El modelo HDM-4 como sistema de gestin de carreteras en
Mxico47
NDICE
RESUMEN
OBJETIVOS
INTRODUCCIN
1. ANTECEDENTES1.1. Sistemas de gestin de pavimentos1.2. El
modelo SISTER para la conservacin de carreteras1.3. Sistema
mexicano de administracin de pavimentos (SIMAP)1.4. Desarrollo
histrico del HDM1.5. Importancia de la sensibilidad del HDM2. EL
HDM4 COMO SISTEMA DE GESTIN2.1. Descripcin del sistema HDM-42.2.
Funcionamiento2.3. Aplicaciones del HDM-42.4. Modelos2.5.
Importancia de la Calibracin3. CONSIDERACIONES PARA LA APLICACIN
DEL MODELO3.1. Estructura de un sistema de gestin3.2. Tcnicas de
conservacin y mantenimiento de carreteras3.3. Mantenimiento
rutinario ( mantenimiento de rutina) 3.4. Conservacin peridica
3.4.1. Riegos de sello3.4.2. Sobre carpetas3.4.3.
Reconstruccin.3.5. Indicadores del comportamiento estructural de
pavimentos 3.5.1. Nmero estructural, deformacin bajo carga3.5.2.
Irregularidad e ndice Internacional de Irregularidad (IRI)4.
Aplicacin en Mxico del HDM-4 en la planeacin de la conservacin de
carreteras.
CONCLUSIONES
REFERENCIAS.
RESUMEN
Este proyecto de investigacin muestra como el Software de
conservacin y diseo de carreteras (HDM-4, siglas en ingls), se
relaciona de manera directa con la aplicacin y manejo de un Sistema
de Gestin de Pavimentos (SGP).La informacin fue extrada de estudios
realizados en Mxico, experiencias en Chile y Colombia, los cuales
en conjunto nos expresan la operacin de un sistema de gestin de
pavimentos y como el HDM-4 es utilizado para facilitar el manejo de
datos, para proporcionar estrategias de conservacin y mejoramiento
de un tramo o una red de carreteras, a partir de una evaluacin
econmica.El objetivo principal es dar a conocer el HDM-4, para
empezar a crear una base de informacin respecto al tema, por lo que
se muestra una aplicacin de un proyecto de carreteras para
determinar la viabilidad de la inversin.Durante el desarrollo de
los captulos, el estudio presenta los principios bsicos de la
administracin de pavimentos, de cmo nace el HDM a partir de modelos
de deterioro de pavimento existentes, adems de una visin general
del HDM-4 para su aplicacin a un proyecto de carreteras.
OBJETIVOS
Generales1. Establecer mediante el estudio un modelo nico de
gestin de pavimentos, utilizando esta herramienta para justificar
cada vez mayores presupuestos de conservacin y mejoramiento de
carreteras.2. Derivado de esto, optimizar los beneficios econmicos
de usuarios de carreteras pavimentadas bajo diferentes niveles de
gasto. Para predecir las necesidades a medio y largo plazo de un
proyecto de carreteras pavimentadas.
Especficos1. Conocer los principios bsicos de los Sistemas de
Gestin de Pavimentos. Analizar cmo se relacionan los sistemas de
gestin de pavimentos con el modelo de estndares de conservacin y
diseo de carreteras HDM.
INTRODUCCIN
A fin de mejorar los procesos internos relacionados con la
conservacin y mejoramiento de las redes a su cargo, las
organizaciones operadoras de carreteras han venido mostrando en los
ltimos aos un creciente inters por la implantacin de sistemas de
gestin de pavimentos. Sin embargo, la carencia de herramientas de
anlisis confiables en el mbito nacional ha provocado que las
entidades responsables de la operacin vial pospongan sus proyectos
relacionados con el desarrollo de sistemas de gestin.El HDM-4
representa una opcin para implementar la parte de los sistemas de
gestin de pavimentos relativa a las herramientas de anlisis, por
tratarse de un mtodo basado en estudios de campo exhaustivos
desarrollados en pases con condiciones razonablemente parecidas a
las de Mxico, y est respaldado por organismos internacionales
ampliamente reconocidos.Una de las desventajas del HDM-4 es el
nmero de parmetros de entrada; una parte importante de los cuales
se obtienen mediante estudios de campo costosos, por lo que resulta
imperativo realizar anlisis de sensibilidad para identificar los
parmetros con mayor influencia en los resultados, y optimizar el
uso de los recursos disponibles en la recopilacin de informacin en
campo y en gabinete.Con el presente trabajo se pretende contribuir
a conocer la sensibilidad del HDM-4, particularmente en lo que se
refiere a los modelos de deterioro para pavimentos asflticos,
mediante una metodologa de anlisis y la medicin del impacto de los
distintos parmetros utilizados por tales modelos.1.ANTECEDENTES1.1
Sistemas de gestin de pavimentos.En un sentido amplio, la gestin de
pavimentos es una disciplina que engloba todas las actividades
involucradas en la planeacin, diseo, construccin, evaluacin y
conservacin de los pavimentos de una red de carreteras [AASHTO,
1993]. En concordancia con lo anterior, constituye una de las
funciones ms importantes de las dependencias de gobierno que tienen
a su cargo el desarrollo y la preservacin de infraestructura
vial.Alternativamente, puede considerarse como un conjunto de
operaciones que se ejecutan con el propsito de mantener por
determinado tiempo, las condiciones que implica la operacin de
vehculos con un nivel de servicio dado, minimizando los costos
econmicos, sociales y ambientales involucrados [Solminihac, 2001].
En trminos generales, los sistemas de gestin de pavimentos son
conjuntos de procedimientos y herramientas que tienen como propsito
asistir a las organizaciones operadoras de carreteras en la
aplicacin sistemtica de procesos relacionados con la gestin de
pavimentos, particularmente la identificacin de alternativas tcnica
y econmicamente ptimas para la conservacin de la red en el corto y
mediano plazos, as como la formulacin de programas de mantenimiento
anuales y/o multianuales.De acuerdo con las recomendaciones de la
Norma ASTM E1166 00, la adopcin de un sistema de gestin de
pavimentos involucra la integracin de las siguientes componentes
[ASTM, 2003]:1. Sistema de referencia. Se refiere a un mtodo nico y
estable para la identificacin y referencia espacial de los tramos
que constituyen la red de carreteras, as como de la informacin
sobre las caractersticas y el estado fsico de los mismos. Entre los
mtodos ms utilizados pueden mencionarse el sistema arco-nodo, el
cadenamiento, y las coordenadas geogrficas2. Informacin requerida
por el sistema. Normalmente, los sistemas de gestin utilizan datos
pertenecientes a las siguientes categoras:a) Inventario de la red,
el cual comprende la clasificacin funcional, longitud, nmero de
carriles, ancho de carril y acotamientos, pendiente y curvatura de
cada uno de los tramos; diseo estructural de la seccin, incluyendo
espesores y propiedades de los materiales de las capas
constitutivas; caractersticas del drenaje e historial de
reparacionesb) Estado del pavimento, expresado en trminos de la
irregularidad de la superficie de rodamiento; presencia y magnitud
de deterioros; deflexiones y otros parmetros de la capacidad
estructural del pavimento; espesores y propiedades reales de las
capas constitutivas; resistencia al deslizamiento y textura y
estado del drenaje.c) Caractersticas del trnsito: volumen,
composicin vehicular y cargas por tipo de vehculo.d) Datos
climatolgicos, entre los cuales pueden mencionarse precipitacin,
humedad, promedios de temperatura y rangos de variacin de la
mismae) Costos, incluyendo, por una parte, los costos de
construccin, mantenimiento, rehabilitacin y modernizacin de los
pavimentos, y por otra, los costos relacionados con el uso de la
infraestructura por parte de los usuarios, es decir, costos de
operacin vehicular, costos asociados con el valor del tiempo de
pasajeros y la demora de mercancas, y costos de accidentes3.
Manejador de bases de datos. Dependiendo del tamao de la red por
analizar, el volumen de informacin requerido por los sistemas de
gestin de pavimentos puede llegar a tener una magnitud
considerable, por lo que en la mayora de los casos, implica el uso
de un manejador de bases de datos y de procedimientos
computarizados para el almacenamiento, consulta y anlisis de la
informacin. Como consecuencia de la vinculacin de las carreteras
con el entorno y el desarrollo de tecnologas, como los sistemas de
posicionamiento global y los sistemas de informacin geogrfica, en
los ltimos aos se ha observado una tendencia mundial hacia el uso
de bases de datos georreferenciadas como respaldo para el
desarrollo de sistemas de gestin de pavimentos.4. Herramientas de
anlisis. Se refieren a un conjunto de modelos matemticos que se
utilizan como apoyo para las siguientes tareas:a) Prediccin del
deterioro del pavimento a lo largo de su vida til, y estimacin de
los efectos de las acciones de conservacinb) Evaluacin econmica de
proyectos de conservacin y mejoramiento para tramos especficos, as
como de polticas aplicables a toda la red o a partes de ella. Para
este propsito se utilizan mtodos como el anlisis del ciclo de vida
o el de costo-beneficioc) Definicin de prioridades con respecto a
los requerimientos de conservacin y mejoramiento de la red, a travs
del anlisis de proyectos candidatos, y la programacin de los
trabajos. Usualmente, los algoritmos para definir prioridades
utilizan criterioscomo el estado del pavimento, tasa de deterioro
del mismo, y volumen de trnsito, entre otrosd) Optimacin de los
programas de conservacin con objeto de maximizar los niveles de
desempeo del pavimento o la rentabilidad de las inversiones
correspondientes. En la mayora de los casos, los modelos de
optimacin utilizan tcnicas de programacin matemtica.e) Evaluacin
del impacto de distintas estrategias de conservacin y niveles de
disponibilidad de recursos en el desempeo de la redDe acuerdo con
la Norma ASTM E 1166 00, la puesta en operacin de un sistema de
gestin de pavimentos requiere un estudio previo en el que se evale
su compatibilidad con otros procesos institucionales existentes; su
utilidad real en la planeacin y programacin de los trabajos de
conservacin y desarrollo de la red; y su aceptacin por parte de los
responsables de la gestin de los pavimentos al interior de la
organizacin operadora.Asimismo, se requiere un plan en el que se
definan el equipo y programas de cmputo; equipo de medicin;
personal y estructura organizacional necesarios para la operacin
del sistema, as como un programa para su implantacin por etapas. El
plan debe incluir tambin, procedimientos para la recopilacin;
ingreso; validacin y actualizacin de informacin; generacin de
informes; y la revisin, calibracin y mejoramiento de los modelos
del sistema.1.2 El modelo SISTER para la conservacin de
carreterasEl modelo SISTER ha sido utilizado por la SCT desde 1993.
A grandes rasgos consiste en un modelo que identifica las
estrategias de mantenimiento apoyndose en la recopilacin de datos y
a partir de simulaciones de las consecuencias de las diferentes
opciones de accin. Este modelo define los trabajos de mantenimiento
de acuerdo a la estrategia que se elija y los relaciona con los
efectos de la degradacin de la carretera y estableciendo una
relacin entre los trabajos y la degradacin. El modelo se basa en
tres premisas: la primera es considerar el conjunto de la red por
administrar a partir de un banco de datos viales, la segunda es
elegir una estrategia de mantenimiento de la red usando varias
estrategias y la tercera es adoptar un mtodo de programacin
plurianual de las obras de mantenimiento peridico de rehabilitacin
y reconstruccin.El sistema parte de la elaboracin de una base de
datos viales a partir de recorridos a pie para obtener las
caractersticas de trazo y drenaje de una carretera, as como los
datos del tipo de trnsito, el estado de conservacin y el clima en
el que se encuentra. A partir de esta informacin, el programa
elabora esquemas futuros del estado de las carreteras y simula la
degradacin a la que se vern sometidas de acuerdo a la inversin que
se realice en ellas, y determina si es suficiente la inversin
dada.1.3. Sistema mexicano de administracin de pavimentos (SIMAP)El
SIMAP, desarrollado por el Instituto Mexicano del Transporte, es un
sistema de gestin de la seccin estructural de carreteras diseado
para conocer el estado actual de un tramo y estimar las acciones
necesarias y sus costos para otorgarle un nivel determinado de
servicio y a un costo adecuado. El SIMAP, surge ante la necesidad
de aprovechar las herramientas informticas existentes para elaborar
un listado de acciones de conservacin apartir de informacin del
estado de las carreteras. En primer lugar se realiza una revisin
del estado de la carretera usando un perfilmetro o instrumento
similar, que proporciona una medida de la irregularidad del camino
recorrido y este variar ao con ao de acuerdo al estado de
conservacin. Posteriormente se realiza el estudio de las
deflexiones en los tramos carreteros en los que sea necesario
implementar un mantenimiento, y esto se logra usando deflectmetros
mviles que circulen en carretera a velocidades de 3 o 4 Km./h. Se
divide el tramo de carretera en segmentos homogneos en
caractersticas especficas que determinan personas especializadas.
Actualmente se considera que para Mxico, el valor estadstico de la
deflexin superior a 1 mm, ese tramo debe ser estudiado en la
tercera etapa del sistema, la cual consiste en realizar un anlisis
tcnico-econmico de proyectos de conservacin. Por ltimo un sistema
computacional coloca todos los tramos que necesitan conservacin en
iguales condiciones de calidad indicando que tipo de mejoramiento
necesita cada tramo, ya sea tipos de materiales o de refuerzos.1.4.
Desarrollo histrico del modelo HDM.A finales de la dcada de los
60s, el Instituto Tecnolgico de Massachussets desarroll por encargo
del Banco Mundial, un modelo denominado Modelo de Costos para
Carreteras (Highway Cost Model, HCM). A pesar de que se trat de un
modelo conceptual y no de una herramienta de clculo propiamente
dicha, a menudo se considera al HCM como la primera versin del HDM.
En el HCM se propuso utilizar como criterio para evaluacin de
proyectos carreteros la minimizacin del costo total de transporte;
el cual se obtiene como la suma de los montos de construccin y
conservacin de la infraestructura, y los relativos a los usuarios,
para un periodo de tiempo dado.En la primera mitad de la dcada de
los setentas, el TRRL y el Banco Mundial auspiciaron un estudio de
campo a gran escala en Kenia, que permiti un conjunto de relaciones
para estimar el deterioro de carreteras y los costos de operacin
vehicular. Estas relaciones se utilizaron en el modelo de estndares
de diseo y conservacin de carreteras (Highway Design and
Maintenance Standards Model, HDM), que fue presentado en 1979.
Entre los especialistas es comn hacer referencia a esta versin
especfica, como HDM-II.Entre 1977 y 1983, el TRRL realiz otro
estudio en pases del Caribe, para investigar los efectos del diseo
geomtrico de las carreteras en los gastos de operacin vehicular. En
ese mismo periodo, el Instituto Central de Investigacin en
Carreteras de la India (Central Road Research Institute, CRRI),
diseo un estudio de problemas de operacin de la red carretera de la
India, relacionados con caminos angostos y con la circulacin de
trnsito no motorizado en proporciones significativas.Patrocinado
por el Programa de Desarrollo de las Naciones Unidas (United
Nations Development Program, UNDP), se realiz de 1975 a 1984 un
nuevo estudio de campo de grandes proporciones; esta vez en Brasil,
cuyos resultados junto con la informacin y experiencias previas, se
utilizaron en el HDM-III, el cual se concluy en 1984.
Paralelamente, se constituy un modelo destinado a optimizar
programas de mantenimiento de carreteras sujetos a restricciones
presupuestales, el modelo de presupuestos del gasto (Expenditure
Budgeting Model, EBM).Tanto el HDM-II como el HDM-III fueron
concebidos originalmente para ejecutarse en computadoras tipo
mainframe. Sin embargo, en 1989 el Banco Mundial present el HDM-PC,
una versin del HDM-III para computadoras personales con sistema
operativo MS-DOS. Al mismo tiempo comenz a distribuirse el
programamodelo de costos de operacin de vehculos (Vehicle Operating
Costs Model, VOC), el cual permita calcular los montos de operacin
vehicular con las mismas relaciones utilizadas por el HDM-III.En
1994 se present el HDM-Q, una nueva versin del modelo que
incorporaba las herramientas necesarias para estimar los beneficios
econmicos derivados de la ampliacin de tramos con problemas de
congestionamiento,y en ese mismo ao apareci el administrador del
HDM (HDM Manager o HDM-ADM), una interfaz de usuario basada en mens
con la cual se trataba de facilitar el uso del HDM.A mediados de
los noventa, ms de diez aos despus del lanzamiento original del
HDM-III, se hizo evidente la necesidad de nuevos esfuerzos
orientados a la modernizacin del modelo, a fin de aumentar sus
posibilidades de anlisis, de incorporar los resultados de diversas
investigaciones realizadas en varios pases, y primordialmente de
actualizar los programas de cmputo, los cuales seguan
correspondiendo a los estndares de desarrollo de software de los
aos 70s y 80s.Por otro lado, aunque el modelo se haba utilizado
principalmente en pases en desarrollo, se identific un uso
significativo por parte de naciones industrializadas, lo cual se
tradujo en la necesidad de incorporar nuevos submodelos para
analizar los efectos del congestionamiento vehicular y de los
climas fros; un mayor nmero de tipos de pavimento; y aspectos de
seguridad, y de medio ambiente.Con estos antecedentes, y con el
propsito central de actualizar el modelo HDM, se inici en 1997 el
estudio ISOHDM al que se hizo referencia en el inciso 1.2; y como
principal resultado del mismo, en febrero de 2000 se anunci la
terminacin de la versin 1.0 del HDM-4. Aunque se conservaron las
siglas para identificar a las ediciones previas, el nuevo producto
fue denominado sistema de gestin y desarrollo de carreteras
(Highway Development and Management System), retomando el nombre
del estudio que le dio origen. Los derechos de comercializacin del
HDM-4 y del resto de los productos del estudio ISOHDM quedaron en
poder de la PIARC.La Figura 1.2 ilustra la evolucin histrica del
modelo HDM.Actualmente se encuentra en el mercado la versin 1.3 del
HDM-4, la cual aunque incorpora un nmero importante de mejoras y
correcciones, no difiere significativamente de la versin original.
Por otro lado, se encuentra en desarrollo la versin 2.0, misma que
se espera constituya una mejora sustancial con respecto a la
actual.
Figura 1.2 Desarrollo histrico del HDM
1.5. Importancia de la sensibilidad del HDM-4El HDM-4 incorpora
un nmero importante de relaciones que modelan en forma muy
detallada distintos aspectos relacionados con el deterioro de los
pavimentos; los costos de operacin vehicular; la evaluacin econmica
de proyectos; y la jerarquizacin y optimacin de programas de
obra.El nivel de detalle empleado por el HDM-4 permite modelar la
mayora de los factores que intervienen en la evaluacin de los
proyectos viales; por ejemplo, en lo que se refiere al deterioro de
pavimentos, el sistema analiza prcticamente todos los indicadores
que se emplean para caracterizar este fenmeno: irregularidad,
deterioros superficiales, resistencia al deslizamiento, capacidad
estructural, etc.Sin embargo, para lograr este nivel de detalle, el
HDM-4 utiliza un nmero muy importante de variables de entrada. A
fin de ilustrar este hecho, considrese que la evaluacin de un
proyecto de conservacin con tres posibilidades para un tramo
carretero de concreto asfltico, con una flota vehicular compuesta
por cinco tipos de unidades requiere unos 800 datos de entrada. Si
bien, para un alto porcentaje de estos datos pueden utilizarse como
primera aproximacin valores por omisin definidos dentro del HDM-4;
es claro que aun la revisin de estos valores para verificar que se
ajusten razonablemente a los datos reales, puede significar una
tarea sumamente ardua. Por otro lado, algunas de las variables para
las que no es recomendable utilizar los valores por omisin, como
los espesores de las capas del pavimento, resultan muy difciles de
conseguir en forma directa.De lo ya sealado se desprende la
necesidad de estudiar la sensibilidad de los modelos internos del
HDM-4, a fin de jerarquizar cada uno de los parmetros que
intervienen en ellos de acuerdo con su impacto en los resultados
del sistema, y generar un listado de las variables cuyos valores
resulta indispensable obtener en campo o en gabinete, para
garantizar que esos resultados correspondan a la realidad.El
conocimiento de la sensibilidad del HDM-4 resulta de gran utilidad
no slo para optimizar los recursos disponibles para la recopilacin
de informacin, destinndolos a conseguir variables con mayor
influencia en los resultados, sino tambin para encausar los
esfuerzos que se emprendan para la calibracin de los modelos bajo
condiciones nacionales, actividad que resulta imprescindible si se
desea que el sistema modele en forma fidedigna las condiciones de
la red carretera.
2. EL HDM4 COMO SISTEMA DE GESTIN2.1. Descripcin del sistema
HDM-4El Modelo de Desarrollo de Carreteras y Gestin (HDM-4) 1 es un
sistema de software para evaluar las opciones de inversin en
infraestructura de transporte por carretera, mediante la formulacin
de recomendaciones y herramientas para los lectores que estn
involucrados en actividades de planificacin estratgica. Igualmente
a nivel mundial, el modelo HDM-4 es mayormente usado de base para
estudios de viabilidad, en el que se evala un proyecto de carretera
en trminos de su impacto econmico.Tambin se puede utilizar el HDM-4
para el establecimiento de estndares de conservacin ms adecuados
para una carretera en funcin de su estado (respuesta a
condicin).Las principales funciones del HDM-4 son el anlisis de los
deterioros y los efectos de la conservacin de carreteras, para una
serie de alternativas de conservacin especificadas por el usuario
de la aplicacin. Los anlisis efectuados son en base a los datos
suministrados por el usuario. Para ello, el programa calcula los
costos de operacin de los vehculos en funcin del estado de cada
carretera, determina los costos anuales de la administracin de
carreteras y de los usuarios para cada una de las alternativas de
conservacin definidas. Por ltimo, se evalan las alternativas de
conservacin, produciendo la comparacin de las diversas alternativas
del proyecto y realizar una optimizacin en virtud de las
limitaciones presupuestarias. De esta manera el ingeniero dispone
de una amplia informacin para determinar cules son las medidas de
conservacin ms beneficiosas para la red estudiada.Todo esto
mediante la simulacin del comportamiento del ciclo de vida de las
carreteras considerando todas las relaciones entre sta, el ambiente
y el trfico dentro de una economa nacional o regional que determina
la composicin y la estructura de costos de las variables.La
implementacin del HDM 4 se da principalmente por las siguientes
razones: Incluye factores que antes no se tomaban en cuenta
(factores climticos, medioambientales, seguridad vial, efectos de
la congestin de trfico, etc.). La necesidad de jerarquizar las
inversiones en proyectos carreteros, realizando una optimizacin de
los recursos disponibles y previendo la influencia de condiciones
futuras en su estado. Desarrollar una visin ms amplia de la Gestin
de Carreteras considerando funciones como: Planificacin,
Programacin, Preparacin y Operaciones.
2.2. Funcionamiento.En resumen eL Software HDM4 funciona
mediante la interaccin de varios factores:Mediante las herramientas
de anlisis se define el proyecto nuevo o existente, as como la
herramienta de anlisis con los que se est trabajando. Con las
opciones contenidas en gestores de datos se alimenta al programa de
datos, mismos que sern utilizados de distinta forma, definida por
los modelos. Los datos del gestor de datos deben ser alimentados a
su ves por bases de datos externas obtenidas por distintos mtodos
cabe destacar el sistema ROMDAS, el cul recopila datos de las
carreteras. Los datos recopilados son sintetizados en parmetros
tales como ESAL, IRI, etc.Inicialmente se debe dividir la red
carretera o la carretera por analizar en tramos y subtramos, que
reunirn diferentes condiciones El vaciado de la informacin est
compuesto de las siguientes partidas: Flotas de vehculos Tipos de
vehculos que se considerarn ya sean no motorizados (bicicletas y
peatones) o motorizados (automviles, camiones, motocicletas, etc).
Caractersticas bsicas de cada vehculo: Caractersticas fsicas del
vehculo Caractersticas de los neumticos Utilizacin del vehculo: En
horas y pasajeros Caractersticas de la carga: ESAL y peso de
operacin Unidades econmicas de costos
Se puede tambin en esta opcin configurar la tendencia de
crecimiento de los vehculos por ao.Redes de caminosLas redes de
caminos estn compuestas por secciones homogneas; Caractersticas
geomtricas, de trfico, longitud similares. Adems que pueden usar la
misma configuracin de calibracin. Para cada tipo de seccin
definiremos: Definicin de la seccin: Incluye caractersticas bsicas
y generales de la seccin, incluyendo la configuracin de calibracin.
Geometra Pavimento.- Abarca el tipo de superficie, trabajos
previos, resistencia(SNP y DEF) y base del camino. Condiciones
Trfico motorizado Trfico no motorizado Valuacin de activosNuevas
construccionesEn HDM-4 se utiliza para representar la adicin de una
seccin a la red. Define los atributos de la seccin que ser
construida y puesta en servicio en un ao dado.Patrones de flujo del
trficoLos patrones del flujo de trfico son usados para representar
las variaciones de intensidades de trfico en al da. Estos patrones
varan acorde el uso al que son sometidos.Tipo de Velocidad de
FlujoEn el HDM-4 el objetivo es representar las caractersticas de
la capacidad de los distintos tipos de caminos. Estas
caractersticas de velocidad son definidas en funcin de distintos
parmetros, tales como la capacidad ltima y lacapacidad de flujo
libre.Estndares de mejoramiento.Los estndares de mejoramiento
definen a los trabajos de mejoramiento que deben llevarse a cabo la
condicin desencadenante es conocida. Cada estndar de mejoramiento
es definido en trminos de la clase de superficie a la cul aplica la
condicin desencadenante, el tipo de mejoramiento, el costo y
duracin de los trabajos y el efecto resultante sobre el pavimento
en trminos de su condicin, geometra, resistencia, etc.Estndares de
mantenimientoEn HDM4 son usados para representar los objetivos o
niveles de condicin y respuesta que se desea lograr. Los estndares
de mantenimiento definen los trabajos requeridos para mantener la
red en el nivel deseado.Cada grupo de estndares de mantenimiento
aplicado a los subtramos correspondientes, conforman una
alternativa de conservacin. Se pueden generar las alternativas
necesarias, dependiendo de los requerimientos del usuario, por
ejemplo, se puede evaluar un tramo de carretera con las mismas
caractersticas, simplemente variando un dato que puede ser
considerado mantenimiento preventivo o rutinario, o cambiando el
tipo de material de la carpeta, que en este trabajo fue una de las
alternativas con las que se trabaj: evaluar el comportamiento de
dos tramos de carretera con las mismas condiciones de trfico y
estructurales, pero con diferente capa de rodadura (mezcla asfltica
o concreto hidrulico).
2.3. Aplicaciones del HDM-4El HDM-4 ofrece tres tipos de
aplicaciones: Anlisis de proyectos Anlisis de programas de inversin
Anlisis de estrategias
Anlisis de proyectos
Los anlisis tpicos incluyen conservacin y rehabilitacin de
carreteras existentes, proyectos de ampliacin del ancho de corona,
o de rectificacin del diseo geomtrico y reconstruccin de
pavimentos.
La aplicacin analiza un tramo o corredor carretero con las
acciones de conservacin seleccionadas por el usuario, y los costos
y los beneficios asociados, proyectados anualmente a lo largo del
periodo de anlisis. Se puede usar el anlisis de proyectos para
estimar la variabilidad econmica o tcnica de los proyectos de
inversin de carreteras, considerando los elementos siguientes:
Seccin de camino Nuevas secciones Tipos de vehculos Trafico
Alternativas de inversin
Las alternativas de son necesarias, ya que as podremos saber cul
es el costo ms efectivo. En el HDM-4 se siguen los siguientes pasos
para analizar un proyecto.
En el HDM4 los pasos para el anlisis de criterio son los
siguientes:1. Definir los detalles del proyectoa. Especificacin de
la red de caminos y la seccin a analizarb. Vigencia de la
informacinc. Modo de anlisis: Por seccin o por proyecto.d. Seleccin
de secciones especficas para el anlisis2. Especificacin de
alternativas3. Anlisis de proyectosa. Personalizar el modo de
ejecucin: Especificar anlisis econmicos y de clculo.b. Sensitividad
del anlisisc. Anlisis de ejecucin4. Anlisis de multi criteriosa.
Configurar parmetros requeridosb. Resultados5. Generacin de
reportes
Anlisis de programas
El anlisis de programas nos permite generar un programa de corto
a mediano plazo para un conjunto de secciones seleccionadas, en
donde se maximiza el rendimiento econmico, tomando en cuenta las
limitaciones presupuestarias. El modo de anlisis depende del tipo
de alternativa de inversin seleccionada. Ya sea anlisis del ciclo
de vida o de varios aos hacia delante. Cada mtodo permite definir
estndares de mantenimiento o mejoramiento. Los pasos comunes en el
HDM4 para ello son:1. Definir detalles de proyecto2. Especificar
secciones de la red de carreteras Fechas y duraciones de la
programacin Modo de anlisis Secciones a analizar3. Especificaciones
de estndares4. Generacin del programa5. Personalizar la optimizacin
del presupuesto6. Generacin de reportes
Anlisis de estrategias
El anlisis de estrategias es una combinacin de estndares de
mantenimiento y mejoramiento en una seccin o redes completas o
subredes administradas por una sola organizacin.
Nos permite generar una estrategia de inversin a largo o mediano
plazo. Para cada anlisis de estrategia se debe definir el criterio
de optimizacin y las restricciones presupuestarias. Los tres mtodos
de optimizacin que usa el HDM-4 son: Maximizacin del valor presente
neto Maximizacin del IRI Minimizar costos para objetivo IRI
Dentro de las aplicaciones ms comunes del anlisis estratgico
para la administracin de carreteras puede mencionarse: Prevenciones
de mediano y largo plazo de niveles de financiamiento necesarios
para cumplir los estndares de conservacin para una red de
carreteras Asignacin ptima de recursos segn partidas
presupuestarias definidas, por ejemplo, conservacin rutinaria,
conservacin peridica, y mejoramiento de red Estudios de polticas,
como cambios en el lmite de la carga por eje, estndares de
conservacin de pavimentos, anlisis del equilibrio energtico, tamao
sostenible de la red de carreteras.Los resultados del anlisis
generan una serie de grficas y tablas de tres tipos
principalmente:
Indicadores de eficiencia econmica: Para el anlisis de proyectos
de conservacin individuales. Programas de trabajo para varios aos:
Producidos despus de la seleccin de varios posibles proyectos de
carreteras.Conservacin estratgica y planes de desarrollo carretero:
Producidos a partir de datos a largo plazo para el mantenimiento de
redes carreteras(ISOHDM Technical Secretariat V1, 2003).
2.4. ModelosEl Software HDM-4 cuatro modelos para su
funcionamiento analtico: RD, WE, RUE y SEE. Las variables que
alimentarn a los modelos pueden ser probabilsticas, determinsticas,
mecanisticas o empricas.Para manejar los modelos el primer paso es
definir primero las caractersticas del trfico que vamos a tener, ya
que este influir en los cuatro tipos de modelos que maneja el HDM4.
Entre las caractersticas del trfico que se manejan estn:Composicin
del trfico, volumen, tasas de crecimiento, carga en el eje,
distribucin de flujo horaria, relacin entre capacidad de la
carretera y variacin de la velocidad. RD.- ROAD DETERIORATION.-
Este modelo est en funcin del diseo de construccin original, as
como la calidad de la construccin, tipos de materiales, volumen de
trfico caractersticas de la carga del eje, geometra del camino
condiciones del entorno, edad del pavimento y la poltica de
mantenimiento perseguida.Se tiene un modelo para cada tipo de
pavimento ya sea rgido o flexible. RWE.- ROAD WORK EFECTS .- Es
utilizado para calcular los efectos del estado fsico y las
condiciones de operacin de las carreteras sobre los usuarios de las
mismas, en trminos de indicadores como los costos de operacin
vehicular y los tiempos de recorrido. A su vez, se emplean para
obtener los beneficios derivados de las inversiones en proyectos
carreteros.En el caso de los modelos RD y WE son usados con el
propsito de predecir condiciones anuales de la carretera y de esta
forma evaluar las estrategias de trabajo en las carreteras. En el
HDMIII estos modelos se concatenaban en uno mismo llamado deterioro
de la carretera y efectos de mantenimiento (RDME). RUE.- ROAD USER
EFFECTS.- Este modelo se compone principalmente de factores como:
Clasificacin del vehculo (motorizado o no motorizado), velocidades
del vehculo y costos de operacin y la seguridad de la carretera.
SEE.- SOCIAL ENVIROMENTAL EFFECTS.- Este modelo se basa en
determinar los efectos de la condicin de los pavimentos en aspectos
como la tasa de accidentalidad, consumo de energa asociado con la
operacin del trnsito, equipo de construccin, y la emisin de
contaminantes.
2.5. Importancia de la Calibracin Calibrar un modelo de
deterioro consiste en definir un procedimiento de clculo de
factores de calibracin numricos, que modifican la prediccin del
modelo ajustndolo de acuerdo a la informacin provista por bases de
datos de pavimentos de una regin o pas. Esto se realiza a travs de
la minimizacin de la diferencia entre las predicciones del modelo y
un conjunto de datos de deterioro medidos en terreno.El objetivo de
la calibracin es obtener modelos de prediccin ajustados, que
ofrezcan estimaciones ms realistas y confiables de los deterioros y
que permitan establecer planes de conservacin que tiendan a
optimizar los recursos disponibles y minimizar el costo total de
operacin del camino (costo total = costo de operacin vehicular +
costo de conservacin + costo exgeno). La calibracin de los modelos
de deterioro puede realizarse a dos niveles: es decir calibracin a
nivel de proyecto y calibracin a nivel de red respectivamente. Ya
que los modelos de deterioro son desarrollados con una base emprica
determinada y bajo condiciones especficas de clima, tipo y forma,
materiales, etc., al ser estos utilizados bajo condiciones
distintas, pueden presentarse diferencias considerables entre los
deterioros que el modelo predice y los que se observan en la
realidad, para reducir estos errores para verificar si el modelo es
inadecuado o incompleto, detectando posibles debilidades y
limitaciones, los procedimientos de calibracin o ajuste resultan
muy tiles. Las causas de las diferencias son las siguientes:
Errores en los datos observados: debido a inadecuadas tcnicas de
medicin, mal registro de los datos toma datos que no correspondan.
Errores en los datos estimados: en aquel os datos sobre los cuales
no se disponga toda la informacin necesaria y deben ser estimados,
el error en la estimacin muy probablemente ocasiona error en la
prediccin. Condiciones diferentes a las originales del modelo: si
el modelo se aplica fuera de su espacio de inferencia original.
Modelo Inadecuado: si el modelo no contiene algunas variables que
son claramente importantes, ya sea porque no resultaron
estadsticamente significativas con los datos originales o porque un
proceso de anlisis poco profundo o incompleto no las tuvo en
cuenta, esto puede ocasionar una mala prediccin. Aleatoriedad del
comportamiento de los materiales y las estructuras: siempre existe
un cierto margen de error introducido por un comportamiento
aleatorio o estocstico de los materiales que componen las
estructuras en el mundo real que genera dispersin en los
resultados.
2.6. Curvas de deterioroPara calibrar un determinado modelo de
comportamiento de pavimentos es necesario contar con un conjunto de
datos de deterioro que permitan reconstruir la curva de su
comportamiento real. Los modelos de deterioro permiten construir
modelos de agrietamiento estructural, perdida de ridos, baches,
ahuellamiento y rugosidad. Para ello es necesario contar con datos
que permanezcan a un periodo ms o menos prolongado de tiempo. En
caso contrario, se podran obtener curvas de comportamiento para los
diferentes tipos de deterioro, las cuales para un mismo modelo
deberan presentar tendencias relativamente similares a travs de los
aos.
Es necesario obtener un nmero de muestras que permitan estimar
el deterioro promedio con una confiabilidad aceptable y un
rendimiento ptimo de medicin en terreno
Considerando que dentro de la obtencin de mediciones son
utilizados datos medidos en proyectos anteriores deben ser
obtenidos y aprobados mediante la aplicacin de rigurosos
procedimientos estadsticos que garanticen la confiabilidad de la
informacin.
Por lo que se hacen varias mediciones, cada una de ellas ser muy
distinta una de la otra, por lo que se usar el mtodo de mnimos
cuadrados para producir una curva definida.
El nivel de confianza y exactitud de la calibracin, depender de
el nivel de estudios y mediciones efectuados, mismos que su duracin
oscila de semanas hasta varios aos.
3. CONSIDERACIONES PARA LA APLICACIN DEL MODELO3.1. Estructura
de un sistema de gestinLa gestin de pavimentos es una disciplina
compleja que incluye una serie de pasos y de funciones que a
continuacin se mencionarn. El uso de modelos de simulacin, como en
este caso del HDM-4, es solo una parte del proceso de gestin, el
cual incluye actividades como las siguientes:. Anlisis de las
necesidades de los usuarios. Definicin de objetivos y metas
relacionadas con la conservacin y mejoramiento de los pavimentos ,
para diferentes horizontes temporales Diagnstico del estado actual
de pavimentos con base en informacin objetiva. Anlisis de
estrategias de largo plazo tendientes a mantener niveles de
servicio adecuados segn las necesidades de los usuarios.
Identificacin de proyectos de corto plazo compatibles con las
estrategias del punto anterior, y rentables desde el punto de vista
econmico. Formulacin y optimizacin de programas anuales sujetos a
la disponibilidad de recursos. Verificacin de la efectividad de las
acciones de conservacin Seguimiento de la condicin de los
pavimentos en el tiempo.Dada la extensin de las redes de caminos
actuales, el ejercicio de la gestin de carreteras requiere el uso
de herramientas informticas, en especial para el manejo de la
informacin. involucrada en el proceso y para la aplicacin
sistemtica de modelos de simulacin y algoritmos de clculo.
Actualmente, el Instituto Mexicano del Transporte (IMT) se
encuentra desarrollando varios trabajos relacionados con la gestin
de carreteras, los cuales abarcan temas como la formacin de
inventarios viales y la creacin de herramientas para la gestin de
carreteras. En este trabajo se valida una metodologa propuesta por
el IMT para la evaluacin de proyectos de conservacin de carreteras
utilizando el HDM-4, mediante su aplicacin a un caso real,
evaluando aspectos como el manejo de la informacin y la elaboracin
de los estndares de conservacin con el HDM-4.Tomando en cuenta la
complejidad de la prctica de la gestin de carreteras, en la dcada
de 1960 surgieron los llamados sistemas de gestin de pavimentos,
los cuales tienen como propsito apoyar a las organizaciones
operadoras de carreteras en la tecnificacin y racionalizacin de sus
procesos de gestin. Hoy da, se reconoce que un sistema de gestin de
pavimentos debe contar con las siguientes componentes: Objetivos y
metas: expresan los resultados que la organizacin operadora de
carreteras pretende lograr mediante la aplicacin de un sistema de
gestin de pavimentos. Subsistema de adquisicin de datos: Se refiere
a las previsiones institucionales y a los procedimientos especficos
relacionados con la obtencin de la informacin de campo y gabinete
requerida por el sistema, la cual normalmente incluye detalles
sobre el diseo y localizacin de la infraestructura, parmetros
representativos de su condicin, datos histricos, informacin del
entorno y catlogos de acciones de conservacin y mejoramiento.3.2.
Tcnicas de conservacin y mantenimiento de carreterasEn este
apartado se tratar de describir algunas de las tcnicas mas usadas
en la conservacin de pavimentos, con las cuales se pretende
conservar la carretera en condiciones similares a las
especificaciones de diseo, tomando en cuenta su estructura,
superficie de rodamiento, acotamientos, drenaje, puentes, taludes y
cortes, derecho de va y sealamiento vertical y horizontal. Es
importante saber cules son las tcnicas ms comunes, pues ms adelante
se vera cmo el modelo HDM 4 cuenta con tcnicas definidas de
conservacin en sus bases de datos.En el Programa Nacional de
Conservacin de Carreteras se contemplan los siguientes rubros
principales: Reconstruccin de tramos Reconstruccin de puentes
Conservacin peridica Conservacin rutinariaLa reconstruccin de
tramos es una actividad costosa, debido a que se trata de
reconstruir la estructura en forma parcial o total, adicionando
productos asflticos, cemento Prtland, ptreos y adtitivos. Esta
actividad comprende la recuperacin de parte del pavimento
existente, tratamiento de la zona descubierta, tendido de la parte
recuperada ; restitucin o reparacin de obras menores, instalacin de
sistemas de drenaje, etc. Generalmente se considera una vida til de
15 aos a estos trabajosAl hablar de la reconstruccin de puentes, se
comprende el rubro de refuerzo de las estructuras principales y
tambin la ampliacin de la calzada o el mantenimiento de juntas.La
conservacin peridica incluye todas las obras de rehabilitacin que
se necesita implementar para que un camino ofrezca las condiciones
adecuadas de servicio, como pueden ser: recuperacin de pavimentos ,
renivelacin , tratamientos superficiales , bacheo, reconstruccin de
terraplenes , rehabilitacin de bases , reconstruccin de carpetas,
riegos de sello, restitucin de sealamiento horizontal y obras de
prevencin de derrumbes.Por su parte la conservacin rutinaria
incluye aquellas acciones que corrigen las fallas producidas por la
repeticin continua de cargas, y por agentes climticos que
disminuyen en nivel ptimo de operacin de la carretera. Los trabajos
rutinarios se clasifican de acuerdo a la parte de la carretera
donde se efectan. Se enumerarn continuacin algunos de ellos sin
adentrarse mucho en su descripcin.Superficie de rodamiento y
acotamiento (bacheo, renivelacin de carpeta, remocin de derrumbes,
barrido, reparacin de terraplenes)Obras de drenaje. (limpieza y
desasolve de cunetas , contracunetas, lavaderos, etc)Taludes: (
Afinamientos, recargue, proteccin y extraccin de
derrumbes)Sealamiento vertical (limpieza ,reparacin y/o reposicin y
repintado)Sealamiento horizontal (repintado de rayas , limpieza y/o
reposicin de vialetas, limpieza y/o reposicin de
fantasmas)Estructuras (Limpieza y/o reparacin menor de puentes,
limpieza y/o reparacin menor de pasos peatonales).Otro rubro es el
de los tratamientos superficiales, que son aquellos cuyo objetivo
es el de lograr una superficie antiderrapante . Entre ellos puede
mencionarse el riego de sello tradicional, el riego de sello
premezclado, las carpetas delgadas de graduacin cerrada y las de
graduacin abierta.3.3. Mantenimiento rutinario (mantenimiento de
rutina)El mantenimiento rutinario generalmente consta de las
siguientes actividades:Reparacin localizada de pequeos
defectosNivelacin de hombros no pavimentadosLimpieza de
cunetasLimpieza de alcantarillas Limpieza de otros sistemas de
drenajeMejora del sealamiento Control de malezasMejora de las zonas
lateralesProteccin contra erosin y deslizamientosNivelacin de
superficies sin pavimentarBacheoSellado de grietas y
fisurasReparacin y sellado de juntas (SCT, 2001).El modelo HDM-4
incluye las cuatro ltimas actividades y agrega otras que aqu no
estn incluidas que son:Mantenimiento de hombrosControl del
polvoMantenimiento de zonas de descansoMantenimiento de aditamentos
de seguridad.Cada una de estas actividades tiene un costo unitario
por kilmetro, el cual es introducido por el analista y es el costo
usado por el HDM-4 para modelar el flujo de costos de la aplicacin
de la tarea de conservacin. Posteriormente se ver que el HDM-4
contiene los llamados estndares de conservacin ,los cuales son un
grupo de tareas de conservacin que son las tcnicas de mantenimiento
antes citadas. Igualmente hay estndares de mejora, que incluyen
tareas como reconstruccin total del pavimento, y que cambian la
estructura de ste.
3.4. Conservacin peridica3.4.1. Riegos de selloLos riegos de
sello son actividades muy comunes en la conservacin de carreteras.
El HDM-4 contempla dos tipos de aplicaciones de sellos. Estas
sirven para reparar los daos superficiales cuando alcanzan
proporciones tales que no pueden ser tratados con sellos
preventivos, pero tienen un efecto pequeo en cuanto a correccin de
irregularidad y aporte estructural. Los sellos contemplados son el
tratamiento superficial (chip seal) y la lechada asfltica o mortero
asfltico (slurry seal). Adicionalmente, el modelo da una tercera
opcin para incorporar junto al tratamiento superficial la correccin
del perfil longitudinal, con lo que se contempla no solo la
colocacin del sello, sino tambin el relleno de las depresiones y la
reparacin de las reas severamente daadas. En todos los casos, el
modelo supone que el material aplicado es de tipo asfltico, con un
espesor total menor a 5 cm y colocado con un nivel de calidad
inferior al que se obtiene con una pavimentadora (finisher) con
control automtico de nivel .El efecto principal de la aplicacin de
los sellos es la eliminacin de las reas de agrietamiento
(incluyendo las de grietas anchas), y la eliminacin total de las
reas de baches y desprendimientos. ( SCT, 2001)La aplicacin de los
riegos de sello est subordinada al criterio del analista y
generalmente es una opcin muy recurrida como tarea rutinaria.3.4.2.
SobrecarpetasComo se ver mas adelante, las sobrecarpetas son una de
las actividades que mas ayudan para reducir el IRI de un pavimento.
De hecho, en las grficas del estado de la carpeta que arroja el
HDM-4, la aplicacin de las sobrecarpetas tiene asociada siempre una
cada brusca de las grficas.En general, las sobrecarpetas modelados
con el HDM-4 son de espesores inferiores a 5 pulgadas (125 mm),
colocadas en una sola capa. La segunda restriccin puede ser obviada
pues, aunque se coloquen dos capas, stas pueden modelar como una
sola. En cuanto al espesor, el programa no restringe la entrada de
espesores mayores pero, tal como se ver mas adelante, stos no han
sido modelados por lo que su contribucin no es proporcional al
espesor adicional. (SCT, 2001)Hay varios tipos de sobrecarpetas que
maneja el HDM-4, todos colocados con pavimentadotas mecnicas, y
son:Mezcla asfltica en fro de graduacin abierta colocada con
control manual de nivel.Mezcla asfltica en caliente colocada con
control manual de nivel.Mezcla asfltica en caliente colocada con
control automtico de nivel.( SCT, 2001).Acerca de la capacidad
estructural del pavimento, una vez considerado el efecto del
agrietamiento, el modelo pasa a actualizar los parmetros de
resistencia (nmero estructural y deflexion), tomando en cuenta la
contribucin de la nueva capa en trminos de su espesor y de su
coeficiente estructural. En el caso de la irregularidad, sta se
reduce a un valor estimado por el modelo o definido por el
usuario.3.4.3. ReconstruccinComo se mencion anteriormente, el HDM-4
permite la elaboracin de estndares de mejora, y una de las tareas
principales dentro de estos estndares es la reconstruccin. La
reconstruccin del pavimento se aplica en el modelo HDM a todos
aquellos trabajos que requieren una nueva especificacin del tipo de
base y superficie de rodamiento, as como de los espesores y
parmetros de resistencia de stos (SCT, 2001). Entre los trabajos
tpicos evaluados con esta opcin estn:La reconstruccin normal de un
pavimento cuyo estado superficial o capacidad estructural no son
adecuados para el nivel de servicio deseado.La colocacin de
mltiples capas de carpetas asflticas que sumen ms de 125 mm ( 5
pulgadas)El reciclaje de las capas de rodadura o de las capas de
base.El uso de geotextiles o membranas con las sobrecarpetas.El
efecto neto de la reconstruccin, es la nueva definicin del tipo de
superficie y del tipode base con sus nuevas caractersticas
estructurales y superficiales. stas pueden ser idnticas a las
caractersticas previas a la reconstruccin. Luego de una
reconstruccin, el modelo coloca en cero las variables
correspondientes al agrietamiento, desprendimientos, baches y
profundidad de roderas.3.5. Indicadores del comportamiento
estructural de pavimentosEl HDM-4 es un programa que correlaciona
los costos que se originan al aplicar una accin de conservacin, ya
sea programada o correctiva. Para su correcta aplicacin, es
necesario el estudio del comportamiento del pavimento, y tanto se
necesitan datos de entrada como se generan datos de salida. A
continuacin se mencionarn algunos de estos conceptos.3.5.1. Nmero
estructural, deformacin bajo cargaEl nmero estructural es un factor
que determina la condicin estructural de un pavimento asfltico,
considerando las diferentes capas que contenga y los espesores de
stas. La metodologa consiste en determinar el coeficiente
estructural de cada capa y multiplicarlo por su espesor expresado
en pulgadas; posteriormente se suman todas las aportaciones. Los
detalles del clculo se omitirn, sin embargo, el ambiente del HDM-4
permite calcular ste numero estructural, o ingresarlo de bases de
datos disponibles. Este factor importante, es introducido al
analizar cada tramo en particular, y los resultados que arroja el
programa muestran su comportamiento en los diferentes aos del
periodo de anlisis. La normatividad para obtener el nmero
estructural, se puede encontrar en los manuales de diseo de
pavimentos.3.5.2. Irregularidad e ndice Internacional de
Irregularidad (IRI)Este es uno de los ndices mas importantes que se
consideran para evaluar el estado de los pavimentos. Dentro del
HDM-4. se obtiene a partir de las mediciones de los diferentes
defectos del pavimento, ya sea baches, desprendimientos,
agrietamientos, etc, y muestra en forma general la condicin de la
carretera. En pocas palabras ste ndice engloba la condicin actual
de un pavimento y tiene, naturalmente, ciertos niveles o lmites que
se consideran permisibles y que estn ya incluidos en la base de
datos del HDM-4. La informacin acerca de los diferentes ndices de
rugosidad fue proporcionada al Instituto Mexicano del Transporte, y
est contenida en bases de datos.Bsicamente, la irregularidad es una
caracterstica inherente de la superficie de rodamiento, determinada
por los defectos presentes tanto en forma transversal como
longitudinal. Estas irregularidades se manifiestan como
desviaciones con respecto a un plano perfecto sobre el cual en
teora podra desplazarse un vehculo. Como aspecto prctico, se hace
caso omiso a las irregularidades existentes sobre la calzada pero
que no se encuentran en la trayectoria de los vehculos. En este
sentido, las irregularidades de inters para la medicin de la
rugosidad son las presentes en las roderas del camino. Las
irregularidades presentes en el camino a lo largo de la trayectoria
de los vehculos pueden ser de muy variada naturaleza. Las de inters
para efectos de medicin y evaluacin de las carreteras son aquellas
asociadas con el deterioro de las mismas (baches, deformaciones,
hundimientos, etc.), ya que stas son las que tendrn un mayor
impacto en los costos de conservacin de la va y en los costos de
operacin de los vehculos. (SCT, 2001). Los valores de IRI y el
estado de la carretera se pueden apreciar en la Figura 5.1 (Fuente:
http://training.ce.washington.edu/WSDOT/)
Figura 3.1 Valores correspondientes de IRI para varios tipos de
obras.El desarrollo del IRI a lo largo del periodo de anlisis es un
factor muy importante, y generalmente da la pauta para la aplicacin
de algn tratamiento especial en la carretera, como puede ser una
sobrecarpeta en el caso de tener un IRI muy alto. El HDM-4 pide un
ndice actual de la carretera, y se le proporciona para los
diferentes tramos. Al final del anlisis el programa arroja grficas
de la evolucin del IRI para cada tramo y para cada ao.Esto se
calcula dependiendo los factores de trnsito, clima, nmero
estructural, etc, que se ingresaron al definir cada tramo de
carretera. Como se ver mas adelante, un IRI demasiado elevado o que
pase de los parmetros establecidos, conducir a la aplicacin de una
tarea de conservacin o de un estndar complejo, dependiendo de la
alternativa.En conclusin, una correcta determinacin y posterior
evaluacin del IRI a lo largo de la vida del proyecto, ayuda a
elegir entre alternativas y a entender el comportamiento de otros
indicadores, principalmente los econmicos, y al mismo tiempo, es
indispensable para que el programa elija cuando aplicar las tareas
de conservacin que se han definido en la alternativa.
4. APLICACIN EN MXICO DEL HDM-4 EN LA PLANEACIN DE LA
CONSERVACIN DE CARRETERAS.
La red carretera federal libre de peaje tiene una longitud de
40,565 km, la cual es atendida por la Secretara de Comunicaciones y
Transportes (SCT) a travs de la Direccin General de Conservacin de
Carreteras (DGCC); se ha dividido, de acuerdo a su importancia, en
corredores carreteros, red bsica fuera de corredores y red
secundaria; la primera categora se refiere a las carreteras que
forman parte de los 14 corredores troncales que constituyen la
columna vertebral del sistema, su longitud es de 9,900 km; la red
bsica fuera de corredores est conformada por aqullas que comunican
las capitales de los estados, las ciudades ms importantes, los
puertos y los cruces fronterizos, y suma 13,578 km. La red
secundaria de 17,087 km est integrada por carreteras y ramales cuya
influencia es regional o local.
Para atender la conservacin de la red federal libre, la DGCC
cuenta con dos modelos de gestin, el HDM-4 para tramos y el SIPUMEX
para puentes. Estos sistemas utilizan informacin de la red
carretera para determinar en forma objetiva su estado fsico y
programar las actividades de mantenimiento.
El objetivo de la conservacin de la infraestructura vial es
mantenerla en buenas condiciones y optimizar el ejercicio de los
recursos disponibles; para ello debe contarse con capacidad,
experiencia y recursos necesarios para su administracin y para la
planeacin de las actividades, lo cual definir estrategias,
recursos, metas y plazos necesarios, entre otros rubros.
En 1992, la DGCC implemento el sistema de gestin vial Simulation
de Strategies d Entretien Routier (Sister), dada la necesidad de
optimizar los recursos asignados y de mejorar, en el menor tiempo
posible, el estado fsico de la red carretera y los recursos
necesarios para su mantenimiento; esto significaba un gran volumen
de informacin, por lo que era imprescidible contar con un modelo de
gestin como herramienta en el proceso de la planeacin,
particularmente en la definicin de los programas de obras anuales y
multianuales, y asegurar la rentabilidad de las inversiones, es
decir, optimizar la aplicacin de los recursos.
Por diferentes razones, entre ellas la necesidad de contar con
un sistema ms objetivo y los derechos de autor del modelo Sister,
se tom la decisin de cambiarlo por el HDM-4. Para ello, se consider
seguir el mismo esquema de implementacin.
En el ao 2007, cuando se empez a operar el modelo HDM-4, se
obtuvieron algunas pruebas que fueron analizadas y comparadas con
los resultados obtenidos con el modelo Sister. Luego de este
anlisis, se encontr lo siguiente:
Los resultados obtenidos con el HDM-4 fueron mejores, ya que las
propuestas de rehabilitacin tuvieron mayor apego a las necesidades
de las carreteras. La comparacin de los resultados de ambos modelos
de gestin determin que el HDM-4 presenta una mejor opcin de
propuesta para el mantenimiento y mayor confiabilidad en la
optimizacin del uso de los recursos. Las estrategias y los clculos
se hicieron con mucho mayor rapidez y precisin con el modelo
HDM-4.
Insumos indispensables en el sistema HDM-4
Estratigrafa del pavimento con sus espesores y coeficientes de
resistencia, o bien, el numero estructural del pavimento en su
conjunto (IRI). Inventario de daos de la superficie de rodamiento.
Se actualizan costos de obras, de vehculos y de combustibles y
lubricantes; gastos por mantenimiento y gastos indirectos de los
vehculos y salarios de los operadores de los vehculos.
Los resultados obtenidos con el modelo HDM-4 consiste en un
listado preliminar de obras que contiene tipo de trabajo por
realizar, ubicacin y asigancin de recursos distribuidos por los
centros SCT, adems de indicadores econmicos como el VPN, la relacin
beneficio costo y la TIR, que generalmente arrojan valores altos o
sobradamente rentables.
Con el HDM-4 se busca desarrollar estrategias tcnicas y
econmicas en la administracin de carreteras, con el fin de
aplicarlas en la planeacin para la determinacin del listado
preliminar de obras, presupuestos tentativos, seguimiento y
expectativas a largo plazo, todo ello con el objetivo de optimizar
la inversin en el mantenimiento de la red carretera federal. El uso
de este modelo ha permitido insertar la gestin de la red carretera
federal. El uso de este modelo ha permitido insertar la gestin de
la red carretera en el contexto internacional, ya que se emplean
valores reconocidos para la clasificacin de la condicin fsica de la
red; as, se ha podido comparar la situacin de Mxico con otros
pases.
CONCLUCIN
Los sistemas de gestin de pavimentos se relaciona de manera
directa con el HDM, de tal forma que este acta como una herramienta
para la integracin y organizacin de los datos provenientes del
estudio de campo, para luego definir el tipo de intervencin
econmica, a fin de mejorar los niveles de servicio del pavimento
partiendo de estrategias definidas por la agencia de
carreteras.
El HDM est configurado por una base matemtica que combina
modelos de deterioro como extrapolacin lineal, regresin y
probabilidad para representar la evolucin del estado del pavimento
en el tiempo.
Debido al complejo sistema del HDM es necesario definir un
procedimiento de calibracin antes de poder utilizar completamente
el sistema, para obtener un modelo de prediccin ajustado que
ofrezca estimaciones realistas y confiables para establecer planes
de conservacin vial que tiendan a optimizar los recursos
disponibles y minimizar los costos de operacin de la carretera.
La aplicacin del HDM a un proyecto de carreteras se basa en el
anlisis de estrategia, programa y proyecto que en su conjunto
predicen las necesidades de la red, definen la asignacin de
trabajos prioritarios para crear un programa de obras de uno o ms
aos, los cuales estiman la viabilidad econmica de las alternativas
de inversin.
Para la evaluacin tcnica de un proyecto de carreteras el HDM-4
involucra los costos del sistema de transporte y los costos
asociados con el camino, necesita datos tcnicos que se extraen de
inventarios viales, conteos de transito, evaluaciones del estado
del pavimento y factores climticos.
La evaluacin econmica se determina por indicadores de
rentabilidad como la TIR, VAN y B/C. Los cuales definen la
viabilidad de un proyecto si estos cumplen con los parmetros de
calificacin impuestos por la agencia de carreteras.
Entre los conceptos importantes para la evaluacin econmica se
define el anlisis de sensibilidad, ya que este proporciona una
justificacin de la inversin en condiciones holgadas de costos,
condiciones reducidas de beneficios y ambas condiciones integradas
para cumplir con los parmetros de calificacin y as tener certeza
que la inversin elegida sea la ms ptima.
El HDM-4 proporciona una herramienta poderosa para la toma de
decisiones, sobre las alternativas de inversin de un proyecto de
carreteras. El personal de una agencia de carreteras es el
encargado de definir cul ser la inversin o estrategia ms favorable
de a cuerdo a la realidad de la agencia y a las necesidades de la
red considerada.
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