Este artículo presenta los resultados de un estudio realizado en el Instituto Mexicano del Transporte dirigido a orientar la administración de la conservación de la red nacional de carreteras y a proporcionar algunos elementos que sirvan de guía a los diseñadores de caminos en la selección del nivel de calidad inicial del pavimento y de su resistencia estructural. Las acciones de conservación a las que este artículo se refiere son aquéllas que impactan significativamente el comportamiento de los pavimentos; por lo tanto, se refieren a trabajos de rehabilitación y refuerzo de los caminos; por la misma razón, no incluyen acciones de mantenimiento rutinario.

Definición del problema

El problema se plantea con las siguientes preguntas que se tratan de contestar:

• Basado en conceptos del ciclo de vida de los pavimentos, ¿cuál es el valor óptimo de nivel mínimo de calidad superficial para carreteras de diferente importancia económica y cuál es la frecuencia óptima de los trabajos de conservación?
• Para distintos niveles aceptados de los parámetros anteriores, ¿cuál es la magnitud de los distintos costos en que se incurre (de mantenimiento, de operación vehicular y total) durante un cierto periodo de análisis?

Esta nota describe brevemente los análisis realizados para condiciones de pavimento y tránsito que cubren prácticamente todas las situaciones existentes en la red mexicana. Cada situación, analiza un kilómetro de sección con condiciones específicas de estructura del pavimento, tránsito diario promedio anual (TDPA) e índice de servicio (medido en términos del Indice Internacional de Rugosidad, IIR). Para cada situación considerada, se estudian las tres alternativas de conservación mostradas en la Figura 1, durante un periodo de análisis de 15 años. La primera alternativa asume que se interviene cada 5 años. La segunda contempla una sola intervención, al inicio del primer año del periodo de análisis. La tercera alternativa es la de "no intervención"; esto es, sólo se considera que existe mantenimiento de rutina.

La Figura 1 muestra también tres tipos de Indice Internacional de Rugosidad considerados en el estudio. El primero, el Indice Internacional de Rugosidad actual (IIRa), es el IIR antes de la acción inicial de mantenimiento. El segundo se refiere al IIR alcanzado inmediatamente después de cada intervención (IIRi). El tercero es el IIR máximo tolerado (nivel de servicio mínimo), al final de cada periodo de comportamiento (IIRf).

Figura 1. Perfiles para las tres estrategias de mantenimiento consideradas.

---

Información inicial

Sección transversal. Se consideraron 5 tipos de secciones estructurales, con espesor y valor relativo de soporte que son representativos de la mayoría de las carreteras nacionales.

Tránsito Diario Promedio Anual (TDPA). Se consideraron niveles de tránsito al inicio del periodo de análisis, desde 500 hasta 20,000 veh/día; se asumió una tasa de crecimiento media anual de 3%; se consideró una composición vehicular de 30% de automóviles, 10% de autobuses y 30% distribuido entre los 5 tipos de vehículos de carga más frecuentemente utilizados en México. Para cada tipo de vehículo se calculó su número de ejes equivalentes, considerando la distribución de frecuencias de su peso realmente observada en las carreteras.

Indice Internacional de Rugosidad actual (IIRa). Se consideraron los siguientes tres IIRa (antes del mantenimiento inicial): IIRa= 4, 7 y 10 (m/km).

Indice Internacional de Rugosidad inicial (IIRi). Se consideró que las acciones de conservación mejorarían el IIR a una condición igual a 2 (IIRi= 2).

Indice Internacional de Rugosidad final (IIRf). Se consideraron tres niveles mínimos de calidad: IIRf= 3, 5 y 7 (m/km).

Períodos de Intervención. Se consideraron períodos de intervención a cada 5 años, a cada 15 años y la alternativa de "no intervención".

Las combinaciones de los diferentes niveles de los parámetros anteriores dieron lugar a una serie de casos, para cada uno de los cuales se realizó un análisis económico.

Análisis económico

Para las tres alternativas de conservación (cada 5 años, cada 15 años y alternativa de "no intervención") de cada situación considerada, se calcularon los costos anuales de mantenimiento, de operación vehicular y total (suma de los dos primeros) durante el periodo de análisis. Los valores anuales de estos costos fueron descontados y acumulados para obtener el valor total actualizado de cada alternativa. La información así generada ayudó a responder las preguntas inicialmente planteadas.

Resultados relevantes

Efecto del IIRa en el costo total

Según los análisis realizados, el costo total no se ve afectado por el estado superficial actual; este factor sólo incide en el costo inicial de conservación, pero éste no representa una parte importante del costo total, para los distintos valores de IIRa (4, 7 y 10).

Otro resultado importante es que para bajos volúmenes de tránsito, la estrategia de mantenimiento más conveniente consiste en permitir que el camino se deteriore hasta un cierto nivel considerable (IIRf=7); además, la intervención en períodos prolongados (cada 15 años) produce el menor costo total. Alternativamente, para volúmenes altos, la estrategia óptima consiste en evitar que el pavimento se deteriore más allá de un cierto nivel representativo de un buen estado (IIRf=3); en este caso, la intervención en períodos prolongados, también es más económica.

Efecto del IIRf en el costo total

Los análisis realizados permiten recomendar los niveles mínimos de calidad que pueden tolerarse, en función de la importancia económica de las carreteras:

• Los caminos de alta importancia económica (TDPA actual mayor o igual a 3,000 veh/día) no deben dejarse deteriorar más allá de un IIRf de 3.
• En carreteras de baja importancia económica (TDPA actual menor de 500 veh/día), el IIRf no debe ser mayor a 7.
• En caminos de importancia económica intermedia, la calidad mínima permitida puede fijarse entre los valores IIRf=3 y 7; por ejemplo: IIRf=6 para un TDPA actual entre 500 y 1,500 veh/día, IIRf=5 para TDPA entre 1,500 y 2,000 veh/día, y IIRf=4 para un TDPA entre 2,000 y 3,000 veh/día.

Obviamente, los recursos disponibles son una restricción para alcanzar simultáneamente los niveles de calidad recomendados en toda la red carretera; por lo tanto, el logro de esta meta debe buscarse a través de un programa de mediano o largo plazo que permita mejorar la condición de algunos tramos cada año. Las metas de niveles de calidad deseables antes indicadas, asignarán más inversión a la conservación de los tramos de mayor importancia económica.

Costos de conservación

Los análisis muestran que con el objeto de tener menores costos de mantenimiento durante la vida del pavimento, las carreteras deben ser dotadas de una estructura inicial fuerte. Asimismo, para los niveles óptimos de calidad antes recomendados para cada caso, la alternativa de intervención cada 15 años es la que proporciona el menor costo de conservación durante el periodo de análisis.

Costos de operación vehicular

Los costos de operación vehicular dependen básicamente del nivel de calidad y de las características del tránsito (intensidad y composición). Para iguales niveles de calidad final (IIRf), la alternativa que representa acciones de menor magnitud y mayor frecuencia (cada 5 años), genera siempre mayores costos de operación vehicular durante el periodo de análisis, con respecto a la alternativa de acciones de mayor envergadura y menor frecuencia (cada 15 años). El nivel de calidad mínimo permitido (IIRf) tiene un impacto significativo en el costo de operación durante el periodo de análisis (decrece aproximadamente 20% si el IIRf decrece de 7 a 3).

Conclusiones

Este trabajo aporta evidencias cuantitativas de que la estrategia más recomendable en carreteras de alta importancia económica consiste en proveerlas de una estructura inicial fuerte, que evite tener frecuentes e importantes acciones de mantenimiento durante su vida; además, la superficie de estas carreteras deben mantenerse permanentemente por encima de un muy buen nivel de calidad mínimo. Algunas consideraciones de este tipo son las que justifican la construcción de pavimentos rígidos en los corredores de mayor importancia económica de la red nacional.

En el caso de carreteras de baja importancia económica, la estrategia preferible consiste en dotarlas de estructuras iniciales menos fuertes, que requieran acciones de conservación más frecuentes durante su vida; asimismo, la superficie de estas carreteras puede dejarse deteriorar hasta IIRf mayores.