PROPUESTA DE SISTEMA DE GESTIN DE PAVIMENTOS PARA MUNICIPALIDADES Y GOBIERNOS LOCALES

Ing. Andrs Sotil Chvez, Ph.D., P.E.1

1 Docente Universitario, Especialista en Ingeniera de Transportes, Pavimentos y Materiales. Graduado B.Sc., M.Sc., y Ph.D., Arizona State University La presente ponencia presenta una propuesta de Sistema de Gestin de Pavimentos (SGP, Pavement Management System PMS) para municipalidades o gobiernos locales con bajos recursos y que del cual se puede proseguir a una mayor sofisticacin. La ponencia tiene como objetivo el proponer a las jurisdicciones respectivas la metodologa que le permita abandonar las decisiones de reparacin basadas en poltica (presin popular, reclamos), para pasar a un sistema objetivo, racionalizado y programado con base probabilstica y estocstica, basada en evaluaciones funcionales y de confortabilidad. Una vez que el programa de SGP se establece, se propone la metodologa para que las jurisdicciones respectivas construyan una base de datos histricos que permitan dar el salto a metodologas empricas propias, que luego nos permitan, apropiadamente direccionados, dar el salto a largo plazo a mtodos mecanisticos y empricos. Este trabajo propone un ejemplo aplicativo producido y que podra ser utilizado como gua por otras jurisdicciones. Ms aun, puede ser tomado como el inicio para la elaboracin y posterior implementacin de un manual nacional para la Gestin de Pavimentos en el pas.

PROPUESTA DE SISTEMA DE GESTIN DE PAVIMENTOS PARA MUNICIPALIDADES Y GOBIERNOS LOCALES

1. Situacin de los Caminos en el Per

Al 2012, el Ministerio de Transportes y Comunicacin (MTC) del Per (1) report que de la red vial nacional bajo su administracin, se tenan las siguientes cantidades:

- 26,017.07 km de carreteras (100%) - 12,444.93 km de carreteras pavimentadas (48%) - 11,150.91 km de carreteras no pavimentadas (43%) - 2,421.23 km de carreteras en proyecto (9%)

Y ampliando la visin de carreteras, la DGCF (Direccin General de Caminos y Ferrocarriles) del MTC indica que el SINAC (Sistema Nacional de Carreteras) est conformado como se muestra en la Tabla 1, con un total de 137,327 kms nacionales (de las cuales 10,314 kms estn en fase de proyecto).

Tabla 1. Sistema Nacional de Carreteras (SINAC) (1)

Como se puede observar, 1493 km de vas regionales/departamentales estn pavimentados, mientras que solo 624 km de vas vecinales o rurales se encuentran pavimentados. A nivel nacional esto suma un bajsimo 11% de vas pavimentadas en el Per, y un altsimo 89% que aun requieren ser pavimentados. Y ms aun, bajo la jurisdiccin vecinal/rural el porcentaje es de 1% pavimentado vs. 99% pavimentado para los 80,624 kms de vas. A nivel nacional las vas estn siendo concesionadas a empresas privadas, tanto para su explotacin y mejora, como para el mantenimiento por niveles de servicio y su posterior mejora. Reportes del Organismo Supervisor de la Inversin en Infraestructura de Transporte de Uso Pblico (OSITRAN) indican que el Estado Peruano ha concesionado 5,363 kms en 14 contratos de concesin (2) y los planes del MTC proyectan concesionar al 2016 cerca de 4,740 kms en 12 concesiones (3). Por otro lado, Provas Nacional report al 2011 que 8,124 kms han sido atendidas con el Proyecto Per, que procura mejorar los niveles de servicio de carreteras de bajo transito y/o no pavimentadas (4). As, alrededor de 18,000 kms del SNC estn concesionadas y 109,000 kms tienen administracin estatal, siendo en su gran mayora vas de la red vecinal o rural. Es importante mencionar que estas cantidades estn bajo la jurisdiccin del MTC. Los pavimentos urbanos (aquellos en ciudades y poblaciones) estn bajo la jurisdiccin del Ministerio de Vivienda, Construccin y Saneamiento (MVCS) y un resumen similar al del MTC no se pudo encontrar en su pgina de internet (5) o alguna publicacin similar. Sin embargo, para tener una idea, el MVCS reporta 7.3 millones de viviendas (aproximadamente 6.36 millones de casas independientes y similares, y el resto de espacios multi-vivienda). Si se asume que estas viviendas se agrupan en cerca de 6.5 millones de

lotes, y cada lote tiene aproximadamente 10 metros frontales a las calles aledaas, se puede estimar que se tienen 65,000 kms-carril, o cerca de 130,000 km lineales (asumiendo calles de al menos 2 carriles, uno para cada direccin), bajo la administracin de gobiernos municipales distritales y provinciales. Las condiciones de estas vas es desconocida, pero segn lo que se observa en las calles del Per, se tienen vas con: - Pavimento flexible - Pavimento rgido - Pavimento compuesto, normalmente flexible sobre vas rgidas de 30 o mas aos. - Pavimento adoquinado o empedrado, ya sea por temas histricos o arquitecturales - Materiales estabilizados con asfalto o cemento - Materiales modificados o vas experimentales - Vas afirmadas As, se estima que bajo jurisdiccin vecinal o local, sea en el mbito del MTC o del MVCS, el Estado Peruano, va entidades como municipalidades distritales, provinciales, o gobiernos regionales, tiene la administracin de alrededor de 239,000 km de calles (130,000 kms estimados del MVCS, 109,000 kms del MTC).

2. Los Manuales en el rea de Pavimentos en el Per Existen manuales publicados por el MTC para mantenimientos preventivos y rutinarios, para pavimentos de bajo trfico y no pavimentados, entre otros (6) de aplicabilidad nacional. De la misma forma, el MVCS ha publicado la Norma Tcnica de Edificaciones (NTE) CE.010 Pavimentos Urbanos (7). Es as que, por ejemplo, el Manual Tcnico de Mantenimiento Rutinario para la Red Vial Departamental No Pavimentada (8) y el Manual Tcnico de Mantenimiento Peridico para la Red Vial Departamental No Pavimentada (9) establecen que la superficie de rodadura puede ser clasificada en funcin de ciertos criterios sobre los elementos y condiciones del camin y un cierto valor referencial del IRI, los cuales se presentan en la siguiente tabla:

Tabla 1. Tabla Referencia del Estado del Camino (adaptado del MTC 8,9)

Estado del Camino IRI de la Superficie de Rodadura Muy mal estado >18

Mal estado 14 18 Regular estado 10 14

Buen estado 6 10 Muy buen estado 4 6

Relevante es mencionar Las Especificaciones Tcnicas Generales para la Conservacin de Carreteras (10) publicada por el MTC en 2007, ya que este documento presenta de forma oficial las desventajas de continuar con el concepto tradicional de conservacin vial y su carcter reactivo, donde la palabra mantener significa reparar lo daado y los programas de mantenimiento vial estn orientados a la ejecucin de obras puntuales de rehabilitacin y a las actividades para recuperar la funcionalidad ciertos elementos. Ms aun, el mismo documento propone conceptualmente que se aplique una cultura que privilegie la actuacin con criterio preventivo, cambiando el reparar lo daado por evitar que se dae; y reconoce que econmicamente hablando es razonable afirmar que conservar una va en buen estado (A) es menos costoso,, y tendr mayores costos si los estados iniciales son B, C, o D. As, se establece que para el Per se usen los valores de

IRI mostrados en la Tabla 2 para clasificar las vas pavimentadas y no pavimentadas, indicando que debe investigarse de manera rigurosa las condiciones especificas en la costa, sierra y selva.

Tabla 2. Tabla Referencia del Estado Vial, segn la Rugosidad (10)

Pavimentadas No Pavimentadas Estado Rugosidad Rugosidad Bueno 0 < IRI < 2.8 IRI < 6

Regular 2.8 < IRI < 4.0 6 < IRI < 8 Malo 4.0 < IRI < 5.0 8 < IRI < 10

Muy malo 5 < IRI 10 < IRI En el captulo 0, Seccin 006 de este documento se indica como responsabilidad del contratista el establecer un sistema peridico de inspeccin que pueda prever y corregir a tiempo cualquier deficiencia, as como programa una poltica de mantenimiento preventivo sistemtico. Sin embargo, no se especifica cmo debe realizarse este sistema, o, a parte de los valores IRI medidos en un ao determinado, no se indica como debe programarse a un mediano o largo plazo las actividades de mantenimiento. Actualmente en el Per se realizan anlisis de comportamiento de pavimentos con modelos como el HDMIII y HDM4 del Banco Mundial, como lo reconoce el Manual de Carreteras del MTC publicado a inicios del 2013 (11). Estos programas (HDM = Highway Development and Management) incorporan submodelos de deterioro de pavimentos afirmados, flexibles y rgidos y son aceptados por el MTC, pero este manual (11) indica que ingenieros proyectistas podrn utilizar otros modelos de reconocida procedencia tcnica institucional y que cuenten con la aceptacin previa del MTC. Sin embargo, segn se explica en el manual del MTC, el uso del HDMIII y HDM4, se limita a un anlisis por proyecto, y no se usara para un uso de un sistema complejo vial. El manual del MTC si menciona el termino de Niveles de Servicio (NdS) y provee varios indicadores a controlar y que determinen la toma de decisiones de conservacin. Los indicadores usados para pavimentos afirmados (A), flexibles (F) y rgidos (R) son:

- Perfilados (A) - Rugosidad (A, F, R) - Espesores (A) - Fisuras y Baches (F, R) - Ahuellamiento (F) - Textura Superficial (F) - Deflexiones (F) - Sello de Juntas (R)

Y se proveen diversos valores limitantes para la toma de decisiones de proyectos individuales, pero no tiene la visin global de un sistema de carreteras jurisdiccional. En el mbito del MVCS, el captulo 6 de la NTE de Pavimentos Urbanos (7) menciona el mantenimiento de pavimentos, y enumera 7 actividades para realizarlo; sin embargo no indica la metodologa o provee ejemplos de cmo realizarlo.

3. Propuesta de Sistema de Gestin de Pavimentos para el Per Se puede concluir entonces de la seccin anterior que en el Per la normativa referente a mantenimiento de pavimentos est referida a las acciones concretas de mantenimiento, y se muestra de forma conceptual la importancia de evitar la generacin de daos en los

pavimentos, dando algunos valores limites (IRI, ahuellamiento, baches, deflexiones, entre otros), pero aplicndolo a un mbito ms de proyecto que a un anlisis amplio de un sistema, ya sea la longitud lineal de una concesin carretera, o la conjuncin de pavimentos en una jurisdiccin como lo puede ser un municipio distrital o provincial; y no profundizan en el tema de la planificacin, la sustentacin y la toma de decisiones. Es por esto que esta ponencia es una propuesta inicial para un Sistema de Gestin de Pavimentos (SGP o PMS = Pavement Management System) para Municipalidades y Gobiernos Locales, que tendra aplicacin directa en todos los pavimentos bajo la jurisdiccin del MVCS (estimados 130,000 kms) y MTC (aproximadamente 80,000 kms), y podra ser utilizado tambin por las concesionarias de la red vial nacional y por el Estado en las vas nacionales y regionales. Su aplicacin directa es a los caminos pavimentados e incluye la pavimentacin progresiva de la red no pavimentada. El SGP propuesto tiene su base terica en los conceptos presentados en Las Especificaciones Tcnicas Generales para la Conservacin de Carreteras (10) publicada por el MTC en 2007, y desarrolla el Capitulo 6, Seccin 6.4 de la Norma Tcnica de Edificaciones (NTE) CE.010 Pavimentos Urbanos (7) publicada por el MVCS en 2010. As, la secuencia de trabajos necesarios para el SGP propuesto aqu se explica en las siguientes subsecciones.

3.1 Inventario El primer paso de este SGP es el registro de las caractersticas bsicas de cada seccin de los caminos en la jurisdiccin respectiva. As, se tiene que determinar: - Longitud de los caminos en la jurisdiccin - Tipos de superficie de rodadura (flexible, rgidos, compuestos, afirmados,

estabilizados, u otro tipo similar) - Importancia de la va en la jurisdiccin (va expresa, arterial, colectora, local u otra) - Cantidad de trafico va el clculo del IMDA (ndice Medio Diario Anual) por va Esto servir para priorizar los trabajos de inspeccin y las decisiones a futuro.

3.2 Inspeccin En un inicio se contemplo el usar las metodologas existentes en los manuales disponibles y provistos por el MTC y/o el MVCS. Sin embargo se encontraron los siguientes problemas: - El Manual del MTC (11) indica que no se pueden admitir fisuras y baches,

estableciendo que cada vez que aparezcan deben ser prontamente selladas o parchadas, y se indica que el sello de juntas debe ser controlados permanentemente, y renovados cada 6 aos. El problema fundamental es que esto implicara que toda la red vial debera ser reparada y puesta a punto para que este manual sea aplicable.

- El relevamiento de toda la red local (ms de 210,000 kms segn lo indicado en la seccin anterior) utilizando tecnologas como el IRI o deflexiones, que requiere de equipos que no estn disponibles para todo el pas, es costoso y representara un esfuerzo a mediano y largo plazo, que debera empezarse, pero an estamos lejos de poder implementarlo de forma masiva.

Por lo tanto, el SGP de esta ponencia propone que esta primera inspeccin se haga de forma escalonada, segn las condiciones disponibles en la localidad, teniendo como herramienta bsica el relevamiento de fallas y la clasificacin de condiciones utilizando el PCI o Pavement Condition Index (ndice de Condicin de Pavimentos) explicada y reglamentada en la Norma ASTM D6433-11 (12), y presentadas a continuacin:

- Relevamiento visual de daos y subsecuente clculo del PCI - Determinacin de la rugosidad, IRI - Determinacin de la friccin, IFI - Determinacin de la capacidad estructural del pavimentos con ensayos no destructivos - Determinacin de la condicin estructural va ensayos destructivos (calicatas, ensayos

de materiales) La ventaja del PCI sobre los otros mtodos mencionados en los manuales disponibles del MTC y MVCS es que consiste en una herramienta visual de bajo costo y que provee de una clasificacin numrica que servir para anlisis comparativos necesarios para los siguientes pasos del SGP.

3.3 Clasificacin del Sistema Vial Segn el orden provisto por la NTE CE.010 (7), despus del paso previo seguira el determinar el tipo de mantenimiento (paso 3), y la estimacin de recursos (paso 4). Sin embargo, una vez determinado el PCI de los pavimentos en la jurisdiccin, es necesario el clasificarlos y agruparlos segn los tipos explicados en la etapa del inventario. La norma ASTM 6433-11 (12) propone la escala de PCI mostrada en la Figura 1.

Figura 1. Escala de PCI sugerida por ASTM 6433-11 (traducido, 12)

Se reconoce que esta metodologa solo se reduce a vas pavimentadas y tal vez existan condiciones en el Per que la norma no contempla y deber esto ser evaluado mas adelante con investigaciones nacional, regionales y/o locales, pero para cubrir la clasificacin de vas no pavimentadas, se recomienda que el PCI de estas vas sea fijado en un valor de 25 (muy pobre). Puede suceder que en algunas ocasiones alguna va no pavimentada tenga una transitabilidad inclusive mejor que una va pavimentada fallada, pero esto se sabe no se sostendr en el tiempo a menos que se mantenga la condicin de la va no pavimentada, y por lo tanto se fija este valor de 25. Sin embargo, si el evaluador cree conveniente que este valor deba subir, lo puede hacer segn su experiencia y entendiendo que valores altos de PCI pueden posponer la pavimentacin de esta va. Ms aun, si los valores de la va no pavimentada son peores que PCI=25, tambin lo podra indicar con este valor designado.

85

55

Ms aun, los valores mostrados en la Figura 1, segn la economa y necesidad de la jurisdiccin, podra ser cambiada, pero para esta ponencia, no se cubrir este anlisis. Este paso incluye la cuantificacin de secciones en la jurisdiccin respectiva segn la Figura 1 y la clasificacin del inventario levantado. As, la Tabla 3 muestra un ejemplo de resultados de cuantificacin de secciones de cualquier jurisdiccin en el Per.

Tabla 3. Ejemplo Hipottico de Cuantificacin y Clasificacin de Secciones

Condicin Vas Expresas

Vas Arteriales

Vas Colectoras

Vas Locales TODO

Porcentaje en Jurisdiccin

5% 15% 35% 45% 100%

Excelente 30% 10% 5% 5% 7.00% Muy Bueno 40% 20% 10% 5% 10.75%

Bueno 20% 15% 15% 10% 13.00% Regular 10% 20% 20% 10% 15.00% Pobre - - 10% 15% 15% 13.50%

Muy Pobre - - 20% 25% 35% 27.50% Colapsado - - 5% 10% 20% 13.25%

Esta tabla puede ser conseguida para todo tipo de pavimento, o puede ser segmentado para pavimentos flexibles, pavimentos rgidos y pavimentos compuestos (la jurisdiccin respectiva debera determinar donde se colocaran las vas no pavimentadas, siendo lo ms probable que se coloquen en el tipo que se usara para la pavimentacin). Con esta tabla se tiene que determinar que secciones mantener. Como se indic anteriormente, el concepto tradicional de conservacin vial atacara el 40.75% de pavimentos (27.5% muy pobres y 13.25% colapsados), abandonando los pavimentos en condicin buena o mejor, y dejando que stas se deterioren con el tiempo. El concepto moderno, sin embargo, si se enfocara en estos pavimentos buenos, muy buenos y excelentes (30.75%) que, para este ejemplo al menos (y muy probable para la mayor cantidad de jurisdicciones en el pas), son menores en cantidad que los pavimentos pobres, muy pobres y colapsados, y su costo de mantenimiento es mucho menor. Siguiendo este concepto moderno se procede a tomar decisiones sobre que avenidas y calles mantener y que secciones reparar y reconstruir y tambin que vas no pavimentadas requeriran pavimentacin. Para esto se requiere determinar el tipo de mantenimiento (antiguo paso 3) y la estimacin de recursos (antiguo paso 4).

3.4 Determinacin del Tipo de Mantenimiento Los manuales del MTC, y la literatura en general, proveen de explicaciones sobre cmo realizar mantenimientos, inclusive bajo la denominacin de mantenimientos rutinarios, preventivos, peridicos y/o correctivos. Este SGP propone el uso de la Tabla 4 basado en experiencias norteamericanas para el tratamiento de pavimentos segn la clasificacin PCI mostrada en la Figura 1 y la denominacin usada en el Per (rutinarios, correctivo, etc.). Ntese que se proponen actividades para todas las clasificaciones con excepcin a la condicin regular. La experiencia ha podido determinar que existen condiciones de deterioro tales que gastar en mantenimiento puede llegar a ser contra-producente y por lo tanto, pavimentos que presenten PCI de 40 a 55 es mejor que se dejen deteriorar a condiciones de rehabilitacin mayor, y por eso no se propone actividad de mantenimiento alguna.

Tabla 4. Categorizacin del PCI vs. Tipos de Mantenimiento (adaptado, 13)

3.5 Estimacin de Recursos

Cada jurisdiccin deber determinar los costos de reparacin, mantenimiento y construccin, segn los recursos locales, y por lo tanto es claro que las decisiones variarn en costa, sierra y selva; norte, centro y sur del pas. Estos costos debern llevarse a costo unitario por m2 de pavimento para que puedan tomarse las decisiones respectivas, clasificndolo segn la Tabla 4. La Figura 2 (PCI vs Tiempo con costos en $/pie2) muestra un ejemplo de cmo podra realizarse esto, pero como se indic anteriormente, esto tiene que realizarse de manera local.

85 a 70

70 a 55

Excelente

Muy Bueno

Bueno

Pobre

Muy Pobre y Colapsado

Figura 2: Evolucin del PCI en el tiempo frente a los gastos de intervencin (14)

3.6 Planificacin del Mantenimiento del Sistema de Pavimentos En esta etapa se requiere proyectar el futuro comportamiento de los pavimentos. Como se indic existen diversas metodologas en la literatura, siendo la ms utilizada en el Per el mtodo del HDMIII y HDM4 del Banco Mundial. Sin embargo, esta ponencia propone la creacin de modelos propios por jurisdiccin partiendo de cuatro condiciones: a) Un punto de partida con condiciones de deterioro desconocidos para la localidad b) Un momento en el mediano plazo donde se pueden aplicar mtodos empricos de

prediccin de modelos de deterioro c) Un momento en el largo plazo donde, con informacin de campo y de laboratorio, se

puedan aplicar mtodos mecanisticos-empricos, calibrados para las condiciones regionales y locales del pas

d) Una condicin a futuro donde puedan aplicarse condiciones puramente mecansticas. En la actualidad, los pavimentos son mantenidos bajo el pensamiento clsico, y la decisin sobre que vas se arreglan y que vas se dejan en su condicin actual est orientada a decisiones polticas ms que tcnicas o anlisis tcnico-econmicos. As, en el Per nos encontramos en una condicin inclusive previa a la situacin a de la lista anterior. En los EEUU actualmente se encuentran en una transicin en el tema de Gestin de Pavimentos de condiciones a hacia b, e inclusive algunas entidades estn intentando dar el salto a mtodos mecanisticos-empricos, o condicin c, con la implementacin en los EEUU de la nueva gua de diseo del AASHTO 2008. Mientras tanto, algunos investigadores norteamericanos y europeos, han diferido de los mtodos mecanisticos-empricos y han preferido mantenerse en la ruta del diseo puramente mecanistico, basado en conceptos de viscoelasticidad para pavimentos flexibles y elementos finitos para pavimentos rgidos, pero aun se est lejos de llegar a mtodos aplicables en la industria. Para esta ponencia se van a presentar dos mtodos, para la condicin a y para la condicin b.

3.6.1 Mtodo Estocstico e Hiptesis de Markov En otras realidades, las entidades dedicadas a la gestin de pavimentos buscan preservar el presupuesto disponible tratando de entender el comportamiento de su infraestructura, y por eso, invierten en la acumulacin de datos histricos, para su posterior anlisis y uso. En nuestro pas no tenemos, aun, la costumbre de acumular este tipo de informacin. Por eso es que el punto de partida para esta SGP tiene que enfocarse en condiciones de deterioro asumidos y/o similares a otras realidades. En la literatura existen modelos de estimacin probabilstica que resultan factibles para aplicar la Gestin de Pavimentos en su mejor magnitud. Estos modelos pueden calcular, en base a una informacin combinada, un ndice de condicin en un punto determinado del tiempo. Uno de los modelos o mtodos a utilizarse en esta ponencia es el Mtodo Estocstico y la Hiptesis de Markov o Markoviano para la aplicacin del SGP.

3.6.1.1 Mtodo Estocstico Un proceso estocstico es un concepto matemtico que sirve para caracterizar una sucesin de variables aleatorias o estocsticas que evolucionan en funcin de otra variable, generalmente el tiempo. Cada una de las variables aleatorias del proceso tiene su propia funcin de distribucin de probabilidad y, entre ellas, pueden estar correlacionadas o no (15). Para este SGP, la variable a evaluar contra el tiempo seria el valor del PCI.

3.6.1.2 Hiptesis de Markov El proceso de condicin de transicin del PCI es incierto, ya que se deben tomar datos reales durante un determinado periodo para verificar el factor de deterioro. Sin embargo, como se ha explicado anteriormente, no se tienen estos datos disponibles, aun. La hiptesis de Markov es una probabilidad de cambio del PCI en un determinado momento en el tiempo. Indica el comportamiento del estado del pavimento en condiciones normales. Es por eso que, la hiptesis del Markov o el markoviano se utiliza para representar un patrn de transicin incierta de condicin (PCI) del pavimento en un periodo de tiempo (16). Es as que la hiptesis de Markov es utilizado para predecir el deterioro progresivo del pavimento en relacin a la informacin de inspecciones peridicas como las que muestra la Figura 3.

Figura 3. Condicin del Pavimento en peridicas inspecciones (16)

Como se muestra en la figura anterior, la condicin del pavimento vara en funcin a las inspecciones progresivas realizadas. Sin embargo, sabemos que si se espera a realizar dichas inspecciones durante un periodo importante, no se podra empezar con el SGP. Es entonces que el Markoviano inicial utilizar valores fijados en base a otras experiencias y/o adaptaciones de las mismas. La Figura 4, por ejemplo, muestra el Markoviano de deterioro aplicado en Delhi Township, Ohio (17).

Figura 4. Hiptesis de Markov de deterioro del PCI en un ao (17)

Esta figura se puede interpretar de la siguiente manera: - Del 100% de pavimentos que se encontraban en condicin A1 (No Mantenimiento), el

95% mantienen dicha condicin y el 5% se deterioran y se convierten a nivel A (Mantenimiento Rutinario).

- Del 100% de pavimentos que se encontraban en condicin A, existe una porcin que recibe fondos y puede ser mantenida, mientras que existe otra porcin que no se mantiene por falta de fondos o decisin de la entidad. o Del 100% de la porcin que si se mantiene, el 95% mantienen la condicin A y el

5% se deterioran y se convierten a nivel B (Mantenimiento Peridico). o Del 100% de la porcin que no se mantiene, el 80% mantienen la condicin A y el

20% se deterioran y se convierten a nivel B. - Del 100% de pavimentos que se encontraban en condicin B, existe una porcin que

recibe fondos y otra que no, similar a los pavimentos en condicin A. o Del 100% de la porcin que si se mantiene, el 100% vuelve a tener una condicin

de pavimento nuevo o que no requiere mantenimiento, A1. o Del 100% de la porcin que no se mantiene, el 80% mantienen la condicin B y el

20% se deterioran y se convierten a nivel D (Rehabilitacin). - Del 100% de pavimentos que se encontraban en condicin C (Accin Diferida), existe

una porcin que recibe fondos y otra que no.

o Del 100% de la porcin que si se mantiene, el 95% mantienen la condicin C y el 5% se deterioran y se convierten a nivel D.

o Del 100% de la porcin que no se mantiene, el 50% mantienen la condicin C y el 50% se deterioran y se convierten a nivel D.

- Del 100% de pavimentos que se encontraban en condicin D, el 100% de los tratados vuelven a la condicin A1, mientras que el 85% de los no tratados mantiene la condicin D y el 15% se deteriora a la condicin E (Reconstruccin).

- Los pavimentos en condicin E, o se mantienen en condicin E si no se tratan, o se vuelven a la condicin A1.

Ntese que la Figura 4 tiene 6 clasificaciones de PCI, mientras que la Figura 1 muestra hasta 7 clasificaciones. La diferencia se encuentra en la condicin E, donde se han unido la condicin Muy Pobre y Colapsado (Figura 1), en condicin E Reconstruccin (Figura 4). Como se puede observar, un sistema como el mostrado ayuda, de manera muy simple, a simular el deterioro de un sistema de pavimentos, en trminos de porcentaje. Lo que se requiere determinar entonces son esos porcentajes, que en el caso de la referencia son la acumulacin de 10 aos de informacin. Para el caso peruano, se pueden aplicar unos valores estndar para poder empezar con el SGP, para luego, en base a mediciones locales, recalibrar estos porcentajes y acumular la informacin necesaria para robustecer este sistema o proceder al siguiente sistema o metodologa.

3.6.2 Curvas Maestras de PCI Sotil y Kaloush (18) presentaron una propuesta de generacin de curvas maestras de PCI en base a la informacin que tenia Delhi Township, Ohio, EEUU. En esa ponencia se present y propuso un mtodo confiable por el cual el tiempo de vida til de un pavimento pueda ser calculado usando un modelo matemtico calibrado con datos medido en el campo. El mtodo podra ser fcilmente implementado por cualquier agencia siempre y cuando se cuente con suficiente informacin en la base de datos histrica de la agencia. El modelo usado es una curva sigmoidal y fue calibrado usando datos medidos en la ciudad de Delhi (Ohio). Entre las variables consideradas como las que ms afectan el comportamiento de pavimentos es el tipo de pavimentos (flexibles, rgidos y compuestos), el promedio de trfico diario - IMDA (menores y mayores de 1000 vehculos por da), el tipo de va (principal, colectora, y local), y el tiempo para llegar a una falla completa (entre 5 a 100 aos). La forma de caracterizar la vida del pavimento es mediante el uso del ndice de Condicin del Pavimento (PCI). La Figura 5 muestra como estas curvas maestras de PCI pueden ser generadas y la Figura 7 muestra como se podran utilizar dichas curvas en la prediccin del comportamiento. Se propone por lo tanto, una vez que se tenga suficiente informacin, el generar curvas con esta metodologa, ya que se podr evitar el uso de estimaciones porcentuales (mtodo estocstico, probabilstico de Markov) para empezar a hacer uso de prediccin en base emprica. Cabe mencionar que una vez se acumule esta informacin por una cantidad suficiente de aos, y teniendo en cuenta otros tipos de datos, se podr eventualmente usar mtodos mecanisticos-empricos. Sin embargo, para esta ponencia, esta condicin aun se encuentra lejos de la realidad peruana y no se desarrolla este mbito.

(a) Datos Medidos en Campo (b) Curva Maestra de PCI Calculado

Tipo de Pavimento: Flexible Tipo de Va: Colectora IMDA: Menos de 1000 vehculos

(c) Ejemplo de Curva Maestra de PCI Con un nmero de datos mayor a 100 (471 puntos 135 secciones)

Figura 5. Curvas Maestras de PCI Elaboracin y Ejemplos (18)

Figura 6. Familia de Curvas Maestras de PCI (a) Ejemplo de Familia de Curvas Maestras de PCI (b) Ejemplo de Aplicacin

Pavimentos Flexibles - Clase de Va: Local - IMDA: Todos los Valores

Como se puede observar, ya sea con el mtodo estocstico o el mtodo emprico, se pueden determinar comportamientos en el futuro. Si se tiene esta informacin con anticipacin, y proyectado a n aos, entonces se pueden programar los presupuestos necesarios para empezar el programa de mantenimiento de la SGP propuesta. La seccin 4 mostrar un ejemplo especifico de cmo podra utilizarse dicha metodologa.

0102030405060708090

100

0 5 10 15 20 25Tiempo desde Ultima Reconstruccin / Rehabilitacin

PCI

10 20 30 40 50 60 70 80 90

100

0 5 10 15 20 25 30 35Tiempo Reducido (Aos)

PCI

318 40192 139242 234A234B 234C210A 210BPred MC

Secciones

0102030405060708090

100

0 5 10 15 20 25 30 35Tiempo desde Ultima Reconstruccin / Rehabilitacin

PCI

318 40192 139242 234A234B 234C210A 210BPred MC

Secciones

(a) (b)

(c)

0 5 10 15 20 25 30 35 40Tiempo Reducido (Aos)

5 10

15 20

25 30

50 10

Factores de Conversin

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40Tiempo Reducido (Aos)

PCI C

alcu

lado

5 10

15 20

25 30

50 10

Factores de Conversin(a) (b)

3.7 Programa de Trabajo y Medicin del Comportamiento Una vez que, utilizando ya sea la metodologa a o b de la seccin anterior, se definen los porcentajes de sectores a ser tratados ya sea con mantenimientos rutinarios, peridicos, rehabilitaciones o reconstrucciones, se proceden a definirlos a nivel de expediente tcnico en las calles y sectores especficos. Una vez que se realizan los trabajos, se procede entonces a realizan una nueva medicin, fecharla y actualizar la base de datos de la entidad, indicando la obra realizada, la fecha de apertura al trfico y el nuevo PCI de la seccin afectada.

3.8 Monitoreo Como se indico, sea el mtodo a o b, se requiere de informacin sustentatoria para generar cambios en los modelos de deterioro estocstico o emprico, respectivamente. Por eso se tiene que determinar el plan de monitoreo de las secciones y esto se puede realizar segn las necesidades de las vas y/o condiciones econmicas de la entidad. As, se recomienda (siguiendo la clasificacin de la Figura 4): - Si se tienen los fondos necesarios, para sectores crticos (niveles B, C, o D), se debera

monitorear al menos dos veces al ao. Una antes de la poca de lluvias o invierno o cuando se sepa que se genera el mayor dao, y otra medicin despus de esta poca.

- Para pavimentos en niveles E y para el caso peruano, caminos afirmados, monitorearlos una vez cada dos aos.

- Para pavimentos en niveles A1 o A, monitorear una vez al ao.

4. Ejemplo Aplicativo para la Municipalidad Per Se va a realizar este ejemplo simplificado para mostrar la aplicabilidad del SGP propuesto y su potencialidad como mtodo que mejore la condicin de los pavimentos en la localidad y la optimizacin de los recursos disponibles.

4.1 Inventario Para mostrar un ejemplo simplificado se van a indicar las siguientes condiciones: Longitud (dos carriles, promedio) del sistema = 60 kms Ancho de va (dos carriles, promedio) = 7 m rea del sistema = 420,000 m2 Se han encontrado pavimentos flexibles, rgidos, y compuestos, con diversas clasificaciones (arteriales, colectoras, locales), e IMDAs. Para posteriores anlisis, se podra segregar los siguientes pasos por tipo de va e IMDA, pero para este ejemplo se mostrara el sistema como un todo.

4.2 Inspeccin Se realiz un relevamiento de todo el distrito siguiendo la metodologa del ASTM. Esto se realiz al momento de decidir implementar el SGP con personal capacitado, ya sea de la misma municipalidad, subcontratado, o va algn convenio con una universidad aledaa que otorgue carreras de ingeniera civil, y puede ser realizado por estudiantes de la carrera.

4.3 Clasificacin del Sistema Vial Despus de calculado el PCI se procede a clasificar el sistema entero siguiendo una escala como la Figura 1, o alguna adaptacin. Para este ejemplo, se juntaron las clasificaciones Muy Pobre y Colapsado y colocados solamente como Muy Pobre y asignndoles las letras A hasta la F. Para realizar el ejercicio, se asume que el relevamiento produjo los resultados de la Tabla 5, mostrada a continuacin:

Tabla 5. Resumen de Condicin de Pavimentos de Municipalidad Per

Como se puede observar, esta Tabla 5 es solo la repeticin de la Tabla 3, sumando los valores de Muy Pobre y Colapsado. Se puede asumir o considerar que esa clase F es muy alta por una importante presencia de caminos afirmados en la jurisdiccin y que requieren pavimentarse. Estos resultados, para mejor toma de decisiones y visualizacin, pueden ser colocados en mapas o figuras, en especial usando software como GIS.

4.4 Determinacin del Tipo de Mantenimiento Se va seguir la Tabla 4, y las especificaciones de los trabajos se pueden encontrar en los diversos manuales del MTC o la literatura.

4.5 Estimacin de Recursos La Tabla 5 tambin muestra los costos por metro cuadrado para el mantenimiento respectivo, asumido segn informacin para la ciudad de Lima conseguida de diversas fuentes al inicio del 2013.

4.6 Planificacin de Mantenimiento del Sistema de Pavimentos Para mostrar los beneficios de un SGP se van a realizar las siguientes tres condiciones:

a. No hacer nada: El sistema del distrito no ser arreglado en lo absoluto, ya que las autoridades responsables no tienen el dinero o el inters por hacer algo. Otros motivos son el cambio constante de autoridades y la no continuacin o implementacin de polticas de mantenimiento. Para el anlisis se asumieron los ratios de deterioro mostrados en la Tabla 6 para el anlisis con la metodologa estocstica de Markov. Es importante mencionar que estos ratios no son estndar de localidad en localidad, pero ya que la Municipalidad Per es una de las tantas entidades que no tienen datos histricos, se puede comenzar con estos ratios y corregirlo segn transcurso los aos. La Tabla 7 muestra el clculo de las tasas de deterioro del inicio del ao 0 al inicio del ao 1. Como se puede observar, el 90% de A (6.3% se mantuvo en A) y el 0.70% se deterioro a condicin B. De esta forma se puede leer esta tabla, conjugando los valores de la Tabla 5 y 6. Si esto se realiza para los 20 aos siguientes, se puede conseguir la Tabla 8. Se puede observar como el sistema se deteriora, llegando a que un alto porcentaje del sistema llegue a nivel F. Asumiendo los valores intermedios de PCI (nivel A por ejemplo entre 85 y 100 tiene un valor promedio de 92.5), se puede calcular el PCI promedio del sistema. As, se puede observar que el PCI promedio del sistema inicia en 36.9 y a los 20 aos estara en un nivel de 15.3.

Tabla 6. Ratios de Deterioro sin Mantenimiento de Pavimentos de Municipalidad Per

Tabla 7. Calculo de Deterioro en un Ao de Anlisis

Tabla 8. Deterioro del Sistema de Pavimentos sin Mantenimiento Alguno

b. Sistema de Gestin de Pavimentos Reactivo o Pensamiento Clsico Para hacer la comparacin respectiva, se realizo el mismo anlisis de deterioro que lo mostrado en la opcin de No Hacer Nada, con excepcin que se arreglara cierto sector de pavimentos Muy Pobres. Inclusive, puede considerarse que los pavimentos afirmados se empiezan a construir, o los muy fallados se reconstruyen. Esta poltica sucede en muchas municipalidades del pas, pero es muy dependiente de los fondos que entregue el Estado o que la municipalidad pueda autogestionar. La Tabla 9 muestra cunto costara reparar el sistema si es que se tuvieran los fondos disponibles. Esto vara ao a ao, y la Tabla muestra el valor futuro, as como tambin el valor presente llevado con las ecuaciones disponibles en anlisis de este tipo.

Tabla 9. Comparacin de Gastos Necesarios para llevar todo el Sistema a Punto

Como se puede observar, mientras ms tiempo se deje desatendido el sistema, ms caro costara la reparacin. Si se tuvieran los fondos actualmente, costara cerca de US$43 millones, y al ao 20, costara US$ 64.7, que llevados a US$ del 2013 con una tasa de inters del 4% significaran hoy US$ 30.7 millones. Entonces, lo que se va a realizar para este ejemplo aplicativo es asumir que en vez de recibir del Estado el monto de US$43.1 millones hoy, los fondos se recibirn en montos cerca del 5% necesario por los prximos 20 aos (US$2.1 millones). Ejercicios similares pueden realizarse con otros montos (mayores y menores) pero para el ejemplo en esta ponencia, este valor se cree apropiado.

La Tabla 10 muestra el clculo de deterioro del primer ao y se puede observar un deterioro similar a la Tabla 7, pero con la excepcin que se arregla el 3.2% de los pavimentos en condicin F, y los 37.5% se mantienen en F. Este 3.2% se calcula usando los $2.155 millones entre los $160/m2, resultando en cerca de 13,470 m2 que son el 3.2% del sistema de 420,000 m2. Continuando con el clculo para los siguientes 20 aos (ver Tabla 11), se puede observar que el deterioro fue frenado por esta accin, teniendo 42% de los pavimentos A a B, y el nivel de pavimentos F es igual 45.1%. El PCI en vez de bajar, subi a un valor de 51.6, aunque el crecimiento aun es moderado. Si se suman los $2.155 millones individuales, llevados a US$ del 2013, se puede calcular que se requeriran invertir cerca de US$ 30 millones durante los 20 aos siguientes en forma distribuida.

Tabla 10. Clculo de Deterioro en un Ao de Anlisis con Arreglos en Pavimentos F

Tabla 11. Deterioro del Sistema de Pavimentos con Mantenimiento a Pavimentos F

c. Sistema de Gestin de Pavimentos Preventiva o Pensamiento Moderno Para hacer la comparacin respectiva, se realizo el mismo anlisis de deterioro que lo mostrado en las opciones anteriores, con excepcin que: - En vez de usar el 5% en pavimentos F, se ha decidido usar la mitad de los fondos en

pavimentos B - La otra mitad se usar para arreglar los pavimentos F - Si se llegara al punto que ya no hay pavimentos en condicin B o se disponen de ms

fondos en nivel B que los necesarios, se procede a mejorar los pavimentos D. - Si los fondos sobraran despus de arreglar B o D, entonces recin ah se

aumentara el presupuesto para los pavimentos F. Continuando con el clculo para los siguientes 20 aos (ver Tabla 12), se puede observar que el deterioro fue frenado aun mas, teniendo 78.1% de los pavimentos A a B, y el nivel de pavimentos F es igual 21.5%. El PCI subi a un valor promedio de 74, siendo mucho mayor que la opcin correctiva analizada anteriormente. Si se suman los $2.155 millones individuales, llevados a US$ del 2013, se puede calcular que se requeriran invertir los mismos US$ 30 millones durante los 20 aos siguientes en forma distribuida, pero los resultados serian mucho mejores, demostrando que la metodologa moderna resultara en pavimentos mejor mantenidos y un sistema por lo general en condicin buena o excelente (PCI = 74).

Tabla 12. Deterioro de Pavimentos con Mantenimiento a Pavimentos B, D y F

4.7 Programa de Trabajo y Medicin del Comportamiento Teniendo las necesidades definidas, y los presupuestos establecidos, se procede a realizar los expedientes tcnicos para los proyectos especficos, segn las normas de los manuales del MTC. Una vez que se termina el trabajo, se vuelve a medir el PCI y se registra la nueva condicin del pavimento.

4.8 Monitoreo Como se indico se requiere de informacin sustentatoria para generar cambios en los modelos de deterioro estocstico (o emprico, una vez que se decida realizar esta prctica, mayor ejemplos de este modelo se encuentran en la referencia 18). Estos deben realizarse segn se recomend en la Seccin 3.8.

5. Conclusiones y Recomendaciones La ponencia ha presentado una propuesta de Sistema de Gestin de Pavimentos (SGP) para el Per basado en la metodologa del clculo del PCI segn norma ASTM, que servir para clasificar los pavimentos desde condicin Excelente hasta condicin Muy Pobre y/o caminos afirmados. Esta propuesta viene a complementar los diversos documentos disponibles tanto por el MTC y MVCS, que se han enfocado en el anlisis de los pavimentos pero a una escala de proyecto ms no de jurisdiccin y/o administracin local municipal o regional. La propuesta est basada en una metodologa inicial estocstica probabilstica, asumiendo tasas de deterioro, que con el tiempo, debern ser verificadas y/o corregidas con la informacin conseguida en campo; para luego en un futuro mediano dar el salto a solucin emprica, y luego a soluciones mecanisticas-empiricas. La literatura ha indicado que la tendencia en Gestin de Pavimentos debe orientarse a tratamientos preventivos en vez de reactivos o correctivos. Se han realizado tres ejemplos para un mismo sistema hipottico en el cual se puede comprobar que atendiendo a pavimentos en Excelente y Buena Condicin, evitando que estos se deterioren, y mejorando poco a poco el sistema Muy Pobre o Caminos Afirmados, permitir un crecimiento sostenido en el numero de vas en excelentes condiciones, para el beneficio de los ciudadanos. Es tal el beneficio que dependiendo de cuanto se tenga disponible para invertir, se puede llegar no solo al arreglo de todo el sistema, sino tambin al mantenimiento en excelentes condiciones. Por otro lado, poca disponibilidad de fondos demora el proceso, pero siguiendo la metodologa moderna se llega ms rpido a resultados ptimos. Por eso, se recomienda implementar esta metodologa en los pavimentos del Per, en todas las jurisdicciones posibles, utilizando ya sean a trabajadores municipales, entidades privadas, o mejor an, alumnos universitarios va convenio con sus universidades de la localidad.

6. Referencias 1. Portal del MTC. www.mtc.gob.pe 2. OSITRAN. Nota de Prensa No. 40. Carreteras concesionadas representan el 35% de la

red vial nacional. Oficina de Relaciones Institucionales del 12/08/2011. 3. Peru21. El MTC impulsar concesiones viales por US$3,000 millones hasta el 2016.

Entrevista del 5 de Julio del 2012 al ministro Carlos Paredes. http://peru21.pe/2012/07/05/economia/mtc-impulsara-concesiones-viales-us3000-millones-hasta-2016-2031828

4. Portal de Provias Nacional. Proyecto Per. 2011. [En lnea] 04 de Abril de 2011. [Citado el: 20 de Abril de 2011.] www.proviasnac.gob.pe.

5. Portal del MVCS. www.vivienda.gob.pe 6. Portal de Reglamentos, Manuales y Directivas del MTC.

http://www.mtc.gob.pe/portal/transportes/caminos_ferro/manuales.htm 7. Ministerio de Vivienda, Construccin y Saneamiento. Norma Tcnica de Edificaciones

(NTE) CE.010 Pavimentos Urbanos. 2010. 8. Ministerios de Transportes y Comunicaciones. Manual Tcnico de Mantenimiento

Rutinario para la Red Vial Departamental No Pavimentada. Aprobado por la Resolucin Directoral No 015-2006-MTC/14 del 22 de marzo del ao 2006.

9. Ministerios de Transportes y Comunicaciones. Manual Tcnico de Mantenimiento Peridico para la Red Vial Departamental No Pavimentada. Aprobado por la Resolucin Directoral No 015-2006-MTC/14 del 22 de marzo del ao 2006.

10. Ministerio de Transportes y Comunicaciones. Las especificaciones tcnicas generales para la conservacin de carreteras. Aprobado por la Resolucin Directoral No 015-2007-MTC/14 del 27 de agosto del ao 2007.

11. Ministerio de Transportes y Comunicaciones. Manual de Carreteras. Suelos, Geologa, Geotecnia y Pavimentos. Seccin Suelos y Pavimentos. Marzo del 2013.

12. ASTM. Standard Practice for Roads and Parking Lots Pavement Condition Surveys. Designacin D6433-11. 2011.

13. Secretaria de Infraestructura y Desarrollo Urbano del Estado de Baja California. Normas Tcnicas de Proyecto y Construccin para obras de Vialidades del Estado de Baja California. Mantenimiento de Pavimentos. California, EEUU. 2004

14. Smith, R., Freeman, T, y Chang, C. Gestin de Infraestructura Vial. 1ra Edicin, 2006. Fondo Editorial ICG

15. Wikipedia. Proceso Estocstico. Bsqueda virtual de la definicin de Proceso Estocstico. 2013. Wikimedia Project.

16. Suharman, H. Development of A Practical Model for Pavement Management Systems. Kyoto University, Japn, 2012

17. Kaloush, K. Delhi Township Pavement Management System Software. Ohio, EEUU, 2002. 18. Sotil, A y Kaloush, K. Prediccin del Comportamiento de Pavimentos con Familia de

Curvas Maestras. XIV CONIC, Iquitos, Per, 2003.