VOLUMEN III

ANÁLISIS COMPARATIVOENTRE LAS ALTERNATIVASDE PAVIMENTACIÓN

1.- INTRODUCCIÓN

La selección de alternativas es un proceso iterativo en la que los conocimientos de ingeniería y las herramientas financieras se unen para obtener la evaluación que indique la mejor opción de pavimentación para un camino. Sin embargo, esta buena práctica no siempre ocurre, eliminándose la alternativa de pavimento de concreto, por diversos factores que se analizan a continuación:

1.1 En el mundo:

- Historia de los materiales: aunque el concreto es el material de construcción más utilizado en el mundo, su uso en la construcción es muy diverso. Hecho que no ocurre con el asfalto, que se ha enfocado en la construcción de caminos desde sus orígenes.

- Evolución del transporte: el desarrollo de las redes viales en el mundo está relacionado al desarrollo de los medios de comunicación, y especialmente al de los neumáticos. Por lo tanto, es innegable que por la tecnología de construcción de pavimentos de épocas pasadas, el pavimento menos confortable al tránsito ha sido el de concreto.

- Evolución de la tecnología de construcción: es innegable que los procesos constructivos de los pavimentos de concreto en épocas pasadas originaban malestar en el usuario de la vía, debido al generoso espesor y sello de las juntas transversales utilizado, haciendo el camino recién pavimentado poco confortable. Otro factor es la poca importancia en la obtención de una rugosidad (IRI) adecuada, originada principalmente por la construcción de paños o losas en damero, cuya técnica fue utilizada con la finalidad de optimizar el uso del encofrado, afectando los niveles entre paños continuos.

- Criterio de vida útil: anteriormente no se diseñaba para periodos de vida prolongados, siendo el costo de construcción el mayor indicador para tomar una elección relativa al tipo de pavimento a ejecutar.

- El precio relativo: el asfalto tenía un precio muy inferior al del concreto.

1. INTRODUCCIÓN

2

1. INTRODUCCIÓN

1.2 En el Perú

- Implicancias mundiales: se reflejaron en el Perú del siglo XX.

- Obras emblemáticas puntuales: la Av. Venezuela (1924) y la Vía Expresa (1946), son hitos en la construcción de pavimentos de concreto en el Perú. Entre ellos se crea una brecha de conocimientos y falta de equipos para considerar al pavimento de concreto como una alternativa factible y viable.

Actualmente esto está cambiando, la introducción de tecnología de construcción equivalente y el valor relativo de precios entre el asfalto y concreto, así como el pensamiento de progreso a largo plazo, han hecho que el mundo acepte al concreto como una alternativa de pavimentación.

Por ejemplo, Estados Unidos cuenta con el 30% de sus autopistas en concreto; Chile con el 10%, Bolivia con el 20% y Argentina con el 5%.

Por todas estas razones y siendo el Perú un país que en su balanza comercial importa petróleo (materia prima del asfalto) funcionarios y ejecutivos responsables de la inversión pública y privada empiezan a confiar en el concreto como alternativa de pavimentación.

3

1.50

2.00

AsfaltoConcreto

Variacion Porcentual del Precio de Asfalto Vs. Concreto

Varia

cion

2006

2007

2010

2009

2008

Años

1.00

0.50

0.00

2.50

2. NECESIDAD DE UNA EVALUACIÓN ANIVEL DE PAVIMENTOS EQUIVALENTES

Existen paradigmas cuando se abarca el tema de comparación de costos entre las alternativas pavimentación de asfalto y concreto que limitan el empleo del concreto como solución vial. Por mencionar un ejemplo, cuando se obtiene un expediente de diseño y factibilidad de un proyecto de pavimentación por lo general éste no cuenta con el análisis comparativo asfalto - concreto necesario para tomar una acertada decisión.

Se espera desde luego que el valor de comparación asfalto - concreto no sea el acertado, debido a la brecha tecnológica y de conocimientos referida al uso del concreto para soluciones viales.

Lo que sí se reconoce es que el pavimento de concreto dura más, mucho más. Tiene una durabilidad que supera la vida útil esperada. Existen obras como la Av. Venezuela, con más de ochenta años, y la Vía Expresa, con más de cincuenta años en excelente estado que verifican esta premisa.

Es necesario, por lo tanto, cerrar la brecha tecnológica y de conocimiento para obtener los beneficios de la mejor alternativa de pavimentación, ya sea asfalto o concreto, donde aplique, con un sustento técnico actualizado.

La pregunta obvia en esta situación es ¿Por qué no se ha considerado el concreto en el análisis? La respuesta es en la mayoría de los casos por el elevado costo de construcción. La siguiente pregunta lógicamente es ¿Qué tan elevado es el costo del pavimento de concreto con respecto al asfalto? Es en este punto en el que las respuestas son muy dispersas. Las encuestas realizadas muestran valores que oscilan desde 40% hasta más del 100%, todas sin un sustento técnico adecuado.

4

Se empleará la metodología AASHTO 93 para realizar el diseño de pavimentos equivalentes, tanto para asfalto como para concreto, utilizados para la comparación.

El análisis se ha realizado variando los dos factores de diseño más importantes: el tránsito y el suelo de cimentación.

Para el caso del tránsito se ha considerado evaluar el carril de diseño para valores de 150, 450, 1350, 2250, 3750 y 455 vehículos por día, para la obtención de los Ejes Equivalentes.

Para el caso del suelo se han asumido tres tipos de subrasantes de acuerdo al CBR (%): 3, 10 y 25%.

Consideraciones Generales- Pavimento de dos carriles, uno por sentido.- Diseño de 20 años.- Partidas referidas a febrero 2010.- Ancho de carril de 3.6 metros.- Coeficientes AASHTO 93: confiabilidad de 90%, índice de servicialidad final de 2.0.

Pavimento de Asfalto- Subbase granular de 30cm de espesor (CBR 40%).- Base granular de 15cm de espesor (CBR 80%).- PEN 60/70.- Índice de servicialidad inicial de 4.2.- Desviación estándar de 0.45.- Coeficientes estructurales: 0.44, 0.14 y 0.11 para la carpeta, base y subbase respectivamente.- Coeficientes de drenaje: 1.2, 1.0 y 0.8 para la carpeta, base y subbase respectivamente.

Pavimento de Concreto- Subbase granular de 30cm de espesor (CBR 40%).- Módulo de rotura a flexión de 45kg/cm2..- Índice de servicialidad inicial de 4.5.- Desviación estándar de 0.35.- Coeficiente de drenaje de 1.2.- Factor J de 3.2.

Una vez obtenidos los pavimentos equivalentes se evaluarán económicamente para obtener el costo de construcción y mantenimiento para cada alternativa.

3. COMPARACIÓN TÉCNICO – ECONÓMICOEN LAS ALTERNATIVAS DE PAVIMENTACIÓN

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Los resultados obtenidos para los espesores de carpeta de rodadura de los pavimentos equivalentes de asfalto y concreto se muestran en la siguiente matriz:

La evolución de los diseños, según las características de tránsito y suelo de cimentación se visualizan mejor en los siguientes gráficos:

Como se puede observar los pavimentos de asfalto son más susceptibles a la variación del tipo de suelo.

4. EVALUACIÓN TÉCNICA

6

Espesores de Carpetas de Rodadura (mm)

Asfalto3%

150 127152.4190.5203.2228.6241.3

76.2101.6127139.7165.1177.8

50.863.588.9114.3127139.7

170210240270290290

170200240260280280

160190230250270280

4501350225037504550

# veh pes x día /CBR Subrasante 10% 25% 3% 10% 25%

Concreto

Espesores Carpeta Asfáltica (mm)

Tránsito (Veh pesados / día)

Esp

esor

es (m

m)

150 450 1350 2250 3750

3%

127

76.2101.6

127139.7

165.1177.8

139.7127

114.3

88.963.5

50.8

152.4

190.5203.2

226.6 241.3

10%

25%

4550

Espesores Carpeta de Concreto (mm)

Tránsito (Veh pesados / día)

Esp

esor

es (m

m)

150 450 1350 2250 3750

3%

170

160190

10%

25%

4550

200210

240

230250

260

270

270 290280270

280290

5. EVALUACIÓN ECONÓMICA

A continuación se presenta el modelo económico utilizado para la comparación. En el ejemplo se comparan paquetes equivalentes con espesores de 101mm de asfalto y 200mm de concreto.

Con esta herramienta se han obtenido los resultados, considerando pavimentos equivalentes.

Adicionalmente, se ha considerado la siguiente política de conservación para ambos casos:

7

DESCRIPCIÓN DE CAPA

DESCRIPCIÓN DE CAPA UNIDAD

m3

m3

m3

m3

m3

m3

m3

CANTIDAD PU S/. COSTOX ML

S/.

ESPESOR(mm)

3.60

Base negra nivelante

Base granular

Subbase

Relleno común

TOTAL

TOTAL costo x ml x calzada

Corte a nivel de subrasante

Eliminación material excedente

Riego de liga

Base granular

Subbase

Imprimación

Carpeta Asfáltica en CalientePEN 60/70

1.00

Carpeta Asfáltica en CalientePEN 60/70 101

0

0

150300

1.98 12.51 24.82

88.69

172.17

9.38

31.3857.19

13.65

35.77

473.51

2.60

58.1052.95

3.79

2.480

0.364

3.600

0.5401.080

3.600

551

397.28

CONSTRUCCIÓN INICIALTRAMO

Ancho calzada (m)Nro de calzadas

DESCRIPCIÓN DE CAPA

DESCRIPCIÓN DE CAPA UNIDAD

m3

m3

m3

m3

m3

m3

m3

m3

m3

ml

kg

CANTIDAD PU S/. COSTOX ML

S/.

ESPESOR(mm)

3.60

Base granular

Subbase

Relleno común

TOTAL

TOTAL costo x ml x calzada

Corte a nivel de subrasante

Eliminación material excedente

Pavimentado

Alisado, acabado y curado

Subbase

Barras long. Corrugadas

Corte de juntas transversales

Sellado de juntas 2.0x1.0 cms

Dowells lisos

Canastilla

Concreto Mr 45

1.00

Carpeta de Concreto MR = 45 200

0300

0

1.80 12.51 22.52

77.26

170.18

9.72

1.2657.19

1.518.099.92

25.336.17

35.77

236.36

13.50

1.7552.95

3.053.173.88

5.307.72

2.16

0.72

0.72

0.721.08

0.502.562.56

4.780.80

550

389.15

CONSTRUCCIÓN INICIALTRAMO

Ancho calzada (m)Nro de calzadas

Long (Km)

Junta cada 4.50

0.80

0.80

0.45

0.30

A. Corrugado C (m)

Cada

A. liso (m)

Cada

11.00

TRAMO I

PAV. FLEXIBLEPERIODICIDAD: 5 AÑOS

PAV. RÍGIDOPERIODICIDAD: 5 AÑOS

Espesor del tratamiento: 0.051

0.18

3.60

0.18

101.17 18.50

9.38

86.60

114.48

2.60

473.51

0.102Espesor original

Fresado y eliminación

Riego de liga

Recapeo

DESCRIPCIÓN DE CAPA UNIDAD CANTIDAD PU S/. COSTO S/.X ML

m3

m2

m3

TRAMO I

% tratamiento de juntas 50%

-

1.28

1.28

236.36 -

2.02

4.96

6.98

1.58

3.88

Concreto Mr 45

Corte de juntas transversales

Sellado de juntas 2.0 x 1.0 cms

DESCRIPCIÓN DE CAPA UNIDAD CANTIDAD PU S/. COSTO S/.X ML

m3

ml

ml

6.1 Resultados

Para alternativas con valores de Subrasante con valores de CBR de 3% el asfalto resulta más costoso en términos de construcción, es decir costo inicial. Como puede visualizarse en la siguiente figura:

Para alternativas con valores de Subrasante con valores de CBR de 10% el asfalto y el concreto generan valores similares en términos de construcción, sin embargo, a partir de los 2000 vehículos por día el concreto resulta ventajoso en construcción inicial.

6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES

8

CBR 3%

S/.

X m

lin

eal

650

Subrasante CBR 3%

700

600

550

500

450

400

350

300

447 495400 431 477 498 498

568 593 641 498358

150 VP 450 VP 1350 VP 2250 VP 3750 VP 4550 VP

Asfalto

Concreto

S/.

X m

lin

ea

l

CBR 10%

Subrasante CBR 10%

600

550

500

450

400

350

300

350 398389 431 466 488 488

447 471 520 544358

150 VP 450 VP 1350 VP 2250 VP 3750 VP 4550 VP

Asfalto

Concreto

Para alternativas con valores de Subrasante con valores de CBR de 25% el asfalto resulta ventajoso en términos de construcción, sin embargo, a partir de los 5000 vehículos por día el concreto obtiene valores similares en construcción inicial.

6.2 Conclusiones

- Las alternativas de asfalto y concreto son tecnologías complementarias, en algunos casos una será mejor que la otra y viceversa.

- Existen mitos en relación al pavimento de concreto, paradigmas relacionados con su confort, con su construcción y con sus costos iniciales. Estos mitos deben superarse para beneficio del país.

- En términos de valores relativos de costos de construcción, ambas tecnologías de pavimentación están en el orden de +/- 15%.

- Considerando el mantenimiento como costo adicional, en periodos de 20 y 30 años el ahorro en costos totales es de 30% a favor de la alternativa de concreto.

6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES

9

S/.

X m

lin

eal

CBR 10%

Subrasante CBR 25%

500

450

400

350

300

350 398389 431 466 488 488

447 471 520 544358

150 VP 450 VP 1350 VP 2250 VP 3750 VP 4550 VP

Asfalto

Concreto