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1El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
ÍNDICE
RESUMEN
OBJETIVOS
INTRODUCCIÓN
1. ANTECEDENTES
1.1. Sistemas de gestión de pavimentos
1.2. El modelo SISTER para la conservación de carreteras
1.3. Sistema mexicano de administración de pavimentos (SIMAP)
1.4. Desarrollo histórico del HDM
1.5. Importancia de la sensibilidad del HDM
2. EL HDM4 COMO SISTEMA DE GESTIÓN
2.1. Descripción del sistema HDM-4
2.2. Funcionamiento
2.3. Aplicaciones del HDM-4
2.4. Modelos
2.5. Importancia de la Calibración
3. CONSIDERACIONES PARA LA APLICACIÓN DEL MODELO
3.1. Estructura de un sistema de gestión
3.2. Técnicas de conservación y mantenimiento de carreteras
2El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
3.3. Mantenimiento rutinario ( mantenimiento de rutina)
3.4. Conservación periódica
3.4.1. Riegos de sello
3.4.2. Sobre carpetas
3.4.3. Reconstrucción.
3.5. Indicadores del comportamiento estructural de pavimentos
3.5.1. Número estructural, deformación bajo carga
3.5.2. Irregularidad e Índice Internacional de Irregularidad (IRI)
4. Aplicación en México del HDM-4 en la planeación de la
conservación de carreteras.
CONCLUSIONES
REFERENCIAS.
RESUMEN
3El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
Este proyecto de investigación muestra como el Software de conservación y
diseño de carreteras (HDM-4, siglas en inglés), se relaciona de manera directa
con la aplicación y manejo de un Sistema de Gestión de Pavimentos (SGP).
La información fue extraída de estudios realizados en México, experiencias en
Chile y Colombia, los cuales en conjunto nos expresan la operación de un
sistema de gestión de pavimentos y como el HDM-4 es utilizado para facilitar el
manejo de datos, para proporcionar estrategias de conservación y
mejoramiento de un tramo o una red de carreteras, a partir de una evaluación
económica.
El objetivo principal es dar a conocer el HDM-4, para empezar a crear una base
de información respecto al tema, por lo que se muestra una aplicación de un
proyecto de carreteras para determinar la viabilidad de la inversión.
Durante el desarrollo de los capítulos, el estudio presenta los principios básicos
de la administración de pavimentos, de cómo nace el HDM a partir de modelos
de deterioro de pavimento existentes, además de una visión general del HDM-4
para su aplicación a un proyecto de carreteras.
OBJETIVOS
4El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
Generales
1. Establecer mediante el estudio un modelo único de gestión de
pavimentos, utilizando esta herramienta para justificar cada vez
mayores presupuestos de conservación y mejoramiento de carreteras.
2. Derivado de esto, optimizar los beneficios económicos 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.
Específicos
1. Conocer los principios básicos de los Sistemas de Gestión de
Pavimentos. Analizar cómo se relacionan los sistemas de gestión de
pavimentos con el modelo de estándares de conservación y diseño de
carreteras HDM.
5El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
INTRODUCCIÓN
A fin de mejorar los procesos internos relacionados con la conservación y
mejoramiento de las redes a su cargo, las organizaciones operadoras de
carreteras han venido mostrando en los últimos años un creciente interés por
la implantación de sistemas de gestión de pavimentos. Sin embargo, la
carencia de herramientas de análisis confiables en el ámbito nacional ha
provocado que las entidades responsables de la operación vial pospongan sus
proyectos relacionados con el desarrollo de sistemas de gestión.
El HDM-4 representa una opción para implementar la parte de los sistemas de
gestión de pavimentos relativa a las herramientas de análisis, por tratarse de
un método basado en estudios de campo exhaustivos desarrollados en países
con condiciones razonablemente parecidas a las de México, y está respaldado
por organismos internacionales ampliamente reconocidos.
Una de las desventajas del HDM-4 es el número de parámetros de entrada; una
parte importante de los cuales se obtienen mediante estudios de campo
costosos, por lo que resulta imperativo realizar análisis de sensibilidad para
identificar los parámetros con mayor influencia en los resultados, y optimizar el
uso de los recursos disponibles en la recopilación de información 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
6El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
pavimentos asfálticos, mediante una metodología de análisis y la medición del
impacto de los distintos parámetros utilizados por tales modelos.
1.ANTECEDENTES
1.1 Sistemas de gestión de pavimentos.
En un sentido amplio, la gestión de pavimentos es una disciplina que engloba
todas las actividades involucradas en la planeación, diseño, construcción,
evaluación y conservación de los pavimentos de una red de carreteras
[AASHTO, 1993]. En concordancia con lo anterior, constituye una de las
funciones más importantes de las dependencias de gobierno que tienen a su
cargo el desarrollo y la preservación de infraestructura vial.
Alternativamente, puede considerarse como un conjunto de operaciones que
se ejecutan con el propósito de mantener por determinado tiempo, las
condiciones que implica la operación de vehículos con un nivel de servicio
dado, minimizando los costos económicos, sociales y ambientales involucrados
[Solminihac, 2001]. En términos generales, los sistemas de gestión de
pavimentos son conjuntos de procedimientos y herramientas que tienen como
propósito asistir a las organizaciones operadoras de carreteras en la aplicación
sistemática de procesos relacionados con la gestión de pavimentos,
particularmente la identificación de alternativas técnica y económicamente
óptimas para la conservación de la red en el corto y mediano plazos, así como
la formulación de programas de mantenimiento anuales y/o multianuales.
7El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
De acuerdo con las recomendaciones de la Norma ASTM E1166 – 00, la
adopción de un sistema de gestión de pavimentos involucra la integración de
las siguientes componentes [ASTM, 2003]:
1. Sistema de referencia. Se refiere a un método único y estable para la
identificación y referencia espacial de los tramos que constituyen la red
de carreteras, así como de la información sobre las características y el
estado físico de los mismos. Entre los métodos más utilizados pueden
mencionarse el sistema arco-nodo, el cadenamiento, y las coordenadas
geográficas
2. Información requerida por el sistema. Normalmente, los sistemas de
gestión utilizan datos pertenecientes a las siguientes categorías:
a) Inventario de la red, el cual comprende la clasificación funcional,
longitud, número de carriles, ancho de carril y acotamientos,
pendiente y curvatura de cada uno de los tramos; diseño
estructural de la sección, incluyendo espesores y propiedades de
los materiales de las capas constitutivas; características del
drenaje e historial de reparaciones
b) Estado del pavimento, expresado en términos de la irregularidad
de la superficie de rodamiento; presencia y magnitud de
deterioros; deflexiones y otros parámetros de la capacidad
estructural del pavimento; espesores y propiedades reales de las
capas constitutivas; resistencia al deslizamiento y textura y
estado del drenaje.
c) Características del tránsito: volumen, composición vehicular y
cargas por tipo de vehículo.
8El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
d) Datos climatológicos, entre los cuales pueden mencionarse
precipitación, humedad, promedios de temperatura y rangos de
variación de la misma
e) Costos, incluyendo, por una parte, los costos de construcción,
mantenimiento, rehabilitación y modernización de los pavimentos,
y por otra, los costos relacionados con el uso de la infraestructura
por parte de los usuarios, es decir, costos de operación vehicular,
costos asociados con el valor del tiempo de pasajeros y la demora
de mercancías, y costos de accidentes
3. Manejador de bases de datos. Dependiendo del tamaño de la red por
analizar, el volumen de información requerido por los sistemas de
gestión de pavimentos puede llegar a tener una magnitud considerable,
por lo que en la mayoría de los casos, implica el uso de un manejador de
bases de datos y de procedimientos computarizados para el
almacenamiento, consulta y análisis de la información. Como
consecuencia de la vinculación de las carreteras con el entorno y el
desarrollo de tecnologías, como los sistemas de posicionamiento global y
los sistemas de información geográfica, en los últimos años se ha
observado una tendencia mundial hacia el uso de bases de datos
georreferenciadas como respaldo para el desarrollo de sistemas de
gestión de pavimentos.
4. Herramientas de análisis. Se refieren a un conjunto de modelos
matemáticos que se utilizan como apoyo para las siguientes tareas:
a) Predicción del deterioro del pavimento a lo largo de su vida útil, y
estimación de los efectos de las acciones de conservación
9El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
b) Evaluación económica de proyectos de conservación y mejoramiento
para tramos específicos, así como de políticas aplicables a toda la red
o a partes de ella. Para este propósito se utilizan métodos como el
análisis del ciclo de vida o el de costo-beneficio
c) Definición de prioridades con respecto a los requerimientos de
conservación y mejoramiento de la red, a través del análisis de
proyectos candidatos, y la programación de los trabajos. Usualmente,
los algoritmos para definir prioridades utilizan criterioscomo el estado
del pavimento, tasa de deterioro del mismo, y volumen de tránsito,
entre otros
d) Optimación de los programas de conservación con objeto de
maximizar los niveles de desempeño del pavimento o la rentabilidad
de las inversiones correspondientes. En la mayoría de los casos, los
modelos de optimación utilizan técnicas de programación
matemática.
e) Evaluación del impacto de distintas estrategias de conservación y
niveles de disponibilidad de recursos en el desempeño de la red
De acuerdo con la Norma ASTM E 1166 – 00, la puesta en operación de un
sistema de gestión de pavimentos requiere un estudio previo en el que se
evalúe su compatibilidad con otros procesos institucionales existentes; su
utilidad real en la planeación y programación de los trabajos de conservación y
desarrollo de la red; y su aceptación por parte de los responsables de la
gestión de los pavimentos al interior de la organización operadora.
Asimismo, se requiere un plan en el que se definan el equipo y programas de
cómputo; equipo de medición; personal y estructura organizacional necesarios
10El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
para la operación del sistema, así como un programa para su implantación por
etapas. El plan debe incluir también, procedimientos para la recopilación;
ingreso; validación y actualización de información; generación de informes; y la
revisión, calibración y mejoramiento de los modelos del sistema.
1.2 El modelo SISTER para la conservación de carreteras
El modelo SISTER ha sido utilizado por la SCT desde 1993. A grandes rasgos
consiste en un modelo que identifica las estrategias de mantenimiento
apoyándose en la recopilación de datos y a partir de simulaciones de las
consecuencias de las diferentes opciones de acción. Este modelo define los
trabajos de mantenimiento de acuerdo a la estrategia que se elija y los
relaciona con los efectos de la degradación de la carretera y estableciendo
una relación entre los trabajos y la degradación. 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
método de programación plurianual de las obras de mantenimiento periódico
de rehabilitación y reconstrucción.
El sistema parte de la elaboración de una base de datos viales a partir de
recorridos a pie para obtener las características de trazo y drenaje de una
carretera, así como los datos del tipo de tránsito, el estado de conservación y
el clima en el que se encuentra. A partir de esta información, el programa
elabora esquemas futuros del estado de las carreteras y simula la degradación
a la que se verán sometidas de acuerdo a la inversión que se realice en ellas, y
determina si es suficiente la inversión dada.
11El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
1.3. Sistema mexicano de administración de pavimentos (SIMAP)
El SIMAP, desarrollado por el Instituto Mexicano del Transporte, es un sistema
de gestión de la sección estructural de carreteras diseñado 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 informáticas
existentes para elaborar un listado de acciones de conservación apartir de
información del estado de las carreteras. En primer lugar se realiza una
revisión del estado de la carretera usando un perfilómetro o instrumento
similar, que proporciona una medida de la irregularidad del camino recorrido y
este variará año con año de acuerdo al estado de conservación. 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
deflectómetros móviles que circulen en carretera a velocidades de 3 o 4 Km./h.
Se divide el tramo de carretera en segmentos homogéneos en características
específicas que determinan personas especializadas. Actualmente se considera
que para México, el valor estadístico de la deflexión superior a 1 mm, ese
tramo debe ser estudiado en la tercera etapa del sistema, la cual consiste en
realizar un análisis técnico-económico de proyectos de conservación. Por
último un sistema computacional coloca todos los tramos que necesitan
conservación en iguales condiciones de calidad indicando que tipo de
mejoramiento necesita cada tramo, ya sea tipos de materiales o de refuerzos.
1.4. Desarrollo histórico del modelo HDM.
12El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
A finales de la década de los 60s, el Instituto Tecnológico de Massachussets
desarrolló por encargo del Banco Mundial, un modelo denominado Modelo de
Costos para Carreteras (Highway Cost Model, HCM). A pesar de que se trató de
un modelo conceptual y no de una herramienta de cálculo propiamente dicha,
a menudo se considera al HCM como la primera versión del HDM.
En el HCM se propuso utilizar como criterio para evaluación de proyectos
carreteros la minimización del costo total de transporte; el cual se obtiene
como la suma de los montos de construcción y conservación de la
infraestructura, y los relativos a los usuarios, para un periodo de tiempo dado.
En la primera mitad de la década de los setentas, el TRRL y el Banco Mundial
auspiciaron un estudio de campo a gran escala en Kenia, que permitió un
conjunto de relaciones para estimar el deterioro de carreteras y los costos de
operación vehicular. Estas relaciones se utilizaron en el modelo de estándares
de diseño y conservación de carreteras (Highway Design and Maintenance
Standards Model, HDM), que fue presentado en 1979. Entre los especialistas es
común hacer referencia a esta versión específica, como HDM-II.
Entre 1977 y 1983, el TRRL realizó otro estudio en países del Caribe, para
investigar los efectos del diseño geométrico de las carreteras en los gastos de
operación vehicular. En ese mismo periodo, el Instituto Central de Investigación
en Carreteras de la India (Central Road Research Institute, CRRI), diseño un
estudio de problemas de operación de la red carretera de la India, relacionados
con caminos angostos y con la circulación de tránsito no motorizado en
proporciones significativas.
13El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
Patrocinado por el Programa de Desarrollo de las Naciones Unidas (United
Nations Development Program, UNDP), se realizó de 1975 a 1984 un nuevo
estudio de campo de grandes proporciones; esta vez en Brasil, cuyos
resultados junto con la información y experiencias previas, se utilizaron en el
HDM-III, el cual se concluyó en 1984. Paralelamente, se constituyó 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 presentó el HDM-PC, una versión del HDM-III para computadoras
personales con sistema operativo MS-DOS. Al mismo tiempo comenzó a
distribuirse el programa
modelo de costos de operación de vehículos (Vehicle Operating Costs Model,
VOC), el cual permitía calcular los montos de operación vehicular con las
mismas relaciones utilizadas por el HDM-III.
En 1994 se presentó el HDM-Q, una nueva versión del modelo que incorporaba
las herramientas necesarias para estimar los beneficios económicos derivados
de la ampliación de tramos con problemas de congestionamiento,y en ese
mismo año apareció el administrador del HDM (HDM Manager o HDM-ADM),
una interfaz de usuario basada en menús con la cual se trataba de facilitar el
uso del HDM.
A mediados de los noventa, más de diez años después del lanzamiento original
del HDM-III, se hizo evidente la necesidad de nuevos esfuerzos orientados a la
14El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
modernización del modelo, a fin de aumentar sus posibilidades de análisis, de
incorporar los resultados de diversas investigaciones realizadas en varios
países, y primordialmente de actualizar los programas de cómputo, los cuales
seguían correspondiendo a los estándares de desarrollo de software de los
años 70s y 80s.
Por otro lado, aunque el modelo se había utilizado principalmente en países en
desarrollo, se identificó 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 fríos; un mayor número de tipos de pavimento; y aspectos de seguridad,
y de medio ambiente.
Con estos antecedentes, y con el propósito central de actualizar el modelo
HDM, se inició 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 anunció la
terminación de la versión 1.0 del HDM-4. Aunque se conservaron las siglas para
identificar a las ediciones previas, el nuevo producto fue denominado sistema
de gestión y desarrollo de carreteras (Highway Development and Management
System), retomando el nombre del estudio que le dio origen. Los derechos de
comercialización del HDM-4 y del resto de los productos del estudio ISOHDM
quedaron en poder de la PIARC.
La Figura 1.2 ilustra la evolución histórica del modelo HDM.
Actualmente se encuentra en el mercado la versión 1.3 del HDM-4, la cual
aunque incorpora un número importante de mejoras y correcciones, no difiere
significativamente de la versión original. Por otro lado, se encuentra en
15El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
desarrollo la versión 2.0, misma que se espera constituya una mejora
sustancial con respecto a la actual.
Figura 1.2 Desarrollo histórico del HDM
1.5. Importancia de la sensibilidad del HDM-4
El HDM-4 incorpora un número importante de relaciones que modelan en forma
muy detallada distintos aspectos relacionados con el deterioro de los
pavimentos; los costos de operación vehicular; la evaluación económica de
proyectos; y la jerarquización y optimación de programas de obra.
El nivel de detalle empleado por el HDM-4 permite modelar la mayoría de los
factores que intervienen en la evaluación de los proyectos viales; por ejemplo,
16El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
en lo que se refiere al deterioro de pavimentos, el sistema analiza
prácticamente todos los indicadores que se emplean para caracterizar este
fenómeno: irregularidad, deterioros superficiales, resistencia al deslizamiento,
capacidad estructural, etc.
Sin embargo, para lograr este nivel de detalle, el HDM-4 utiliza un número muy
importante de variables de entrada. A fin de ilustrar este hecho, considérese
que la evaluación de un proyecto de conservación con tres posibilidades para
un tramo carretero de concreto asfáltico, 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
aproximación valores por omisión definidos dentro del HDM-4; es claro que aun
la revisión 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 omisión, como los espesores de las capas del pavimento, resultan muy
difíciles de conseguir en forma directa.
De lo ya señalado se desprende la necesidad de estudiar la sensibilidad de los
modelos internos del HDM-4, a fin de jerarquizar cada uno de los parámetros
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 sólo
para optimizar los recursos disponibles para la recopilación de información,
17El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
destinándolos a conseguir variables con mayor influencia en los resultados,
sino también para encausar los esfuerzos que se emprendan para la calibración
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.
18El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
2. EL HDM4 COMO SISTEMA DE GESTIÓN
2.1. Descripción del sistema HDM-4
El Modelo de Desarrollo de Carreteras y Gestión (HDM-4) 1 es un sistema de
software para evaluar las opciones de inversión en infraestructura de
transporte por carretera, mediante la formulación de recomendaciones y
herramientas para los lectores que están involucrados en actividades de
planificación estratégica. Igualmente a nivel mundial, el modelo HDM-4 es
mayormente usado de base para estudios de viabilidad, en el que se evalúa un
proyecto de carretera en términos de su impacto económico.
También se puede utilizar el HDM-4 para el establecimiento de estándares de
conservación más adecuados para una carretera en función de su estado
(respuesta a condición).
Las principales funciones del HDM-4 son el análisis de los deterioros y los
efectos de la conservación de carreteras, para una serie de alternativas de
conservación especificadas por el usuario de la aplicación. Los análisis
efectuados son en base a los datos suministrados por el usuario. Para ello, el
programa calcula los costos de operación de los vehículos en función del
estado de cada carretera, determina los costos anuales de la administración de
carreteras y de los usuarios para cada una de las alternativas de conservación
definidas. Por último, se evalúan las alternativas de conservación, produciendo
la comparación de las diversas alternativas del proyecto y realizar una
optimización en virtud de las limitaciones presupuestarias. De esta manera el
19El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
ingeniero dispone de una amplia información para determinar cuáles son las
medidas de conservación más beneficiosas para la red estudiada.
Todo esto mediante la simulación del comportamiento del ciclo de vida de las
carreteras considerando todas las relaciones entre ésta, el ambiente y el
tráfico dentro de una economía nacional o regional que determina la
composición y la estructura de costos de las variables.
La implementación del HDM 4 se da principalmente por las siguientes razones:
Incluye factores que antes no se tomaban en cuenta (factores climáticos,
medioambientales, seguridad vial, efectos de la congestión de tráfico,
etc.).
La necesidad de jerarquizar las inversiones en proyectos carreteros,
realizando una optimización de los recursos disponibles y previendo la
influencia de condiciones futuras en su estado.
Desarrollar una visión más amplia de la Gestión de Carreteras
considerando funciones como: Planificación, Programación, Preparación
y Operaciones.
2.2. Funcionamiento.
En resumen eL Software HDM4 funciona mediante la interacción de varios
factores:
Mediante las herramientas de análisis se define el proyecto nuevo o existente,
así como la herramienta de análisis con los que se está trabajando. Con las
opciones contenidas en gestores de datos se alimenta al programa de datos,
20El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
mismos que serán 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 métodos cabe destacar el sistema ROMDAS, el
cuál recopila datos de las carreteras. Los datos recopilados son sintetizados en
parámetros tales como ESAL, IRI, etc.
Inicialmente se debe dividir la red carretera o la carretera por analizar en
tramos y subtramos, que reunirán diferentes condiciones El vaciado de la
información está compuesto de las siguientes partidas:
Flotas de vehículos
Tipos de vehículos que se considerarán ya sean no motorizados
(bicicletas y peatones) o motorizados (automóviles, camiones,
motocicletas, etc).
Características básicas de cada vehículo:
o Características físicas del vehículo
o Características de los neumáticos
o Utilización del vehículo: En horas y pasajeros
o Características de la carga: ESAL y peso de operación
Unidades económicas de costos
Se puede también en esta opción configurar la tendencia de crecimiento de los
vehículos por año.
Redes de caminos
Las redes de caminos están compuestas por secciones homogéneas;
Características geométricas, de tráfico, longitud similares. Además que pueden
21El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
usar la misma configuración de calibración. Para cada tipo de sección
definiremos:
o Definición de la sección: Incluye características básicas y generales de la
sección, incluyendo la configuración de calibración.
o Geometría
o Pavimento.- Abarca el tipo de superficie, trabajos previos,
resistencia(SNP y DEF) y base del camino.
o Condiciones
o Tráfico motorizado
o Tráfico no motorizado
o Valuación de activos
Nuevas construcciones
En HDM-4 se utiliza para representar la adición de una sección a la red. Define
los atributos de la sección que será construida y puesta en servicio en un año
dado.
Patrones de flujo del tráfico
Los patrones del flujo de tráfico son usados para representar las variaciones de
intensidades de tráfico en al día. Estos patrones varían acorde el uso al que son
sometidos.
Tipo de Velocidad de Flujo
En el HDM-4 el objetivo es representar las características de la capacidad de
los distintos tipos de caminos. Estas características de velocidad son definidas
22El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
en función de distintos parámetros, tales como la “capacidad última” y
la“capacidad de flujo libre”.
Estándares de mejoramiento.
Los estándares de mejoramiento definen a los trabajos de mejoramiento que
deben llevarse a cabo la condición desencadenante es conocida. Cada
estándar de mejoramiento es definido en términos de la clase de superficie a la
cuál aplica la condición desencadenante, el tipo de mejoramiento, el costo y
duración de los trabajos y el efecto resultante sobre el pavimento en términos
de su condición, geometría, resistencia, etc.
Estándares de mantenimiento
En HDM4 son usados para representar los objetivos o niveles de condición y
respuesta que se desea lograr. Los estándares de mantenimiento definen los
trabajos requeridos para mantener la red en el nivel deseado.
Cada grupo de estándares de mantenimiento aplicado a los subtramos
correspondientes, conforman una alternativa de conservación. Se pueden
generar las alternativas necesarias, dependiendo de los requerimientos del
usuario, por ejemplo, se puede evaluar un tramo de carretera con las mismas
características, 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 trabajó:
evaluar el comportamiento de dos tramos de carretera con las mismas
condiciones de tráfico y estructurales, pero con diferente capa de rodadura
(mezcla asfáltica o concreto hidráulico).
23El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
2.3. Aplicaciones del HDM-4
El HDM-4 ofrece tres tipos de aplicaciones:
Análisis de proyectos
Análisis de programas de inversión
Análisis de estrategias
Análisis de proyectos
Los análisis típicos incluyen conservación y rehabilitación de carreteras
existentes, proyectos de ampliación del ancho de corona, o de rectificación del
diseño geométrico y reconstrucción de pavimentos.
La aplicación analiza un tramo o corredor carretero con las acciones de
conservación seleccionadas por el usuario, y los costos y los beneficios
asociados, proyectados anualmente a lo largo del periodo de análisis. Se puede
usar el análisis de proyectos para estimar la variabilidad económica o técnica
de los proyectos de inversión de carreteras, considerando los elementos
siguientes:
Sección de camino
Nuevas secciones
Tipos de vehículos
Trafico
24El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
Alternativas de inversión
Las alternativas de son necesarias, ya que así podremos saber cuál es el costo
más efectivo. En el HDM-4 se siguen los siguientes pasos para analizar un
proyecto.
En el HDM4 los pasos para el análisis de criterio son los siguientes:
1. Definir los detalles del proyecto
a. Especificación de la red de caminos y la sección a analizar
b. Vigencia de la información
c. Modo de análisis: Por sección o por proyecto.
d. Selección de secciones específicas para el análisis
2. Especificación de alternativas
3. Análisis de proyectos
a. Personalizar el modo de ejecución: Especificar análisis económicos
y de cálculo.
b. Sensitividad del análisis
c. Análisis de ejecución
4. Análisis de multi criterios
a. Configurar parámetros requeridos
b. Resultados
5. Generación de reportes
Análisis de programas
25El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
El análisis de programas nos permite generar un programa de corto a mediano
plazo para un conjunto de secciones seleccionadas, en donde se maximiza el
rendimiento económico, tomando en cuenta las limitaciones presupuestarias.
El modo de análisis depende del tipo de alternativa de inversión seleccionada.
Ya sea análisis del ciclo de vida o de varios años hacia delante. Cada método
permite definir estándares de mantenimiento o mejoramiento.
Los pasos comunes en el HDM4 para ello son:
1. Definir detalles de proyecto
2. Especificar secciones de la red de carreteras
Fechas y duraciones de la programación
Modo de análisis
Secciones a analizar
3. Especificaciones de estándares
4. Generación del programa
5. Personalizar la optimización del presupuesto
6. Generación de reportes
Análisis de estrategias
El análisis de estrategias es una combinación de estándares de mantenimiento
y mejoramiento en una sección o redes completas o subredes administradas
por una sola organización.
26El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
Nos permite generar una estrategia de inversión a largo o mediano plazo. Para
cada análisis de estrategia se debe definir el criterio de optimización y las
restricciones presupuestarias.
Los tres métodos de optimización que usa el HDM-4 son:
Maximización del valor presente neto
Maximización del IRI
Minimizar costos para objetivo IRI
Dentro de las aplicaciones más comunes del análisis estratégico para la
administración de carreteras puede mencionarse:
Prevenciones de mediano y largo plazo de niveles de financiamiento
necesarios para cumplir los estándares de conservación para una red de
carreteras
Asignación óptima de recursos según partidas presupuestarias definidas,
por ejemplo, conservación rutinaria, conservación periódica, y
mejoramiento de red
Estudios de políticas, como cambios en el límite de la carga por eje,
estándares de conservación de pavimentos, análisis del equilibrio
energético, tamaño sostenible de la red de carreteras.
Los resultados del análisis generan una serie de gráficas y tablas de tres tipos
principalmente:
Indicadores de eficiencia económica: Para el análisis de proyectos de
conservación individuales.
27El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
Programas de trabajo para varios años: Producidos después de la
selección de varios posibles proyectos de carreteras.
Conservación estratégica 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. Modelos
El Software HDM-4 cuatro modelos para su funcionamiento analítico: RD, WE,
RUE y SEE. Las variables que alimentarán a los modelos pueden ser
probabilísticas, determinísticas, mecanisticas o empíricas.
Para manejar los modelos el primer paso es definir primero las características
del tráfico que vamos a tener, ya que este influirá en los cuatro tipos de
modelos que maneja el HDM4. Entre las características del tráfico que se
manejan están:
Composición del tráfico, volumen, tasas de crecimiento, carga en el eje,
distribución de flujo horaria, relación entre capacidad de la carretera y
variación de la velocidad.
RD.- ROAD DETERIORATION.- Este modelo está en función del diseño de
construcción original, así como la calidad de la construcción, tipos de
materiales, volumen de tráfico características de la carga del eje,
geometría del camino condiciones del entorno, edad del pavimento y la
política de mantenimiento perseguida.Se tiene un modelo para cada tipo
de pavimento ya sea rígido o flexible.
28El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
RWE.- ROAD WORK EFECTS .- Es utilizado para calcular los efectos del
estado físico y las condiciones de operación de las carreteras sobre los
usuarios de las mismas, en términos de indicadores como los costos de
operación 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 propósito 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: Clasificación del vehículo (motorizado o no motorizado),
velocidades del vehículo y costos de operación y la seguridad de la
carretera.
SEE.- SOCIAL ENVIROMENTAL EFFECTS.- Este modelo se basa en
determinar los efectos de la condición de los pavimentos en aspectos
como la tasa de accidentalidad, consumo de energía asociado con la
operación del tránsito, equipo de construcción, y la emisión de
contaminantes.
2.5. Importancia de la Calibración
Calibrar un modelo de deterioro consiste en definir un procedimiento de cálculo
de factores de calibración numéricos, que modifican la predicción del
29El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
modelo ajustándolo de acuerdo a la información provista por bases de datos de
pavimentos de una región o país.
Esto se realiza a través de la minimización de la diferencia entre las
predicciones del modelo y un conjunto de datos de deterioro medidos en
terreno.
El objetivo de la calibración es obtener modelos de predicción ajustados, que
ofrezcan estimaciones más realistas y confiables de los deterioros y que
permitan establecer planes de conservación que tiendan a optimizar los
recursos disponibles y minimizar el costo total de operación del camino (costo
total = costo de operación vehicular + costo de conservación + costo
exógeno).
La calibración de los modelos de deterioro puede realizarse a dos
niveles: es decir calibración a nivel de proyecto y calibración a nivel de
red respectivamente.
Ya que los modelos de deterioro son desarrollados con una base empírica
determinada y bajo condiciones específicas 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 ó para verificar si el
modelo es inadecuado o incompleto, detectando posibles debilidades y
limitaciones, los procedimientos de calibración o ajuste resultan muy útiles. Las
causas de las diferencias son las siguientes:
Errores en los datos observados: debido a inadecuadas técnicas de
30El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
medición, mal registro de los datos ó toma datos que no
correspondan.
Errores en los datos estimados: en aquel os datos sobre los cuales
no se disponga toda la información necesaria y deben ser
estimados, el error en la estimación muy probablemente ocasiona
error en la predicción.
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
estadísticamente significativas con los datos originales o porque un
proceso de análisis poco profundo o incompleto no las tuvo en
cuenta, esto puede ocasionar una mala predicción.
Aleatoriedad del comportamiento de los materiales y las
estructuras: siempre existe un cierto margen de error introducido
por un comportamiento aleatorio o estocástico de los materiales
que componen las estructuras en el mundo real que genera
dispersión en los resultados.
2.6. Curvas de deterioro
31El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
Para 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 áridos, baches, ahuellamiento y rugosidad. Para ello es
necesario contar con datos que permanezcan a un periodo más o menos
prolongado de tiempo. En caso contrario, se podrían obtener curvas de
comportamiento para los diferentes tipos de deterioro, las cuales para un
mismo modelo deberían presentar tendencias relativamente similares a través
de los años.
Es necesario obtener un número de muestras que permitan estimar el
deterioro promedio con una confiabilidad aceptable y un rendimiento óptimo
de medición en terreno
Considerando que dentro de la obtención de mediciones son utilizados datos
medidos en proyectos anteriores deben ser obtenidos y aprobados mediante la
aplicación de rigurosos procedimientos estadísticos que garanticen la
confiabilidad de la información.
Por lo que se hacen varias mediciones, cada una de ellas será muy distinta una
de la otra, por lo que se usará el método de mínimos cuadrados para producir
una curva definida.
32El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
El nivel de confianza y exactitud de la calibración, dependerá de el nivel de
estudios y mediciones efectuados, mismos que su duración oscila de semanas
hasta varios años.
3. CONSIDERACIONES PARA LA APLICACIÓN DEL MODELO
3.1. Estructura de un sistema de gestión
La gestión de pavimentos es una disciplina compleja que incluye una serie de
pasos y de funciones que a continuación se mencionarán. El uso de modelos de
simulación, como en este caso del HDM-4, es solo una parte del proceso de
gestión, el cual incluye actividades como las siguientes:.
Análisis de las necesidades de los usuarios.
Definición de objetivos y metas relacionadas con la conservación y
mejoramiento de los pavimentos , para diferentes horizontes temporales
Diagnóstico del estado actual de pavimentos con base en
información objetiva.
Análisis de estrategias de largo plazo tendientes a mantener niveles de
servicio adecuados según las necesidades de los usuarios.
Identificación de proyectos de corto plazo compatibles con las
estrategias del punto anterior, y rentables desde el punto de vista
económico.
Formulación y optimización de programas anuales sujetos a la
33El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
disponibilidad de recursos.
Verificación de la efectividad de las acciones de conservación
Seguimiento de la condición de los pavimentos en el tiempo.
Dada la extensión de las redes de caminos actuales, el ejercicio de la gestión
de carreteras requiere el uso de herramientas informáticas, en especial para el
manejo de la información. involucrada en el proceso y para la aplicación
sistemática de modelos de simulación y algoritmos de cálculo. Actualmente, el
Instituto Mexicano del Transporte (IMT) se encuentra desarrollando varios
trabajos relacionados con la gestión de carreteras, los cuales abarcan temas
como la formación de inventarios viales y la creación de herramientas para la
gestión de carreteras. En este trabajo se valida una metodología propuesta por
el IMT para la evaluación de proyectos de conservación de carreteras utilizando
el HDM-4, mediante su aplicación a un caso real, evaluando aspectos como el
manejo de la información y la elaboración de los estándares de conservación
con el HDM-4.
Tomando en cuenta la complejidad de la práctica de la gestión de carreteras,
en la década de 1960 surgieron los llamados “sistemas de gestión de
pavimentos”, los cuales tienen como propósito apoyar a las organizaciones
operadoras de carreteras en la tecnificación y racionalización de sus procesos
de gestión. Hoy día, se reconoce que un sistema de gestión de pavimentos
debe contar con las siguientes componentes:
Objetivos y metas: expresan los resultados que la organización
operadora de carreteras pretende lograr mediante la aplicación de un
sistema de gestión de pavimentos.
34El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
Subsistema de adquisición de datos: Se refiere a las previsiones
institucionales y a los procedimientos específicos relacionados con la
obtención de la información de campo y gabinete requerida por el
sistema, la cual normalmente incluye detalles sobre el diseño y
localización de la infraestructura, parámetros representativos de su
condición, datos históricos, información del entorno y catálogos de
acciones de conservación y mejoramiento.
3.2. Técnicas de conservación y mantenimiento de carreteras
En este apartado se tratará de describir algunas de las técnicas mas usadas en
la conservación de pavimentos, con las cuales se pretende conservar la
carretera en condiciones similares a las especificaciones de diseño, tomando
en cuenta su estructura, superficie de rodamiento, acotamientos, drenaje,
puentes, taludes y cortes, derecho de vía y señalamiento vertical y horizontal.
Es importante saber cuáles son las técnicas más comunes, pues más adelante
se vera cómo el modelo HDM – 4 cuenta con técnicas definidas de
conservación en sus bases de datos.
En el Programa Nacional de Conservación de Carreteras se contemplan los
siguientes rubros principales:
Reconstrucción de tramos
Reconstrucción de puentes
Conservación periódica
Conservación rutinaria
La reconstrucción de tramos es una actividad costosa, debido a que se trata de
reconstruir la estructura en forma parcial o total, adicionando productos
35El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
asfálticos, cemento Pórtland, pétreos y adtitivos. Esta actividad comprende la
recuperación de parte del pavimento existente, tratamiento de la zona
descubierta, tendido de la parte recuperada ; restitución o reparación de obras
menores, instalación de sistemas de drenaje, etc. Generalmente se considera
una vida útil de 15 años a estos trabajos
Al hablar de la reconstrucción de puentes, se comprende el rubro de refuerzo
de las estructuras principales y también la ampliación de la calzada o el
mantenimiento de juntas.
La conservación periódica incluye todas las obras de rehabilitación que se
necesita implementar para que un camino ofrezca las condiciones adecuadas
de servicio, como pueden ser: recuperación de pavimentos , renivelación ,
tratamientos superficiales , bacheo, reconstrucción de terraplenes ,
rehabilitación de bases , reconstrucción de carpetas, riegos de sello, restitución
de señalamiento horizontal y obras de prevención de derrumbes.
Por su parte la conservación rutinaria incluye aquellas acciones que corrigen
las fallas producidas por la repetición continua de cargas, y por agentes
climáticos que disminuyen en nivel óptimo de operación de la carretera. Los
trabajos rutinarios se clasifican de acuerdo a la parte de la carretera donde se
efectúan. Se enumerarán continuación algunos de ellos sin adentrarse mucho
en su descripción.
• Superficie de rodamiento y acotamiento (bacheo, renivelación de
carpeta, remoción de derrumbes, barrido, reparación de terraplenes)
• Obras de drenaje. (limpieza y desasolve de cunetas , contracunetas,
36El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
lavaderos, etc)
• Taludes: ( Afinamientos, recargue, protección y extracción de
derrumbes)
• Señalamiento vertical (limpieza ,reparación y/o reposición y repintado)
• Señalamiento horizontal (repintado de rayas , limpieza y/o reposición de
vialetas, limpieza y/o reposición de fantasmas)
• Estructuras (Limpieza y/o reparación menor de puentes, limpieza y/o
reparación 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 graduación cerrada y las de graduación abierta.
3.3. Mantenimiento rutinario (mantenimiento de rutina)
El mantenimiento rutinario generalmente consta de las siguientes actividades:
• Reparación localizada de pequeños defectos
• Nivelación de hombros no pavimentados
• Limpieza de cunetas
• Limpieza de alcantarillas
• Limpieza de otros sistemas de drenaje
• Mejora del señalamiento
37El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
• Control de malezas
• Mejora de las zonas laterales
• Protección contra erosión y deslizamientos
• Nivelación de superficies sin pavimentar
• Bacheo
• Sellado de grietas y fisuras
• Reparación y sellado de juntas (SCT, 2001).
El modelo HDM-4 incluye las cuatro últimas actividades y agrega otras que aquí
no están incluidas que son:
• Mantenimiento de hombros
• Control del polvo
• Mantenimiento de zonas de descanso
• Mantenimiento de aditamentos de seguridad.
Cada una de estas actividades tiene un costo unitario por kilómetro, el cual es
introducido por el analista y es el costo usado por el HDM-4 para modelar el
flujo de costos de la aplicación de la tarea de conservación. Posteriormente se
verá que el HDM-4 contiene los llamados “estándares de conservación” ,los
cuales son un grupo de tareas de conservación que son las técnicas de
mantenimiento antes citadas. Igualmente hay “estándares de mejora”, que
incluyen tareas como reconstrucción total del pavimento, y que cambian la
estructura de éste.
38El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
3.4. Conservación periódica
3.4.1. Riegos de sello
Los riegos de sello son actividades muy comunes en la conservación de
carreteras. El HDM-4 contempla dos tipos de aplicaciones de sellos. Estas
sirven para reparar los daños superficiales cuando alcanzan proporciones tales
que no pueden ser tratados con sellos preventivos, pero tienen un efecto
pequeño en cuanto a corrección de irregularidad y aporte estructural. Los
sellos contemplados son el tratamiento superficial (“chip seal”) y la lechada
asfáltica o mortero asfáltico (“slurry seal”). Adicionalmente, el modelo da una
tercera opción para incorporar junto al tratamiento superficial la corrección del
perfil longitudinal, con lo que se contempla no solo la colocación del sello, sino
también el relleno de las depresiones y la reparación de las áreas severamente
dañadas. En todos los casos, el modelo supone que el material aplicado es de
tipo asfáltico, 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 automático de nivel .El efecto principal de la aplicación de los sellos es
la eliminación de las áreas de agrietamiento (incluyendo las de grietas anchas),
y la eliminación total de las áreas de baches y desprendimientos. ( SCT, 2001)
La aplicación de los riegos de sello está subordinada al criterio del analista y
generalmente es una opción muy recurrida como tarea rutinaria.
3.4.2. Sobrecarpetas
Como se verá mas adelante, las sobrecarpetas son una de las actividades que
39El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
mas ayudan para reducir el IRI de un pavimento. De hecho, en las gráficas del
estado de la carpeta que arroja el HDM-4, la aplicación de las sobrecarpetas
tiene asociada siempre una caída brusca de las gráficas.
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
restricción puede ser obviada pues, aunque se coloquen dos capas, éstas
pueden modelar como una sola. En cuanto al espesor, el programa no restringe
la entrada de espesores mayores pero, tal como se verá mas adelante, éstos
no han sido modelados por lo que su contribución no es proporcional al espesor
adicional. (SCT, 2001)
Hay varios tipos de sobrecarpetas que maneja el HDM-4, todos colocados con
pavimentadotas mecánicas, y son:
• Mezcla asfáltica en frío de graduación abierta colocada con control
manual de nivel.
• Mezcla asfáltica en caliente colocada con control manual de nivel.
• Mezcla asfáltica en caliente colocada con control automático de nivel.
( SCT, 2001).
Acerca de la capacidad estructural del pavimento, una vez considerado el
efecto del agrietamiento, el modelo pasa a actualizar los parámetros de
resistencia (número estructural y deflexion), tomando en cuenta la
contribución de la nueva capa en términos de su espesor y de su coeficiente
estructural. En el caso de la irregularidad, ésta se reduce a un valor estimado
por el modelo o definido por el usuario.
40El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
3.4.3. Reconstrucción
Como se mencionó anteriormente, el HDM-4 permite la elaboración de
“estándares de mejora”, y una de las tareas principales dentro de estos
estándares es la reconstrucción. “La reconstrucción del pavimento se aplica en
el modelo HDM a todos aquellos trabajos que requieren una nueva
especificación del tipo de base y superficie de rodamiento, así como de los
espesores y parámetros de resistencia de éstos” (SCT, 2001). Entre los trabajos
típicos evaluados con esta opción están:
• La reconstrucción normal de un pavimento cuyo estado superficial o
capacidad estructural no son adecuados para el nivel de servicio deseado.
• La colocación de múltiples capas de carpetas asfálticas que sumen más
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 reconstrucción, es la nueva definición del tipo de superficie
y del tipode base con sus nuevas características estructurales y superficiales.
Éstas pueden ser idénticas a las características previas a la reconstrucción.
Luego de una reconstrucción, el modelo coloca en cero las variables
correspondientes al agrietamiento, desprendimientos, baches y profundidad de
roderas.
3.5. Indicadores del comportamiento estructural de pavimentos
El HDM-4 es un programa que correlaciona los costos que se originan al aplicar
41El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
una acción de conservación, ya sea programada o correctiva. Para su correcta
aplicación, es necesario el estudio del comportamiento del pavimento, y tanto
se necesitan datos de entrada como se generan datos de salida. A continuación
se mencionarán algunos de estos conceptos.
3.5.1. Número estructural, deformación bajo carga
El número estructural es un factor que determina la condición estructural de un
pavimento asfáltico, considerando las diferentes capas que contenga y los
espesores de éstas. La metodología 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 cálculo se
omitirán, sin embargo, el ambiente del HDM-4 permite calcular éste 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 años del periodo
de análisis. La normatividad para obtener el número estructural, se puede
encontrar en los manuales de diseño de pavimentos.
3.5.2. Irregularidad e Índice Internacional de Irregularidad (IRI)
Este es uno de los índices 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
condición de la carretera. En pocas palabras éste índice engloba la condición
actual de un pavimento y tiene, naturalmente, ciertos niveles o límites que se
consideran permisibles y que están ya incluidos en la base de datos del HDM-4.
42El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
La información acerca de los diferentes índices de rugosidad fue proporcionada
al Instituto Mexicano del Transporte, y está contenida en bases de datos.
“Básicamente, la irregularidad es una característica 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 teoría podría
desplazarse un vehículo. Como aspecto práctico, se hace caso omiso a las
irregularidades existentes sobre la calzada pero que no se encuentran en la
trayectoria de los vehículos. En este sentido, las irregularidades de interés para
la medición 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
vehículos pueden ser de muy variada naturaleza. Las de interés para efectos
de medición y evaluación de las carreteras son aquellas asociadas con el
deterioro de las mismas (baches, deformaciones, hundimientos, etc.), ya que
éstas son las que tendrán un mayor impacto en los costos de conservación de
la vía y en los costos de operación de los vehículos.” (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/)
43El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
Figura 3.1 Valores correspondientes de IRI para varios tipos de obras.
El desarrollo del IRI a lo largo del periodo de análisis es un factor muy
importante, y generalmente da la pauta para la aplicación de algún
tratamiento especial en la carretera, como puede ser una sobrecarpeta en el
caso de tener un IRI muy alto. El HDM-4 pide un índice actual de la carretera, y
se le proporciona para los diferentes tramos. Al final del análisis el programa
arroja gráficas de la evolución del IRI para cada tramo y para cada año.
Esto se calcula dependiendo los factores de tránsito, clima, número estructural,
etc, que se ingresaron al definir cada tramo de carretera. Como se verá mas
adelante, un IRI demasiado elevado o que pase de los parámetros establecidos,
conducirá a la aplicación de una tarea de conservación o de un estándar
complejo, dependiendo de la alternativa.
En conclusión, una correcta determinación y posterior evaluación del IRI a lo
largo de la vida del proyecto, ayuda a elegir entre alternativas y a entender el
44El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
comportamiento de otros indicadores, principalmente los económicos, y al
mismo tiempo, es indispensable para que el programa elija cuando aplicar las
tareas de conservación que se han definido en la alternativa.
45El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
4. APLICACIÓN EN MÉXICO DEL HDM-4 EN LA PLANEACIÓN DE LA
CONSERVACIÓN DE CARRETERAS.
La red carretera federal libre de peaje tiene una longitud de 40,565 km, la cual
es atendida por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) a través
de la Dirección General de Conservación de Carreteras (DGCC); se ha dividido,
de acuerdo a su importancia, en corredores carreteros, red básica fuera de
corredores y red secundaria; la primera categoría 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 básica fuera de
corredores está conformada por aquéllas que comunican las capitales de los
estados, las ciudades más importantes, los puertos y los cruces fronterizos, y
suma 13,578 km. La red secundaria de 17,087 km está integrada por
carreteras y ramales cuya influencia es regional o local.
Para atender la conservación de la red federal libre, la DGCC cuenta con dos
modelos de gestión, el HDM-4 para tramos y el SIPUMEX para puentes. Estos
sistemas utilizan información de la red carretera para determinar en forma
objetiva su estado físico y programar las actividades de mantenimiento.
El objetivo de la conservación 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
administración y para la planeación de las actividades, lo cual definirá
estrategias, recursos, metas y plazos necesarios, entre otros rubros.
46El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
En 1992, la DGCC implemento el sistema de gestión 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 físico
de la red carretera y los recursos necesarios para su mantenimiento; esto
significaba un gran volumen de información, por lo que era imprescidible
contar con un modelo de gestión como herramienta en el proceso de la
planeación, particularmente en la definición de los programas de obras anuales
y multianuales, y asegurar la rentabilidad de las inversiones, es decir,
optimizar la aplicación de los recursos.
Por diferentes razones, entre ellas la necesidad de contar con un sistema más
objetivo y los derechos de autor del modelo Sister, se tomó la decisión de
cambiarlo por el HDM-4. Para ello, se consideró seguir el mismo esquema de
implementación.
En el año 2007, cuando se empezó 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 análisis, se encontró lo
siguiente:
Los resultados obtenidos con el HDM-4 fueron mejores, ya que las
propuestas de rehabilitación tuvieron mayor apego a las necesidades de
las carreteras.
La comparación de los resultados de ambos modelos de gestión
determinó que el HDM-4 presenta una mejor opción de propuesta para el
mantenimiento y mayor confiabilidad en la optimización del uso de los
recursos.
Las estrategias y los cálculos se hicieron con mucho mayor
rapidez y precisión con el modelo HDM-4.
Insumos indispensables en el sistema HDM-4
47El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
Estratigrafía del pavimento con sus espesores y coeficientes de
resistencia, o bien, el numero estructural del pavimento en su conjunto
(IRI).
Inventario de daños de la superficie de rodamiento.
Se actualizan costos de obras, de vehículos y de combustibles y
lubricantes; gastos por mantenimiento y gastos indirectos de los
vehículos y salarios de los operadores de los vehículos.
Los resultados obtenidos con el modelo HDM-4 consiste en un listado
preliminar de obras que contiene tipo de trabajo por realizar, ubicación y
asiganción de recursos – distribuidos por los centros SCT, además de
indicadores económicos como el VPN, la relación beneficio – costo y la TIR, que
generalmente arrojan valores altos o sobradamente rentables.
Con el HDM-4 se busca desarrollar estrategias técnicas y económicas en la
administración de carreteras, con el fin de aplicarlas en la planeación para la
determinación del listado preliminar de obras, presupuestos tentativos,
seguimiento y expectativas a largo plazo, todo ello con el objetivo de optimizar
la inversión en el mantenimiento de la red carretera federal. El uso de este
modelo ha permitido insertar la gestión de la red carretera federal. El uso de
este modelo ha permitido insertar la gestión de la red carretera en el contexto
internacional, ya que se emplean valores reconocidos para la clasificación de la
condición física de la red; así, se ha podido comparar la situación de México
con otros países.
48El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
CONCLUCIÓN
Los sistemas de gestión de pavimentos se relaciona de manera directa con el
HDM, de tal forma que este actúa como una herramienta para la integración y
organización de los datos provenientes del estudio de campo, para luego
definir el tipo de intervención económica, a fin de mejorar los niveles de
servicio del pavimento partiendo de estrategias definidas por la agencia de
carreteras.
El HDM está configurado por una base matemática que combina modelos de
deterioro como extrapolación lineal, regresión y probabilidad para representar
la evolución del estado del pavimento en el tiempo.
Debido al complejo sistema del HDM es necesario definir un procedimiento de
calibración antes de poder utilizar completamente el sistema, para obtener un
modelo de predicción ajustado que ofrezca estimaciones realistas y confiables
para establecer planes de conservación vial que tiendan a optimizar los
recursos disponibles y minimizar los costos de operación de la carretera.
La aplicación del HDM a un proyecto de carreteras se basa en el análisis de
estrategia, programa y proyecto que en su conjunto predicen las necesidades
de la red, definen la asignación de trabajos prioritarios para crear un programa
de obras de uno o más años, los cuales estiman la viabilidad económica de las
alternativas de inversión.
Para la evaluación técnica de un proyecto de carreteras el HDM-4 involucra los
costos del sistema de transporte y los costos asociados con el camino, necesita
49El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
datos técnicos que se extraen de inventarios viales, conteos de transito,
evaluaciones del estado del pavimento y factores climáticos.
La evaluación económica 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 parámetros de calificación impuestos por la agencia de
carreteras.
Entre los conceptos importantes para la evaluación económica se define el
análisis de sensibilidad, ya que este proporciona una justificación de la
inversión en condiciones holgadas de costos, condiciones reducidas de
beneficios y ambas condiciones integradas para cumplir con los parámetros de
calificación y así tener certeza que la inversión elegida sea la más óptima.
El HDM-4 proporciona una herramienta poderosa para la toma de decisiones,
sobre las alternativas de inversión de un proyecto de carreteras. El personal de
una agencia de carreteras es el encargado de definir cuál será la inversión o
estrategia más favorable de a cuerdo a la realidad de la agencia y a las
necesidades de la red considerada.
50El modelo HDM-4 como sistema de gestión de carreteras en México
REFERENCIAS.
Cortes C. (2005). Metodología para la selección de alternativas de conservación de carreteras,
usando el modelo HDM-4. Tesis de Licenciatura, Escuela de Ingeniería, Universidad de las
Américas Puebla México.
Hanser, J. (2008). Análisis de la evaluación técnica y económica de proyectos viales con el modelo
de estandares de conservación y diseño de carretera. Tesis de Licenciatura, Facultad de
Ingeniería, Universidad de San Carlos de Guatemala.
Osio, J. M. (2010). Aplicación en México del HDM-4 en la planeación de la conservación de
carreteras. Vias Terrestres Num.7 Año 2
Solorio M., Hernández R., y Gómez L. (2004). Análisis de sensibilidad de los modelos de
deterioros del HDM-4 para pavimentos asfálticos. Publicación Tecnica No. 253 Instituto
Mexicano del Transporte.
Torras S., Tellez R. y Mendoza J. (2005) Análisis paramétrico del submodelo efectos ambientales
del HDM-4. Publicación Tecnica No. 266 Instituto Mexicano del Transporte.
