Notas
 
Instituto Mexicano del Transporte
Publicación bimestral de divulgación externa

NOTAS núm. 65, julio-agosto 2002, artículo 1
Aplicación del HDM-III a la red carretera Federal del Estado de Puebla
 

1. Generalidades.

Se ha calculado que para una adecuada conservación de la red carretera principal (federal) de México, con una extensión aproximada de 30,000 km, se requieren montos de recursos que exceden notablemente a aquéllos que tradicionalmente el Gobierno Federal ha podido asignar a esta tarea. Específicamente se le han dedicado alrededor de 180 millones de dólares anuales, cuando se estima que se requiere un presupuesto anual del orden de 610 millones de dólares para lograr un buen estado general en la red en 20 años. Debido a esto, desde la década de los 80's se utilizan cada vez con mayor frecuencia los "sistemas de administración o gestión de pavimentos", los cuales tienen como finalidad, ayudar a elaborar programas anuales de conservación que distribuyan los casi siempre limitados recursos disponibles, a las tareas que más convenga realizar.

Existen comercialmente  una gran cantidad de estos sistemas. Uno de los más empleados en los países de América Latina es el denominado "Highway Design and Maintenance (HDM-III)" elaborado por el Banco Mundial. Este sistema de administración de pavimentos se aplicó al caso de la Red Carretera Federal del Estado de Puebla.  El sistema consta fundamentalmente de dos módulos: uno, denominado HDM, el cual permite realizar análisis de factibilidad económica; y el otro, denominado “Economic Design and Maintenance (EDM)”, que permite seleccionar las alternativas más rentables en su conjunto, sujeto esto a una serie de restricciones presupuestales y de recursos en diferentes períodos de tiempo.  Dicho modelo fue seleccionado con la inquietud de investigar la conveniencia de emplear este tipo de tecnologías, así como analizar las limitantes que su aplicación pudiese tener actualmente en México, particularmente a niveles locales (estatal y municipal); así como explorar las posibilidades prácticas de utilización en México de estos sistemas y ejemplificar su uso con un caso real.

2. Información de campo de la red de carreteras federales de Puebla.

La Unidad General de Servicios Técnicos perteneciente al Centro SCT del Estado de Puebla se encargó de recopilar la información que se requirió para los análisis de este estudio.  En Puebla, la red carretera federal tiene una extensión aproximada total de 1,118 km.  Se realizó un inventario de deterioros, registrando los distintos tipos de falla (roderas, baches, grietas longitudinales, grietas transversales y otros), se muestreó la superficie de rodamiento de los tramos de la red carretera, evaluando la extensión y severidad o gravedad de las fallas en cada segmento de los distintos tramos, determinándose además un índice de la condición de pavimento.  Se obtuvo la calidad de rodamiento mediante la calificación de servicio actual (CSA), fijando como límite de rechazo el valor de CSA igual a 3.8 para permitir el análisis de un mayor número de tramos.  Se obtuvo información de tránsito que permitió identificar dentro de cada tramo, los subtramos con diferente nivel de tránsito.  De lo anterior, se definieron 42 proyectos que guardaban relativa homogeneidad tanto en términos de nivel de tránsito como de estado superficial (CSA).  Para obtener las propiedades estructurales y deflexiones se midieron segmentos de 5 km utilizando Viga Benkelman.  Como el HDM requiere sólo el espesor de la capa superficial y el Valor Relativo de Soporte (VRS) de la subrasante, permitió establecer cinco secciones representativas de los 42 proyectos; sin embargo, para cada proyecto, se obtuvo la información de las distintas capas.

3. Aplicación del modelo HDM-III.

Este modelo permite analizar la factibilidad económica de una serie de alternativas posibles de mantenimiento para los diferentes componentes de la red (segmentos).  A partir de estos análisis, se hacen evidentes las estrategias de conservación más convenientes para cada segmento.  La especificación de un problema en el HDM se realiza a través de 11 series de datos de entrada (denominadas con las letras "A" a "K").  La tabla 1 indica la información que se almacena en cada una de ellas.

TABLA 1.
Serie de datos de entrada

SERIE

INFORMACION

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

Características de los Segmentos

Alternativas de Construcción

Alternativas de Mantenimiento

Características de los Vehículos

Datos de Tránsito

Costos de exógenos o Beneficios

Alternativas de los segmentos

Alternativas de Grupos

Reportes Deseados

Comparación de Alternativas

Control de la Corrida

 

A continuación se describe brevemente sólo la información a que se refiere cada serie aplicable a la red del Estado de Puebla.

Con respecto a las características de los segmentos, éstas se ingresaron al HDM por medio de dos formatos: el primero se refiere a la identificación y descripción general; en el segundo se proporcionan las características de los proyectos incluyendo aspectos ambientales (precipitación pluvial y altura sobre el nivel del mar), propiedades geométricas (curvatura promedio horizontal y vertical, sobreelevación, anchos de sección de circulación y acotamientos), tipo y espesor de la capa superficial (extensión y severidad de los tipos de falla y calificación de servicio o rugosidad).

En las alternativas de mantenimiento se ingresó información referente a las opciones de conservación a considerar para las secciones (o proyectos) y sus costos, realizando la especificación a través de dos formatos, en el primero se especifican los costos unitarios de ocho operaciones individuales de conservación para secciones pavimentadas, en el segundo se especifican una serie de estándares de conservación, señalando al programa las operaciones individuales que cada uno de ellos incluye.  El modelo evalúa la factibilidad económica de aplicar estos estándares a cada proyecto, con el fin de identificar el más conveniente para cada uno de ellos. En el problema particular que se aborda, se consideraron los siguientes cuatro estándares de conservación:

         I.            Afrontar el período de análisis (15 años en este caso) mediante mantenimiento rutinario, la realización de bacheo cuando se produzcan agujeros en la carpeta y la reconstrucción (desde la base) cuando se alcance una calificación de servicio actual (CSA) de 1.

       II.            Lo mismo anterior, pero ahora añadiendo la colocación de riegos  de sello a los primeros signos de agrietamiento o desprendimiento del agregado de la carpeta.

      III.            Lo mismo que en (I), pero ahora añadiendo la realización de reni-velación y riego de sello (ó 15 cm de recuperación) cuando la superficie alcance una CSA de 3.

   IV.            Lo mismo que en (I), añadiendo ahora la colocación de una sobrecarpeta de 5 cm de espesor cuando la superficie alcance una CSA de 2.

Respecto a los vehículos, se ingresaron las características operativas (tipo de vehículo, peso bruto vehicular, coeficientes de daños, carga útil, etc.) y costos de los grupos de vehículos (costo inicial, costo de llantas, combustibles, lubricantes, etc.) que, en proporción e intensidad diferentes, circulan por las secciones, la cual permite al programa calcular los costos por kilómetro de operación de los distintos grupos vehiculares.

En el Formato de datos de tránsito se ingresa el flujo diario promedio anual de los diferentes tipos de vehículos, así como su tasa de crecimiento anual aplicable al período de análisis (15 años).

Mediante la comparación de alternativas se solicitan al programa otros reportes relacionados con la secuencia de costos anuales (de conservación, operación vehicular y suma de ambos) para las alternativas de secciones o alternativas de grupos; asimismo, se indican las comparaciones económicas deseadas entre alternativas.

El control de la corrida se utiliza principalmente para la detección de errores en los datos, así como para controlar la impresión de la información de salida y la preparación de datos para el módulo EDM.

4. Análisis de resultados.

Como el HDM sólo acepta un máximo de 20 grupos por corrida, se decidió realizar seis corridas (siete proyectos por corrida).  En el análisis se incluyó una evaluación a nivel de planeación, determinándose los presupuestos anuales de conservación requeridos y los tramos en que deberá actuarse cada año.  Básicamente lo que el modelo realizó en cada proyecto o sección, para cada uno de los cuatro estándares de mantenimiento, fue el momento en que cualquiera de las operaciones de conservación de ellos sería aplicable.  De esta manera, para cada estándar, determinó los costos en cada uno de los 15 años del período de análisis, por los siguientes conceptos:

·        Acciones de conservación preventiva y correctiva.

·        Acciones de mantenimiento rutinario (incluye bacheo y no se considera el mantenimiento rutinario de las obras de drenaje).

·        Operación vehicular.

·        Totales (o suma de los anteriores).

Asimismo, para cada uno de los rubros anteriores, determinó la suma de costos descontados para el período de análisis, considerando tasas de descuento de 0, 8, 12 y 20%.

En la Tabla 2 se resumen algunos resultados generales relevantes obtenidos de la aplicación del HDM. La columna 9 de la tabla se refiere al costo total del estándar de conservación que, para cada proyecto, resultó con menor valor de ese parámetro (en algunos casos, es mas de uno).  A partir de la Tabla 2 se observaron las siguientes tendencias generales:

TABLA 2.
Algunos resultados del HDM, tasa anual de descuento del 8%

Corrida

No. de Proyecto

CSA

TDPA

Tipo de Estándar

Suma de costos descontados (millones de dólares)

MPC

MR

CO

CT

 

10

2.18

650

1 ó 2

0.000

0.106

4.698

4.804

 

9

2.20

650

1 ó 2

0.000

0.032

5.262

5.294

 

39

2.46

8445

4

0.562

0.030

125.342

125.934

1

37

2.48

879

1,2 ó 4

0.000

1.132

86.930

88.062

 

38

2.51

4941

4

1.572

0.210

235.717

237.499

 

41

2.55

2787

4

1.098

0.546

234.985

236.629

 

42

2.58

2509

1,2 ó 4

0.000

0.270

126.491

126.761

 

34

2.58

13645

4

2.904

0.174

877.724

880.802

 

33

2.62

22829

4

1.816

0.060

599.519

601.395

 

14

2.67

2785

4

0.878

0.308

213.942

215.128

2

40

2.71

6067

4

3.994

0.152

596.668

600.814

 

31

2.73

14036

4

0.244

0.008

58.700

58.952

 

32

2.74

4655

4

0.216

0.056

56.732

57.004

 

35

2.76

6815

4

1.706

0.128

465.852

467.686

 

26

2.77

3777

4

1.438

0.078

120.765

122.281

 

29

15

2.78

2.82

17021

1422

4

1,2 ó 4

0.992

0.000

0.028

0.244

212.312

115.498

213.332

115.742

3

3

2.82

18491

4

0.410

0.032

240.147

240.589

 

2

2.84

10014

4

1.790

0.110

433.452

435.352

 

17

2.85

1422

2

0.580

0.076

50.308

50.964

 

5

2.86

3115

4

0.764

0.162

119.928

120.854

 

1

2.87

2743

4

0.880

0.104

111.075

112.059

 

12

2.88

13004

3

4.326

0.104

305.977

310.47

 

19

2.90

1934

1

0.000

0.508

59.118

59.176

4

22

2.92

4791

4

6.372

0.274

561.268

567.914

 

36

2.92

9476

4

0.668

0.060

315.134

315.862

 

23

2.95

650

1

0.000

0.022

7.729

7.751

 

25

2.97

7176

4

0.648

0.030

121.362

122.040

 

24

3.00

4791

4

0.916

0.048

124.901

125.865

 

16

3.06

1422

1

0.000

0.062

49.347

49.409

 

18

3.20

4960

4

0.720

0.094

235.588

236.402

5

21

3.22

4791

4

1.748

0.090

237.834

239.672

 

20

3.33

4581

4

2.106

0.168

459.222

461.496

 

27

3.43

3777

4

1.008

0.034

68.397

69.439

 

8

3.44

650

1 ó 2

0.000

0.036

12.458

12.494

 

30

3.48

11651

4

0.280

0.014

89.974

90.268

 

28

3.68

8652

2

3.022

0.084

400.496

403.602

 

13

3.72

8902

2

1.976

0.110

489.254

491.340

6

4

3.74

3115

2

2.586

0.148

231.396

234.130

 

7

3.83

6613

2

2.366

0.202

744.286

746.854

 

6

3.91

9079

2

1.906

0.106

492.986

494.998

 

11

4.60

25602

3

4.326

0.044

431.561

435.931

Nota:
CSA = Calificación del Servicio Actual;  TDPA = Tránsito Diario Promedio Anual;
MPC = Mantenimiento Preventivo y Correctivo;  CO = Costos de Operación;
MR = Mantenimiento Rutinario (Bacheo);  CT = Costos Totales

 

 

·        En todos los casos, el costo de operación vehicular prevaleció muy por encima de los costos de conservación (preventiva y correctiva o de mantenimientos rutinario), constituyendo por tal razón la mayor parte del costo total.

·        En la mayoría de los proyectos, la aplicación del estándar de conservación número IV, resultó más conveniente, ya que fue el que mantiene la mejor condición superficial en las secciones durante el período de análisis, con lo cual produce los menores costos de operación vehicular.

·        El estándar I (de mínima inversión) sólo resulta más conveniente en el caso de secciones con bajo tránsito, en relativamente buen estado.

·        Es particularmente interesante que el estándar de conservación II, que se considera una política de mantenimiento preventivo, resultó más conveniente que los otros, en el caso de secciones en buen estado con intensidades de tránsito de medianas a elevadas.

Los resultados anteriores sólo son elementos de política general y de planeación preliminar a nivel de red y de ninguna manera deben considerarse como definitivos para aplicarse en cada caso.

Ellos son aplicables a este nivel sólo con fines de determinación de presupuestos requeridos; las acciones definitivas a emprender deben determinarse a partir de análisis a nivel de proyecto.

Según información proporcionada por el Centro SCT del Estado de Puebla, en los últimos dos años se han destinado presupuestos anuales del orden de 1,800 dólares por kilómetro al mantenimiento rutinario y 7,000 dólares por kilómetro a la conservación preventiva y correctiva (2,700 para conservación periódica y 4,300 para reconstrucción). Las cifras anteriores hacen montos anuales del orden de 2.0 y 7.9 millones de dólares, respectivamente, para la red considerada de 1,118 kilómetros.

En la Tabla 3 se muestra información sobre los montos anuales requeridos para conservación preventiva y correctiva.  En ella se indican los proyectos en que deberá realizarse este tipo de acciones para cada uno de los años del período de análisis así como sus montos no-descontados correspondientes.  Se observa en la tercera columna de la tabla que habrán de realizarse acciones de conservación preventiva y correctiva en una longitud total de 5,390 km.  De la última columna se aprecia que se requerirán invertir 120 millones de dólares (no descontados) en este tipo de acciones durante los 15 años del período de análisis.

TABLA 3 
Recursos anuales requeridos para conservación
preventiva y correctiva (no descontados)

Año

No. de Proyectos a realizar

Longitud estimada (KM)

Costo Total (millones de dólares)

1996

11

341.9

4.182

1997

10

334.3

4.698

1998

13

425.2

13.158

1999

12

366.3

8.416

2000

11

351.0

6.160

2001

14

364.4

9.226

2002

11

380.0

6.472

2003

15

220.0

9.146

2004

13

471.7

11.480

2005

12

370.0

7.298

2006

12

367.5

7.050

2007

10

333.6

3.492

2008

14

329.3

11.736

2009

14

298.6

8.502

2010

12

436.6

6.944

 

Total

5390.0

119.96

 

Reiterando que los montos anuales valuados a partir del análisis a nivel de red deben servir de base en el proceso de gestión para la consecución de los mismos.  Una vez logrados éstos, deberá procederse a la realización de los proyectos definitivos, considerando ahora la restricción de los montos conseguidos.

5. Conclusiones y recomendaciones.

De la red carretera del Estado de Puebla analizada el 61.2% de los segmentos en que se dividió se encuentra en una condición regular, el 38.4% en estado bueno y solamente el 0.4% en condiciones muy buenas; éstos, en relación con el confort y comodidad ofrecidos a los usuarios.  De lo anterior la red estudiada se encuentra, en general, en condiciones aceptables.

·        Se observó que la red atraviesa por problemas de sobrecarga en los vehículos de carga, teniéndose unidades en esta condición con pesos que van desde 20 ton para el C2 hasta 80 ton para el T3-S2-R4, así como una participación de éstos en las vías de estudio que oscila entre el 3% para el C2 y el 48% para el T3-S3.

·        Los proyectos en mejor condición actual son los de mayor tránsito.  Esto quizá se deba a que en el pasado se hayan dedicado los mayores presupuestos a estos segmentos.

·        El costo de operación vehicular es generalmente mayor que los de mantenimiento preventivo y rutinario.

·        En la mayoría de los proyectos, la aplicación del estándar de conservación IV (mantenimiento rutinario y una sobrecarpeta de 5 cm) resultó la alternativa más conveniente, debido a que se producen menores costos de operación vehicular que son los que predominan en el costo total.  La alternativa I (mantenimiento rutinario) es la más conveniente en el caso de secciones con tránsito bajo, en buen estado.  Es muy interesante que la alternativa correspondiente a mantenimiento preventivo resultó ser la más conveniente para buenos niveles de servicio y para tránsito de medianos a elevados.  Esto señala la conveniencia económica de actuar oportunamente en caminos en estas condiciones.

·        Los análisis realizados muestran evidencias de que los recursos asignados actualmente a mantenimiento rutinario parecen ser holgados en tanto que aquéllos destinados a mantenimiento preventivo y correctivo son insuficientes algunos años.  En consecuencia, cualquiera de los siguientes cursos de acción parecen hipotéticamente razonables cuando estos recursos sean insuficientes; (I) reasignar a conservación preventiva y correctiva parte de los recursos actualmente asignados a mantenimiento rutinario, (II) incrementar los recursos destinados a la primera, y (III) redistribuir los recursos asignados a este tipo de conservación entre los años (asignando los excedentes de los años con "superávit" a los años con "déficit").

·        Los análisis indicados mostrados corresponden a un nivel de red, los montos anuales obtenidos para los diferentes segmentos deben servir de base en el proceso de gestión de recursos.  Una vez conseguidos éstos, deberá procederse a la realización de los proyectos definitivos, considerando ahora la restricción de los montos realmente obtenidos.

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*  Síntesis del documento: MENDOZA DÍAZ Alberto; Emilio MAYORAL GRAJEDA, “Aplicación del HDM-III a la red carretera federal del Estado de Puebla”, Publicación Técnica N° 164, Instituto Mexicano del Transporte, Sanfandila, Qro., México, 2001.

 



Alberto Mendoza Díaz, Coordinador de Seguridad y Operación del Transporte del IMT
Emilio Mayoral Grajeda, Investigador del IMT
 

 

 
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