánchez B. Víctor

“Ingeniería de Trafico Vial”, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid, España, 1997.

3.- Universidad Politécnica de Madrid “XIV Curso Internacional de Carreteras”, 1999.

4.- Gardeta O. Juan, Sánchez B. Víctor, Rocci S., Kraemer C. “Carreteras I, Tráfico y Trazado”, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid, España, 1997.

5.- Watanatada T., Harral C. G., Paterson W. D.O., Dhareshwar A. M., Bhandari A., Tsunokawa K. “The Highway Design and Maintenance Standards Model”, The World Bank, The John Hopkins University Press, Volume I, London, 1997.

6.- MOP. “Manual de Carreteras”, 1998, volumen 1, Tomo II.

7.- Altamira, A.; et al, “Evaluación de consumo de combustible de vehículos pesados sobre distintos tipos de pavimentos en Chile”. 5° Congreso Internacional La Nueva Era del Mantenimiento Vial, La Serena, Chile, 2000, pp 423-438.


17

ANEXO I

Expresiones gráficas y tabulaciones de resultados obtenidos mediante la aplicación de la metodología de cálculo de capacidad y volúmenes de servicio.


18

Volúmenes horarios para velocidades promedio de 96, 80, 64 y 48 KPH

Tabla 7 Tabla 8. Pista 3.0 mt / Berma 0 mt / Camiones 5% Pista 3.6 mt / Berma 1.8 mt / Camiones 5%

Volúmenes De Servicio Horario VS, Perfil Mín. Volúmenes De Servicio Horario VS, Perfil Máx.

VPC

PLANO ONDULADO MONTAÑOSO PLANO ONDULADO MONTAÑOSO

KPH

NS

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

NS

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

A 93 210 56 91 183 37 90 139 10 A 93 362 97 91 316 64 90 240 17

B 88 371 220 86 301 150 86 224 90 B 88 640 379 86 519 259 86 386 155

C 83 591 440 82 486 324 78 350 144 C 83 1019 759 82 838 559 78 603 248

D 80 905 806 78 731 507 70 485 276 D 80 1560 1390 78 1260 874 70 836 476

E 72 1828 1828 64 1479 1372 56 984 844 E 72 2437 2437 64 1972 1829 56 1312 1125

96

F 8 2285 2285 8 1849 1715 8 1230 1055 F 8 3047 3047 8 2465 2287 8 1640 1407

B 80 301 150 80 224 90 B 80 272 136 80 150 60

C 77 591 440 76 486 324 72 350 144 C 77 771 572 76 438 293 72 233 97

D 74 905 806 72 731 507 64 485 276 D 74 1221 1088 72 653 453 64 298 169

E 66 1828 1828 58 1479 1372 50 984 844 E 66 1907 1907 58 1023 949 50 468 400

80

F 8 2285 2285 8 1849 1715 8 1230 1055 F 8 2383 2383 8 1278 1187 8 585 500

D 58 485 276 D 58 298 169

E 60 1828 1828 52 1479 1372 44 984 844 E 60 1907 1907 52 1023 949 44 468 400 64

F 8 2285 2285 8 1849 1715 8 1230 1055 F 8 2383 2383 8 1278 1187 8 585 500

E 46 1479 1372 38 984 844 E 46 1023 949 38 468 400

48 F 8 1849 1715 8 1230 1055 F 8 1278 1187 8 585 500


19

Tabla 9 Tabla 10 Pista 3.0 mt / Berma 0 mt / Camiones 35% Pista 3.6 mt / Berma 1.8 mt / Camiones 35%

Volúmenes De Servicio Horario VS, Perfil Mín. Volúmenes De Servicio Horario VS, Perfil Máx.

VPC PLANO ONDULADO MONTAÑOSO PLANO ONDULADO MONTAÑOSO

KPH

NS

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

NS

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

A 93 165 44 91 107 21 90 64 5 A 93 284 76 91 184 36 90 110 9

B 88 280 166 86 158 79 86 87 35 B 88 483 286 86 272 136 86 150 60

C 83 447 332 82 254 170 78 135 56 C 83 771 572 82 438 293 78 233 97

D 80 708 631 78 379 263 70 173 98 D 80 1221 1088 78 653 453 70 298 169

E 72 1430 1430 64 767 712 56 351 300 E 72 1907 1907 64 1023 949 56 468 400

96

F 8 1788 1788 8 959 890 8 439 375 F 8 2383 2383 8 1278 1187 8 585 500

B 80 158 79 80 87 35 B 80 272 136 80 150 60

C 77 447 332 76 254 170 72 135 56 C 77 771 572 76 438 293 72 233 97

D 74 708 631 72 379 263 64 173 98 D 74 1221 1088 72 653 453 64 298 169

E 66 1430 1430 58 767 712 50 351 300 E 66 1907 1907 58 1023 949 50 468 400

80

F 8 1788 1788 8 959 890 8 439 375 F 8 2383 2383 8 1278 1187 8 585 500

D 58 173 98 D 58 298 169

E 60 1430 1430 52 767 712 44 351 300 E 60 1907 1907 52 1023 949 44 468 400 64

F 8 1788 1788 8 959 890 8 439 375 F 8 2383 2383 8 1278 1187 8 585 500

E 46 767 712 38 351 300 E 46 1023 949 38 468 400

48 F 8 959 890 8 439 375 F 8 1278 1187 8 585 500

Volúmenes diarios y factores de hora punta para VPC 96 y 64 KPH Tabla 11 Volúmenes De Servicio Diario Y Factores De Hora Punta Para Perfil Mínimo (Pista = 3.0 mt / Berma = 0 mt / Camiones 5%)

FHP VSD


VPC

NS Vo

p

0%

100%

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

A 93 0,87 0,82 91 0,86 0,81 90 0,84 0,81 93 1462 367 91 1259 240 90 934 65

B 88 0,91 0,88 86 0,90 0,85 86 0,86 0,82 88 2701 1549 86 2167 1020 86 1541 590

C 83 0,92 0,91 82 0,91 0,90 78 0,91 0,84 83 4350 3203 82 3538 2333 78 2548 968

D 80 0,93 0,93 78 0,92 0,91 70 0,91 0,89 80 6733 5997 78 5380 3691 70 3531 1965

E 72 0,95 0,95 64 0,95 0,94 56 0,93 0,93 72 13893 13893 64 11240 10317 56 7321 6279

96 K

PH

F 8 0,96 0,96 8 0,95 0,95 8 0,94 0,94 8 17549 17549 8 14051 13034 8 9250 7934

D 58 0,91 0,89 58 3531 1965

E 60 0,95 0,95 52 0,95 0,94 44 0,93 0,93 60 13893 13893 52 11240 10317 44 7321 6279

64 K

PH

F 8 0,96 0,96 8 0,95 0,95 8 0,94 0,94 8 17549 17549 8 14051 13034 8 9250 7934


20

Tabla 12 Volúmenes De Servicio Diario Y Factor de Hora Punta Para Perfil Máximo (Pista = 3.6 mt / Berma = 1.8 mt / Camiones 5%)

FHP VSD


VPC

NS Vo

p

0%

100%

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

A 93 0,91 0,83 91 0,90 0,82 90 0,88 0,81 93 2636 641 91 2272 418 90 1687 112

B 88 0,92 0,91 86 0,91 0,88 86 0,91 0,85 88 4708 2761 86 3778 1821 86 2812 1055

C 83 0,93 0,93 82 0,93 0,92 78 0,92 0,88 83 7581 5644 82 6234 4111 78 4441 1748

D 80 0,95 0,94 78 0,94 0,93 70 0,93 0,91 80 11859 10450 78 9478 6504 70 6221 3464

E 72 0,96 0,96 64 0,96 0,95 56 0,94 0,94 72 18719 18719 64 15145 13903 56 9866 8463

96 K

PH

F 8 0,96 0,96 8 0,96 0,96 8 0,95 0,95 8 23398 23398 8 18931 17562 8 12464 10691

D 58 0.9 0.86 58 2148 1162

E 60 0,96 0,96 52 0,93 0,93 44 0,91 0,91 60 14643 14643 52 7609 7063 44 3407 2912

64 K

PH

F 8 0,96 0,96 8 0,94 0,94 8 0,92 0,91 8 18304 18304 8 9613 8924 8 4306 3640

Tabla 13 Volúmenes De Servicio Diario Y Factores De Hora Punta Para Perfil Máximo (Pista = 3.6 mt / Berma = 1.8 mt / Camiones 35%)


VPC

NS Vo

p

0%

100%

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

Vop

0%

100%

A 93 0,89 0,82 91 0,88 0,80 90 0,83 0,79 93 2026 498 91 1299 232 90 733 54

B 88 0,91 0,89 86 0,89 0,84 86 0,85 0,81 88 3514 2038 86 1940 915 86 1020 391

C 83 0,93 0,92 82 0,91 0,90 78 0,88 0,83 83 5734 4213 82 3188 2110 78 1639 641

D 80 0,94 0,93 78 0,92 0,91 70 0,90 0,85 80 9180 8094 78 4809 3301 70 2148 1149

E 72 0,96 0,96 64 0,93 0,93 56 0,91 0,91 72 14643 14643 64 7609 7063 56 3407 2912

96 K

PH

F 8 0,96 0,96 8 0,94 0,94 8 0,92 0,91 8 18304 18304 8 9613 8924 8 4306 3640

D 58 0,90 0,85 58 2148 1149

E 60 0,96 0,96 52 0,93 0,93 44 0,91 0,91 60 14643 14643 52 7609 7063 44 3407 2912

64 K

PH

F 8 0,96 0,96 8 0,94 0,94 8 0,92 0,91 8 18304 18304 8 9613 8924 8 4306 3640


21

ANEXO II

TABLA 18

Proyecto DIVIAL 2001. EVALUACIÓN TÉCNICA-ECONOMICA CARRETERA BIDIRECCIONAL , 2 pistas.

Sector Solución Cambio

de Estándar

Tramo Bifurcación.................. Km .................. - Km .................. Provincia........................... Comuna.........................

Longitud 20 Km

Tipo Carpeta Asfáltica Tipo

Evaluación Social

IRI inicial 1,2 m/km Fecha Evaluación oct-01 Tasa Descuento 10%

IRI crítico 3,5 m/km F. Precios Mideplan dic-00 F. Valor Residual 80%

Periodo Análisis 10 años

Composición Tasa ANALISIS DE SENSIBILIDAD

V. Livianos 90% 2% Indicadores Aumento de Inversión Aumento Tiempo de Viaje

Cam 2 E 2% 7%

Cam + 2E 3% 6% VAN TIR VAN

10% VAN 30%

VAN 50%

VAN 20%

VAN 30%

VAN 40%

Buses 5% 6%

Alternativas

MM$ % MM$ MM$ MM$ MM$ MM$ MM$

TMDA base 500 1 -588 -1% -215 -370 -524 -713 -774 -836

TMDA proy. 640 2 -382 5% -119 -325 -532 -587 -689 -791

ANALISIS ondulado- 5 % C 3 -773 3% -542 -814 -1.086 -964 -1.059 -1.154

4 -32 10% 100 -159 -418 -357 -524 -692

5 -387 7% -313 -651 -988 -718 -890 -1.061

6 -331 7% -247 -571 -896 -660 -830 -1.001

7 -765 5% -745 -1.161 -1.577 -1.095 -1.267 -1.439

Características Geométricas y

Velocidades Costos Período

de Análisis

Restricción Inversión Variación Inversión Costos Costos

Pist

a

Berm

a

VPC

Adelantamiento

V.

Op1

kilómetro inversión Total CC

R2

CC

P3

CV4

Operativos Tiempo Viaje A

ltena

tivas

m m kph % Kph MM/KM % MM$ MM$ MM$ MM$ MM$ MM$

Base 3 0 48 100% 38 1 - 20 105 346 209 1.239 3.328

1 3 0 48 100% 48 60 5900% 1.200 105 346 209 1.085 2.635

2 3 0 64 100% 58 80 7900% 1.600 105 346 209 1.025 2.181

3 3,6 1,8 64 100% 56 105 10400% 2.100 105 346 209 1.033 2.258

4 3 0 96 100% 88 100 9900% 2.000 105 346 209 1.094 1.437

5 3 0 96 0% 91 130 12900% 2.600 105 346 209 1.117 1.390

6 3,6 1,8 96 100% 90 125 12400% 2.500 105 346 209 1.109 1.405

7 3,6 1,8 96 0% 91 160 15900% 3.200 105 346 209 1.117 1.390

(1) Para V. Op >=60 kph, IRI debe ser menor o igual IRI crítico.

(2) Costos de conservación rutinaria.

(3) Costo conservación periódica (4) Costos varios

creado por STRADALE LTDA. - ECCUC 2001


22

TABLA 19

Proyecto DIVIAL 2001. EVALUACIÓN TÉCNICA-ECONOMICA CARRETERA BIDIRECCIONAL , 2 pistas.

Sector Solución Cambio de Estandar

Tramo Bifurcación................. Km ............... - Km ................ Provincia ..................... Comuna .............................

Longitud 20 Km

Tipo Carpeta Asfáltica

IRI inicial 1,2 m/km Tipo Evaluación Social

IRI crítico 3,5 m/km Fecha Evaluación oct-01 Tasa Descuento 10%

F. Precios Mideplan dic-00 F. Valor Residual 80%

Composición Tasa Periodo Análisis 10 años

V. Livianos 90% 2% ANALISIS DE SENSIBILIDAD

Cam 2 E 2% 7% Indicadores Aumento de Inversión Aumento Tiempo de Viaje

Cam + 2E 3% 6%

Buses 5% 6% VAN TIR VAN

10% VAN 30%

VAN 50%

VAN 20%

VAN 30%

VAN 40%

TMDA base 1.500

Alternativas

MM$ % MM$ MM$ MM$ MM$ MM$ MM$

TMDA proy. 1.920 1 920 25% 1.053 898 744 546 362 177

ANALISIS ondulado- 5 % C 2 2.040 34% 1.918 1.712 1.505 1.426 1.121 815

3 1.498 24% 1.367 1.095 823 925 640 356

4 3.593 43% 3.149 2.890 2.631 2.621 2.118 1.615

5 3.283 33% 2.774 2.437 2.099 2.292 1.776 1.261

6 3.325 34% 2.829 2.504 2.180 2.340 1.829 1.317

7 2.906 27% 2.342 1.926 1.510 1.915 1.399 884

Características Geométricas y Velocidades

Costos Período de Análisis

Restricción Inversión Variación Inversión Costos Costos

Alte

nativ

as

Pist

a

Berm

a

VPC

Adelantamiento V. O

p1

kilómetro inversión Total CC

R2

CC

P3

CV4

Operativos Tiempo Viaje

m m kph % Kph MM/KM % MM$ MM$ MM$ MM$ MM$ MM$

Base 3 0 48 100% 38 1 - 20 105 346 209 3.717 9.985

1 3 0 48 100% 48 60 5900% 1.200 105 346 209 3.255 7.905

2 3 0 64 100% 58 80 7900% 1.600 105 346 209 3.076 6.542

3 3,6 1,8 64 100% 56 105 10400% 2.100 105 346 209 3.098 6.775

4 3 0 96 100% 88 100 9900% 2.000 105 346 209 3.282 4.312

5 3 0 96 0% 91 130 12900% 2.600 105 346 209 3.350 4.169

6 3,6 1,8 96 100% 90 125 12400% 2.500 105 346 209 3.326 4.216

7 3,6 1,8 96 0% 91 160 15900% 3.200 105 346 209 3.350 4.169

(1) Para V. Op >=60 kph, IRI debe ser menor o igual IRI crítico.

(2) Costos de conservación rutinaria. (3) Costo conservación

periódica (4) Costos varios

creado por STRADALE LTDA. - ECCUC 2001

Syed M. Ahmed, Irtishad Ahmad, Salman Azhar Revista de la Construcción [email protected] – [email protected] – [email protected] Volumen 1 – Nº1 Diciembre 2002 ISSN 0717-7925

1

SITUACIÓN ACTUAL Y TENDENCIAS DEL E-COMMERCE EN LA

INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN: ANÁLISIS DE LA ENCUESTA-CUESTIONARIO

AUTORES: Syed M. Ahmed Ph.D. Florida International University, Miami, Florida - USA

Profesor Asistente, Departamento de Gerencia de Construcción [email protected]

Irtishad Ahmad

Florida International University, Miami, Florida - USA Profesor Asociado, Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental

[email protected]

Salman Azhar Florida International University, Miami, Florida - USA

Candidato a Doctorado, Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental [email protected]


2

RESUMEN La revolución de la Tecnología de la Información (IT) ha venido siendo ampliamente nombrada por tener igual o mayor influencia que la revolución industrial sobre nosotros. La industria de la construcción ha venido incrementando su confianza en la nueva tecnología electrónica como herramienta viable para trabajar dentro de este campo. El objetivo de éste trabajo es investigar esta tendencia y predecir la dirección que pudiese tomar en el futuro la industria. La metodología empleada en la realización de una encuesta-cuestionario a nivel nacional que cubriera los grandes constructores, gerentes de proyecto y construcción, y las firmas de A/I/C. Los resultados indican que los miembros de la industria de la construcción están renuentes a comprar u ofertar bienes y servicios en línea. Por el contrario, las páginas de gerencia de proyectos están siendo utilizadas frecuentemente. Los programas de acceso a clientes basados en la Web se quedan por detrás de aquellos de otras industrias. Se puede concluir, organizacionalmente hablando, que las organizaciones de construcción están en conocimiento del potencial del e-commerce pero no están listas para aplicarlo completamente. ABSTRACT Information Technology (IT) revolution has been widely touted as having equal if not greater impact on us than the industrial revolution. The construction industry is now becoming increasingly reliant on new electronic technology as a viable means of doing business. The aim of this paper was to investigate this trend and predict the direction the industry is most likely to take in the future. The methodology employed was a nationwide detailed questionnaire survey targeting the major contractors, project/construction managers and the A/E/C firms. The results indicate that construction industry players are generally lagging in online purchasing of goods and services and online bidding. However, project management web sites are frequently used. Web-based customer assessment programs are also lagging behind other industries. It can be concluded that construction organizations are in general aware of the e-commerce potential but are not ready organizationally to embrace it wholeheartedly.


3

INTRODUCCIÓN La aplicación del comercio electrónico ha generado muchos cambios en la forma en que el negocio es manejado. Según definición el comercio electrónico o e-commerce es la compra o venta de bienes o servicios y la transferencia de fondos de alguna forma usando las comunicaciones electrónicas entre compañías y dentro de las actividades de una misma empresa. Existen dos tipos de e-commerce: business-to-consumer (B2C) que envuelve compañías vendiendo productos o servicios a particulares; y business-to-business e-commerce (B2B) en el cual las compañías venden a otras compañías. E-business, como se muestra en la Fig. 1, en contraste, es un amplio término que incluye e-commerce y se refiere al uso de la Internet y la Intranet privada pata transformar a la cadena de valores de una compañía (ej. Procesos internos, interacciones entre suplidores y socios, y las relaciones con los clientes) con la más reciente meta de crear valores para los clientes. Una firma con una efectiva estrategia de e-business desarrolla las capacidades necesarias para mejorar el flujo de la información y la inteligencia de negocios entre los socios, los suplidores, los empleados y los clientes. También ayuda a

solventar aquellos problemas de las partes involucradas que comprometen la cadena extendida de valores. En los próximos años se espera un incremento dramático del business-to-business e-commerce (B2B) contando con una sobre participación del total de las actividades del e-commerce. Los analistas de la industria conservadoramente estiman que el e-commerce alcanzará los US$5.7 trillones para el 2004 y un estudio predice que el 11% o US$141 billones de las compras de la industria de la construcción serán on-line para el 2004 (IDC, 2000). El uso del e-commerce es principalmente soportado por los beneficios de la tecnología de la información o IT, los cuales hacen posible este tipo de comercio. IT incluye, “el uso de máquinas electrónicas y programas para el procesamiento, almacenamiento, transferencia y presentación de la información” (Bjork, 1999). Esta información es enviada a través de lo que es conocido como “la autopista de la información”, la cual puede ser comparada con un conducto lleno de las actividades del e-commerce. Los desarrollos en este campo se generan para acelerar el procesamiento de los datos y la información.

E-business Creando valor a clientes usando redes de cómputo para mejorar las comunicaciones con – y problemas resueltos para- clientes, empleados, suplidores y socios Figura 1: E-definiciones (The Economist Intelligence Unit, 2000)

E-commerce Mercadeo y venta de bienes y

servicios usando computadoras y la Web

Intranets Mejorar procesos internos y comunicaciones a través del

network computarizado

Extranets Mejorar procesos a través de la

cadena de valores vía Web-enabled network computarizado

B2B E-commerce entre

compañías

B2C E-commerce con clientes individuales


4

E-commerce es algo más que sólo la procura de los productos y servicios on-line. Esto está cambiando el proceso de hacer negocios en la industria de la construcción y los bienes raíces para enviar las soluciones de la tecnología de la información a una industria que todavía cree fuertemente en los procesos realizados en papel. E-commerce no es sólo pago de clientes, pago a socios o tablas de inventarios on-line. De la misma manera que las compañías se transforman a ellas mismas dentro del e-businesses, ellas están comenzando a gerenciar procura, cadenas de suministro y socios en red on-line (Moran, 2000). El comercio electrónico basado en Web es una importante y estratégica herramienta en negocios que se posiciona significativamente para alterar la forma en que la industria de la construcción hace negocios, y está llegando más rápido de lo cualquiera haya imaginado. Aquellas compañías que escogen ignorar el crecimiento del e-commerce como una manera viable de hacer negocios lo hacen bajo su propio riesgo, afirma Chuck Frey de la Asociación Manufacturera de la Industria de la Construcción (Construction Industry Manufacturers Association (CIMA, 1999)). El uso de la Internet provee a las compañías de enormes ventajas en profundizar y asegurar las relaciones con uno y todos sus clientes y suplidores. Estas ventajas incluyen ser más accesible, proveer mejor servicio y aferrarse a importantes relaciones. Adicionalmente, el uso del poder la Web permite a los equipos tener la habilidad de gerenciar procesos complejos de construcción. Para hacer esto, el sistema necesita estar abierto, de manera de que una compañía pueda integrarse fácilmente con cualquiera de sus socios sin importar sus plataformas de trabajo. Las soluciones requerirán tener built-in capacidades como contenido gerencial, orden de gerencia, dinámica de precios y pagos internacionales y capacidades de intercambio. Estos negocios que son los más flexibles, abiertos (base de datos, servidores y dispositivos de almacenamiento) y tienen el tiempo más rápido de respuesta serán los que ganen.

OBJECTIVOS DEL PROYECTO El objetivo de este artículo es presentar los resultados de la investigación sobre el reciente estado de la adopción y la implementación del e-commerce en la industria de la construcción de los Estados Unidos. De particular interés es investigar el uso del e-commerce en la compra on-line de bienes y servicios, oferta on-line, gerencia de proyectos, evaluación de clientes basada en la Web (Web-based) y programas de entrenamiento para los empleados on-line. Finalmente, el objetivo de este trabajo es determinar la capacidad de la industria de la construcción, gerentes de construcción y firmas de A/I/C con relación al e-commerce y las barreras para lograr su implementación en la industria. Alcance y Metodología La metodología de este proyecto fue realizar una encuesta tipo cuestionario enviada a todos participantes más importantes del sector de la construcción como lo son: constructores, firmas de gerencia de proyectos/construcción y firmas de A/I/C. El cuestionario fue enviado aproximadamente a 500 firmas representantes de los antes mencionados a través de todos los Estados Unidos. Las compañías y firmas fueron seleccionadas por la base de datos de la Universidad y también por asociaciones de intercambio como la Asociación Americana de Gerencia de Construcción (CMAA) y la Asociación de Constructores Generales de América (AGC). El cuestionario fue colocado en la Web en Noviembre 2001 y las compañías recibieron la dirección URL del website. Un Web-cuestionario fue seleccionado como el formato más viable y rápido de llenar a cambio de enviar cuestionarios de papel los cuales requieren más tiempo y representan la probabilidad de recibir menos respuestas en comparación con los Web-cuestionarios que son fáciles de llenar y de enviar.


5

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LOS CUESTIONARIOS Un total de aproximadamente 500 cuestionarios fueron enviados a todos los miembros más destacados en un proyecto entre ellos constructores, firmas de gerencia de proyectos/construcción y firmas de A/I/C en los Estados Unidos. Las primeras 71 respuestas completas fueron recibidas hasta Marzo 2002. Entre las 71 respuestas recibidas, 29 fueron de constructoras, 20 de firmas de CM/PM y 22 de firmas de A/I/C. La taza de respuesta fue de 14%.

3.1 E-mail como Método de Comunicación Para determinar el extensor uso del e-mail como método de comunicación de las firmas, se puede ver en la Tabla 1, que el 54% de las respuestas muestran que las compañías usan frecuentemente e-mail para comunicarse con las otras partes involucradas. Un 44,5% dijo que ellos usan los e-mail primordialmente y sólo un 1,5% dijo que ellos no usan los e,mail frecuentemente.

Tabla 1: E-mail como método de comunicación

¿Cuán frecuente su compañía usa e-mail como método de comunicación?

No frecuente Frecuentemente Primordialmente

constructores 1 18 10

Firmas CM/PM - 11 9

A/I/C - 7 11

Dueños - 2 2

Porcentaje Total 1,5% 54% 44,5%

Internet como Herramienta de Búsqueda de Bienes y Servicios En la Tabla 2, podemos ver que sólo un 38% de las firmas frecuentemente usa el internet como fuente de bienes y servicios, mientras que un 55% de las firmas lo usa en algunas oportunidades. El 7% de las repuestas

dijeron que ellos nunca usan la Internet como fuente de bienes y servicios. De la tablar superior, podemos por consecuencia determinar que la Internet esta creciendo rápidamente como una herramienta alternativa de búsqueda de bienes y servicios.

Tabla 2: Internet como herramienta de búsqueda de bienes y servicios

¿Usa su compañía a la Internet como herramienta de búsqueda de bienes y servicios?

No, nunca Algunas veces Sí, frecuentemente

Constructores 2 15 12

Firmas CM/PM 2 16 06

A/I/C 1 08 09

Porcentaje Total 7% 55% 38%

Compra On-line de Bienes y Servicios De los resultados de la encuesta que se muestran en la Tabla 3, podemos determinar que el 70% de los que respondieron usan la Internet para comprar bienes y servicios en

algunas oportunidades. Sólo un 19% dijo que ellos frecuentemente compran bienes y servicios on-line y un 11% dijo que ellos nunca usan la Internet para comprar bienes y servicios. De aquí podemos concluir que las firmas están renuentes a usar la Internet para


6

comprar bienes y servicios on-line. Tabla 3: Compra on-line de bienes y servicios

¿Usa su compañía la Internet para comprar bienes y servicios on-line?

No, nunca

Algunas veces

Sí, Frecuente-mente


Firmas CM/PM 2 16 6

A/I/C 2 13 3


Inscripción en cualquier Business-to-Business website De la encuesta, se puede observar en la Tabla 4 que sólo un 34% de las respuestas pertenecen a empresas inscritas en business-to-business websites y la mayoría (62%) de las firmas no están inscritas en ningún business-to-business websites. El 4% de los que respondieron no dieron ninguna respuesta a esta pregunta. Tabla 4: Inscripción en cualquier business-to-business websites

¿Está su compañía inscrita en cualquier business-to-business Web sites?

Si No N/A

Constructores 11 18 -

Firmas CM/PM 06 18 -

A/I/C 07 8 3


Facturación de la Compañía En la Tabla 5, podemos ver que el 56% de las firmas tienen una facturación menor de $100 millones. El 23% tiene una facturación entre $100 millones y $500 millones, y el 21% tiene más de $500 millones en facturación. Esto muestra que la mayoría de las empresas que participaron en la encuesta son grandes y medianas compañías.

Tabla 5: Facturación de la Compañía

¿Cuál es la facturación de su compañía?

< U

S$1

00 m

US

$100

m –

U

S$5

00 m

> U

S$5

00 m


Firmas CM/PM 15 6 3

A/I/C 08 4 6


Ejecución de Análisis del Mercado Basado en la Web (Web-based) Tabla 6 muestra que los análisis del mercado basado en Web (Web-based) se ejecutaron por las compañías para aumentar las ganancias y la productividad. El 53% de las repuestas muestra que las empresas no realizaron ningún análisis y el 3% no contesto esta pregunta. Sólo un 44% de las compañías realizan este tipo de análisis. Tabla 6: Ejecución de análisis del mercado basado en la Web (Web-based)

¿Ejecuta su compañía análisis del Mercado basado en la Web (Web-based market)?

Sí No N/A



A/I/C 8 8 2


Licitando On-line Cuando se preguntó si las compañías hacían licitaciones on-line para los proyectos, el 79% de las empresas dijo no. Sólo un 14% dijo que licitan on-line y un 7% no respondió la pregunta. De la Tabla 7, podemos determinar que las compañías están renuentes de realizar las licitaciones on-line en comparación con otras industrias en las cuales su uso es más extenso.


7

Tabla 7: Licitando On-line

¿Licita su compañía on-line?

Sí No N/A


Firmas CM/PM 4 18 2

A/I/C 1 15 2


Gerencia de Proyectos o Web-sites para Colaborar en Proyectos En la Tabla 8, podemos ver que un 59% de las empresas usa gerencia de proyectos o websites para colaborar en la gerencia de sus proyectos. Esto muestra que en el área de la gerencia de proyecto, las compañías se encuentran bien establecidas en cuanto a la implementación del e-commerce. El 34% de las compañías dijo que ellos no usan gerencia de proyectos o web-sites para colaborar con la gerencia de sus proyectos, y un 7% no respondió esta pregunta. Tabla 8: Usando gerencia de proyectos o websites para colaborar en proyectos para hacer negocio

¿Usa su compañía algún tipo de gerencia de proyectos o websites para colaborar en proyectos?

Sí No N/A


Firmas CM/PM 15 7 2

A/I/C 10 6 2


Establecimiento de Web-sites para Proyectos Específicos para Comunicación Cuando se le preguntó a los encuestados si ellos usaban web-sites para proyectos específicos para poder compartir la información con otros miembros del proyecto, el 59% dijo que si. Un 34% respondió no y el 7% no respondió a la pregunta como se muestra en la Tabla 9. Esto nuevamente fortalece nuestro argumento de que en el área de gerencia de proyectos, las compañías usan e-commerce para comunicarse y compartir información sobre el proyecto con otros miembros del proyecto.

Tabla 9: Establecimiento de Websites para Proyectos Específicos para Comunicación

¿Tiene su compañía websites para proyectos específicos para compartir información con otros miembros del proyecto?

Sí No N/A


Firmas CM/PM 15 7 2

A/I/C 10 6 2


Programas de Evaluación de Clientes basados en Web (Web-Based) En la Tabla 10, se puede observar que el 75% de las compañías no tienen programas de evaluación de clientes basados en la Web (Web-based). Sólo el 15% de las empresas que respondieron la encuesta dicen tener este tipo de programas para conocer la opinión y medir la satisfacción del cliente. El restante 10% no respondieron a la pregunta. Tabla 10: Programas de evaluación de clientes basados en la Web (Web-based)

¿Tiene su compañía algún programa de evaluación de clientes basado en la Web (Web-based)?

Sí No N/A


Firmas CM/PM 4 17 3

A/I/C 3 13 2


Programas de Entrenamiento para Empleados On-line E-commerce puede ser usado para proveer de entrenamiento a los empleados de la compañía. Hay muchos cursos basados en la Web (Web-based), los cuales están disponibles en la Internet y que pueden ser usados por los empleados de la compañía para alcanzar las siguientes ventajas: (1) los empleados no tienen que tomar estos cursos de la manera tradicional que resultaría muy costosa, (2) los empleados pueden acceder a estos cursos desde cualquier lugar, y (3) ellos pueden estudiar estos cursos e sus tiempos libres. El 44% de las compañías encuestadas dice que ellos mismos proveen entrenamiento


8

para sus empleados usando programas de entrenamiento on-line. El 52% respondió que no y un 4% no respondió a esta pregunta. Consecuentemente, podemos ver que la mayoría de estas compañías no toman ventaja de estos cursos basados en Web para entrenar a sus empleados. Tabla 11: Programas de Entrenamiento para empleados On-line

¿Provee su compañía de entrenamiento a sus empleados usando programas de entrenamiento on-line?

Sí No N/A



A/I/C 09 06 3


Manejando Inventarios en la Internet El 89% de las empresas dijo que ellos no manejan sus inventarios en la Internet. Sólo un 4% de los encuestados dijo que ellos usaban la Internet para manejar sus inventarios y el 7% no respondió la pregunta. Esto demuestra que las compañías siguen usando los métodos tradicionales de manejar inventarios. Tabla 12: Manejando inventarios en la Internet

¿Maneja su compañía el inventario en la Internet?

Sí No N/A


Firmas CM/PM - 22 2

A/I/C 2 14 2


3.13 Actualizando los Websites de la Compañía El website de una compañía actúa como una publicidad para la misma compañía, a través de la cual los usuarios pueden obtener información y actualizaciones sobre la compañía. Una compañía que mantiene y actualice sus web-sites regularmente no tiene que gastar mucho dinero en publicidad. Teniendo buenos y bien informados web-sites salva mucho dinero en anuncios publicitarios. Un buen web-site puede incrementar las ventas y por consiguiente las ganancias. Como clientes, ellos van al web-site de las compañías para buscar información sobre los constructores, los CM/PM o los A/I/C antes de dar el proyecto a cualquier compañía o firma. De la encuesta, podemos determinar que un 32% de las compañías actualizan sus web-sites mensualmente y un 13% dicen hacerlo cada 2 meses. El 37% actualiza su información cada 3 meses y un 18% no respondió a la pregunta. De la Tabla 13, podemos concluir que sólo un pequeño porcentaje de las compañías comprenden la importancia de actualizar y mantener sus web-sites.

Tabla 13: Actualización de los web-sites de la compañía

¿Cuán frecuente su compañía actualiza sus websistes?

Mensualmente Cada 2 meses Cada 3 meses N/A

Constructores 11 3 10 5

Firmas CM/PM 08 2 10 4

A/I/C 4 4 6 4

Porcentaje Total 32% 13% 37% 18%

Inscripción con ASP (Proveedores de Servicio de Aplicaciones – Software) para manejar soluciones B2B En la Tabla 14, se puede ver que un 79% de las respuestas recibidas no se encuentran inscritas con ningún proveedores de servicio

de aplicaciones para manejar sus soluciones business-to-business. Sólo un 10% están inscritas con ASPs, y el 11% no sabían que son ASP. Esto muestra que a diferencia de otros industrias donde las compañías se encuentran inscritas con ASPs para conducen sus soluciones B2B, la industria de


9

la construcción procede lentamente en conducen sus soluciones B2B a través de Application Service Providers. Tabla 14: Inscripción con ASP para manejar soluciones B2B

¿Está su compañía inscrita algún ASP para manejar sus soluciones B2B?

Sí No N/A


Firmas CM/PM 2 18 4

A/I/C 1 15 2


E-commerce estará Brindando Cambios Fundamentals para Negociar en los Próximos Dos Años Cuando se les preguntó a los encuestados si a través del e-commerce se podrían producir cambios fundamentales para sus modelos de negocios en los próximos dos años, la mayoría de las respuestas (62%) fueron sí. Esto muestra que a pesar de que las compañías van despacio con el uso del e-commerce para mejorar sus negocios, ellos están familiarizados con la importancia del e-commerce y los cambios fundamentales que él puede ofrecer para sus negocios. El 32% de las respuestas expresan que las

compañías no creen que el e-commerce les brindará cambios fundamentales para sus modelos de negocios. Un 6% de las compañías no respondieron esta pregunta. Tabla 15: E-commerce estará brindando cambios fundamentales en los próximos dos años

¿Usted cree que el e-commerce brindará cambios fundamentales para sus modelos de negocios en los próximos dos años?

Sí No N/A


Firmas CM/PM 15 8 1

A/I/C 9 7 2


Medidas del Desenvolvimiento del E-commerce A pesar de que muchas compañías que participaron en nuestra encuesta planean usar una variedad de medidas para determinar el desenvolvimiento del e-commerce, constructores y compañías de CM/PM están usando un amplio rango de ellas (ver Tabla 16).

Tabla 16:

Medidas del desenvolvimiento del e-commerce Medidas del Desenvolvimiento del E-commerce

Con

stru

ctor

CM

/PM

A/I/

C

Incrementar la satisfacción del cliente 3 8 3

Ventas generadas de nuevos clientes/mercados 3 3 4

habilidad para actuar como una verdadera empresa de manejo del cliente 2 2 2

Desarrollar la habilidad para medir nuevos crecimientos o oportunidades de ingresos 4 3 2

Incrementar la participación en el mercado 1 3 1

Ingresos adicionales generados por clientes /mercados ya establecidos 5 1 -

Reducción de costos operativos 11 8 6

Las firmas de A/I/C usan el menor rango de medidas para determinar el desempeño del e-commerce. Dentro de los participantes, la mayoría dijo que ellos intentan medir sus

esfuerzos en e-business basándose en la reducción de los costos de operación, incrementando la satisfacción del cliente, ingresos adicionales generados por clientes


10

/mercados ya establecidos y desarrollar la habilidad para medir nuevos crecimientos o oportunidades de ingresos. Preparación Organizacional para E-commerce La estructura organizacional y de gerencia juega un rol crucial en como una compañía se desempeña dentro en una nueva economía. A través de nuestra encuesta, nosotros conseguimos que la mayoría de los ejecutivos creen que sus compañías no están

tan preparadas como deberían. Como nos muestra la Tabla 17, todos los participantes de la encuesta dijeron que ellos están re-entrenando a sus empleados para ayudarlos con la implementación de la visión del e-commerce. Las compañías también están convencidas de que conducen sus negocios en la Web esta cambiando dramáticamente la cultura de sus compañías. Una vasta mayoría de las compañías encuestadas no creen que la Web ocasionará que la cultura de sus compañías sean más innovadoras.

Tabla 17: Preparación organizacional para la implementación del e-commerce

Preparación organizacional para la implementación del e-commerce

Con

stru

ctor

CM

/PM

A/I/

C

Estamos re-entrenando a nuestros empleados para ayudarnos con la implementación de la visión del e-commerce

9

13 6

La utilización de un modelo de negocio basado en Web (Web-based) creará la necesidad de una reorganización dentro de nuestra compañía

4 6 4

Estamos contratando personal especializado en e-commerce 5 3 -

La Web requerirá que la cultura de la empresa sea más innovadora 4 3 2

Conducir business en Web esta cambiando la cultura de nuestra compañía dramáticamente 7 3 6

La experiencia de las firmas que han sufrido una transformación hacia el e-business sugiere que a menos que la gerencia implemente los cambios organizacionales necesarios para operar como un e-business, hay una pequeña oportunidad de que la nueva estrategia tenga éxito. La preparación de las compañías para e-business también depende de la habilidad de los empleados especializados en e-business. Barreras para la Implementación del E-commerce en la Compañía Cuando se preguntó sobre los obstáculos para implementar estrategias de e-commerce, los ejecutivos respondieron que la mayor barrera eran los humanos, organizacional y tecnológica. Como se muestra en la Tabla 18, las compañías no tienen empleados con habilidades en e-business, en el lado técnico y de negocios. Las compañías han hecho una inversión

enorme en IT a través de los años, pero la Internet requiere de un nuevo juego de habilidades. El problema parece mayor especialmente entre las firmas de CM/PM y constructores. Muchas compañías no están claras sobre como sus clientes ven la Web. Casi todas las compañías reportaron no estar seguras si sus clientes prefieren hacer negocios en la Internet. Esta es una duda especial entre constructoras, CM/PM, y A/I/Cs. En general, las constructoras y las firmas CM/PM estuvieron de acuerdo sobre todos los obstáculos que afectan la implementación del e-commerce en sus empresas. De la Tabla 18, podemos también ver que todos los participantes estuvieron de acuerdo que su preocupación es la seguridad de la Internet. Ellos también dijeron que los clientes y los suplidores se están resistiendo a usar la Web. El factor de cambio de fatiga (change fatigue) fue otro aspecto en el cual


11

estuvieron de acuerdo un gran número de participantes como una de las barreras para la implementación de e-commerce en sus compañías. El riesgo de distanciamiento en la tripartita de distribuidores fue el factor en que menos estuvieron de acuerdo los

participantes. Todas las compañías también estuvieron de acuerdo que los principales gerentes de sus compañías no están en conocimiento pleno de los diferentes aspectos del e-commerce.

Tabla 18: Barreras para la implementación del e-commerce en la compañía

BARRERAS PARA LA IMPLEMENTACIÓN DEL E-COMMERCE EN LA COMPAÑÍA

CO

NST

RU

CTO

R

CM

/PM

A/I/

C

A. Limitaciones Tecnológicas:

Falta de personal con la requerida capacidad en IT 4 11 2

Escasez de fondos para la implementación de IT 2 7 5

Falta de una infraestructura tecnológica apropiada 3 6 6

B. Limitaciones Relacionadas Con El Cliente:

No saber cuales clientes prefieren hacer negocios en la Web 11 10 9

Clientes/Subconstructores/Suplidores preocupados sobre la seguridad de la Internet 11 10 5

Clientes/Subconstructores/Suplidores se resisten a usar la Web 7 4 3

C. Limitaciones Del Ámbito De La Organización:

Escasez de personal con experiencia en e-commerce 9 9 1

Gerentes principales no entienden los aspectos del e-commerce 6 6 8

Falta de un acuerdo en toda la compañía de una estrategia de e-business 2 6 4

El factor de cambio de fatiga (change fatigue) existe dentro de la compañía 4 2 2

Necesidad de evolucionar hacia una compañía "24 x 7" 2 - -

Riesgo de distanciamiento entre la tripartita de distribuidores 1 - -


12

CONCLUSIÓN La Internet está cambiando la industria de la construcción, gradualmente pero ciertamente. Las compañías están contratando por e-mail, navegando en la Net para provisiones y equipos, y considerando técnicas on-line para gerencia de proyectos. El paso es lento pero firme como las compañías enfocadas en un movimiento diferente. Algunas en una carrera ciega on-line y otros abrazándola con inquietud. El e-commerce impacta todas las fases de la cadena de suministro de la construcción y el ciclo de vida de los proyectos. Los resultados de la encuesta indican que mientras la Internet está siendo ampliamente utilizada en la industria de la construcción, business to business (B2B) o business to customer (B2C) siendo aplicaciones tipo no han tenido mucha aceptación todavía. Estos son indicadores por el contrario, de que el e-commerce podría ser una vía para hacer negocios en construcción en un futuro cercano. Una mayoría abrumadora de respuestas creen que el e-commerce brindará cambios en la construcción en los próximos dos años, a pesar de que sus inversiones en e -commerce no son significativas. Se puede concluir que las organizaciones de construcción están en conocimiento general del potencial del e-commerce pero no están organizacionalmente hablando lista para aceptarla profundamente. El recelo usual de probar algo nuevo esta en conjunto con la dificultad del cambio organizacional de reglas y normas. Adicionalmente e-commerce requiere compromiso para considerables inversiones a pesar de que el retorno de la inversión es intangible como prolongada. El e-commerce es probable que impacte todas las facetas de la cadena de suministro de la construcción y el ciclo de vida de los proyectos desde la presentación, su estudio económico, el esquema de diseño, el diseño, la construcción, la gerencia de los servicios, hasta la remodelación y demolición. Las tecnologías y comunicaciones Wireless alcanzarán la industria por complete y beneficiarán a todos.

La habilidad del e-commerce para introducir eficiencias dentro de la industria de la constricción será su más grande contribución. También, mejores relaciones se desarrollarán debido al incremento del intercambio de información y comunicación. Y la construcción se encontrará en esas relaciones y avanzará en su solidez. En el siglo 21st compañías grandes y pequeñas se beneficiarán de la creación del comercio electrónico. Sin embargo, grandes organizaciones serán capaces de costear grandes inversiones y cosechar grandes beneficios, proporcionalmente como los beneficios que puedan percibir las pequeñas empresas. Si algo es cierto, los beneficios tomarán lugar directamente de los recursos directos e invertidos en E-commerce y la tecnología de la información (IT). IT y E-commerce impulsaran la industria de la construcción y auxiliarán en una rehabilitación de menos hasta altamente avanzado, state-of-the-art status. Sin tener en cuenta el acercamiento, todas las compañías deberían tener en mente unos pocos puntos para reducen los riesgos y facilitar la transición: No olvidar las viejas reglas: Mientras la Internet pueda hacer que los negocios se hagan más rápidos, fáciles, e incluso más baratos, esto no cambia las viejas precauciones – leer el contrato, entender los riesgos, y comprar cuidadosamente. Anticiparse a los problemas: Incluso la mayor tecnología puede fallar en ocasiones, las compañías deben planear para esto incluyendo las provisiones de responsabilidad en los contratos, y estableciendo planes de contingencia para los participantes del proyecto y tomando precauciones de seguridad en transacciones on- line. Invertir en buenas infraestructuras y entrenamiento: Las Web sites de los proyectos y las extranets pueden racionalizar una operación, pero solo si una compañía tiene la tecnología y la base de conocimientos de los empleados para ser usadas.


13

Como la industria se mueve on-line, impredecibles tópicos legales y prácticos sin duda alguna aparecerán, no sin mencionar las preocupaciones que acompañarán los cambios culturales y de comportamiento que la Internet brindará a la industria. Sin embargo, las compañías que entiendan y anticipen los riesgos del e-commerce prosperarán en este nuevo ambiente y se convertirán en líderes de la revolución. Podría parecer que la industria esta todavía en la curva de aprendizaje, y que la vieja técnica de los ladrillos y el mortero de hacer ganancias no serán remplazadas con la mística atracción de la Web. Aquellos quienes eventualmente prosperen en la Web serán individuos y firmas con sólida experticia en construcción y negocios, y aquellos que tengan un plan de negocio buscando ganancias durante este tiempo en vez del próximo (Berning & Dively-Coyne, 2000). REFERENCIAS 1.- B. C. Bjork (1999). “Information

Technology in Construction: Domain Definitions and Research Issues.” International Journal of Computer Integrated Design & Construction, Vol. 1, Issue 1, 3-16.

2.- The Economist Intelligence Unit (2000). “E-business Transformation.” Research Report

3.- Paul W. Berning and Shaye Diveley-Coyne (2000). “E-Commerce and the Construction Industry: The Revolution is Here.” www.constructionweblinks.com

4.- Construction Industry Manufacturers Association (1999). “Rapid Changes in Internet Technology Will Affect Construction Industry Customer – Manufacturer Interactions.” www.cimanet.com

5.- Brian Moran (2000). “The Reality of E-commerce and Real Estate.” www.buildonline.com


14

Apéndice A – Copia del Cuestionario Departamento de Gerencia de Construcción 10555 West Flagler Street, EAS 2952 Miami, Florida 33174 Teléfono (305) 348-2730 Fax (305) 348-6255 Overview El propósito de esta encuesta cuestionario es para investigar el status del e-commerce en la industria de la construcción y en particular buscando la extensión de su uso en las diferentes actividades de la construcción. Los resultados de este cuestionario nos proveerán con el status de la implementación del e-commerce en la industria de la construcción. Toda la información recolectada aquí será mantenida confidencialmente y será usada solo para los propósitos de la investigación. Su cooperación es importante para nosotros y estaremos muy complacidos de proveerle de una copia con nuestros resultados, los cuales se espera sean beneficiosos para la industria de la construcción. Por favor marque la respuesta apropiada par alas siguientes preguntas y declare sus comentarios si es necesario. 1. Nombre de la compañía: _____________________________________________________ 2. Dirección de la compañía: _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 3. Su Nombre y Posición: _____________________________________________________ _____________________________________________________ 4. ¿Desde dónde accesa a la Internet?

Sólo en casa Sólo en el trabajo En casa y en el trabajo 5. ¿Cuán frecuente su compañía usa email como método de comunicación?

No frecuentemente Con frecuencia Primordialmente 6. ¿Usa su compañía la Internet como fuente de bienes y servicios?

No, nunca Algunas veces Si, frecuentemente 7. ¿Compra su compañía bienes y servicios on-line?

No frecuentemente Con frecuencia Primordialmente 8. ¿Esta su compañía inscrita en algún business-to-business Web sites?

Si No 9. ¿Cuál B2B Construcción Web sites ha usted escuchado o inscrito (si esta)? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


15

10. ¿Cuál es la facturación de su compañía? < $100m $100m - $500m > $500m

11. Por favor marque el modo o método de realizar estas actividades Control de materiales: Mayormente manual Parcial computarizado Altamente computarizado Compra: Mayormente manual Parcial computarizado Altamente computarizado Programación: Mayormente manual Parcial computarizado Altamente computarizado Factura de cantidades: Mayormente manual Parcial computarizado Altamente computarizado Costo & Presupuesto: Mayormente manual Parcial computarizado Altamente computarizado Cálculos Técnicos: Mayormente manual Parcial computarizado Altamente computarizado Facturación: Mayormente manual Parcial computarizado Altamente computarizado Especificaciones: Mayormente manual Parcial computarizado Altamente computarizado Contabilidad: Mayormente manual Parcial computarizado Altamente computarizado 12. ¿Ejecuta su compañía análisis del mercado basado en la Web (Web-based market)?

Si No 13. ¿Licita su compañía on-line?

Si No 14. ¿Usa su compañía algún tipo de gerencia de proyectos o websites para colaborar en proyectos?

Si No 15. ¿Tiene su compañía websites para proyectos específicos para compartir información con otros miembros del proyecto?

Si No 16. ¿Tiene su compañía algún programa de evaluación de clientes basado en la Web (Web-based)?

Si No 17. ¿Provee su compañía de entrenamiento a sus empleados usando programas de entrenamiento on-line?

Si No


16

18. ¿Maneja su compañía el inventario en la Internet? Si No

19. ¿Cuán frecuente actualiza la Web site de su compañía?

Mensualmente Cada 2 meses Cada 3 meses 20. ¿Esta su compañía inscrita con algún ASP para manejar sus soluciones B2B?

Si No 21. ¿Usted cree que el e-commerce brindará cambios fundamentales para sus modelos de negocios en los próximos dos años?

Si No 22. ¿Qué opina sobre que se puede esperar recibir de la implementación del e-commerce en su negocio? Circule cualquiera. (Puntuación de 1 a 7 con 1 siendo el menor y 7 siendo el mayor) a. Valor de oportunidad: 1 2 3 4 5 6 7 b. Expansión del mercado: 1 2 3 4 5 6 7 c. Eficiencia: 1 2 3 4 5 6 7 d. Creación de ventaja: 1 2 3 4 5 6 7 e. Efectividad: 1 2 3 4 5 6 7 23. ¿Cuáles piensa usted son las medidas primarias del desenvolvimiento del e-commerce? (Marque todas las que apliquen)

Incremento en la satisfacción del cliente Ventas generadas de nuevos clientes/mercados habilidad para actuar como una verdadera empresa de manejo del cliente Desarrollar la habilidad para medir nuevos crecimientos o oportunidades de ingresos Incrementar la participación en el mercado Ingresos adicionales generados por clientes /mercados ya establecidos Reducción de costos operativos

24. ¿Está su compañía preparada para la implementación del e-commerce? (Marque todas las que apliquen)

Estamos re-entrenando a nuestros empleados para ayudarnos con la implementación de la visión del e-commerce

La utilización de un modelo de negocio basado en Web (Web-based) creará la necesidad de una reorganización dentro de nuestra compañía

Estamos contratando personal especializado en e-commerce La Web requerirá que la cultura de la empresa sea más innovadora Conducir business en Web esta cambiando la cultura de nuestra compañía

dramáticamente 25. ¿Cuáles usted piensa son las barreras para la implementación del e-commerce en su compañía? (Marque todas las que aplican) a. Limitaciones tecnológicas:

Falta de personal con la requerida capacidad en IT Escasez de fondos para la implementación de IT Falta de una infraestructura tecnológica apropiada

b. Limitaciones relacionadas con el cliente:

No saber cuales clientes prefieren hacer negocios en la Web Clientes/Subconstructores/Suplidores preocupados sobre la seguridad de la Internet Clientes/Subconstructores/Suplidores se resisten a usar la Web


17

c. Limitaciones del ámbito de la organización: Escasez de personal con experiencia en e-commerce Gerentes principales no entienden los aspectos del e-commerce Falta de un acuerdo en toda la compañía de una estrategia de e-business El factor de cambio de fatiga (change fatigue) existe dentro de la compañía Necesidad de evolucionar hacia una compañía "24 x 7" Riesgo de distanciamiento entre la tripartita de distribuidores.

--- Final del Cuestionario --- ---Muchas Gracias ---

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATŁLICA DE CHILE

RREEVVIISSTTAA DDEE LLAA CCOONNSSTTRRUUCCCCIIÓÓNN

DATOS SUSCRIPCIÓN Nombre: Teléfono: Fax: E-mail: Dirección: Ciudad: País:

FACTURACIÓN A EMPRESAS Nombre: Giro: R.U.T. Teléfono: Fax: E-mail: Ciudad: País:

VALORES DE SUSCRIPCIÓN

( X )

4 Números $20.000 (US$ 50) 6 Números $25.000 (US$ 60)

ADJUNTAR CHEQUE NOMINATIVO Y CRUZADO A NOMBRE DE

“PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE” Y ENVIAR A LA DIRECCIÓN POSTAL QUE SE INDICA

DIRECCIÓN POSTAL

REVISTA DE LA CONSTRUCCIÓN AV. VICUÑA MACKENNA 4860 – ESCUELA DE CONSTRUCCIÓN CIVIL

MACUL, SANTIAGO DE CHILE

FONO: (+56-2) 354 4551 – (+56-2) 354 4565 FAX: (+56-2) 553 64 89 – E-MAIL: [email protected] – http://www.construccioncivil.puc.cl

Documents

Ana María Carvajal Revista de la Construcción acarvajg@uc ... · PDF fileNCh 163 Of 79 Áridos para morteros y hormigones. Requisitos generales: (K/m3) Máx Cl-1,20 Hormigón armado