Volumen 4.pdf

Acerca de este manual Esta versión 1.0 del Marco analítico y descripciones de modelos describe el marco analítico y las relaciones técnicas de los objetos contenidos dentro del modelo HDM-4. Contiene un abarcador material de referencia que describe en detalle las características de modelización y estrategia incorporadas en HDM-4. Será de gran utilidad para los expertos y/o especialistas que tengan como objetivo desarrollar estudios detallados para alguna organización de gestión de carreteras. El Marco analítico y descripciones de modelos es uno de los cinco manuales del paquete de documentación de HDM-4 (ver Figura 1).

Visión general HDM-4 Overview of de HDM-4 Volumen Volume 1

GuíaSoftware del usuario delGuide software User Volumen Volume 3

Guía de aplicaciones Applications Guide Volumen Volume 2

Marco analítico y Analytical Framework and descripciones de modelos Model Descriptions Volumen Volume 4

Guía de calibración y adaptación A Guide to Calibration and Adaptation Volumen Volume55 Figura 1 Paquete de documentación de HDM-4 El paquete comprende: n

Visión general de HDM-4 (Volumen 1)

Un corto resumen que describe el sistema de HDM-4. Se recomienda su uso a todos los lectores nuevos de HDM-4, Particularmente a los relacionados con los altos niveles gerenciales dentro de una administración de carreteras. n

Guía de aplicaciones (Volumen 2)

Es una guía orientativa, que describe ejemplos típicos de análisis. De gran utilidad para los usuarios frecuentes que deseen saber como realizar una tarea o desarrollar un estudio. .

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

i

ACERCA DE ESTE MANUAL n

Guía del usuario del software (Volumen 3)

Describe el software de HDM-4. Es un documento de propósito general que provee una guía para el mejor entendimiento del software. n

Marco analítico y descripciones de modelos (Volumen 4)

Describe el marco analítico y las relaciones técnicas entre los objetos dentro del modelo HDM-4. Contiene un material de referencia comprensivo que describe en detalle las características de la modelización y de la estrategia incorporadas en HDM-4. Será de mucho uso para los expertos que tengan como objetivo llevar a cabo un detallado estudio para la organización y gestión de una carretera. n

Guía de calibración y adaptación (Volumen 5)

Sugiere métodos para la calibración y adaptación de modelos HDM (para su uso en HDM-III y HDM-4), adaptados a las condiciones locales existentes en diferentes países. Explica como calibrar HDM-4 a partir de sus diferentes factores de calibración. Se recomienda el uso de esta guía a usuarios experimentados que deseen entender, en detalle, los marcos y modelos construidos en el sistema HDM-4. Notas: 1

Los volúmenes 1, 2 y 3 están diseñados para el usuario general.

2

Los volúmenes 4 y 5 serán de gran ayuda para los usuarios expertos que desean obtener un mayor nivel técnico. No obstante, el volumen 5, en particular, presenta conceptos muy importantes que serán de interés para todos los usuarios.

Estructura del Marco analítico y descripciones de modelos La información en el Marco analítico y descripciones de modelos está estructurada en nueve partes (ver Figura 2).

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

ii

ACERCA DE ESTE MANUAL

Marco análitico y Analytical Framework descripciones de and Model modelos Descriptions

Introducción Introduction Parte A Part A

Tráfico Traffic Parte B Part B

Modelo RD RD Model Parte Part C

Modelo WE WE Model Parte D Part D

RD = Deterioro de la carretera

Modelo RUE RUE Model Parte E Part E

Modelo SEE SEE Model Parte F Part F

Análisis económico Economic Analysis Parte G Part G

WE = Efectos de los trabajos sobre la carretera

Nomenclatura Nomenclature Parte H Part H

RUE = Efectos sobre los usuarios de la carretera SEE = Efectos sociales y medioambientales

Glosario Glossary Parte I Part I

Figura 2 Documentación del Marco analítico y descripciones de modelos Las nueve partes del Marco analítico y descripciones de modelos contienen la siguiente información: n

Parte A - Introducción

Ofrece una visión general del Marco analítico y descripciones de modelos. n

Parte B - Tráfico

Describe las características del tráfico usadas en HDM-4 y ofrece detalles de los datos del tráfico que se requieren. n

Parte C – Modelos del deterioro de la carretera ο

C1 Conceptos de modelización y acceso Describe los tipos de firme modelizados en HDM-4 y las posibles combinaciones de tipos de firme y tipos de bases. Se detallan las variables clave que afectan al deterioro, las cuales incluyen los efectos del clima y del ambiente, el tráfico y el historial del firme.

ο

C2 Firmes bituminosos Describe las especificaciones usadas en los modelos de firmes bituminosos (Deterioro de la carretera). Provee una detallada explicación de los materiales del firme, del comportamiento de la capa, de los peligros de la capa, de la resistencia del firme y de la calidad de la construcción.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

iii

ACERCA DE ESTE MANUAL ο

C3 Firmes de hormigón Describe las especificaciones usadas para modelizar firmes rígidos de hormigón (o Pórtland). Incluye detalles de los diferentes tipos de construcción de firmes rígidos de hormigón, modelizados en HDM-4.

ο

C4 Carreteras sin sellar Detalla las especificaciones usadas en los modelos de deterioro de carreteras sin sellar. Provee una visión general de la lógica de la modelización del deterioro de carreteras de HDM-4, y las relaciones y los valores de coeficiente predefinidos para cada uno de los deterioros modelizados.

n

Parte D – Efectos de los trabajos sobre la carretera ο

D1 Tipos de trabajos Describe los tipos de trabajo y sus efectos en los firmes de la carretera, incluyendo el cálculo de sus cantidades físicas y sus correspondientes costes. Los tres tipos de firme considerados son:

ο

1

Firmes bituminosos (ver capítulo D2)

2

Firmes de hormigón (ver capítulo D3)

3

Carreteras sin sellar (ver capítulo D4)

D2 Firmes bituminosos Describe la modelización detallada de los Efectos de los trabajos sobre la carretera para firmes bituminosos. Incluye métodos de definición de trabajo y criterios de intervención, el cálculo de las cantidades físicas de los trabajos y sus correspondientes costes y los efectos de los trabajos en las características del firme y en los usuarios de la carretera. Los trabajos se agrupan en las siguientes clases:

ο

§

Rutina de conservación

§

Conservación periódica

§

Trabajos especiales

§

Trabajos de mejora

§

Trabajos de construcción

D3 Firmes de hormigón Describe la modelización detallada de Efectos de los trabajos sobre la carretera para firmes de hormigón. Incluye métodos de definición de trabajos (conservación y rehabilitación) y criterios de intervención, así como la clasificación de los mismos. Se analizan los siguientes tres tipos de firme: 1

Firmes de hormigón con juntas sencillas

2

Firmes de hormigón con juntas reforzadas

3

Firmes de hormigón continuamente reforzados

Se realizan las siguientes clases de trabajo: §

Rutina de conservación

§

Restauraciones

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

iv

ACERCA DE ESTE MANUAL

ο

§

Relleno

§

Reconstrucción

D4 Carreteras sin sellar Describe la modelización detallada de los efectos de los trabajos sobre las carreteras sin sellar, incluyendo los métodos de definición de los trabajos y los criterios de intervención, el cálculo de cantidades físicas de los mismos y sus correspondientes costes, así como la modelización de los efectos de los trabajos en las características del firme y en los usuarios de la carretera. Los trabajos sobre carreteras sin sellar se agrupan en las siguientes clases:

n

§

Conservación

§

Trabajos de mejora

§

Trabajos de construcción

Parte E – Efectos sobre los usuarios de la carretera ο

E1 Introducción Provee una visión general de la implementación de los modelos de los Efectos sobre los usuarios de la carretera (RUE) calculando los costes de la circulación de los vehículos y el tiempo de trayecto, incluyendo una revisión del marco representativo de vehículos de HDM-4 y de los tipos de vehículos representativos predefinidos.

ο

E2 Velocidad de los vehículos y costes de circulación Describe la implantación de los modelos de los Efectos sobre los usuarios de la carretera (RUE) calculando las velocidades de los vehículos motorizados, los costes de circulación y los tiempos de trayecto. Ofrece una visión general de la lógica y los conceptos de la modelización, las relaciones usadas y los parámetros predefinidos para cada componente de los RUE.

ο

E3 Transporte no motorizado Se detalla el uso de modos de transporte no motorizado y su efecto sobre el transporte motorizado, así como el impacto del transporte no motorizado en los otros usuarios y en las características de la carretera.

ο

E4 Seguridad en la carretera Describe la implantación de modelos de seguridad a través de una serie de tablas de referencia de accidentes con unos costes definidos por el usuario.

n

Parte F – Efectos sociales y medioambientales ο

F1 Introducción Ofrece una visión general de la lógica de modelización usada para cuantificar la energía consumida por los vehículos motorizados y no motorizados junto con las emisiones producidas por los vehículos motorizados.

ο

F2 Análisis de balance de energía Describe las implicaciones de la energía en los proyectos y políticas de alternativas de transporte. Los modelos evalúan separadamente el consumo global y nacional de energía no renovable usada por vehículos motorizados, el consumo de energía renovable usada por los vehículos no motorizados y la energía usada en los trabajos de la carretera.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

v

ACERCA DE ESTE MANUAL ο

F3 Emisiones de los vehículos Describe los modelos usados para cuantificar las emisiones de los vehículos. Este documento presenta los modelos de emisiones junto con los parámetros predefinidos para los 16 tipos de vehículos estándar. Se ofrecen también los detalles de los datos de entrada y de los informes de salida.

n

Parte G – Análisis económico

Describe como los flujos de costes anuales calculados por los componentes de HDM-4 se comparan para determinar los beneficios y los costes asociados a la inversión de la carretera. Métodos de descuento estándar se aplican para calcular los indicadores económicos clave, tales como valor actual neto, tasas internas de reembolso y relaciones beneficios/costes. Se describen también métodos de optimización de la inversión. n

Parte H Nomenclatura

Ofrece detalles de las unidades y los sistemas de numeración usados en el paquete de documentación de HDM-4. n

Parte I Glosario

Provee descripciones de terminología usadas en el paquete de documentación de HDM-4.

Productos ISOHDM Los productos del International Study of Highway Development and Management Tools (ISOHDM) incluyen, en el paquete de software de HDM-4, la base de datos de ejemplos de estudio de casos asociados y la colección de guías y manuales de referencia Highway Development and Management Series. Este volumen es parte de esta colección de documentos.

Servicio al cliente Si encontrase cualquier dificultad con la información provista en este paquete, por favor, no dude en informarnos los detalles del problema con el que se esté enfrentando. Envíe por email o por fax, una copia de la página del manual con sus anotaciones a los números provistos más abajo. La secretaría técnica de ISOHDM recibirá con mucho agrado cualquier comentario o sugerencia de los usuarios de HDM-4. Los comentarios sobre el Marco analítico y descripciones de modelos deberán ser enviados a las siguientes direcciones: E-mail:

[email protected]

Tel: Fax:

+44 - 121 - 414 6717 (o 5049) +44 - 121 - 414 3675 (o 5060)

Correo :

ISOHDM Technical Secretariat. School of Civil Engineering The University of Birmingham Edgbaston Birmingham B15 2TT United Kingdom

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

vi

ACERCA DE ESTE MANUAL

Versión Esta es la primera edición formal (Versión 1.0) de la documentación de HDM-4. Es importante hacer constar que esta versión del Marco analítico y descripciones de modelos incluye los siguientes cambios sobre la primera edición de la Versión 1.0: ο

Parte B - Tráfico Se han hecho cambios a las especificaciones del crecimiento del tráfico generado, ver sección 4.2.3.

ο

Parte E3 – Transporte no motorizado Se han hecho modificaciones a las relaciones para las predicciones de la velocidad del tráfico no motorizado (TNM), ver sección 4.3 y 4.4. Las mismas incluyen nuevos valores predefinidos para el modelo de coeficiente añadido del componente de velocidad dependiente de la pendiente.

Los cambios anteriores se han implantado en la Versión 1.1 del software HDM-4. Por lo tanto, los pies de la Parte B y de la Parte E3 han cambiado a Versión 1.1.

Documentación relacionada Documentos HDM-4: La Highway Development and Management Series Collection es ISBN: 2-84060-058-7, y comprende: Volumen 1 - Visión general de HDM-4, ISBN: 2-84060-059-5 Volumen 2 – Guía de aplicaciones, ISBN: 2-84060-060-9 Volumen 3 – Guía del usuario del software, ISBN: 2-84060-061-7 Volumen 4 - Marco analítico y descripciones de modelos, ISBN: 2-84060-062-5 Volumen 5 – Guía de calibración y adaptación, ISBN: 2-84060-063-3

Documentación futura Los siguientes documentos se añadirán en una próxima versión:: Volumen 6 – Modelización de los efectos del deterioro y de los trabajos, ISBN: 2-84060-102-8 Volumen 7 – Modelización de los efectos sobre los usuarios de la carretera y sobre el medio ambiente, ISBN: 2-84060-103-6

Manuales de terminología PIARC Lexicon of Road and Traffic Engineering - First edition. Permanent International Association of Road Congresses (PIARC), Paris 1991. ISBN: 2-84060-000-5 Technical Dictionary of Road Terms - Seventh edition, English - French. PIARC Commission on Terminology, Paris 1997. ISBN: 2-84060-053-6

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

vii

ACERCA DE ESTE MANUAL

Información general Puede obtener más detalles de HDM-4 en: n

ISOHDM Technical Secretariat School of Civil Engineering The University of Birmingham Edgbaston Birmingham B15 2TT England Tel: +44 - 121 - 414 6717 (o 5049) Fax: +44 - 121 - 414 3675 (o 5060) E-mail: [email protected] Web: http://www.bham.ac.uk/isohdm

n

ISOHDM Project Co-ordinator The World Road Association (PIARC) La Grande Arche Paroi Nord, niveau 8 92055 La Defénse Cedex France Tel: +33 1 41 02 05 84 Fax: +33 1 49 00 02 02 E-mail: [email protected] Web: http://hdm4.piarc.org

Agradecimientos Los autores desean expresar su agradecimiento a todos aquellos que han contribuido al desarrollo de este manual, en particular, pero no limitándose a ello, a las siguientes personas:

Deterioro de la carretera y efectos de los trabajos n

William D.O. Paterson of the World Bank Contributed to bituminous pavements and unsealed roads.

n

Greg Morosiuk of Transport Research Laboratory (UK) Managed the bituminous pavements RD specifications.

n

Michael J. Riley (UK) Contributed to bituminous pavements RD and WE specifications.

n

Juan-Pablo Covarrubias of the Inter-American Federation of Cement Producers (FICEM) Managed the development of RD and WE models for concrete pavements.

n

Peter Cenek of Opus International Consultants (NZ) Contributed to pavement texture modelling.

n

Richard Robinson (UK)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

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ACERCA DE ESTE MANUAL

Contributed to the classification of roadworks. n

Lennart Djarf of Swedish Road and Transport Research Institute (VTI) Contributed to RD models for cold climates (rutting due to wear by studded tyres).

Efectos sobre los usuarios de la carretera n

Christopher Bennett of HTC Infrastructure Management Ltd (NZ) Contributed extensively to RUE model development.

n

Ian Greenwood of Opus International Consultants (NZ) Contributed to fuel consumption modelling and developed the HDM Tools.

n

Chris Hoban of the World Bank Contributed to speed-flow modelling and non-motorised transport modelling.

n

John Hine of Transport Research Laboratory (UK) Contributed to vehicle utilisation and service life.

n

Technical comments were received from a number of reviewers including, but not limited to: ο

Rodrigo Archondo-Callao

ο

Clive Daniels

Efectos sociales y medioambientales n

Ulf Hammerstrom of Swedish Road and Transport Research Institute (VTI) Contributed to vehicle emissions.

n

Simon Collings of ETSU, AEA Technology (UK) Contributed to energy balance analysis.

Análisis económico n

Vesa Mannisto of Inframan Oy (Finland)

Contributed to investment optimisation methods.

Desarrollo de HDM-4 El desarrollo de HDM-4 ha sido patrocinado por varias organizaciones, entre ellas: n

Asian Development Bank (ADB)

n

Department for International Development (DFID) in the United Kingdom

n

Swedish National Road Administration (SNRA)

n

The World Bank

Además de los anteriores han colaborado estrechamente: n

Finnish National Road Administration (Finnra)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

ix

ACERCA DE ESTE MANUAL n

Inter-American Federation of Cement Producers (FICEM)

Otras muchas organizaciones e individuos de diferentes países han colaborado también en términos de información o llevando a cabo revisiones técnicas de los productos desarrollados. El estudio ha sido coordinado por la Secretaría Técnica de ISOHDM en la Universidad de Birmingham en el Reino Unido. Un gran número de organizaciones ha participado en la investigación, incluyendo: n

Finnra

Especificación de las aplicaciones de análisis de programa y estrategia. n

FICEM

Desarrollo de relaciones entre deterioro y conservación de carreteras de hormigón Pórtland. n

The Highway Research Group, School of Civil Engineering, The University of

Birmingham Responsable del diseño del sistema y del desarrollo del software. n

Road Research Institute (IKRAM) in Malaysia supported by N.D.Lea International

(NDLI) Responsable de proveer relaciones actualizadas entre deterioro y costes sobre el usuario de la carretera. n

Transport Research Laboratory (TRL) in the United Kingdom

Responsable de revisar y actualizar relaciones de deterioro del firme flexible. n

SNRA

Responsable del desarrollo de relaciones de deterioro para climas fríos, seguridad en la carretera, efectos medioambientales y de colaborar con el diseño del sistema HRG. Toda las organizaciones de investigación recibieron apoyo del equipo técnico local o regional, visitas de expertos y consultores externos, para asegurar el estándar de calidad y consenso internacional deseado. Un gran número de otros países e individuos ha colaborado con este proyecto aportando su conocimiento expertos y revisando los productos. Nota: Dentro de cada Parte/Capítulo hay un capítulo de agradecimientos. Cada listado contiene referencias a documentación específica de los tópicos descritos en cada Parte/Capítulo.

Derechos de registro Estos productos HDM-4 han sido producidos por el International Study of Highway Development and Management Tools (ISOHDM), patrocinados por The World Bank, el Asian Development Bank, el Departamento de Desarrollo Internacional (UK), la Swedish National Road Administration, entre otros. Los productos HDM-4 se publican conjuntamente por The World Road Association (PIARC) en Paris y por The World Bank en Washington, DC. Copyright © 2000 The World Road Association (PIARC) en favor de los patrocinadores de ISOHDM. Todos los derechos reservados. Este copyright cubre a todos los documentos y a sus componentes, al software y a los datos que se consideran parte del producto HDM-4, en cualquiera de sus formas física o electrónica. Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

x

Part A

Contenidos Volumen 4 – Marco analítico y descripción de modelos Parte A

Visión general

A1 Introducción

Parte B

Tráfico

B1 Características del tráfico

Parte C

A1-1

B1-1

Modelos de deterioro de carretera

C1 Conceptos de modelización y acceso

C1-1

C2 Firmes bituminosos

C2-1

C3 Firmes de hormigón

C3-1

C4 Carreteras sin sellar

C4-1

Parte D

Efectos de los trabajos

D1 Tipos de trabajos

D1-1

D2 Firmes bituminosos

D2-1

D3 Firmes de hormigón

D3-1

D4 Carreteras sin sellar

D4-1

Parte E

Efectos sobre los usuarios

E1 Visión general

E1-1

E2 Costes de la velocidad y de la circulación

E2-1

E3 Transporte no motorizado

E3-1

E4 Seguridad en la carretera

E4-1

Parte F

Efectos sociales y medioambientales

F1 Visión general

F1-1

F2 Análisis de balance de energía

F2-1

F3 Emisiones de los vehículos

F3-1

Parte G

Análisis económico

G1 Análisis económico

Parte H

G1-1

Nomenclatura

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

i

CONTENIDOS

H1 Nomenclatura

Parte I I1

H1-1

Glossary Glosario

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

I1-1

ii

Part A

Contenidos Volumen 4 – Marco analítico y descripciones de modelos: Parte A

A1

Introducción 1

Estructura de este manual

A1-1

2

Evaluación económica de los proyectos de carreteras

A1-5

2.1

Propósito

A1-5

2.2

Componentes de los costes del transporte

A1-6

3

4

Método de evaluación económica

A1-10

3.1

Alternativas de proyectos

A1-10

3.2

Descuentos

A1-10

Aplicaciones de evaluación económica

A1-16

4.1

Costes económicos y financieros

A1-16

4.2

Tipos de proyectos

A1-16

4.3

Análisis de riesgo y sensibilidad

A1-16

4.4

Priorización

A1-18

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

i

Parte A Organigrama Marco analítico y descripciones and Model de modelos Descriptions

Introducción Introduction Parte A Part A

Tráfico Traffic Parte B Part B

Modelo RD RD Model Parte C Part C

Modelo WE WE Model Parte D Part D

RD = Deterioro de la carretera

WE = Efectos de los trabajos en la carretera

RUE = Efectos sobre los usuarios de la carretera

SEE = Efectos sociales y medioambientales

Modelo RUE RUE Model Parte E Part E

Análisis económico Economic Analysis Parte G Part G

Modelo SEE SEE Model Parte F Part F

Nomenclatura Nomenclature Parte H Part H Glosario Glossary Parte I Part I

Figura A Organigrama del Marco analítico y descripciones de modelos

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

1

PARTE A VISIÓN GENERAL Part A

A1 Introducción 1

Estructura de este manual Este manual describe el marco analítico y las relaciones técnicas que utiliza el modelo HDM4. Antes de revisar este documento es aconsejable que se haya familiarizado con la Visión general HDM-4 – Volumen 1, la cual delinea las características y funciones del modelo HDM-4. La Figura A1.1 muestra una visión esquematizada del paquete de documentación de HDM-4. La visión general se detalla en el Volumen 1 por lo que éste, debe ser leído, en primer lugar, por el nuevo usuario. Los volúmenes 2 y 3 se consideran guías para el usuario del software, en las que las tareas están documentadas además de contener una guía de entendimiento rápida. Los volúmenes 4 y 5 contienen material de referencia más detallado que está recomendado para usuarios más experimentados que quieran incursionar en un conocimiento más a fondo del sistema HDM-4. Este manual está dividido en siete Partes descriptivas y dos apéndices. Los apéndices están numerados como Partes H e I para darles más consistencia. En cada una de esas Partes hay un número de capítulos cada uno de los cuales describe un tópico importante. Cada capítulo a su vez se divide en secciones que describen Parte del tópico. A continuación se ofrece un resumen de cada Parte: n

Parte A - Introducción

Provee una visión general del manual y resume detalles de la evaluación de la inversión y de la categorización. n

Parte B - Tráfico

Describe las características del tráfico que utiliza HDM-4 y provee detalles de los datos requeridos del mismo. n

Parte C – Modelos de deterioro de la carretera ο

C1 Conceptos de modelización y acceso Describe los tipos de firme y su clasificación a partir de los siguientes:: §

Bituminosos

§

Hormigón

§

Sin sellar

Incluye el acceso a la modelización así como detalles de las variables clave que afectan al deterioro como lo son los efectos del clima y medioambientales, el tráfico y el historial del firme. ο

C2 Firmes bituminosos Describe las especificaciones para la modelización del rendimiento de los firmes bituminosos. Se ofrecen los detalles de la lógica para la modelización, de las formas de deterioro, resistencia del firme, calidad de la construcción y sus relaciones.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

A1-1

PARTE A VISIÓN GENERAL

A1 INTRODUCCIÓN

Volumen 1

Volumen 2

Visión general de HDM-4

Guía de aplicaciones

Volumen 3 Guía del usuario del software

Volumen 4 4 Marco analítico y descripciones de modelos

Glosario y Nomenclatura

Volumen 5 Guía de calibración y adaptación

Figura A1.1 Paquete de documentación de HDM-4 ο

C3 Firmes de hormigón Describe la implantación de modelos de Deterioro de la carretera en firmes de hormigón. Ofrece una visión general del marco de modelización, un breve análisis de los tipos de firmes de concreto y sus posibles deterioros y una descripción de los modelos.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

A1-2

PARTE A VISIÓN GENERAL ο

A1 INTRODUCCIÓN

C4 Carreteras sin sellar Describe las especificaciones para modelizar el Deterioro de la carretera en las carreteras sin sellar. Ofrece una visión general de la lógica de modelización y las relaciones para cada modelo de deterioro.

n

Parte D – Efectos de los trabajos de la carretera ο

D1 Tipos de trabajos Describe la clasificación de los trabajos y el marco general para modelizar las cantidades, costes y efectos de las tres clases de carreteras: bituminosas, de hormigón y sin sellar.

ο

D2 Firmes bituminosos Describe los detalles de modelización de los Efectos de los trabajos en la carretera para firmes bituminosos. Se detallan, para las diferentes clases de trabajo, los métodos de definición, el cálculo de cantidades físicas y los costes de la administración así como los efectos de los mismos sobre las características y el uso de la carretera.

ο

D3 Firmes de hormigón Describe los detalles de la modelización de los Efectos de los trabajos en la carretera para firmes de hormigón. Se detallan, para las diferentes clases de trabajo, los métodos de definición y los criterios de intervención, el cálculo de las cantidades físicas y el costo de la administración de la carretera así como los efectos de los mismos sobre las características y el uso de la carretera.

ο

D4 Carreteras sin sellar Describe los detalles de la modelización de los Efectos de los trabajos en la carretera sin sellar. Se detallan, para las diferentes clases de trabajo, los métodos de definición y los criterios de intervención, el cálculo de las cantidades físicas y el costo de la administración de la carretera así como los efectos de los mismos sobre las características y el uso de la carretera.

n

Parte E – Efectos sobre los usuarios de la carretera ο

E1 Introducción Describe los componentes de los Efectos sobre los usuarios de la carretera (RUE) modelizados en HDM-4. Ofrece una visión general del marco de vehículos representativos de HDM-4, que considera los dos tipos de transportes: motorizados y no motorizados.

ο

E2 Velocidades de los vehículos y costes de circulación Describe los modelos de los Efectos sobre los usuarios de la carretera calculando las velocidades de los vehículos motorizados, los costes de circulación y los tiempos de trayecto.

ο

E3 Transporte no motorizado Estudia el uso de modos de transporte no motorizado y sus efectos sobre el transporte motorizado. Puesto que estos modos de transporte afectan al movimiento

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

A1-3

PARTE A VISIÓN GENERAL

A1 INTRODUCCIÓN

de la mayor parte de las personas y de las mercancías en casi todos los países en desarrollo, es esencial que este modelo sea incluido en HDM-4. ο

E4 Seguridad en la carretera Describe la especificación necesaria para desarrollar en análisis de seguridad en la carretera. El modelo permite a los usuarios definir una serie de tablas de cotejo de tasas de accidentes.

n

Parte F – Efectos sociales y medioambientales ο

F1 Introducción Detalla la modelización del balance de energía y de las emisiones de los vehículos.

ο

F2 Análisis de balance de energía La energía utilizada en el sector de transporte por carretera forma una importante parte del consumo total, en la mayor parte de los países. Es por eso importante, para los planificadores y personas relacionadas con la toma de decisiones, entender las implicaciones de la energía en las alternativas de proyectos, estrategias y políticas de transporte.

ο

F3 Emisiones de los vehículos Describe la implantación del análisis de emisiones de vehículos. Este documento presenta el modelo de emisiones junto a los parámetros predefinidos para los tipos de vehículos estándar de HDM-4.

n

Parte G – Análisis económico

Describe cómo se utiliza HDM-4 para determinar los beneficios y costes asociados con la inversión de la carretera, y cómo se usan en los análisis económicos y en los procedimientos de optimización. n

Parte H - Nomenclatura

Detalla listas de unidades y métodos de numeración usados por el paquete de documentación de HDM-4. n

Parte I - Glosario

Ofrece descripciones de terminología que se utiliza en el paquete de documentación de HDM-4.

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A1-4

PARTE A VISIÓN GENERAL

A1 INTRODUCCIÓN

2

Evaluación económica de los proyectos de carreteras

2.1

Propósito El propósito principal de la evaluación es seleccionar proyectos con grandes beneficios económicos. La decisión de invertir en carreteras o en el desarrollo de otras infraestructuras no es el objetivo primordial de esta evaluación ya que, en la mayor parte de los casos, esta decisión ya habrá sido tomada. Por lo tanto, el propósito es determinar la cantidad a ser invertida y qué beneficios económicos se espera obtener. La cuantía de la inversión se determina por los costes de construcción y los de conservación anual. Los beneficios esperados se identifican, principalmente, en forma de ahorros sobre los que el usuario obtendrá, al transitar por una mejor vía. Estos tres costes constituyen lo que comúnmente de denomina coste total del transporte (en la carretera) o el coste de ciclo de vida completo. Los objetivos principales de la evaluación de la inversión en una carretera se pueden identificar, por lo tanto, de la siguiente manera: n

Determinar el tamaño apropiado de la inversión y los beneficios esperados a partir de la misma,

n

Determinar los estándares de diseño geométrico y estructural apropiados para el tamaño de la inversión con la intención de obtener los beneficios esperados,

n

Determinar las prioridades relativas de la inversión entre los diferentes posibles proyectos cuando existe un presupuesto restringido, y

n

Evaluar los impactos económicos y socioeconómicos de la inversión tales como las mejoras a las comunidades industrial, agrícola, educativa y de servicios de salud.

La evaluación de los beneficios socioeconómicos de una inversión de carreteras es difícil de realizar en términos monetarios. Es por eso que, esta se hace separadamente después de que se haya realizado la evaluación económica, usando un modelo de evaluación de inversión. La función principal de un modelo de evaluación de inversión es, por lo tanto, calcular los costes de la construcción, conservación y costes sobre los usuarios de la carretera en un periodo de análisis específico. Esto se logra modelizando las interrelaciones entre el medioambiente, los estándares de construcción, conservación y geométricos y, los costes sobre los usuarios de la carretera. Un modelo de evaluación de inversión puede ser usado para ayudar en la selección del diseño y de los estándares de mantenimiento apropiados que disminuyan los costes totales del transporte. El efecto de proveer mejores estándares en los componentes del coste total del transporte se ilustra en la Figura A1.2. Si se construye una carretera con bajos estándares, será necesario un gran esfuerzo de conservación lo que resultará en un alto coste total de transportación a pesar de su bajo coste de construcción. Por el contrario, si se utilizan estándares altos en la construcción de la carretera, los mismos serán mayores que los de conservación y los del usuario de la carretera. Un modelo de evaluación de inversión puede, por lo tanto, ser utilizado para seleccionar el diseño o el estándar de mantenimiento para los cuales sea mínimo el coste total de transporte. Esta alternativa se representa por una línea vertical entrecortada en la Figura A1.2. No obstante, la interacción entre los componentes del coste del transporte es más compleja de lo sugerido en la Figura A1.2. Una construcción de alto coste, como por ejemplo la construcción de una carretera muy ancha pero estructuralmente débil, no resulta necesariamente en bajos costes para los usuarios.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

A1-5

PARTE A VISIÓN GENERAL

A1 INTRODUCCIÓN

Cuando se planea invertir en el sector de carreteras, es necesario evaluar todos los costes asociados con el proyecto propuesto. Esto incluye costes de construcción, conservación y rehabilitación, costes sobre los usuarios y todos los otros costes o beneficios externos que puedan ser directamente atribuidos al proyecto. Es normal considerar tales costes o beneficios a través de un período de análisis, generalmente igual o mayor que el esperado para la vida útil de la carretera, lo que define el término análisis de costes de “ciclo de vida”. Los costes de construcción, rutina y conservación períodica se originan, generalmente, por la agencia o

Costes totales

Costes totales del transporte

Optimo

Construcción y conservación Bajo

Costes sobre los usuarios

Estándar de carretera

Alto

Figura A1.2 HDM-4 Paquete de documentación de HDM-4 administración a cargo de la red de carretera. De otra forma los costes sobre el usuario de la carretera se originan en forma de costes de circulación vehicular, costes del tiempo de proyecto, costes de accidentes y otros costes indirectos. Un modelo de inversión de carretera simula la interacción entre estándares de construcción del firme, estándares de conservación y los efectos del medioambiente y la carga del tráfico para predecir la tendencia anual de la condición de la misma. Esto, junto con los estándares geométricos de la carretera, tiene un efecto directo sobre la velocidad de los vehículos y sobre los costes de la circulación y tasas de accidentes en la carretera.

2.2

Componentes del coste del transporte La evaluación económica, que se lleva a cabo en los modelos de inversión de carretera, está basada en los flujos de costes anuales generados para la construcción, conservación y costes sobre el usuario. Los flujos de costes generalmente comienzan en un año especifico, el cual puede ser el primer año de la construcción, el primer año de circulación o simplemente el año calendario. El número de años, para el que se calculan los costes, depende del período de análisis especificado, generalmente igual al de la vida útil de la carretera.

2.2.1 Costes de construcción El coste de la construcción de una carretera nueva se calcula a partir de la suma de los costes de preparación del sitio, movimiento de tierras, construcción del firme, estructura de drenaje y puente y trabajos asociados. La preparación del sitio incluye limpieza de vegetación y remoción y eliminación de la capa de la superficie. El coste de los movimientos de tierra está

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A1-6

PARTE A VISIÓN GENERAL

A1 INTRODUCCIÓN

muy influenciado por el tipo de terreno y el estándar geométrico especificado para la carretera. Esto incluye los costes de las excavaciones, de transporte y compactación. El coste de la construcción del firme está en función del número, espesor y tipo de las capas e incluye el coste de los arcenes y los bordillos. Un porcentaje importante de los costes de la construcción puede ser atribuido a los costes de puenteado y a la construcción de drenajes adecuados. La construcción, generalmente, incluye el asentamiento de campamentos provisionales así como el transporte de equipo, materiales y mano de obra al sitio de la construcción. Los costes de estas actividades junto con el margen de ganancia del contratista y otras tarifas relacionadas se agrupan, generalmente, en unos costes adicionales los cuales se pueden especificar como costes fijos por kilómetro o como un porcentaje del coste total de la construcción. Al final del período de análisis se puede especificar un valor residual que representa el porcentaje del coste total incurrido sobre estructuras permanentes, tales como, diques, desmontes, puentes y drenajes. En HDM-4 los costes de construcción o de cualquier otra mejora son especificadas por el usuario.

2.2.2 Deterioro de la carretera El deterioro del firme se modeliza de acuerdo al número de defectos incluyendo regularidad, fisuración, roderas, desprendimiento del árido, baches y pérdida de grava en carreteras sin sellar y resaltos de las juntas y desconchado en pavimentos de hormigón. La tasa de deterioro va en función del estándar inicial del diseño del firme, el peso del tráfico, los estándares de conservación y los efectos del medioambiente. La cantidad de conservación llevada a cabo en un año específico depende de los estándares de conservación especificados por el usuario y de la predicción de la condición de la carretera. El rendimiento del firme está, generalmente, modelizado como una función de varios factores (ver parte C). Dos de los más importante son: n

Resistencia del firme

n

Regularidad de la carretera

La resistencia del firme se representa por el número estructural (SN) como un índice que representa la resistencia que deberían de tener todos los firmes con el mismo SN y cuyo rendimiento debería ser igual para todos ellos. El concepto de número estructural se describe con más detalles en la parte C. El número estructural de un firme se define por una relación empírica en la cual el espesor y la resistencia de cada capa del firme se combinan usando la suma de su producto. La resistencia de la capa de firme, principalmente, depende del tipo y la calidad de los materiales que la componen. El número estructural de un firme incluye las aportaciones a su resistencia hechas por la explanada. En general, los firmes con números estructurales altos tendrán una baja tasa de deterioro bajo un mismo régimen de tráfico y carga medioambiental. La regularidad de la carretera es el segundo parámetro importante que se usa en la modelización del rendimiento del firme. Es la condición del firme más significativa que se usa en el cálculo de los costes sobre el usuario, particularmente, en los costes de circulación del vehículo (VOC). Esto representa el desnivel de la capa de rodadura y se toma como la primera causa de desgaste en los vehículos. La regularidad se mide, generalmente, usando uno de estos tres sistemas: n n

n

The towed fifth wheel bump integrator (BI) en mm/Km El medidor de carreteras de la Asociación de cemento Portland (PCA) el cual simula el movimiento vertical de un Indice Quarter-car estándar (QI) medido en totales por Km, Movimientos acumulativos de perfil vertical, representados en términos del Indice internacional de regularidad (IRI) medido en m/Km.

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A1-7

PARTE A VISIÓN GENERAL

A1 INTRODUCCIÓN

Las siguientes relaciones, desarrolladas por el Banco Mundial, se utilizan para convertir valores de regularidad entre las tres unidades: BI = 55 × QI

…(2.1)

BI = 630 × IRI 1.12

…(2.2)

BI = 900 IRI - 1000

(estimado lineal)

…(2.3)

Se deben asignar, a toda nueva carretera, un número estructural y una regularidad inicial. La alta incidencia de la regularidad sobre el costo sobre los usuarios y la progresión de la misma sobre el número estructural del firme, sugieren que el resultado de un análisis económico estará influenciado por los valores asignados a estas dos variables al comienzo del mismo.

2.2.3 Coste los trabajos El coste anual de los trabajos se calcula a partir de las cantidades rutinas de conservación de respuesta imprevistas, de las conservaciones periódicas, y de cualquier mejora aplicada en el año seleccionado. Esto dependerá de la condición prevista del firme y de las conservaciones específicas o estándar, las cuales pueden incluir una combinación de uno o más tipos de trabajo (ver Parte D). Los trabajos periódicos de rutina de conservación, que incluyen actividades aplicables independientemente de la condición de la carretera o del nivel del tráfico, por ejemplo, corte de césped, rotulación de señalización, limpieza de drenajes, etc., pueden ser especificados como costes fijos anuales por kilómetro. Los trabajos de conservación de emergencia como daños por inundación, limpieza de escombros, etc., pueden también especificarse como un coste adicional ya que tendrán que ser llevados a cabo independientemente de la condición del firme.

2.2.4 Costes sobre los usuarios Estos se pueden definir como costes incurridos por los conductores de los vehículos y por el paso del tráfico general. Los cuatro tipos de costes sobre el usuario, generalmente considerados, están asociados a la circulación de los vehículos, al tiempo de trayecto, a los accidentes y a las incomodidades (ver Parte E). Los dos últimos costes son difíciles de evaluar en términos monetarios, si bien los costes de accidentes se pueden estimar de diferentes formas de acuerdo a los contenidos de los recursos utilizados (por ejemplo, coste de repuestos y reemplazo de las mismas), o por las lesiones y muertes. Sin embargo, la carencia de métodos aceptables para el estimado de costes de accidentes e incomodidades en países en desarrollo, es la razón principal por la cual esos dos componentes no se incluyen en los modelos de evaluación de inversión en países en desarrollo existentes. Costes de circulación Se calculan por la suma de los componentes de los recursos utilizados, incluyendo: n

Consumo de combustibles y lubricantes,

n

Neumáticos y repuestos,

n

Costes de labores de mantenimiento del vehículo,

n

Salarios de los conductores,

n

Depreciación del vehículo de intereses de amortización.

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A1-8

PARTE A VISIÓN GENERAL

A1 INTRODUCCIÓN

Grupos separados de ecuaciones se usan para los diferentes tipos de vehículos especificados por el usuario. Para cada tipo, los modelos predicen velocidades promedio como una función de la geometría y la condición de la carretera. Los componentes de VOC anteriores, con la excepción de la depreciación y los intereses, dependen grandemente de la regularidad y de las características geométricas de la carretera. El consumo de los componentes de VOC se predicen en términos de los recursos. Por ejemplo, las ecuaciones del consumo de combustible calculan la cantidad del mismo, consumida en una distancia recorrida. Los costes unitarios de los diferentes recursos se especifican, por el usuario, con la intención de calcular los costes totales anuales de la circulación. La depreciación se considera como una función del tiempo de trayecto prefijado y del nivel de utilización del vehículo. Costes del tiempo de trayecto Estos costes se calculan a partir del promedio de las velocidades, las distancias entre los trayectos y los costes unitarios por hora de tiempo del usuario de la carretera. Las velocidades promedio son una función de la regularidad, de la anchura y del alineamiento vertical y horizontal de la carretera. Los valores que serán especificados como costes unitarios de tiempo para los usuarios de la carretera en países en desarrollo no son fácilmente demostrables. Muchos especialistas en estos temas recomiendan que los proyectos en estos países deberían ser estimados sin beneficios obtenidos a partir del ahorro de tiempo. Los beneficios del usuario de la carretera, derivados de los costes de ahorros en tiempo, en estos casos, pueden ser considerados como ¨excedentes del consumo¨ en adición a los ahorros en VOC.

2.2.5 Otros costes y beneficios externos Otros costes y beneficios que pueden ser directamente asociados a un proyecto de carretera, pueden ser incluidos en el análisis económico. Esto, usualmente, incluye beneficios independientemente evaluados, procedentes de desarrollos socioeconómicos tales como el aumento en la productividad agrícola, industrial, o bien por razones de accesibilidad. Los costes externos podrían incluir aquellos provenientes de rutas alternas, barreras anti ruido y otras incidencias que se puedan suceder durante la construcción. Tanto los costes como los beneficios no están calculados por los modelos de inversión y, por lo tanto, su inclusión en cualquier análisis económico sería claramente justificada puesto que ambos pueden incidir en la clasificación de las alternativas de proyecto.

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A1-9

PARTE A VISIÓN GENERAL

3

Método de evaluación económica

3.1

Alternativas de proyecto

A1 INTRODUCCIÓN

Las carreteras se construyen normalmente con la intención de reducir costes y, por lo tanto, aumentar los beneficios, producidos por la reducción de los costes sobre el usuario y por las mejoras de los servicios socioeconómicos. La evaluación económica de los proyectos de carreteras es, esencialmente por esa razón, una comparación de los componentes de los costes del transporte calculados para, al menos, dos alternativas de construcción identificadas una como alternativa Hacer lo mínimo o Sin proyecto y otra alternativa Hacer algo o Con proyecto.

3.1.1 Alternativa ¨sin proyecto¨ La alternativa Hacer lo mínimo o Sin Proyecto, en la mayoría de los casos, representa la común situación en la cual se persigue una reducción del coste del transporte. Usualmente, es la alternativa que requiere el mínimo aporte de capital, lo que representa la continuación del estándar de carretera que se está utilizando. La matriz del coste anual de una alternativa Hacer lo mínimo tendrá, generalmente, poco o ningún componente de coste de construcción pero, sin embargo, conllevará altos costes de conservación y costes sobre el usuario.

3.1.2 Alternativa "con proyecto¨ La selección de las alternativas de proyecto que serán analizadas depende de varios factores, en particular de los estándares nacionales de carreteras, de proyectos anteriores, de los niveles del tráfico, de la disponibilidad de materiales así como de otras consideraciones políticas y socioeconómicas. Una alternativa con proyecto, generalmente, requiere la aportación de un mayor estándar de carretera. Esto podría ser alcanzado a través de una nueva construcción, de reconstrucción, de actualización o de mejoras al firme o a los estándares geométricos. Todos o cada uno de los anteriores pueden ser analizados como alternativas de proyecto independientes. Los costes matrices de estas alternativas harán variar los niveles de capital y los costes recurrentes pero, generalmente, con un descenso de los costes sobre el usuario de la carretera.

3.2

Descuentos Es necesario descontar los costes del transporte en cada año, de un periodo de análisis de su valor en el año base. Esto se hace para poder reflejar el valor tiempo del dinero representado por el coste de oportunidad del capital invertido en un proyecto de carretera. El descuento se realiza multiplicando el coste en un año definido por el factor de descuento de ese año. Los factores de descuento se obtiene a partir de la siguiente ecuación: D.F. = (1+

r -N ) 100

…(3.1)

donde: r

tasa de descuento, en porcentaje (%)

N

número de años a partir del año base

La Tabla A1.1 ilustra el principio del análisis de flujo de dinero descontado (DCF) aplicado a una carretera de grava que será pavimentada después de un año. La carretera pavimentada está diseñada para una vida útil de 10 años a partir de su construcción. Las comparaciones

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A1-10

PARTE A VISIÓN GENERAL

A1 INTRODUCCIÓN

económicas están basadas en los costes descontados totales descontados. Esto representa el valor actual (VA) de los costes. Por ejemplo, en la Tabla A1.1, el VA de la alternativa Sin proyecto es de 23,8 millones de dólares americanos mientras que el VA de la alternativa Con proyecto es de 20,2 millones de dólares americanos. Si el ejemplo que se ofrece en la Tabla A1.1 representa un proyecto real de carretera, la alternativa que se elija dependerá de los criterios económicos que se hayan usado para comparar las mismas. Los criterios más frecuentemente usado en la selección de proyectos son el valor neto actual (VAN), la tasa interna de reembolso (TIR) y la relación costes/beneficios (BCR).

3.2.1 Valor actual neto El VAN se define como la diferencia entre los costes y los beneficios descontados de un proyecto. En la evaluación económica de un proyecto de carretera, los beneficios derivan principalmente, de los ahorros sobre los costes sobre el usuario y los de conservación (cuando existen). De este modo los beneficios de la pavimentación de una carretera de grava podrían ser obtenidos restando los costes totales de transportación de la carretera pavimentada de los de la de grava. El cálculo del VAN se simplifica así tomando la diferencia entre el valor actual de los costes de las dos alternativas comparadas. Como se muestra en la tabla A1.1, el VAN de la alternativa Sin proyecto, cuando se compara con la alternativa Con proyecto debería ser de 3,6 millones de dólares americanos, a una tasa de descuento del 12%.

3.2.2 Tasa interna de retorno El VAN depende de la tasa de descuento usada en el cálculo de los valores actuales. Cuando se utilizan altas tasas de descuento, se obtiene un bajo VAN con valores negativos. El TIR de un proyecto se define como la tasa de descuento a la cual, el valor actual de los costes es igual al valor actual de los beneficios, es decir, cuando VAN es cero. En el ejemplo ofrecido en la Tabla A1.1, el TIR debería de ser la tasa de descuento a la cual los dos valores actuales de los costos son iguales, es decir, aproximadamente 15,2%. Los proyectos con valores TIR altos son, generalmente, preferibles ya que ofrecen VAN positivos con las tasas de descuento altas. En la mayoría de los casos, el TIR calculado debería ser mayor que la tasa de descuento examinada que se haya usado para evaluar proyectos financiados por el gobierno.

3.2.3 Relación costes/beneficios La BCR provee una medida simple de la rentabilidad de un proyecto, es decir, la cantidad de beneficios obtenidos de cada dólar invertido. Representa el índice sin medida que se obtiene dividiendo los beneficios calculados del proyecto, entre los costes de capital descontados de la inversión. Esto se puede estimar, a partir del VAN de la siguiente manera (ver Parte G para más detalles): BCR =

VAN +1 C

…(3.2)

Para El ejemplo dado en la Tabla A1.1, el BCR estimado sería de 1,55.

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A1-11

PARTE A VISIÓN GENERAL

A1 INTRODUCCIÓN

Tabla A1.1 Comparación de las alternativas Con y Sin proyecto Costes de la alternativa Sin proyecto ($ m)

Año

12% Factores Conservación anual de descuento

Circulación de vehículos

Transporte total

Descontado Total

0 (Base)

1,0000

0,8

1,5

2,3

2,3

1

0,8929

0,9

1,6

2,5

2,2

2

0,7972

1,0

1,8

2,8

3

0,7118

1,1

2,1

4

0,6355

1,2

5

0,5674

6

Costes de la alternativa Con proyecto ($ m) Construcción Conservación de la anual carretera

Circulación de vehículos

Transporte Descontado total total

0,8

1,5

2,3

2,3

0,4

1,0

7,2

6,4

2,2

0,5

1,1

1,6

1,3

3,2

2,3

0,6

1,3

1,9

1,4

2,3

3,5

2,2

0,7

1,4

2,1

1,3

1,3

2,7

4,0

2,3

0,7

1,6

2,3

1,3

0,5066

1,4

2,9

4,3

2,2

0,8

1,8

2,6

1,3

7

0,4523

1,5

3,2

4,7

2,1

0,9

2,0

2,9

1,3

8

0,4039

1,6

3,5

5,1

2,1

0,9

2,2

3,1

1,3

9

0,3606

1,7

3,8

5,5

2,0

1,0

2,3

3,3

1,2

10

0,3220

1,8

4,0

5,8

1,9

1,0

2,5

3,5

1,1

29,4

VA =

23,8

18,7

VA =

20,2

TOTALES

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5,8

A1-12

PARTE A VISIÓN GENERAL

A1 INTRODUCCIÓN

4

Aplicaciones de la evaluación económica

4.1

Costes financieros y económicos Los costes financieros de un proyecto son la suma del precio de mercado de los materiales, de la mano de obra, de la maquinaria y de los costes adicionales en los que se incurre durante la construcción de un proyecto. La evaluación económica de los proyectos de carretera debería ser realizada usando los costes económicos que representan el coste verdadero de un proyecto para la economía de un país. Por ejemplo, el precio de mercado del combustible, en muchos países, incluye un porcentaje de impuestos del gobierno. El precio económico del combustible debería ser, por lo tanto, definido por el precio del mercado menos el impuesto. Esta relación se refleja en los costes de la circulación (VOC) ya que la mayor parte de los componentes son gravados por los gobiernos, por ejemplo, en los impuestos a los vehículos. Es también posible, para definir los costes económicos, exceder los costes financieros si un gobierno subvenciona, en vez de gravar algunos de los componentes de los costes.

4.2

Tipos de proyecto Los modelos de evaluación de la inversión se pueden usar para realizar diferentes análisis económicos. Algo muy importante en un análisis es la elección del tipo de perfilado que se utilizará durante el diseño de un firme. Un ejemplo simple consiste en elegir entre un tratamiento superficial o un firme de hormigón asfáltico como perfilado que será construido en un país en desarrollo. En este caso el tratamiento superficial parece tener una regularidad inicial alta con un índice elevado de progresión lo que resulta en un gran componente de VOC pero con un bajo coste de construcción. La elección entre los dos tipos de perfilado será entonces definido por el VOC total calculado para las dos alternativas. En el diseño geométrico de las nuevas carreteras, los modelos de inversión se pueden usar solamente para descartar aquellos que podrían ser extravagantes, por ejemplo, la construcción de una calzada de doble sentido cuando sería suficiente un solo sentido, ya que el diseño geométrico de una carretera tiene solamente la función de satisfacer los requisitos de capacidad y proveer seguridad a los usuarios de la misma. Aunque los modelos de evaluación de la inversión no realizan optimizaciones matemáticas, por ejemplo, opciones de conservación o los tiempos de construcción o mantenimiento, se pueden usar para realizar un sensitivo análisis que estudie los efectos de los cambios en costes de construcción, de conservación, de VOC, de crecimiento del tráfico, de tasas de descuento y valores del tiempo.

4.3

Análisis sensitivos y de riesgo Todos los proyectos de carreteras conllevan cierto grado de incertidumbre en los resultados del proyecto. La decisión de puesta en marcha de un proyecto representa, por lo tanto, para la administración de la carretera, ciertos elementos de riesgo. La mayor parte de los proyectos están unidos a elementos de riesgo significativos debidos, en general, a varios factores entre los que están las siguientes causas principales: n

Situaciones imprevistas más allá del control del ingeniero, como por ejemplo, avances de la tecnología o cambios políticos.

n

Cambios económicos nacionales, como por ejemplo, crecimiento económico futuro o tasas de crecimiento del tráfico

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

A1-13

PARTE A VISIÓN GENERAL

A1 INTRODUCCIÓN

n

Rendimiento impredecible del firme debido al medioambiente, al tráfico o a la construcción.

n

Impacto en los factores socio-económicos que no pueden ser evaluados.

Es necesario evaluar el impacto de la incertidumbre en la viabilidad de los proyectos de carreteras por las siguientes razones: n

Las inversiones en carreteras, frecuentemente, son parte proporcional importante de los presupuestos nacionales, por lo que cualquier error puede ser muy costoso.

n

Alteraciones imprevistas durante el desarrollo de la inversión pueden ser muy costosas o prohibitivas y deberían por lo tanto ser evitadas seleccionando la alternativa más conveniente desde el principio.

n

Determinar el impacto de los posibles cambios, por ejemplo, en el medio ambiente o socioeconómicos, sobre la viabilidad general de los proyectos para poder hacer los ajustes necesarios.

El método formal de la evaluación económica es solo un paso en el proceso de determinar los riesgos. Alguna de las causas de incertidumbre se pueden evaluar con análisis adicionales tales como: n

Análisis sensitivos ο

n

Análisis de la situación ο

n

Para estudiar los efectos de los cambios en un parámetro, por ejemplo, costes de construcción o tasa de crecimiento del tráfico, sobre la viabilidad general del proyecto.

Para determinar el alcance de los parámetros que juntos podrían afectar a la viabilidad del proyecto. Por ejemplo, una revisión de las políticas del gobierno a largo plazo podrían producir tasas alternativas de crecimiento económico que afectarían a las tasas de crecimiento del tráfico y del coste de la construcción.

Análisis de riesgo ο

Para asignar la posibilidad de incidencias en los parámetros del proyecto y, posteriormente, estudiar los efectos combinados de los mismos. Se puede desarrollar revisando las tendencias pasadas de los parámetros, por ejemplo, las tasas de crecimiento del tráfico, los costes finales de la construcción, etc., de otros proyectos para llegar a una distribución de probabilidades apropiada.

El análisis de sensibilidad es la forma más sencilla de análisis de riesgo. Esencialmente conlleva repetidas evaluaciones económicas con cambios sistemáticos hechos a un parámetro cada vez. El procedimiento se puede resumir de la siguiente manera: n

Identificar parámetros que afecten la viabilidad del proyecto, por ejemplo, la tasa de descuento utilizada, el coste de la construcción, la tasa de crecimiento del tráfico, los estándares de conservación, etc.

n

Sistemáticamente, cambiar los valores de estos parámetros y repetir la evaluación económica. Generalmente, los cambios a los parámetros se deberían realizar sobre un valor base, por ejemplo, +/- 25%, 50%, 100%.

n

Estudiar los efectos de los cambios y aportarlos a los parámetros más sensitivos al proyecto.

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A1-14

PARTE A VISIÓN GENERAL

4.4

A1 INTRODUCCIÓN

Categorización Existen situaciones frecuentes en las que todos los proyectos con beneficios (proyectos con VAN positivo) presentados no pueden ser realizados con el presupuesto disponible. En estas situaciones, se puede aplicar un método formal para seleccionar los proyectos que serán incluidos dentro del presupuesto. La asignación o distribución de capital se puede aplicar a un grupo de proyectos que cumplan con las siguientes condiciones: n

Proyectos que son independientes unos de los otros. Por ejemplo, lista de proyectos de carretera de diferentes partes del país.

n

Proyectos alternativos relacionados, es decir, proyectos que son alternativas de otros, cuando solo se puede seleccionar una alternativa.

Las reglas de asignación de capital VAN se pueden aplicar en ambas situaciones cuando hay disponibles suficientes fondos y también cuando es un presupuesto obligado. La reglas se resumen de la siguiente forma: n

n

Cuando existen suficientes fondos disponibles para realizar todos los proyectos; ο

Se seleccionan todos los proyectos independientes que tengan VAN > 0.

ο

Se seleccionan alternativas de proyecto relacionados con el mayor VAN.

Cuando la escasez de fondos obliga a la distribución de capital; ο

Se seleccionan los proyectos independientes con el mayor VAN/relación de costes.

ο

Se seleccionan proyectos relacionados usando el método de crecimiento VAN/costes descrito a continuación:

El análisis de crecimiento se usa para probar si la tasa de incremento del VAN, en el aumento de los costes entre las alternativas de proyectos relacionados, es mayor que una tasa marginal específica. La fórmula se define: IBCR =

(VAN 2 (C 2

- VAN 1 ) - C1 )

…(4.1)

donde: IBCR

Relación coste/beneficio

VAN2, 1

Valores actuales netos de dos alternativas de proyecto relacionadas

C2, 1

Costes de inversión de dos alternativas de proyecto relacionadas

Si la relación anterior es mayor que un valor marginal especificado, entonces la alternativa de proyecto se incluye entre éstos. El valor marginal está determinado, generalmente, por el BCR del proyecto de la carretera al final del presupuesto. Más detalles del método anterior se ofrecen en la Guía de aplicaciones.

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A1-15

Part B

Traffic

Contenidos Volumen 4 – Marco analítico y descripciones de modelos: Parte B

B1

Características del tráfico 1

Introducción

B1-1

2

Representación del tráfico

B1-1

2.1

Propósitos de los datos

B1-1

2.2

Tipos de datos

B1-2

3

Categorías del tráfico

B1-3

4

Composición, volúmenes y tasas de crecimiento del tráfico

B1-4

4.1

Características básicas

B1-4

4.2

Composición, volúmenes y tasas de crecimiento

B1-5

5

6

7

8

Carga de los ejes

B1-9

5.1

Necesidad de los datos de carga por eje

B1-9

5.2

Ejes de los vehículos

B1-9

5.3

Factores estándar equivalentes de la carga por eje

B1-9

5.4

Vehículos ligeros y pesados

B1-10

5.5

Peso acumulativo del tráfico

B1-11

Relaciones entre capacidad y velocidad del tráfico de la carretera

B1-13

6.1

Conceptos básicos

B1-13

6.2

Datos requeridos

B1-15

Datos de la distribución horaria de frecuencia de flujo

B1-17

7.1

Conceptos básicos

B1-17

7.2

Datos requeridos

B1-17

7.3

Límites de la intensidad del tráfico

B1-20

Referencias

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

B1-22

i

Parte B Organigrama Marco analítico y descripciones and Model de modelos Descriptions

Introducción Introduction Parte A Part A

Tráfico Traffic Parte B Part B

Modelo RD RD Model Parte C Part C

Modelo WE WE Model Parte D Part D

RD = Deterioro de la carretera

WE = Efectos de los trabajos en la carretera

RUE = Efectos sobre los usuarios de la carretera SEE = Efectos sociales y medioambientales

Modelo RUE RUE Model Parte E Part E

Análisis económico Economic Analysis Parte G Part G

Modelo SEE SEE Model Parte F Part F

Nomenclatura Nomenclature Parte H Part H Glosario Glossary Parte I Part I

Figura B Organigrama del Marco analítico y descripciones de modelos

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

1

PARTE B T RÁFICO Part B

Traffic

B1 Características del tráfico 1

Introducción Este capítulo describe las características del tráfico utilizadas en HDM-4 y ofrece los detalles de los datos del tráfico requeridos. Esto incluye los métodos que se usarán en futuros cálculos del tráfico y de la carga por eje así como los accesos a la modelización de la congestión del mismo. Los datos del tráfico se utilizan en los cuatro grupos de modelos de HDM-4 (Deterioro de la carretera, Efectos de los trabajos, Efectos sobre los usuarios y Efectos sociales y medioambientales, ver figura B). Según las necesidades del tránsito varían en términos de tiempo y espacio, los datos del tráfico deben de tener diferentes promedios para cada tramo de la carretera. La representación del tráfico debe de tener un nivel de detalles apropiado de acuerdo al tipo de análisis que se vaya a realizar (de proyecto, de programa o de estrategia). Una lista de investigaciones relacionadas con este capítulo se ofrece en la sección 8.

2

Representación del tráfico

2.1

Propósito de los datos del tráfico Los resultados de los análisis económicos son bastante sensibles a los datos del tráfico, y muchos de beneficios que justifican las mejoras a una carretera se sustentan de los ahorros en los costes sobre los usuarios. (ver Parte E). Para realizar los análisis económicos de HDM-4, las características de las carreteras necesitan, por lo tanto, ser descritas y representadas a un nivel de detalle apropiado. Las características del tráfico deben ser representadas con los siguientes propósitos analíticos: n

Análisis de proyecto

Requiere una detallada representación de las características del tráfico de la carretera analizada. Para cada tramo, esta representación debería incluir los datos que describen los detalles de las características de la composición y de los volúmenes del tráfico, de la carga por eje, de la capacidad y del tipo de velocidad, de los flujos horarios, del tráfico inducido de las mejoras y de las necesidades de movimiento de la carretera. n

Análisis de programa

Los datos del tráfico requeridos para este tipo de análisis son similar al anterior con la excepción de que los mismos están en un nivel añadido (ver la Guía de aplicaciones). Por ejemplo, los volúmenes del tráfico se pueden especificar por clase de vehículo y los datos podrían ser usados para diferentes tramos representativos de la carretera. n

Análisis de estrategia

Este requiere la especificación de un grupo añadido de datos del tráfico representativo del grupo de tramos que está siendo analizado. Los niveles del tráfico deberían ser expresados en términos de flujos diarios y se podrían describir como bajo, medio o alto. La composición del tráfico se puede expresar como un porcentaje del flujo de cada clase o tipo de vehículos. Con el fin de representar las características del tráfico para el análisis de proyecto y nivel de red, los tramos de la misma deben ser catalogados de acuerdo a lo siguiente:

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B1-1

PARTE B T RÁFICO n

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

Tipos de carretera

Por ejemplo, de carril sencillo, de cuatro carriles, para motocicletas, etc. Este dato se utiliza para determinar los parámetros por capacidad, forma de la relación de velocidad del tráfico, efectos de la anchura y equivalentes del espacio pasajero / automóvil para cada tipo de carretera. n

Patrón de intensidad del tráfico

Puede ser, frecuente al lugar de trabajo, ocasional, entre ciudades, etc. Este dato es necesario para describir los patrones del flujo de vehículos dentro de cada categoría de carretera, por ejemplo, rutas de uso frecuente al lugar de trabajo. Estas tienden a tener picos de máxima utilización entre semana y picos de baja utilización los sábados y domingos. Por el contrario las rutas ocasionales tienen una distribución, en su utilización, más repartida. n

Factor de transporte no motorizado

Es la medida del efecto del transporte no motorizado, por ejemplo, bicicletas, carros tirados por animales, peatones, etc., sobre las velocidades del tráfico. n

Rozamiento

Mide el efecto del rozamiento sobre las velocidades del tráfico incluyendo los efectos del uso del terreno, de las paradas bruscas, las paradas de autobús, del estacionamiento, de los accesos, etc. n

Factor del transporte motorizado

Mide el efecto del transporte motorizado sobre las velocidades del transporte no motorizado (NMT).

2.2

Datos Los datos del tráfico requeridos se incorporan en varios módulos (o aplicaciones) en lugar de especificarse en un solo sitio. Estos datos se pueden clasificar de la siguiente manera: n

Categorías del tráfico (ver sección 3)

Puede ser normal, inducido y generado. n

Composición, volumen y tasas de crecimiento del tráfico (ver sección 4)

Están especificadas dentro de las aplicaciones individuales de los programas, (es decir, análisis de proyecto, de programa y de estrategia) como lo requiera el estudio que se esté realizando. n

Carga por eje (ver sección 5)

Especificada, para cada tipo de vehículo, en la carpeta Parque de vehículos (ver la Visión general de HDM-4). Esto se utiliza para deducir la mayoría de los parámetros requeridos de los datos especificados por el usuario, por ejemplo, los factores estándares equivalentes de carga por eje, etc. n

Capacidad y relaciones capacidad-velocidad (ver sección 6)

Se definen de acuerdo al tipo de carretera en la Configuración de HDM-4 (ver Visión general de HDM-4).

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

B1-2

PARTE B T RÁFICO n

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

Datos de distribución horaria de la frecuencia del flujo (ver sección 7)

Se necesita para estimar las escalas horarias de flujo a partir de los datos del promedio del tráfico anual. Estos tipos de datos del tráfico dependen de la carretera y se especifican para cada categoría de utilización de la carretera en la Configuración de HDM-4 (ver Visión general de HDM-4). En las secciones 3 a 7 se detallan las especificaciones para cada uno de estos grupos de datos.

3

Categorías del tráfico El tráfico se divide en las siguientes categorías con la intención de evaluar sus beneficios, TRRL Overseas Unit (1988): n

Normal (ver sección 4.2.1)

El tráfico normal se define como el que transitaría por un proyecto de carretera si no se hubiese llevado a cabo inversión, incluyendo el crecimiento normal. Se especifica para cada tramo dentro de los programas de aplicaciones. n

Inducido (ver sección 4.2.2)

Se define como el tráfico que cambia de una ruta (o modo de transporte) a la carretera del proyecto, pero que transita entre el mismo origen y el mismo destino, se le denomina tráfico reasignado en la modelización del transporte. Se especifica junto con la opción de inversión de la carretera que lo origina y dentro de los programas de aplicaciones pertinentes. n

Generado (ver sección 4.2.3)

Se define como el tráfico adicional que ocurre como respuesta a la inversión en la carretera (incluye tráfico redistribuido como se define en los modelos de transporte). El tráfico generado se origina debido a que un trayecto puede resultar más atractivo por las reducciones de coste o de tiempo o porque las mejoras a la carretera aumentan los desarrollos de infraestructura en ese trayecto. Se especifica junto a la opción de mejora que lo origina y dentro de los programas de aplicaciones pertinentes. Las categorías se estudian separadamente en un análisis económico (ver Parte G).

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B1-3

PARTE B T RÁFICO

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

4

Composición, volúmenes y tasas de crecimiento del tráfico

4.1

Características básicas La composición del tráfico se define como las proporciones de los diferentes tipos de vehículos que utilizan la carretera. La información de la composición se requiere para diferentes propósitos analíticos incluyendo: n

Predicción del deterioro del firme

n

Estimado de los costes de la circulación

n n

Estimado del tiempo del trayecto Predicción de las cantidades de las emisiones de los vehículos

n

Cálculo del uso de energía

n

Análisis económico

Los volúmenes del tráfico existente en la carretera que se analiza se especifican en términos de tipo o clase de vehículo, dependiendo del tipo de análisis que se realice. El valor que se estima para cada tipo de vehículo se expresa como la intensidad media diaria (IMD): IMD =

Tráfico total anual en ambas direccione s 365

Esto constituye el flujo básico para el período de análisis. Se asume que se tendrán en cuenta variaciones estacionales en el tráfico al estimar la IMD del tráfico que transita en períodos cortos. Para el análisis de proyecto, los datos de la composición del tráfico se especifican para cada tramo. En el análisis de nivel de red, se especifican varios grupos representativos de datos de composición del tráfico y cada uno se asigna a un grupo de tramos de la carretera que tengan similares características de tráfico. En la mayoría de los casos, el crecimiento del tráfico tiene un mayor efecto sobre el nivel de beneficios obtenidos. La especificación de diferentes tasas de crecimiento para cada clase/tipo de vehículo, puede efectuar cambios en la composición del tráfico a través del tiempo. Siempre puede existir incertidumbre al estimar el tráfico inicial, pero sobre todo existe una gran inseguridad en pronosticar las tasas de crecimiento futuras. Por lo tanto se recomienda realizar análisis sensitivos sobre los efectos en las diferentes tasas de crecimiento pronosticadas. Los volúmenes del tráfico se derivan a partir de la IMD básica y de los datos de la composición. El cómputo de los efectos anuales sobre los usuarios requiere la IMD para cada tramo alcanzada por tipo de vehículo. Para el tráfico normal la intensidad media diaria para cada tipo de vehículo (IMDkn) se obtiene multiplicando la IMDn del tráfico normal por los datos de la composición definidos por tipo de vehículo k en el año base. Para el tráfico inducido la IMDkg se especifica directamente o calculada, basada en IMDkn y el tipo de tasa de crecimiento usada. Los volúmenes para los tráficos normal e inducido se requieren como datos de entrada separados dentro del módulo Análisis Económico (ver Parte G) para permitir determinar los beneficios económicos del tráfico inducido. Las especificaciones de los datos de la composición del tráfico para cada tramo se definen a parte, para cada categoría del tráfico como se describe en las secciones 4.2.1, 4.2.2 y 4.2.3.

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B1-4

PARTE B T RÁFICO

4.2

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

Composición, volúmenes y tasas de crecimiento

4.2.1 Tráfico normal Se especifica usando los siguientes datos: n

Intensidad media diaria (IMD)

Se puede, y en ocasiones es muy conveniente, definir la IMD, en vehículos por día, en algún año anterior al comienzo del período de análisis. No obstante, se debería asegurar que el año de comienzo del tráfico sea siempre menor o igual que el año de comienzo del período de análisis. n

Composición inicial

Es la proporción de cada vehículo representativo que usa la carretera, como un porcentaje de la IMD. Por ejemplo, 10% de coches medianos, 5% de camiones articulados, etc. Estos datos se usan para calcular los volúmenes actuales por tipo de vehículo para el año analizado. n

Tráfico futuro

Se especifica como un período de crecimiento del tráfico definido en términos de su año de comienzo y por uno de los siguientes tipos de crecimiento: ο

aumento del porcentaje anual (p) IMD y = IMD añoinicial

p   1+   100 

(y−1)

. . .(4.1)

donde:

ο

IMDy IMDaño inicial

intensidad media diaria al año y (vehículos por día) intensidad media diaria en el año inicial (vehículos por día)

p

porcentaje anual de crecimiento de la IMD (%)

aumento porcentual anual de la IMD (vpd) IMD y = IMD añoinicial [1 + VPD (y − añoinicial )]

...(4.2)

donde:

ο

IMDy IMDaño inicial

intensidad media diaria en el año y (vehículos por día) intensidad media diaria en el año inicial (vehículos por día)

VPD

aumento porcentual anual de la IMD (vehículos por día)

la IMD actual puede ser seguida por otro período de crecimiento anual, independientemente de que el año en el que aplica sea el último del período del análisis.

Entonces, dependiendo del tipo de crecimiento del tráfico seleccionado, la tasa de crecimiento se especifica para cada vehículo representativo. Por ejemplo, los camiones ligeros aumentan al 4% del año 2000 al 2005, si se seleccionó un aumento porcentual anual. Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

B1-5

PARTE B T RÁFICO

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

Se pueden definir varios períodos de crecimiento del tráfico, cada uno de ellos con una duración mínima de un año. Es importante asegurar que los períodos definidos cubran consistentemente a todos y cada uno de los períodos analizados. Por eso, si se define solamente un período de crecimiento, se asume que se aplicará a todos los años sucesivos del análisis. Una combinación de diferentes tipos de crecimiento se puede usar para especificar tráficos futuros a través del período analizado.

4.2.2 Tráfico inducido El pronóstico del tráfico inducido suele ser difícil, particularmente cuando el tráfico está inducido desde otros modos de transporte y cuando se analiza una red completa. Lo ideal sería estimar el tráfico inducido utilizando los resultados de unos modelos externos de requisitos del tráfico. Por eso, en una situación donde una carretera origina tráfico inducido, se debe de definir para cada alternativa de proyecto un nuevo grupo de datos del tráfico que representen el efecto neto de la inducción del tráfico sobre todos los tramos afectados. Para cada alternativa de proyecto se especifica un grupo nuevo de datos del tráfico, como se explica a continuación: n n

Nombre Año inicial

Es el año calendario en el cual comienza la inducción del tráfico, generalmente debería coincidir con el año siguiente a la terminación de los trabajos de la carretera. n

Nueva IMD

Es la intensidad media diaria del tráfico de cada tramo en el año inicial. n

Nueva composición

Es la composición del tráfico de cada tramo en el año inicial. n

Tráfico futuro

Se especifica seleccionando uno de los siguientes tipos de crecimiento: ο

crecimiento porcentual anual de la IMD, calculado usando la ecuación 4.1 anterior

ο

crecimiento incremental anual de la IMD, calculado usando la ecuación 4.2 anterior

Las comparaciones económicas de las opciones de inversión que tienen que ver con tráfico inducido pueden solamente hacerse, significativamente, al nivel de análisis del proyecto cuando se cumplan las siguientes condiciones: 1

Todos los tramos que inducen y hacia los que se induce el tráfico se analizan junto a los considerados bajo el análisis de inversión; esto obliga a la definición de un área de estudio que comprenda todos los tramos afectados, significativamente, por la inducción de tráfico como un resultado de la realización de los trabajos.

2

En cualquier año analizado, el volumen total del tráfico definido en el área estudiada es igual al ya existente en el área, lo que implicaría una matriz de viaje fija.

El análisis de un tramo nuevo en una nueva localización conllevará, siempre, tráfico inducido. .

4.2.3 Tráfico generado Los principales factores causantes del tráfico generado son las reducciones en los costes de viaje o tiempo o el desarrollo relacionado con las mejoras producto de la inversión a la carretera. Es difícil el pronóstico certero de la cantidad de tráfico generado, por lo que se debería limitar el periodo sobre el cual el tráfico es generado.

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B1-6

PARTE B T RÁFICO

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

La forma más recomendada de pronosticar el tráfico generado es usar relaciones solicitadas. La flexibilidad del precio para el transporte, mide la respuesta del tráfico a un cambio en los costes del transporte después de realizada una inversión en la carretera.. Para cada inversión en una carretera, el tráfico generado se especifica como sigue: n

Nombre

n

Año inicial relativo

Es el número de años, después del comienzo de los trabajos, a los que comienza el tráfico generado. Por lo tanto, el año de inicio relativo j0 indica el j0 año siguiente al año de comienzo de los trabajos que originarán el tráfico generado n

Tráfico futuro

Es el volumen total de tráfico generado en cualquier año analizado y se calcula como sigue: IMD gen(y) = IMD gen(y−1) + ÄIMD gen(y)

. . .(4.3)

donde: IMDgen(y)

tráfico generado total en el año y (vehículos por día)

IMDgen(y-1)

tráfico total generado en el año y-1 (vehículos por día)

∆IMDgen(y)

aumento anual del tráfico generado por año y (vehículos por día)

El aumento del tráfico generado se especifica seleccionando uno de los siguientes tipos de crecimiento: ο

porcentaje de crecimiento anual adicional de la IMD (q1) el crecimiento anual del tráfico generado se deriva de: ÄIMD gen(y) = IMD total(y) − IMD total(y−1) − IMD norm(y) + IMD norm(y−1)

. . .(4.4)

 (p + q1)  IMD total(y) = IMD total(y−1) 1 +  100  

. . .(4.5)

p  IMD norm(y) = IMD norm(y−1)  1 +   100 

. . .(4.6)

donde:

y: IMDtotal(y)

tráfico total en el año y (vehículos por día)

IMDtotal(y-1)

tráfico total en el año y-1 (vehículos por día)

IMDnorm(y)

tráfico normal en el año y (vehículos por día)

IMDnorm(y-1)

tráfico normal en el año y-1 (vehículos por día)

q1

porcentaje de crecimiento anual adicional de la IMD (%)

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B1-7

PARTE B T RÁFICO

p

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

porcentaje de crecimiento anual de la IMD en el tráfico normal (%). El valor de p se especifica por el usuario si el método usado para definir el crecimiento del tráfico normal del año analizado es el representado por la ecuación 4.1. Si el método utilizado es el de “IMD actual” o el descrito por la ecuación 4.2, entonces p se calcula a partir de la ecuación 4.6 utilizando los valores conocidos de la IMDnorm(y) y IMDnorm(y-1) ο

porcentaje de crecimiento del tráfico normal en el año en curso (q2) el crecimiento anual del tráfico generado se obtiene: ÄIMD gen(y) =

q2 ÄIMD norm(y) 100

. . .(4.7)

donde ∆IMDnorm(y) es el crecimiento del tráfico normal en el año y derivado de: ÄIMD norm(y) = IMD norm(y) − IMD norm(y−1)

. . .(4.8)

y: q2

crecimiento del tráfico generado como un porcentaje del aumento en el tráfico normal (%) ο

crecimiento porcentual de la IMD del tráfico generado el valor asignado por el usuario es el crecimiento anual del tráfico generado ∆IMDgen(y)

ο

IMD inicial del tráfico generado El valor asignado por el usuario es el total del tráfico generado en el año y, (por ejemplo, IMDgen(y) ), (alternativamente, el valor podría ser considerado como ∆IMDgen(y) puesto que IMDgen(y) es cero.) Esto debería estar seguido por otro periodo de crecimiento del tráfico, ya que de otro modo, no habría cambios en el tráfico generado por el resto del periodo de análisis

4.2.4 Tráfico en las intersecciones Los datos del tráfico que accede a un nodo de intersección, son necesarios para realizar el análisis de seguridad de la carretera (no disponible en la versión 1.0 de HDM-4). El total del tráfico que accede al nodo se define como IMD. Los datos de composición del tráfico no se requieren para lo anterior.

4.2.5 Cambios en las características del parque de vehículos Si se esperan cambios en el futuro en las características del parque de vehículos se debe tener en cuenta el siguiente procedimiento: Todos los vehículos que puedan ser usados en una fecha futura deberían estar especificados en la carpeta Parque de vehículos junto a los que están siendo usados actualmente. La IMD de los vehículos futuros debería de ajustarse a cero hasta el año en el cual van a ser utilizados. En ese momento la nueva IMD para cada vehículo se definirá utilizando factores de crecimiento en la IMD, o la actual IMD, seguida por otro periodo de crecimiento. Las tasas de crecimiento negativas se pueden definir para vehículos que están actualmente en uso, de tal manera que puedan ser gradualmente eliminados, cuando su IMD=0 y reemplazados por los vehículos futuros.

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B1-8

PARTE B T RÁFICO

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

5

Carga por eje

5.1

Datos necesarios de la carga por eje Las siguientes medidas de la carga por eje se requieren para predecir los impactos del tráfico en el deterioro del firme y en los efectos de la conservación: n

Número de ejes por vehículo (YAX)

Definido como el número total de ejes de todos los vehículos que circularán por un tramo seleccionado en el año. n

Número de ejes equivalentes (EE)

Combina los efectos de deterioro del espectro total de carga por eje en una unidad relacionada con el deterioro. El EE se define para cada tramo por cada año del período de análisis.

5.2

Ejes de los vehículos Para cada tipo de vehículo, el número de ejes YAX k, que circula por un tramo seleccionado en un año en particular se calcula como el volumen del tráfico multiplicado por el número de ejes por cada tipo de vehículo implicado. El número total de todos los ejes, YAX, en el año se obtiene sumando el YAXk de todos los tipos de vehículos T * NUM_EJES k YAX k = k 6 ELANES * 10

...(5.1)

K

YAX =

∑ YAX

k

...(5.2)

k=1

donde: YAX

número total de ejes de todos los tipos de vehículos por año (millones por carril)

Tk

volumen anual del tráfico por tipo de vehículo (k = 1, 2, . . , K)

NUM_EJESk

número de ejes por tipo de vehículo k

ELANES

número efectivo de carriles por cada tramo

El número efectivo de carriles ELANES se utiliza para modelizar el efecto de la distribución del peso del tráfico a través del ancho de las carreteras pavimentadas. Se puede especificar por el usuario o bien tomarse, por defecto, como igual al número de carriles (NLANES) del tramo de la carretera.

5.3

Factores de ejes equivalentes El factor de ejes equivalentes se define como el número de aplicaciones del peso estándar 80kN de un eje sencillo de doble rueda que podría causar la misma cantidad de deterioro a una carretera como una aplicación del mismo. El valor del ESALF para cada tipo de vehículo

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B1-9

PARTE B T RÁFICO

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

puede ser especificado directamente por el usuario o calculado a partir de la información del peso del eje definido en la carpeta Parque de vehículos. Para cada tipo de vehículos, el ESALFk se calcula usando la información de los diferentes efectos de deterioro de las distintas configuraciones de ejes. Para cada tipo de grupo de ejes j es un estándar de peso, SAXLj, se usa para determinar la razón del peso. La expresión para calcular ESALF es, según Watanatada et al. (1987), la siguiente: Ik

ESALFk =

Jk

∑ 100 ∑ Pki

i=1

j=1

 AXL kij   SAXL j 

   

LE

...(5.3)

donde: ESALFk

factor de ejes equivalentes para cada tipo de vehículo k, en el estándar equivalente de peso por eje

Ik

LE

número de subgrupos i (definido en términos de la escala de peso) del tipo de vehículo k (i = 1, 2, . . ., Ik ). Cada i debe representar a cada vehículo individualmente porcentaje de los vehículos en subgrupos i de tipos de vehículos k. Si i representa a cada vehículo individualmente, entonces Pki = 100 (%) exponente de la equivalencia de peso por eje (predefinido = 4.0)

Jk

número de ejes sencillos por tipo de vehículo k (j = 1, 2, . . ., Jk )

AXLkij

promedio del peso por eje j de la escala de peso i por tipo de vehículo k (toneladas) peso estándar del eje sencillo del tipo de grupos de ejes j, por ejemplo, 6.60 toneladas para un eje sencillo de ruedas sencillas, 8,16 toneladas para un eje sencillo de doble rueda, etc.

P ki

SAXLj

El factor ESALFk es, por lo tanto, un promedio de todos los tipos de vehículos k, cargados y sin cargar, en ambas direcciones del tramo seleccionado. El número total anual de estándares de ejes equivalentes se calcula como sigue: K

YE4 =

T * ESALF ∑ ELANES * 10 k

k 6

...(5.4)

k =1

donde: YE4

número total anual de estándares de ejes equivalentes (millones por carril)

Todos los demás parámetros se definieron anteriormente en las secciones 5.2 y 5.3.

5.4

Vehículos ligeros y pesados La modelización de las formas de deterioro de algunos firmes, así como el cálculo de deterioro de carreteras sin sellar, requieren los datos de las cantidades de vehículos motorizados, MT, ligeros y pesados. Los vehículos pesados se catalogan como aquellos con un peso operacional igual o mayor de 3.5 toneladas; los demás vehículos se catalogan como ligeros. La Intensidad Media Diaria de Vehículos Ligeros (ADL) y la Intensidad Media Diaria

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B1-10

PARTE B T RÁFICO

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

de Vehículos Pesados (ADH) se especifican en términos de los vehículos por día en cada año del período analizado. La modelización de los cambios en el firme, coeficiente de rozamiento, requiere la especificación del flujo de vehículos comerciales pesados en cada carril por día (QCV). QCV =

ADH

... (5.5)

ELANES

donde: QCV

flujo de vehículos comerciales pesados por carril por día

ADH

promedio de vehículos pesados diarios (en ambas direcciones)

ELANES

número efectivo de carriles del tramo

La modelización de los cambios en la profundidad de la textura del firme requieren la especificación del número equivalente de pasadas de vehículos ligeros al año (∆NELV) sobre el tramo. Esto se calcula con la siguiente fórmula: ∆NELV = 365 * (ADL + 10 * ADH)

...(5.6)

donde: ∆NELV

número equivalente de pasadas de vehículos ligeros durante el año analizado

Se requiere el número de vehículos con neumáticos de clavos para modelizar rutinas de firme durante las estaciones de hielo.

PASS =

365 * ST * IMD y * 10 −5 NTFD

...(5.7)

donde:

5.5

PASS

numero de pasadas de vehículos con neumáticos de clavos anual en una dirección (medido en miles)

IMDy

intensidad media diaria anual (IMD) en el año y (veh/día)

ST

porcentaje del número de pasadas de vehículos con neumáticos de clavos anual (%)

NTFD

número de flujo de tráfico en ambas direcciones

Peso acumulativo del tráfico Los parámetros del peso acumulativo del tráfico se usan para modelizar el deterioro de la carretera y como un criterio de intervención para algunos trabajos. Estos parámetros se calculan a partir del tráfico acumulado desde el momento del último perfilado o trabajo de construcción en el tramo seleccionado (ver a continuación).

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B1-11

PARTE B T RÁFICO

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

El número acumulativo del estándar de ejes equivalentes después de los últimos trabajos de rehabilitación, reconstrucción o nueva construcción (NE4) se obtiene de: AGE 3

NE 4 =

∑

YE 4 y

... (5.8)

y =1

donde: NE4

número acumulativo de ejes equivalentes después de la última rehabilitación, reconstrucción o nueva construcción (millones/carril)

YE4y

número de ejes equivalentes en el año y (millones/carril)

AGE3

número de años después de la última rehabilitación, reconstrucción o nueva construcción (años).

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B1-12

PARTE B T RÁFICO

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

6

Capacidad y relaciones capacidad-velocidad de la carretera

6.1

Conceptos básicos La posibilidad de modelar los efectos del volumen del tráfico sobre las velocidades se ofrece para definir las consecuencias económicas determinadas de las mejoras a la capacidad de la carretera. Los factores que determinan estas relaciones se describen a continuación: n

Capacidad

Es el número máximo de vehículos que pueden pasar por un punto, o atravesar un tramo, en una hora (en ambas direcciones). Los valores de la capacidad determinan la forma de las curvas de relación capacidad-velocidad estableciendo el valor de máxima capacidad. n

Velocidad libre

Es la velocidad de cada vehículo a cero (o el más bajo) flujo. Solamente se afecta por las características físicas de la carretera y otros factores no relacionados con el tráfico (ver parte E). El promedio de velocidad libre se calcula para cada tipo de vehículo. n

Velocidad máxima

Cuando el flujo del tráfico aumenta, el promedio, de las velocidades de todos los vehículos, converge hacia la velocidad de los vehículos más lentos del flujo, siendo cada vez más decreciente. Por el contrario, cuando el flujo alcanza la capacidad máxima, el promedio de velocidades puede llegar a ser menor que la velocidad libre de los vehículos, y cualquier interferencia en el mismo puede causar que se detenga. Para describir las relaciones capacidad-velocidad es necesario un estimado de promedio de velocidad a máxima capacidad, también conocida como velocidad de embotellamiento.

6.1.1 Modelo de velocidad-capacidad El modelo de velocidad-capacidad adoptado para transporte motorizado (TM) es el modelo de tres zonas propuesto por Hoban et al. (1994). Este modelo se ilustra en la Figura B1.1.

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B1-13

PARTE B T RÁFICO

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

Velocidad km/h

S1

S2

S3 Snom

Sult

Qo

Qnom

Qult

Flujo en PCSE/h Figura B1.1 Modelo de velocidad-capacidad La siguientes anotaciones se refieren a la Figura B1.1: Qo

el nivel de flujo más bajo al cual las interacciones con el tráfico son insignificantes en PCSE/h

Qnom

capacidad nominal de la carretera (PCSE/h)

Qult

capacidad máxima de la carretera de flujo estable (PCSE/h)

Snom

velocidad a la capacidad nominal (Km/h)

Sult

velocidad a máxima capacidad (Km/h) (velocidad de embotellamiento)

S1 a S3

flujo de velocidad libre de diferentes tipos de vehículos (Km/h)

PCSE

equivalentes del espacio de pasajero por coche (ver arriba)

6.1.2 Equivalentes de espacio de pasajero por coche Para modelizar los efectos de la congestión del tráfico, los flujos de tráfico mixtos se convierten en estándares equivalentes. La conversión se basa en el concepto de Equivalente de Espacio de Pasajero por Coche (PCSE) Hoban et al. (1994). Esto cuenta, solamente, el espacio relativo ocupado por el vehículo en la carretera, y refleja el hecho de que el modelo de capacidad-velocidad se afecta explícitamente por las diferencias en velocidad de los vehículos en el flujo del tráfico. Los factores PCSE varían por tipo de carretera, teniendo las carreteras estrechas unos valores PCSE más altos que las anchas. La Tabla B1.1 ofrece los valores de PCSE por clase de vehículo y tipo de carretera.

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B1-14

PARTE B T RÁFICO

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

Tabla B1.1 Valores PCSE Promedio de longitud (m)

Espacio progresivo (m)

Coche

4,0

32,0

36,0

1,0

1,0

1,0

1,0

De reparto

4,5

36,0

40,5

1,0

1,0

1,0

1,0

Autobús

14,0

44,0

58,0

1,6

1,8

2,0

2,2

Camión ligero

5,0

40,0

45,0

1,3

1,3

1,4

1,5

Camión mediano

7,0

44,0

51,0

1,4

1,5

1,6

1,8

Camión pesado

9,0

48,0

57,0

1,6

1,8

2,0

2,4

Trailer

11,0

50,0

65,0

1,8

2,2

2,6

3,0

Vehículo

Espacio

PCSE

total (m)

Básico

Valores recomendados 2-Carril 4-Carril

2-Carril estrecho

1-Carril

Fuente: Hoban et al. (1994)

Notas: Los valores básicos de PCSE se han utilizado como predefinidos para los tipos estándar de vehículos en HDM-4 (ver parte E).

6.2

Datos requeridos Los parámetros clave que se deben usar en el modelo de relación capacidad-velocidad pueden variar dependiendo del tipo y el ancho de la carretera. La Tabla B1.2 ofrece un listado de valores recomendados para estos parámetros. Los valores para Qo y Qnom están relacionados a Qult. La capacidad máxima para el tramo de carretera Qult en HDM -4 se obtiene del producto de la capacidad máxima por carril (QLult) por el número de carriles del tramo (NLANES). La relación de Qo entre Qult se designa por XQ1, y se expresa de la siguiente forma: XQ1 =

Qo Qult

...(6.1)

La relación de Qnom entre Qult se designa por XQ2, se expresa como sigue: XQ2 =

Qnom Qult

...(6.2)

Tabla B1.2 Ejemplos de parámetros de modelos de capacidad y velocidadcapacidad de diferentes tipos de carreteras Ancho Tipo de carretera

XQ1

QLult

Sult

σ maxr

(PCSE/carril/hr)

(km/hr)

(m/s )

XQ2

(m)

2

Carril sencillo

<4

0,0

0,70

600

10

0,75

Carretera intermedia

4 a 5.5

0,0

0,70

1200

20

0,70

Carretera de dos carriles

5.5 a 9

0,1

0,90

1400

25

0,65

De dos carriles ancha

9 a 12

0,2

0,90

1600

30

0,60

De cuatro carriles

>12

0,4

0,95

2000

40

0,60

Fuente: Hoban et al. (1994)

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B1-15

PARTE B T RÁFICO

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

Como esos datos se aplican a tramos individuales, es importante asegurarse que estén relacionados con una calzada sencilla y no doble. Esto asegura consistencia con la definición de un tramo de carretera que se usa en HDM-4. Los datos de la Tabla B1.1 que describen la capacidad de los tramos se especifican para cada tipo de carretera de la siguiente forma: n

Capacidad máxima por carril (QLult) (PCSE/carril/hr). La capacidad máxima para el

tramo de carretera Qult = QLult*NCARRILES n

Flujo de capacidad libre como una proporción de la capacidad máxima (XQ1)

n

Capacidad nominal como una proporción de la capacidad máxima (XQ2)

n

Velocidad a máxima capacidad (Sult) (km/hr)

El valor de velocidad libre para cada tipo de vehículo se determina, internamente, usando el modelo descrito en la parte E. La velocidad a capacidad nominal se estima que debe ser el 85% de la velocidad libre del vehículo más lento en el flujo de tráfico. El ruido máximo de aceleración (σmaxr) representa la desviación máxima estándar de aceleración para cada tipo de carretera. Se requiere para modelizar el efecto de los ciclos de cambios de velocidad, es decir, variaciones de la velocidad a lo largo de la carretera, sobre los costes de circulación de los vehículos. En adicción de por el comportamiento del conductor, las fluctuaciones en la velocidad están influenciadas por la geometría, la condición, la presencia de TNM, el rozamiento, las intersecciones, etc. (ver Parte E).

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B1-16

PARTE B T RÁFICO

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

7

Datos de la distribución horaria de la intensidad del tráfico

7.1

Conceptos básicos Es necesario tener en cuenta los diferentes niveles de congestión del tráfico a diferentes horas del día y en diferentes días de la semana y del año. Por lo tanto, se deben considerar el número de horas del año que tienen diferentes escalas de flujo horario. Por definición, los datos de la IMD se pueden convertir en flujos horarios a partir de la distribución de los flujos entre las 8760 (365 días x 24 horas al día) horas del año. Un análisis de congestión puede ser llevado a cabo, entonces, para un número de niveles de flujo de tráfico horario y los resultados se pueden combinar para representar el año entero. Puesto que los retrasos y los costes de congestión son mayores durante las horas de mucho flujo, se debe poner especial atención a estos horarios. Estos altos flujos se deberían dividir en períodos de corta duración. La Figura B1.2 presente un ejemplo típico de la distribución de la frecuencia de flujo en la cual el número de horas del año se divide en cinco niveles de flujo o períodos.

7.2

Datos especificados Los datos de la distribución horaria de frecuencia de flujo se especifican para cada categoría de uso de la carretera. Esto refleja el hecho de que el uso predominante (ver sección 2.1) de cada carretera requiere diferentes curvas. Estas curvas se definen en términos del número de horas por año que el volumen del tráfico tiene un cierto porcentaje de IMD. Cada distribución se refiere como un patrón de flujo de tráfico, y se puede asignar a un número de tramos que usen un patrón similar.

Períodos de flujo Flujo horario medio (%IMD)

Curva de distribución de frecuencia de flujo

Punto máximo Cercano al punto máx Flujo mediano Cercano al punto bajo Nocturno

Número acumulativo de horas en el año (8760)

Figura B1.2 Distribución horaria de frecuencia de flujo Los patrones de flujo de tráfico se especifican como sigue: n

Nombre

n

Número de períodos de frecuencia de flujo

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

B1-17

PARTE B T RÁFICO

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

Es el número de períodos de flujo entre los cuales se divide el total de horas del año (8760). Se necesita, solamente, especificar un período de flujo en los análisis de nivel añadido o de red. Se asume una misma composición uniforme del tráfico y un valor de tiempo de viaje a través de todos los períodos de frecuencia de flujo. n

Número de horas de cada período de frecuencia de flujo, p (HRYRp) y

o bien n

Flujo horario de tráfico en cada período como una proporción del IMD (HVp)

o n

Porcentaje de la IMD en cada período de frecuencia de tráfico, p (PCNADTp)

Cuando se especifica una distribución de frecuencia de flujo se deben de cumplir las siguientes condiciones: n

La suma del número de horas de los períodos (HRYRp ) debería ser 8760

n

La suma de PCNADT p de todos los períodos debería de ser 100

n

La suma de los productos de HVp y HRYRp (de todos los períodos) dividida entre 365 debería ser igual a 1,00 ± 0,05

La Tabla B1.3 muestra los valores típicos de los datos de distribución de la frecuencia horaria de flujo para las tres categorías de uso de carretera: ocasional, frecuente e inter-urbana. Tabla B1.3 Ejemplos de datos de distribución del flujo horario del tráfico HRYR

HV

Período de flujo (p) (horas)

Ocasional

Frecuente

Inter-urbano

1

87,6

0,18

0,13

0,09

2

350,4

0,14

0,12

0,08

3

613,2

0,10

0,10

0,07

4

2978,4

0,05

0,07

0,05

5

4730,4

0,02

0,01

0,03

Fuente: Hoban et al. (1994)

La Tabla B1.4 muestra los valores típicos de los datos de distribución de frecuencia horaria del flujo para las tres categorías de carretera con flujos horarios expresados como un porcentaje de la IMD. Tabla B1.4 Ejemplos de datos de distribución del flujo horario del tráfico HRYR

PCNADT (%)

Período de flujo (p) (horas)

Ocasional

Frecuente

Inter-urbano

1

87,6

4,25

3,05

2,17

2

350,4

13,24

11,33

7,59

3

613,2

16,60

16,55

11,64

4

2978,4

40,32

56,26

40,24

5

4730,4

25,59

12,81

38,36

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

B1-18

PARTE B T RÁFICO

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

El parámetro PCNADT se convierte en flujo horario del tráfico como una proporción de la IMD usando la siguiente ecuación: HV p =

365 * PCNADT p 100 * HRYR p

...(7.1)

donde: HVp

flujo horario del tráfico en el período p, como una proporción de la IMD

PCNADT p

porcentaje de la IMD en el período p

HRYRp

número de horas por año en el período p

Los datos que describen el flujo horario del tráfico y la relación volumen-capacidad se requieren para modelizar los efectos de la congestión en la velocidad de los vehículos y en los costes de circulación de los mismos. Por eso, los parámetros clave son los siguientes: n

Qp

El flujo del tráfico, en PCSE por hora, durante el período p del flujo del tráfico. n

VCRp

La relación volumen-capacidad para el período de flujo del tráfico p. El flujo del tráfico durante cada período de flujo se calcula como sigue: K

Qp =

∑HV

p

* PCSE k * IMD k

...(7.2)

k=1

donde: Qp

flujo horario del tráfico en el período p (PCSE por hora)

IMDk

intensidad media diaria anual por tipo de vehículo k

PCSEk

espacio equivalente de pasajero por vehículo, por tipo de vehículo k

La relación volumen-capacidad durante cada período de flujo de tráfico se expresa como sigue: VCR p =

Qp

...(7.3)

Qult

donde: VCRp

relación volumen-capacidad por período p de flujo del tráfico (sin medida)

Todos los demás parámetros se definieron anteriormente.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

B1-19

PARTE B T RÁFICO

7.3

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

Límites de la intensidad del tráfico Los crecimientos anuales del tráfico a través de los períodos analizados pueden alcanzar altos valores de la IMD, del flujo horario del tráfico, así como, cambios en la distribución de la frecuencia horaria del tráfico. En análisis reales, el flujo del tráfico, en términos de la IMD y de los flujos del tráfico horario de cada período, debería estar limitado por la capacidad de la carretera. Se incluyen, por lo tanto, los siguientes límites de la capacidad del flujo: En cada año del período analizado la intensidad media diaria anual de un tramo de carretera está limitada por: IMD y ≤ IMD ylim y: IMD ylim

=

24 * Qult K

∑ (PCSE

k

...(7.4)

* MIX k )

k=1

donde: IMDy

IMD total en el año y (veh/día)

IMDylim

límite de capacidad de la carretera en el año y (veh/día)

Qult MIXk

capacidad máxima de la carretera en (PCSE/hr) proporción del tipo de vehículo k en el tráfico de la carretera en el año y

PCSEk

equivalente de espacio de pasajero por coche por tipo de vehículo k

Como la proporción de cada tipo de vehículo en la oleada de tráfico (MIXk) puede variar cada año, y la capacidad máxima de la carretera Qult puede sufrir también cambios debido a los trabajos realizados, el valor de la IMDylim se calcula para cada año del período de análisis. Una verificación del límite de la IMD se realiza en el módulo del tráfico para cada año analizado. Los ajustes necesarios de los valores de los datos del tráfico se hacen entonces antes de pasar los datos para su uso en los próximos módulos. Si la IMDy proyectada es mayor que el límite de la IMD de la carretera, la IMDy se igualará a la IMDylim, y el análisis del año y se realizará utilizando la IMDylim. En esas circunstancias se incluye un aviso impreso en HDM-4. En realidad, los cambios en la distribución horaria de la frecuencia del flujo tienen lugar en una base continua de volumen de tráfico sobre una carretera que aumenta con el tiempo. Esto tiene como resultado ajustes a los valores de los parámetros de distribución de la frecuencia del flujo HVp y HRYRp según sean necesarios. No obstante, para propósitos de análisis, la distribución horaria de la frecuencia del flujo se cambia, solamente, bajo una de las siguientes condiciones: 1

Cuando ocurre un desbordamiento de uno de los períodos más altos de flujo sobre el período más próximo; es decir, cuando el flujo horario del tráfico en su nivel más alto excede la capacidad máxima de la carretera, el exceso de flujo se desbordará sobre el siguiente período más alto, dividiendo entre ambos el punto más alto de flujo. En este caso se calculan nuevos valores de HVp , pero los valores HRYRp se mantienen sin cambios con la intención de simplificar el análisis.

2

Cuando ocurre una intervención que cambia los patrones del tiempo de trayecto de los usuarios, por ejemplo un aumento de la capacidad de la carretera que reduce la congestión del tráfico.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

B1-20

PARTE B T RÁFICO

8

B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO

Referencias Hoban C., Reilly W., y Archondo-Callao R., (1994) Economic Analysis of Road Projects with Congested Traffic Methods for Economic Evaluation of Highways Investments y Maintenance Transport Division, Transportation, Water & Urban Development Department World Bank, Washington D.C., USA TRRL Overseas Unit, (1988) A guide to road project appraisal, Road Note 5 Transport y Road Research Laboratory Crowthorne, Berkshire, UK Watanatada T., Harral C. G., Paterson W.D.O., Dhareshwar A.M., Bhyari A., y Tsunokawa K., (1987) The Highway Design y Maintenance Styards Model - Volume 1: Description of the HDM-III Model. The Highway Design y Maintenance Styards Series Baltimore: Johns Hopkins University Press for the World Bank

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

B1-21

Part C

Contenidos

Volumen 4 – Marco analítico y descripciones de modelos: Parte C C1

Conceptos de la modelización 1

Introducción

C1-1

2

Clasificación del firme

C1-2

3

Modelización

C1-7

3.1

Clases y tipos de modelos

C1-7

3.2

Deterioros del firme

C1-7

3.3

Deterioros de los drenajes laterales

C1-8

3.4

Deterioros de los arcenes

C1-8

Variables clave que afectan al deterioro

C1-9

4.1

Clima y medioambiente

C1-9

4.2

Tráfico

C1-11

4.3

Historial del firme

C1-11

4.4

Otras variables relacionadas

C1-11

4

5

C2

Referencias

C1-12

Firmes bituminosos 1

Introducción

C2-1

2

Marco y lógica del modelo

C2-2

2.1

Clasificación y conceptos

C2-2

2.2

Lógica del cálculo

C2-5

3

Resistencia del firme

C2-11

3.1

Número estructural ajustado

C2-11

3.2

Efectos del drenaje y del clima

C2-13

3.3

Opciones del usuario

C2-16

4

Calidad de la construcción

C2-18

5

Modelización de la fisuración

C2-20

5.1

C2-20

Fisuración estructural

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

i

PARTE C M ODELOS DE DET ERIORO DE CARRETERA

6

7

5.2

Fisuración termal transversal

C2-27

5.3

Areas totales de fisuración

C2-29

Desprendimiento del árido

C2-30

6.1

Inicio

C2-30

6.2

Progreso

C2-30

Bacheo

C2-33

7.1

Inicio

C2-33

7.2

Progreso

C2-34

8

Rotura del borde

C2-36

9

Area de la superficie con y sin desperfectos

C2-38

9.1

Lógica

C2-38

9.2

Valores de deterioro al final del año

C2-39

9.3

Area total de la superficie con desperfectos

C2-45

10

11

12

C3

CONTENIDOS

Profundidad de la rodera

C2-47

10.1

Densificación inicial

C2-47

10.2

Deformación estructural

C2-48

10.3

Deformación plástica

C2-49

10.4

Desgaste de la superficie

C2-50

10.5

Profundidad total de la rodera

C2-50

10.6

Desviación estándar de la profundidad de la rodera

C2-51

Regularidad

C2-52

11.1

Estructural

C2-52

11.2

Fisuración

C2-53

11.3

Rodera

C2-53

11.4

Bacheo

C2-54

11.5

Medioambiente

C2-54

11.6

Cambio total en la regularidad

C2-55

Textura superficial del firme

C2-57

12.1

Profundidad de la textura

C2-57

12.2

Coeficiente de rozamiento transversal

C2-58

13

Factores de calibración

C2-61

14

Referencias

C2-62

Firmes de hormigón 1

Introducción

C3-1

2

Marco y lógica del modelo

C3-2

2.1

Firme de estructura de hormigón

C3-3

2.2

Formas de deterioro de los firmes de hormigón

C3-5

2.3

Parámetros principales de la modelización

C3-9

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

ii

PARTE C M ODELOS DE DET ERIORO DE CARRETERA

2.4 3

4

5

6

Procedimientos del cálculo

C3-10

Características estructurales

C3-12

3.1

Introducción

C3-12

3.2

Propiedades de los materiales

C3-12

3.3

Condiciones del drenaje

C3-15

3.4

Porcentaje del acero de refuerzo

C3-17

3.5

Eficiencia de la transferencia de cargas

C3-17

3.6

Carriles ensanchados hacia afuera

C3-18

Fisuración

C3-19

4.1

Firmes de hormigón con juntas sencillas

C3-19

1.2

Firmes de hormigón con juntas reforzadas

C3-28

Resaltos

C3-30

5.1

Firmes de hormigón JP sin pasadores de transferencia de carga

C3-30

5.2

Firmes de hormigón JP con pasadores de transferencia de carga

C3-31

5.3

Firmes de hormigón con juntas reforzadas

C3-33

Desconchado

C3-35

6.1

Firmes de hormigón con juntas sencillas

C3-35

1.2

Firmes de hormigón con juntas reforzadas

C3-36

7

Fallos o roturas

C3-38

8

Pérdida de utilidad

C3-39

8.1

Firmes de hormigón con juntas reforzadas

C3-39

8.2

Firmes de hormigón contínuamente reforzados

C3-39

9

C4

CONTENIDOS

Regularidad

C3-41

9.1

Firmes de hormigón con juntas sencillas

C3-41

9.2

Firmes de hormigón con juntas reforzadas

C3-41

9.3

Firmes de hormigón contínuamente reforzados

C3-42

10

Factores de calibración

C3-43

11

Referencias

C3-44

Carreteras sin sellar 1

Introducción

C4-1

2

Lógica de la modelización

C4-2

2.1

Clasificación, conceptos y lógica

C4-2

2.2

Parámetros principales del modelo

C4-3

2.3

Procedimiento básico del cálculo

C4-5

2.4

Variables de inicio

C4-6

3

Regularidad de la carretera

C4-7

3.1

General

C4-7

3.2

Progresión de la regularidad

C4-7

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

iii

PARTE C M ODELOS DE DET ERIORO DE CARRETERA

CONTENIDOS

3.3

Efecto de la compactación sobre la progresión de la regularidad

C4-9

3.4

Efecto del perfilado

C4-10

3.5

Promedio de regularidad durante el año analizado

C4-11

3.6

Ciclo de regularidad "de viaje"

C4-13

4

Pérdida de material

C4-14

5

Transitabilidad

C4-15

6

Factores de calibración

C4-16

7

Referencias

C4-17

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

iv

Parte C Organigrama Marco analítico y descripciones and Model de modelos Descriptions

Introducción Introduction Parte A Part A

Tráfico Traffic Parte B Part B

Modelo RD RD Model Parte C Part C

Modelo WE WE Model Parte D Part D

RD = Deterioro de la carretera

WE = Efectos de los trabajos en la carretera

RUE = Efectos sobre los usuarios de la carretera SEE = Efectos sociales y medioambientales

Modelo RUE RUE Model Parte E Part E

Análisis económico Economic Analysis Parte G Part G

Modelo SEE SEE Model Parte F Part F

Nomenclatura Nomenclature Parte H Part H Glosario Glossary Parte I Part I

Figura C Organigrama del Marco analítico y descripciones de modelos

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

1

PARTE C MODELOS DE DETERIORO DE CARRETERAS Part C

C1 Conceptos de modelización y acceso 1

Introducción El deterioro de la carretera es generalmente una función del diseño original, de los tipos de materiales, de la calidad de la construcción, del volumen del tráfico, de las características de carga de los ejes, de la geometría, de las condiciones medioambientales, de la edad del firme y de las políticas de conservación definidas. HDM-4 incluye relaciones para la modelización de Deterioro de la carretera (RD) y Efectos de los trabajos de la carretera (WE). Se utilizan con el propósito de predecir condiciones anuales de la carretera y para la evaluación de estrategias de trabajos. Las relaciones deberían vincular estándares y costes para la construcción y la conservación de la carretera a los costes sobre el usuario a través de los modelos de costes sobre usuario. En HDM-III estas relaciones se combinaban en un módulo sencillo llamado Efectos del deterioro y mantenimiento de la carretera (RDME), como se describe por Watanatada et al. (1987). En HDM-4 este módulo se ha separado con la intención de dirigir apropiadamente su alcance a la modelización del Deterioro de la carretera y Efectos de los trabajos. El análisis incluye también: n

Ambientes físicos (zonas climáticas)

Abarca climas fríos, temperaturas altas y temperaturas extremas, tales como condiciones desérticas y ambientes de elevada humedad y condiciones áridas. n n

Firmes de hormigón rígido y semi-rígido, y una amplia gama de firmes flexibles Modelos para los siguientes deterioros:

Rotura del borde, profundidad de la textura y coeficiente de rozamiento. n n

Impacto del transporte no motorizado en los arcenes y efectos de los drenajes laterales sobre la resistencia del firme Mejora de la capacidad de la carretera y lista de técnicas de conservación para los diferentes tipos de firme

Este capítulo está relacionado con el sistema usado para la clasificación del firme y describe el acceso a la modelización del RD para las diferentes clases de capa de rodadura que se presentan en HDM-4 (ver Figura C1.1). Se ofrecen también, las variables clave que afectan al deterioro de la carretera, en particular las asociadas con el clima y el medioambiente.) Se muestra, también, una clasificación detallada de los climas en términos de las temperaturas y la humedad. La modelización de los Efectos de los trabajos de la carretera se describen en la parte D.

Modelos de deterioros de la Road Deteroration carretera Models

Tipos de firmes Pavement types Capítulo C1 Chapter C1

Firmes Bituminous bituminosos Pavements Capítulo C2 Chapter C2

Firmes de Concrete hormigón Pavements Capítulo C3 Chapter C3

Carreteras sin Unsealed sellarRoads Capítulo C4 Chapter C4

Figura C1.1 Modelos de deterioro de la carretera

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C1-1

PARTE C MODELOS DE DETERIORO DE CARRETERAS

2

C1 CONCEPTOS DE MODELIZACION Y ACCESO

Clasificación de firmes Se requiere un marco flexible de clasificación de firmes para expandir el alcance del análisis de Deterioro de la carretera y Efectos de los trabajos. Es por eso que se ha formulado un sistema de clasificación de firmes que utiliza una amplia gama de definiciones de tipos de perfilados y capas de rodadura, como se muestra en la Tabla C1.1 (NDLI, 1995).

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C1-2

PARTE C MODELOS DE DETERIORO DE CARRETERAS

C1 CONCEPTOS DE MODELIZACION Y ACCESO

Tabla C1.1 Sistema de clasificación del firme en HDM-4

Categoría de capas

Clases de capas

Tipo de firme

Tipo de base

Material de la base

AC, HRA,

GB

NG, CRS, WBM, etc.

AMAB

RAC, PA,

AB

AB, EB, etc.

CM, etc.

SB

CS, LS, etc.

AMAP

AP

TNA, FDA, etc.

AMRB

RB

JUC, RBC, CUC, etc.

AM

STGB

SBSD, PM,

GB

NG, CRS, WBM, etc.

STAB

DBSD, SL,

AB

AB, EB, etc.

CAPE, etc.

SB

CS, LS, etc.

STAP

AP

TNA, FDA, etc.

STRB

RB

JUC, RBC, CUC, etc.

STSB

Pavimentada

Material de la capa

AMGB

AMSB

Bituminoso

Tipo de capa

ST

JPGB

VC, RC,

GB

NG, CRS, WBM, etc.

JPAB

FC, PC,

AB

AB, EB, etc.

etc.

SB

CS, LS, etc.

JPAP

AP

TNA, FDA, etc.

JPRB

RB

JUC, RBC, CUC, etc.

JPSB

JP

JRGB

VC,

GB

NG, CRS, WBM, etc.

JRAB

FC, etc.

AB

AB, EB, etc.

SB

CS, LS, etc.

JRAP

AP

TNA, FDA, etc.

JRRB

RB

JUC, RBC, CUC, etc.

Hormigón JRSB

CRGB

VC,

GB

NG, CRS, WBM, etc.

CRAB

FC, etc.

AB

AB, EB, etc.

SB

CS, LS, etc.

CRAP

AP

TNA, FDA, etc.

CRRB

RB

JUC, RBC, CUC, etc.

CRSB

Bloque

Sin pavimentar

Sin sellar

JR

CR

CBSG

CB

CB

SG

SA, NG, etc.

BRLC

BR

BR

LC

LC

SSGB

SS

SS

CG

LC, NG, etc.

GRUP

GR

LT, QZ, etc.

EAUP

EA

EA

SAUP

SA

SA

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

UP

C1-3

PARTE C MODELOS DE DETERIORO DE CARRETERAS

C1 CONCEPTOS DE MODELIZACION Y ACCESO

Clave:

Tipo de capa

Material de la capa

AM

Mezcla de betún

AC

Hormigón asfáltico

ST

Tratamiento superficial

HRA

Mezcla bituminosa en caliente

JP

Juntas planas

RAC

Hormigón asfáltico engomado

JR

Juntas reforzadas

PA

Betún poroso

CR

Continuamente reforzada

CM

Mezcla fría (mezcla suave de betún)

CB*

Bloque de hormigón

SBSD

Tratamiento superficial de betún sencillo

BR*

Ladrillo

PM

Macadán penetrante

SS*

Piedra

DBSD

Tratamiento superficial de betún doble

GR

Grava

SL

Lechada bituminosa

EA*

Tierra

CAPE

Capa sellante

SA*

Arena

VC

Hormigón vibrado

RC

Hormigón compactado

FC

Fibra de hormigón

PC

Hormigón poroso

LT

Grava ferruginosa

QZ

Grava cuarcítica

Nota: El asterisco (*) indica los diferentes tipos de material o patrones de construcción que pueden ser definidos.

Tipo de la base

Material de la base

GB

Granular

NG

Grava natural

AB

Asfáltica

CRS

Piedra molida

SB

Estabilizada

WBM

Macadán mezclado con agua

AP

Firme bituminoso

EB

Base emulsionada

RB

Rígida (hormigón)

CS

Cemento estabilizado

SG

Arena/grava

LS

Limo estabilizado

LC

Hormigón puro

TNA

Perfilado fino bituminoso

CG

Hormigón/grava

FDA

Asfalto profundo

UP

Sin pavimentar – tipos no aplicables

JUC

Juntas de hormigón sin aglutinar

RBC

Hormigón aglutinado reforzado

CUC

Hormigón continuo sin aglutinar

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C1-4

PARTE C MODELOS DE DETERIORO DE CARRETERAS

C1 CONCEPTOS DE MODELIZACION Y ACCESO

Las definiciones son las siguientes: n

Categoría de las capas

Divide a todos los firmes en dos grupos: ο

pavimentado

ο

sin pavimentar

Son los principalmente usados en los informes de estadísticas de la carretera. n

Clases de capa

Subdivide la categoría del pavimentado en bituminoso, capa de hormigón y bloques; junto a la clase sin sellar hay cuatro clases que se utilizan para definir los modelos de deterioro usados en la modelización de rendimiento. n

Tipo de firme

Integra los tipos de capas y bases. Cada tipo se designa por un código de cuatro caracteres que combinan los códigos del tipo de capa y tipo de base. n

Tipo de capa

Divide los perfilados bituminosos en dos tipos: ο

mezcla de betún (AM)

ο

tratamiento superficial (ST)

Divide los perfilados de hormigón en tres tipos: ο

juntas planas (JP)

ο

juntas reforzadas (JR)

ο

reforzado continuo (CR)

Divide en tres tipos los bloques: ο

hormigón (CB)

ο

ladrillo (BR)

ο

piedra (SS)

Divide en tres los tipos de perfilado sin sellar: ο

grava (GR)

ο

tierra (EA)

ο

arena (SA)

Un tipo de capa se designa por un código de dos caracteres. n

Tipo de la base

Existen ocho tipos, incluyendo los que pueden recibir refuerzo de betún sobre hormigón y viceversa. Cada tipo se designa por un código de dos caracteres. n

Material de la capa

Define tipos de capa más específicos, por ejemplo, diferentes tipos de mezclas de betún. Se definen por el usuario.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C1-5

PARTE C MODELOS DE DETERIORO DE CARRETERAS n

C1 CONCEPTOS DE MODELIZACION Y ACCESO

Material de la base

Permite al usuario especificar características más detalladas de los tipos de la base. Durante un período de análisis, la clase de perfilado de la carretera y el tipo de firme podría cambiar dependiendo de los tipos de trabajo aplicados al firme (ver parte D). Por ejemplo, el tipo inicial de firme de un tramo podría ser AMGB (capa de mezcla de betún en una base granular); si se aplica un refuerzo bituminoso, cambiará a AMAP (capa de mezcla de betún en un firme bituminoso) y podrían aplicarse diferentes parámetros al modelo. Si al mismo firme inicial se le aplica un Tratamiento superficial, cambiará a STAP (Tratamiento superficial en firme bituminoso).

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C1-6

PARTE C MODELOS DE DETERIORO DE CARRETERAS

3

Modelización

3.1

Clases y tipos de modelos

C1 CONCEPTOS DE MODELIZACION Y ACCESO

Las dos clases generales de modelos utilizadas para los análisis de Deterioro de la carretera (RD) y de Efectos de los trabajos (WE) son mecánicos y empíricos (NDLI, 1995). Los modelos mecánicos usan, fundamentalmente, teorías establecidas de comportamientos del firme para su desarrollo; pero son muy específicas y dependen de parámetros muy difíciles de evaluar en el campo. Los modelos empíricos están basados generalmente en análisis estadísticos de tendencias de deterioro observadas localmente y pueden no ser aplicables fuera de las condiciones específicas en las cuales se basan. Para minimizar estos problemas Paterson (1987) adoptó un acercamiento empírico estructurado para desarrollar el modelo HDM-III RDME. Se basó en la identificación de la forma funcional y variables primarias de fuentes externas, usando diferentes técnicas estadísticas para cuantificar sus impactos. Esto tiene la ventaja de que los modelos resultantes combinan las bases, teóricas y experimentales, de sus modelos mecánicos con los comportamientos observados en los estudios empíricos. Las relaciones de RD y WE incluidas en HDM-4 son, por lo tanto, principalmente modelos empíricos estructurados. Existen dos tipos de modelos que se pueden utilizar con esas propósitos : n

Modelos absolutos

n

Modelos de crecimiento

Los modelos absolutos predicen la condición (o deterioro) en un momento en particular, como una función de las variables independientes. Los modelos de crecimiento, por el contrario, la predicen a partir de un estado inicial. Los modelos de rendimiento del firme que se utilizan se basan en las clases de capa de rodadura:

3.2

Bituminosa

modelos de crecimiento (descritos en el capítulo C2)

Hormigón

modelos absolutos (descritos en el capítulo C3)

Sin sellar

modelos de crecimiento (descritos en el capítulo C4)

Bloques

modelos de crecimiento (no se incluyen en esta versión del software)

Deterioros del firme El deterioro del firme se presenta en diferentes tipos, cada uno de los cuales debería de ser modelizados separadamente. La Tabla C1.2 ofrece un resumen de los defectos del firme modelizados en HDM-4. Como cada modo de deterioro se desarrolla y progresa en diferentes escalas y diferentes ambientes, es importante que las relaciones de RD se ajusten a las condiciones locales para ser usados, posteriormente en los análisis de inversión de carretera. Para facilitar lo anterior, las relaciones incluyen un número de factores de deterioro, modificables por el usuario, que permiten cambiar las escalas de un deterioro en particular. Los coeficientes del modelo se deberían usar para ajustar la escala de deterioro de los diferentes tipos de material del firme.

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C1-7

PARTE C MODELOS DE DETERIORO DE CARRETERAS

C1 CONCEPTOS DE MODELIZACION Y ACCESO

Con la intención de modelizar adecuadamente el deterioro de la carretera y para poder aplicar relaciones de un grupo particular de RD, se requiere que se identifiquen tramos homogéneos, en términos de atributos físicos y condición. Tabla C1.2 Modelización de deterioro del firme en HDM-4 Bituminoso

Hormigón

Bloque*

Sin sellar

Fisuración

Fisuración

Rodera

Pérdida de grava

Desprendimiento

Desconchado de juntas

Textura superficial

Regularidad

Bacheo

Resaltos

Regularidad

Reparación del borde

Roturas

Roderas

Pérdida de utilidad

Textura superficial

Regularidad

Coeficiente de rozamiento Regularidad * No está disponible en esta versión de HDM-4.

3.3

Deterioro de drenajes laterales La condición de los drenajes se deteriora aunque estén adecuadamente conservados, por ejemplo aplicándoles rutinas de conservación. El deterioro de los drenajes laterales tiene un efecto de reducción en la resistencia del firme y aceleran su deterioro. La vida de los drenajes se expresa como una función del terreno, del tipo de drenaje, del tipo de clima y de la política de conservación seguida. Una variedad de tipos diferentes de drenaje se puede tener en cuenta a la hora de modelizar RD (ver capítulos C2 y C3).

3.4

Deterioro de los arcenes La modelización del deterioro de los arcenes es un requisito a la hora de evaluar el efecto de la escala de deterioro del firme y el impacto del transporte no motorizado y de la intensidad del tráfico en términos de los Costes sobre el usuario de la carretera. Se prevé incluir esta facilidad en futuras versiones de HDM-4.

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C1-8

PARTE C MODELOS DE DETERIORO DE CARRETERAS

4

C1 CONCEPTOS DE MODELIZACION Y ACCESO

Variables clave que afectan al deterioro Las variables clave, que se usan en los modelos de deterioro, están asociadas con lo siguiente:

4.1

n

Clima y medioambiente

n

Tráfico

n

Historial del firme

n

Geometría de la carretera

n

Características estructurales del firme

n

Propiedades de los materiales

Clima y medioambiente El clima, en el que se sitúa la carretera, tiene un impacto significativo en el deterioro de la misma. Los importantes factores climáticos están relacionados a la temperatura, a la precipitación y a las condiciones invernales. Está sección describe los datos climáticos principales que se usan para el modelo de deterioro de las diferentes categorías de carretera que se utilizan en HDM-4.

4.1.1 Clasificación Es necesario que el usuario defina la información relacionada al clima y al medio ambiente como se detalla en las Tabla C1.3 y Tabla C1.4: Tabla C1.3 Clasificación por la humedad Clasificación

Descripción

Indice de humedad Thornthwaite

Precipitación anual (mm)

Arida

Muy poca lluvia, mucha evaporación

-100 a -61

< 300

Semi-árida

Poca lluvia

-60 a -21

300 a 800

Semi-húmeda

Lluvia moderada o lluvia ocasional intensa

-20 a +19

800 a 1600

Húmeda

Lluvia cálida ocasional moderada

+20 a +100

1500 a 3000

Súper húmeda

Mucha lluvia o días muy húmedos

> 100

> 2400

Tabla C1.4 Clasificación de la temperatura Clasificación

Descripción

Escala de temperatura (ºC)

Tropical

Temperaturas cálidas en pequeñas escalas

20 a 35

Sub-tropical - cálida

Temperatura alta de día y fría de noche, estación cálida-fría

-5 a 45

Sub-tropical - fría

Temperatura moderada de día, inviernos fríos

-10 a 30

Templada - fría

Veranos cálidos, inviernos ligeramente fríos

-20 a 25

Templada – helada

Veranos fríos, inviernos helados

-40 a 20

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C1-9

PARTE C MODELOS DE DETERIORO DE CARRETERAS

C1 CONCEPTOS DE MODELIZACION Y ACCESO

4.1.2 Precipitación La precipitación mensual media (MMP) se usa en la modelización del deterioro de firmes bituminosos y carreteras sin sellar y se expresa en mm/mes. El promedio de precipitación anual (PRECIP) se usa en la modelización de deterioro de firmes de hormigón y se expresa en pulgadas/año.

4.1.3 Indice de humedad Thornthwaite El Indice de humedad Thornthwaite (MI) se define de la siguiente manera (LAST, 1996): MI = I h - 0.6 * I a =

100 * SWAT − 60 * DWAT

...(4.1)

NWAT

donde: MI

índice de humedad Thornthwaite

Ih

índice de humedad

Ia

índice de aridez

SWAT

exceso de agua (mm)

DWAT

escasez de agua (mm)

NWAT

agua necesaria (mm)

Es importante conocer si el lugar seleccionado está continuamente seco o mojado, o si su humedad varía de una estación a otra. El índice de humedad es capaz de indicar el grado de humedad o sequedad de una zona climática pero, por el contrario, no tiene la capacidad de distinguir climas con variaciones de humedad. Los climas húmedos tendrán un índice de humedad positivo al contrario que los climas secos que lo tendrán negativo. El índice de humedad Thornthwaite indica las variaciones de humedad en un área en particular.

4.1.4 Indice de congelación El índice de congelación (FI) se obtiene de la diferencia entre la temperatura media en ambiente y 0ºC (grados por día). El índice de congelación es negativo cuando la temperatura ambiente está por debajo de 0º y positivo cuando se dan las circunstancias inversas. El índice de congelación se calcula de la siguiente forma ndías

FI =

∑ ABS[MIN(TEMP,0)]

...(4.2)

i=1

donde: FI

índice de congelación

TEMP

temperatura (oC)

Ndías

número de días de una estación helada

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C1-10

PARTE C MODELOS DE DETERIORO DE CARRETERAS

C1 CONCEPTOS DE MODELIZACION Y ACCESO

F1 se requiere, solamente, para las dos zonas de temperaturas templadas y se usa en la modelización de rendimiento de firme de hormigón.

4.1.5 Escala de temperaturas La escala de temperaturas (TRANGE) se define como la escala de temperatura ambiente media mensual. Su cálculo se basa en las escalas de temperatura de cada uno de los doce meses del año, es decir, la diferencia entre la temperatura máxima y mínima de cada mes. Los doce valores obtenidos se prorratean, entonces, para obtener la TRANGE que se utilizará en la modelización de los firmes de hormigón.

4.1.6 Días con temperaturas superiores a los 90º F Es el número de días del año en los que la temperatura ambiental excede los 90º F (32º C) y se identifica como DAYS90. Esta variable es requisito en la modelización del rendimiento de los firmes de hormigón.

4.2

Tráfico Las variables principales relacionadas con el tráfico que afectan al deterioro de la carretera incluyen el número y tipos de vehículos que circulan por la carretera y las características de carga sobre los ejes de los mismos. Los detalles de las variables se describen en la parte B y la forma en la que se utilizan, en las diferentes relaciones de deterioro, están detalladas en las secciones relacionadas de este documento.

4.3

Historial del firme Estas variables están relacionadas con la edad del firme y tienen que ver con las conservaciones anteriores, y los trabajos de rehabilitación y construcción realizados. Se detallan, ampliamente, en las secciones correspondientes de este documento.

4.4

Otras variables relacionadas Otras variables clave, que afectan al rendimiento del firme, están relacionadas con la geometría, las características estructurales y las propiedades de los materiales. Se resumen también en las secciones pertinentes.

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C1-11

PARTE C MODELOS DE DETERIORO DE CARRETERAS

5

C1 CONCEPTOS DE MODELIZACION Y ACCESO

Referencias LAST (1996) Modelling road design and maintenance effects for pavements in HDM-4 Final Report, FICEM, Latin American Study Team, International Study of Highway Development and Management Aols, Santiago, Chile NDLI (1995) Modelling Deterioro de la carretera and Maintenance Effects in HDM-4 Final Project Report, Asian Development Bank, RETA 5549 N. D. Lea International Limited, Vancouver, Canada Paterson W. D. O., (1987) Deterioro de la carretera and Maintenance Effects: Models for Planning and Management The Highway Design and Maintenance Standards Series World Bank, Johns Hopkins Press, Baltimore, USA Watanatada T., Harral C.G., Paterson W.D.O., Dhareshwar A.M., Bhandari A., and Tsunokawa K., (1987) The Highway Design and Maintenance Standards Model - Volume 1 Description World Bank, Johns Hopkins Press, Baltimore, USA

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C1-12

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 Firmes bituminosos 1

Introducción Este capítulo describe con detalle la modelización del deterioro del firme bituminoso en HDM-4 (ver Figura C2.1).

Modelos de deterioro de Road Deterioration carreteras Models

Tipos de firme Pavement types capítulo C-1 Chapter C-1

Firmes bituminosos Bituminous capítulo C-2 Pavements Chapter C-2

FirmesConcrete de hormigón capítulo C-3 Pavements

Carreteras sin sellar Unsealed Roads capítulo C-4 Chapter C-4

Chapter C-3

Figura C2.1 Módulos de deterioro de la carretera El desarrollo de los modelos de deterioro se basó en los tres documentos siguientes: 1

Riley y Bennett (1995 & 1996) – basado en Paterson (1987)

2

Watanatada et al. (1987)

3

NDLI (1995)

Se desarrollaron una serie de talleres de trabajo en la Universidad de Birmingham (UoB), UK, durante los meses de abril y diciembre de 1996 y octubre de 1997 y se llevaron a cabo conferencias en Washington, en la Universidad de Birmingham y en el Transport Research Laboratory (TRL), UK, que complementaron estos talleres. Como resultado de estos trabajos se propusieron cambios mayores a los modelos de deterioro los cuales se presentaron en varias versiones de los borradores cuarto y quinto de las especificaciones (Morosiuk, 1996 & 1998a). A continuación de la prueba beta del software HDM-4, en Noviembre de 1998, se produjeron los borradores de especificaciones sexto y séptimo. Un taller más extenso se llevó a cabo en Junio de 1999 en el TRL para resolver asuntos pendientes. Las decisiones alcanzadas en este taller se han incorporado al octavo borrador de especificaciones. Los principales contribuyentes a estas especificaciones fueron Paterson (IBRD), Morosiuk (TRL), Riley (Riley Partnership), Odoki y Kerali (UoB). La sección 2 ofrece una visión general del marco de modelización del Deterioro de la carretera. Esto acompañado de las relaciones y los valores de coeficiente predefinidos para cada uno de los deterioros modelizados. Los valores de coeficiente del modelo están almacenados en archivos, además de haber sido codificados dentro del modelo. Esto facilita la calibración y adaptación loca. El modelo HDM-4 tiene más factores de calibración que el anterior modelo HDM-III. Un listado de documentos, relacionados con este capítulo, se ofrece en la sección 14.

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C2-1

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

2

Marco y lógica del modelo

2.1

Clasificación y conceptos El marco de deterioro de la carretera desarrollado por HDM-4 es mucho más flexible que el de HDM-III y ofrece la posibilidad de manejar una gama mayor de tipos de firme. Esto se ha logrado proveyendo un grupo sencillo de modelos genéricos, cuyos valores de coeficiente se pueden alterar, dependiendo de su tipo de capa y base. El sistema de clasificación del firme que forma, por definición, el marco del modelo básico, se muestra en la Tabla C2.1. La estructura formal del marco está comprendida en las celdas no sombreadas de la Tabla C2.1. El tipo de firme se define por una combinación del tipo de capa y del tipo de base, como se muestra en la columna de la derecha de la Tabla C2.1. Dentro de un tipo de firme elegido existen varias combinaciones de materiales de la base y de la capa. Como el rendimiento del firme se puede definir por adelantado como una función del material, el usuario puede asociar los coeficientes del modelo con cada combinación de materiales de la capa y la base. Se usan los mismos modelos básicos de tipo de firme con los diferentes valores de coeficiente. Tabla C2.1 HDM-4 Sistema de clasificación de firmes bituminosos Tipo de capa

Material de la capa

Tipo de la base

AC

Material de la base CRS

GB HRA PMA AM

Tipo de firme

AMGB GM

AB

RAC

AB

AMAB

CS SB

AMSB

CM

LS

PA

TNA AMAP

SMA

AP

FDA

Xx CAPE

CRS GB

DBSD SBSD ST

STGB GM

AB

SL

AB

STAB

CS SB

PM

STSB LS

Xx

TNA

STAP

AP FDA

Nota:

La modelización de los perfilados en firmes de hormigón AM y ST, es decir, AMR B y STRB, no se incluyen en esta versión.

Las abreviaturas de la Tabla C2.1 se describen en la Tabla C2.2.

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C2-2

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Tabla C2.2 Descripciones de la capa y materiales de la base Tipo de capa Abreviatura

Descripción

Materiales de la capa Abreviatura AC

Hormigón bituminoso

CM

Mezcla bituminosa suave (mezcla fría)

HRA AM

Mezcla bituminosa

ST

Tratamiento superficial

Bitumen caliente compactado

PA

Bitumen poroso

PMA

Polímero de bitumen modificado

RAC

Hormigón asfáltico engomado

SMA

Almácigo de piedra

CAPE

Capa sellada

DBSD

Relleno superficial bituminoso doble

PM

Penetración de macadán Relleno superfic ial bituminoso sencillo

SBSD SL

Tipos de base Abreviatura

Descripción

Descripción

Lechada bituminosa

Materiales de la base Abreviatura

Descripción

AB

Base bituminosa

CRS

Piedra molida

AP

Firme bituminoso

NG

Grava natural

GB

Base granular

CS

Estabilización de hormigón

SB

Base estabilizada

LS

Estabilización de cal

TNA

Superficie de bitumen fina

FDA

Bitumen profundo

Los modelos disponibles están construidos por diferentes factores. Muchos de ellos creados a partir de la capa y tipos de base, mientras que otros, a partir de los materiales de la capa. De acuerdo con esto, la modelización se hace en términos de material de la capa y tipo de base, aunque los materiales de la base se pueden especificar. HDM-4 contiene valores de coeficiente predefinidos para los tipos de firme bituminoso, los cuales se ofrecen en la Tabla C2.3.

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C2-3

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Tabla C2.3 Tipos genéricos de firmes bituminosos de HDM-4 Descripción de tipos de firme

Tipo de firme

Tipo de capa

Tipo de base

AMGB

AM

GB

Mezcla bituminosa sobre base granular

AMAB

AM

AB

Mezcla bituminosa sobre base de bitumen (macadán denso)

AMSB

AM

SB

Mezcla bituminosa sobre base estabilizada

AMAP

AM

AP

Mezcla bituminosa sobre firme de bitumen

STGB

ST

GB

Tratamiento superficial sobre base granular

STAB

ST

AB

Tratamiento superficial sobre base de bitumen (macadán denso)

STSB

ST

SB

Tratamiento superficial sobre base estabilizada

STAP

ST

AP

Tratamiento superficial sobre firme de bitumen

Normalmente, no hay valores de coeficiente que diferencien los rendimientos de los diferentes materiales de la base, por lo que todos los materiales de un tipo de base tienen los mismos valores de coeficiente. Cada combinación de capa y material de la base resulta en un grupo de valores de coeficiente asociados a ese firme. NDLI (1995) ofrece definiciones de las características usadas para definir los diferentes tipos de firme dentro del marco anterior, así como alternativas de terminología aplicadas al mismo material del firme. Los ajustes del tipo de firme después de los trabajos de conservación se detallan en los Efectos de trabajo de la carretera (ver parte D). Estos ajustes se resumen en la Tabla C2.4.

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C2-4

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Tabla C2.4 Ajustes del tipo de firme después de los trabajos de conservación Trabajo

Tipo de firme existente AMGB

AMSB

AMAB

AMAP

STGB

STSB

STAB

STAP

Rutina

AMGB

AMSB

AMAB

AMAP

STGB

STSB

STAB

STAP

Tratamiento preventivo

AMGB

AMSB

AMAB

AMAP

STGB

STSB

STAB

STAP

STAP

STAP / STSB1

STAP

STAP

STGB

STSB

STAB

STAP

AMAP

AMAP / AMSB1

AMAP

AMAP

AMGB

AMSB

AMAB

AMAP

AMGB

AMSB

AMAB

AMAP

STGB

STSB

STAB

STAP

Fresado y reemplazo a una capa intermedia del perfilado

**AP

**AP

**AP

**AP

N/A

**SB

**AB

**AP

Fresado y reemplazo de la base

**GB

**SB

**AB

**AP

**GB

**SB

**AB

**AP

Resellado Refuerzo Incrustación

Fuente: NDLI (1995) Notas:

2.2

1

El tipo de firme dependerá del espesor crítico (Hmin) de la capa bituminosa existente, la cual se puede definir por el usuario en la Configuración de HDM-4

**

Indica que esto, la variable de dos caracteres, depende de los tipos de trabajo especificados (es decir, operación)

N/A

No aplicable

Lógica del cálculo

2.2.1 Modelos de deterioro del firme El deterioro de la carretera se define a partir de ocho diferentes modelos, catalogados como sigue: n

Fisuración (ver sección 5)

n

Desprendimiento del árido (ver sección 6)

n

Bacheo (ver Sección 7)

n

Rotura del borde (ver Sección 8)

n

Rodera (ver Sección 10)

n

Regularidad (ver Sección 11)

n

Profundidad de la textura (ver Sección 12.1)

n

Coeficiente de rozamiento (ver Sección 12.2)

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C2-5

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Los anteriores conceptos se definen en la Tabla C2.5, y se pueden considerar bajo las siguientes tres categorías: n

Deterioro del perfilado

Esta categoría comprende: ο

Fisuración

ο

Desprendimiento del árido

ο

Bacheo

ο

Rotura del borde

Los primeros tres modelos se caracterizan por dos fases que tienen inicio y progreso. La fase de inicio es el período anterior al comienzo del deterioro del perfilado de un modelo definido. La fase de progreso se entiende como el período durante el cual el área comienza a sufrir un deterioro severo. La rotura del borde, en su modelización, solamente incluye una progresión continua. n

Deformación

Esta categoría comprende: ο

Rodera

ο

Regularidad

Los modelos de deformación son continuos, y se representan solo por ecuaciones progresivas. Como son parte dependiente del deterioro del perfilado, se calculan a partir del cambio del deterioro del perfilado en el año analizado. n

Textura de la capa de rodadura

Esta categoría comprende: ο

Profundidad de la textura

ο

Coeficiente de rozamiento

Estos modelos son continuos y, al igual que los modelos de deformación, se modelizan solamente a través de su progreso.

2.2.2 Parámetros principales de la modelización Las variables principales, que se utilizan en el análisis de un año a otro, se pueden agrupar y se detallan más abajo. Las características de la carretera, al comienzo del año analizado se inicializan, bien a partir de sus datos de entrada, si es el primer año del análisis o el primer año después de la construcción o, de otro modo, a partir de los resultados de los trabajos de conservación y mejora realizados el año anterior. Características estructurales del firme Incluye medidas de la resistencia del firme, del espesor de la capa, de los tipos de materiales, de la calidad de la construcción y de la rigidez de la explanada. Los modelos RD requieren, como datos de entrada, el espesor de capas de perfilado bituminoso, nuevas o viejas. Un firme original que no haya sido renovado o reforzado desde su construcción/reconstrucción tiene un perfilado nuevo y no viejo. A un firme que haya sido renovado o reforzado le aplica la siguiente ecuación: HSOLD 2 = HSNEW 1 + HSOLD 1 - MLLD

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(2.1)

C2-6

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

HSNEW2 = valor especificado por el usuario

...(2.2)

donde: HSOLD2

espesor del perfilado anterior después de los trabajos (mm)

HSNEW1

espesor del perfilado más reciente (mm)

HSOLD1

espesor total de las capas subyacentes del perfilado anterior (mm)

MLLD

profundidad del fresado (mm)

HSNEW2

espesor del nuevo perfilado después de los trabajos (mm). Este es el espesor definido por el usuario cuyo se hace una intervención.

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C2-7

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Tabla C2.5 Definición de las medidas del deterioro Medida

Definición

Area del deterioro

Suma de las áreas rectangulares adyacentes que manifiestan deterioro (a las líneas de fisuración se le asignan un ancho de 0,5 m), expresada como un porcentaje del área de la calzada

Fisuración total

Fisuración estructural a lo largo y a lo ancho

Fisuración estrecha

Líneas con fisuración de 1-3 mm de ancho o interconectadas (equivalente a AASHTO Clase 2)

Fisuración ancha

Líneas con fisuración de 3 mm o más de ancho con desconchado o interconectadas (equivalente a AASHTO Clase 4)

Fisuración indexada

Suma de AASHTO Clases 2 a 4 de fisuración medida por clase, ver sección 5.3

Fisuración termal transversal

Fisuras no conectadas a través del firme

Desprendimiento del árido

Pérdida del material del perfilado

Bacheo

Hoyos abiertos en el perfilado con 150 mm de diámetro mínimo y al menos 25 mm de profundidad

Rotura del borde

Pérdida de material bituminoso del perfilado (y posibles materiales de la base) del borde del firme

Rodera

Permanente o irrecuperable deformación asociada al tráfico a través de las capas del firme en las cuales, si se canalizan en rodada, aumentan con el tiempo convirtiéndose en roderas.

Profundidad de la rodera

Profundidad máxima por debajo de los 2 m que cruza transversalmente una rodada

Regularidad

Desviaciones del perfilado a partir de una superficie totalmente plana con dimensiones características que afectan a la dinámica de los vehículos, la calidad de la rodada, la dinámica del peso y del drenaje(ASTM E-867-82A) – típicamente en la escala de 0.1 a 100 m de arqueamiento y entre 1 y 100 mm de amplitud

IRI

Indice internacional de regularidad, medida que expresa la regularidad como un promedio sin medida de declive rectificado del perfil longitudinal definido en Sayers et al. (1986)

Profundidad media de la textura

Profundidad promedia del perfilado expresado como el cociente de un volumen de material estandarizado, (arena, prueba de mancha de arena, esferas de cristal) entre el área en la que el material se expande en manchas circulares sobre la superficie estudiada (PIARC, 1997)

Coeficiente de rozamiento

Resistencia al deslizamiento expresada por el coeficiente de rozamiento (CTR) medido usando el Sideways Force Coefficient Routine Investigation Machine (SCRIM)

Fuente: Watanatada et al. (1987)

Condición de la carretera Se requieren los datos de la condición de la carretera y del drenaje lateral al comienzo de año analizado o del primer año después de la construcción. Los elementos de los datos del perfilado y los modelos de deformación y de la textura del perfilado se detallan en la Tabla C2.5. La condición del firme al final del año, es decir, antes de los trabajos, se pronostica de la siguiente manera:

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C2-8

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

[CONDICION]b = [CONDICION]a + ∆[CONDICION]

C2 FIRMES BITUMINOSOS

...(2.3)

[CONDICION]av = 0.5 * {[CONDICION]a + [CONDICION]b }

...(2.4)

donde: [CONDICION]b

condición al final de año

[CONDICION]a

condición al comienzo del año

∆[CONDICION]

cambios en la condición durante el año

[CONDICION]av

promedio de la condición para el año

Historial del firme Son los datos requeridos que hacen referencia a la edad del firme y que están relacionados a las conservaciones anteriores y a los trabajos de rehabilitación y construcción realizados. Existen cuatro variables que definen la edad del firme y que se utilizan en los modelos: EDAD1, EDAD2, EDAD3 y EDAD4, las cuales se definen de la siguiente manera: 1

EDAD1 es la edad del tratamiento preventivo. Se define como el tiempo, en número de años, desde el último tratamiento preventivo, resellado, refuerzo (o rehabilitación), reconstrucción del firme o nueva construcción.

2

EDAD2 es la edad del perfilado. Se define como el tiempo, en número de años, desde el último resellado, refuerzo, reconstrucción del firme o nueva construcción.

3

EDAD3 es la edad de la rehabilitación. Se define como el tiempo, en número de años, desde el último refuerzo, reconstrucción del firme o nueva construcción.

4

EDAD4 es la edad de la construcción básica. Se define como el tiempo, en número de años, desde la última reconstrucción que incluyó la construcción de una nueva capa de la base o nueva construcción.

Geometría de la carretera y medioambiente Esto incluye la anchura de la calzada y de los arcenes, el alineamiento vertical y la precipitación media mensual.. Tráfico Los datos requeridos del tráfico son el flujo de todos los ejes de los vehículos (YAX) y el de los ejes equivalentes (YE4), ambos expresados en una base anual de millones por carril. Estos datos se calculan, para cada año analizado, a partir de las características del tráfico y de los vehículos definidas por el usuario. El promedio anual de velocidades del tráfico así como el promedio de velocidades de los vehículos pesados son requisito en algunas relaciones de RD.

2.2.3 Procedimiento del cálculo La lógica general de cómputo de la modelización del deterioro de cada tramo de la carretera, en cada año analizado, se puede resumir en los siguientes pasos: 1

Inicio de entrada de datos y condiciones al comienzo del año

2

Cálculo de los parámetros de resistencia del firme

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-9

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

3

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Cálculo de la cantidad de cambios de cada modelo de deterioro durante el año analizado, en el siguiente orden: (a) Fisuración (b) Desprendimiento del árido (c) Areas con baches (d) Rotura del borde

4

Verificación de que el total de la calzada, con o sin deterioro, sea igual al 100% a partir de los límites definidos para cada forma de deterioro y determinación de la cantidad de cada uno al final del año y del valor promedio de cada año.

5

Cálculo del cambio en cada forma de deterioro durante el año y determinación de la cantidad de cada uno al final del año y del valor promedio de cada año.

6

Cálculo del cambio en cada forma de deterioro de textura superficial durante el año y determinación de la cantidad de cada uno al final del año y del valor promedio de cada año.

7

Almacenamiento de los resultados para su uso en subsecuentes módulos (RUE, WE, SEE,) y en el siguiente año analizado, así como para propósitos de obtener informes.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-10

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

3

Resistencia del firme

3.1

Número estructural ajustado

C2 FIRMES BITUMINOSOS

La resistencia del firme se caracteriza por el número estructural ajustado, SNP, (Parkman y Rolt, 1997). Esto se ha derivado del número estructural modificado el cual fue adoptado como descriptor de la resistencia del firme en HDM-III. El número estructural ajustado aplica al factor de peso, el cual reduce con el aumento de la profundidad, como aportaciones de la sub-base y de la explanada, por lo que la resistencia de los firmes profundos no está pronosticada ( lo que tiene que ver con el uso del número estructural modificado). Se calcula de la siguiente manera: SNPs = SNBASU s

+

...(3.1)

SNSUBA s + SNSUBG s n

SNBASU s = 0.0394

∑

...(3.2)

ais h i

i =1

m

SNSUBA s = 0.0394

∑ j =1

 b 0exp (−b 3 z j ) b 1exp ( − (b2 + b 3 )z j )    −  +  − b3 (b2 + b 3 )    a js   b exp ( − b z ) b exp ( − (b + b )z 3 j−1 1 2 3 j−1 )   0  +   − b3 (b2 + b 3 )  

...(3.3)

[

SNSUBG s = [b 0 - b 1exp (- b 2 zm )] [exp (- b 3 zm )] 3.51 log 10CBR s - 0.85 (log10 CBR s ) − 1.43 2

...(3.4) donde: SNP s

número estructural ajustado del firme en la estación s

SNBASUs

aportación del perfilado y de las capas base en la estación s

SNSUBAs

aportación de sub-base o de capas de relleno seleccionadas en la estación s

SNSUBGs

aportación de la explanada en la estación s

n

número de capas de base y perfilado (i = 1, 2,…, n)

ais

coeficiente de capa para las capas de la base o del perfilado i en la estación s

hi

espesor de la capa de la base o del perfilado i (mm)

m

número de las capas de la sub-base y de las capas de relleno seleccionadas (j = 1, 2,…, m)

z

parámetro de profundidad medido desde lo alto de la sub-base (cara más baja de la base) (mm)

zj

profundidad de la capa más baja de la capa jº (z0 = 0) (mm)

CBRs

explanada CBR in situ de la estación s

ajs

coeficiente de capa para la sub-base o capa de relleno seleccionada j en la estación s

b0, b1, b2, b3

coeficientes del modelo

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-11

]

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Los valores b0 a b3 de los coeficientes del modelo se ofrecen en la Tabla C2.6 y los valores ai y aj en la Tabla C2.7. Tabla C2.6 Coeficientes del modelo del número estructural ajustado Tipo de firme

b0

Todos los tipos de firme

1,6

b1 0,6

b2 0,008

b3 0,00207

Tabla C2.7 Coeficientes de resistencia de la capa del firme Capa

Tipo de capa ST

Coeficiente

Usualmente 0.2

ai = 0,20 a 0,40

hi < 30 mm, baja estabilidad y mezclas frías

ai = 0,20

hi > 30 mm, MR30 = 1500 MPa

ai = 0,30

hi > 30 mm, MR30 = 2500 MPa

ai = 0,40

hi > 30 mm, MR30 ≥ 4000 MPa

ai = 0,45

Predefinido

ai = (29,14 CBR – 0,1977 CBR2 + 0,00045 CBR3) 10-4

CBR > 70, sub-base de hormigón

ai = 1,6 (29,14 CBR – 0,1977 CBR2 + 0,00045 CBR3) 10-4

CBR <60,carga por eje máx > 80kN

ai = 0

AB, AP

Densa con mucha rigidez

ai = 0,32

SB

Cal u hormigón

ai = 0,075 + 0,039 UCS – 0,00088(UCS)2

Granular

aj = -0,075 + 0,184(log10 CBR) – 0,0444(log10 CBR)2

Hormigón UCS > 0.7 MPa

aj = 0,14

Perfilado AM

GB

Base

Sub-base

Condición

Fuente: Watanatada et al. (1987) Notas: 1

La tabla representa la información de la fuente con la excepción del coeficiente de la sub-base granular

2

Si el usuario define un valor CBR para la capa estabilizada (cal u hormigón), deberá ser usado el correspondiente coeficiente granular

3

La resistencia compresiva no reducida (UCS) se define en MPa a los 14 días

4

MR30 es el módulo resilente producido por la prueba de tracción indirecta a 30 °C

5

CBR es el Calsifornia Bearing Ratio

La ecuación 3.4 más atrás pronostica valores negativos por debajo de CBR=3 como aportación de la explanada. Esto es diferente en HDM-III donde los valores se ajustaron a cero y reflejan el impacto detrimental de explanadas débiles sobre la resistencia del firme.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-12

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

3.2

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Efectos del drenaje y de la estación Se acepta que la resistencia del firme cambia a lo largo del año debido a los efectos climáticos. Por lo tanto, tanto los efectos de la estación como los del drenaje se han incluido en la modelización del deterioro de la carretera de HDM-4. El promedio anual de resistencia del firme se usa en los modelos de deterioro. Se estima a partir de la resistencia del firme durante las estaciones seca y húmeda, así como de la duración de las mismas. Se requiere que el usuario entre los datos de ambas estaciones (SNP) y la duración de la estación seca. El promedio anual de la SNP se obtiene de la siguiente ecuación: ...(3.5)

SNP = fs SNPd

donde: fs =

f

...(3.6)

[(1 - d) + d(f p )] 1/p

y: SNP

promedio anual del número estructural ajustado

SNP d

estación seca SNP

f

proporción SNP w / SNP d

d

duración de la estación seca como una fracción del año

p

exponente de la SNP específica del modelo de deterioro aplicado (ver Tabla C2.8)

Tabla C2.8 Valores del exponente p para calcular la SNP Deterioro Fisuración

Modelo

p

Inicio de la fisuración estructural

2,0

Densificación inicial

0,5

Deformación estructural

1,0

Componente estructural

5,0

Profundidad de la rodera Regularidad

Si solo está disponible un valor SNP de estación, entonces se debería usar la siguiente relación (Riley, 1996a) para calcular la proporción de las estaciones húmeda/seca SNP. Esta relación se usará también para calcular la proporción de estación húmeda/seca SNP para cada año del periodo analizado tomando en cuenta los cambios en el factor de drenaje y la cantidad de fisuración.  [1 - exp (a 0 MMP )]  f = K f 1 (1 − a 2DFa )(1 + a 3 ACRA a + a 4 APOTa )   a1

...(3.7)

donde: f

proporción SNP w / SNP d

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C2-13

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

SNP w

estación húmeda SNP

SNP d

estación seca SNP

MMP

precipitación media mensual (mm/mes)

DFa

factor de drenaje al comienzo del año analizado

ACRAa

área total de fisuración al comienzo del año analizado (% del área total de la calzada)

Kf

factor de calibración de la proporción de estaciones húmeda/seca de la SNP (escala de 0.1 a 10)

Los valores de coeficiente predefinidos a0 hasta a4 se ofrecen en la Tabla C2.9. Tabla C2.9 Valores de coeficiente predefinidos de la proporción estacional SNP Coeficiente Valor predefinido

a0

a1

a2

a3

a4

-0,01

10

0,25

0,02

0,05

El factor de drenaje DF es una variable continua cuyo valor puede oscilar entre 1 (excelente) y 5 (muy pobre), dependiendo del tipo de drenaje (Paterson, 1998). Se requiere que el usuario define el tipo de drenaje (según listado en la Tabla C2.10) y la condición del mismo como excelente, buena, regular, pobre o muy pobre. Tabla C2.10 Escala sugerida de valores del factor de drenaje Condición del drenaje Tipo de drenaje

Excelente

Muy pobre

DFmin

DFmax

Totalmente alineado y vinculado

1

3

Alineado a la capa

1

3

En forma de V - dura

1

4

En forma de V – suave

1,5

5

Superficial - duro

2

5

Superficial - suave

2

5

Sin drenaje, pero necesario

3

5

Sin drenaje, pero no necesario

1

1

Los valores mínimo (excelente) y máximo (muy pobre) por los DF sugieren varios tipos de drenaje que se ofrecen en la Tabla C2.10. Los valores para drenajes en buena, regular o pobre condición se determinan interpolando linealmente sus valores. En algunos casos existe una ausencia de drenajes. En situaciones donde es necesario un drenaje se requiere que el valor del DF oscile entre 3 y 5 y en los casos donde el drenaje no es necesario se sugiere un valor de 1 para el DF. La condición de los drenajes se deteriora independientemente de que estén bien conservados y se les apliquen rutinas de conservación. El cambio progresivo anual en el DF, debido al

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C2-14

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

deterioro, se muestra, a continuación, en la ecuación 3.8: (el cambio en el DF debido a la conservación, ∆DFw, se detalla en la parte D de los Efectos de los trabajos en la carretera). ∆DFd = MAX {0, MIN [K ddf ADDF, (DFmax - DFa )] }

...(3.8)

y: ADDF =

(DFmax - DFmin) Drain Life

...(3.9)

donde: ∆DFd

cambio anual en el DF debido al deterioro

Kddf

factor de calibración del factor de drenaje

ADDF

deterioro anual del DF

Drain Lsie

vida del drenaje (en años) (ver Tabla C2.8)

La vida del drenaje ha sido catalogada como una función del terreno como se muestra a continuación. Los valores de coeficiente predefinidos propuestos a0 y a1 se ofrecen en la Tabla C2.11 (Morosiuk, 1998b) para las categorías de clima clasificadas por la humedad (ver capítulo C1 - sección 4). Drain Life = K drain a 0 (1+ a 1RF )

...(3.10)

donde: RF

rampa + pendiente (m/km)

Kdrain

factor de calibración para la vida del drenaje

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C2-15

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Tabla C2.11 Valores de coeficiente predefinidos de la vida del drenaje Arido

Tipo de drenaje

3.3

a0

Semi-árido a1

a0

Sub-húmedo

a1

a0

Húmedo

a1

a0

Súper-húmedo

a1

a0

a1

Totalmente alineado

20

-0,0033

20

-0,0033

13

-0,0031

6

-0,0022

5

-0,0027

Alineado a la superficie

20

-0,0033

15

-0,0031

8

-0,0017

5

-0,0027

4

-0,0033

Forma de Vdura

20

-0,0033

15

-0,0031

10

-0,0027

6

-0,0022

4

-0,0033

Forma de Vsuave

15

-0,0031

8

-0,0033

6

-0,0022

5

-0,0027

4

-0,0033

Superficial duro

15

-0,0031

6

-0,0022

5

-0,0027

4

-0,0033

3

-0,0022

Superficial suave

10

-0,0033

5

-0,0027

4

-0,0033

3

-0,0022

3

-0,0033

Sin drenaje – pero necesario

3,5

-0,0029

2,5

-0,0027

2

-0,0033

1,5

-0,0044

1,5

-0,0044

Sin drenaje – no necesario

50

0

50

0

50

0

50

0

50

0

Opciones del usuario La entrada de datos de la resistencia del firme se puede hacer de las siguientes formas: 1

SNP

2

Desvíos del rayo Benkelman

3

Desvíos FWD

4

Espesor de la capa, coeficientes de resistencia y explanada CBR

La opción 4 está descrita en las ecuaciones 3.1 y 3.4 mostradas anteriormente. En el caso de que las opciones utilizadas sean la 2 o la 3, el modelo convertirá los datos entrados del SNP de la siguiente forma: n

Opción 2 - Desvíos del rayo Benkelman

Las relaciones usadas para convertir los desvíos del rayo Benkelman (DEF) a valores SNP están basadas en las de HDM-III (Paterson, 1987) y se detallan a continuación: Base de no hormigón SNPs = 3.2 (DEFs )

−0.63

+ dSNPK

...(3.11)

− 0.63

+ dSNPK

...(3.12)

Base de hormigón SNPs = 2.2 (DEFs )

y: dSNPK = 0.0000758 {MIN (63, ACX a ) HSNEW + MAX [MIN (ACX a − PACX,40 ),0] HSOLD }

...(3.13)

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C2-16

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

donde: DEFs

desvío del rayo Benkelman rebotando por debajo de la carga por eje 80 kN con una presión de neumáticos de 520 kPa y con una temperatura promedio del betún de 30°C en la estación s (mm)

dSNPK

reducción del número estructural ajustado debido a la fisuración

ACXa

área de la fisuración indexada al comienzo del año analizado (% del total de la calzada)

HSNEW

espesor del perfilado más reciente (mm)

PACX

área de fisuración indexada anterior en el perfilado antiguo (% del área total de la calzada); es decir, 0,62 (PCRA) + 0,39 (PCRW)

HSOLD

espesor total de las capas subyacentes del perfilado anterior (mm)

Algunos modelos necesitan valores del desvío del rayo Benkelman cuyo no están definidos por el usuario, los valores DEF se obtienen de los valores SNP usando relaciones originadas para esto en HDM-III, es decir: ο

Base de no-hormigón DEFs = 6.5 (SNPK s )

ο

−1.6

...(3.14)

Base de hormigón DEFs = 3.5 (SNPK s )

−1.6

...(3.15)

y: SNPK s = SNP s - dSNPK

...(3.16)

donde: SNPKs n

número estructural ajustado debido a la fisuración en la estación s

Opción3 - Desvíos FWD

El desvío central FWD a 700 kPa se usa como el equivalente del desvío del rayo Benkelman. La ecuación de la opción 2 se utiliza entonces para calcular el SNP.

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C2-17

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

4

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Calidad de la construcción Una construcción de pobre calidad tendrá como resultado una gran variabilidad en la propiedad de los materiales y en el rendimiento. HDM-4 no ofrece un método de modelizar carreteras como buenas, regulares y pobres, sino que incluye, generalmente, un promedio de niveles de defectos de la construcción. Los indicadores de los defectos de la construcción (CDS y CDB), que se utilizan en los modelos de deterioro se describen a continuación. Las compactaciones relativas de la base, de la sub-base y de las capas de la explanada seleccionadas (COMP) son importantes en el pronóstico de la densificación inicial de la profundidad de la rodera. Paterson (1987) ofrece una ecuación para calcular las COMP, pero se sugiere a los usuarios que la ajusten basándose en los valores de la Tabla C2.12. Tabla C2.12 Valores predefinidos para compactación relativa Realización

Compactación relativa COMP (%)

Total en todas las capas

100

Total en algunas capas

95

Razonable en la mayoría de las capas

90

Pobre en la mayoría de las capas

85

El inicio, y en algunos casos el progreso, de ciertos deterioros es más seguro atribuirlo a los problemas relacionados con el manejo de los materiales, la preparación o la construcción que a la debilidad estructural del firme. En HDM-III se usó un código de calidad de la construcción (CQ) en los modelos de inicio de fisuración y desprendimiento del árido. Sin embargo, en HDM-4 los defectos de la construcción se definen a través de estos dos indicadores: n

CDS

Indicador de los defectos de la construcción para perfilados bituminosos n

CDB

Indicador de los defectos de la construcción para la base El CDS es un factor que indica el nivel general del contenido de la capa intermedia y de la rigidez relativa al diseño óptimo del material para una mezcla bituminosa específica. Se usa como un indicador que ilustra cuándo un perfilado bituminoso es propenso a fisuración y pérdida del árido (un bajo valor de CDS) o, por el contrario, propenso a roderas producidas por la deformación plástica (un alto valor de CDS). El CDS es una variable continua, generalmente, oscilando entre los valores 0,5 y 1,5 como se muestra en la Tabla C2.13. Los valores intermedios se seleccionan por apreciación. Esto puede conllevar otros análisis que verifiquen el pronóstico de la deformación plástica y de la fisuración (ver Guía de calibración y adaptación).

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C2-18

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Tabla C2.13 Selección de indicadores de defectos de la construcción de perfilados bituminosos Condición del perfilado

CDS

Seco (quebradizo)

Aproximadamente el 10% nominal por debajo del contenido óptimo de la capa intermedia

0,5

Normal

Contenido óptimo de la capa intermedia

1,0

Rico (flexible)

Aproximadamente el 10% nominal por encima del contenido óptimo de la capa intermedia

1,5

En las áreas con baches se utiliza el indicador de defectos de la construcción de la base (CDB). El CDB es una variable continua que oscila entre 0 (sin defectos de construcción) y 1,5 (varios defectos). El tipo de defectos que se debería considerar al ajustar el valor de CDB se ofrece en la Tabla C2.14. Tabla C2.14 Selección del indicador de defectos de la construcción de la base Defectos de la construcción

CDB

Calidad pobre del material

0,5

Pobre forma del agregado

0,5

Compactación pobre

0,5

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C2-19

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

5

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Modelización de la fisuración La fisuración es uno de los más importantes deterioros de los firmes bituminosos. El desgaste y el paso del tiempo son los principales factores que contribuyen a la fisuración de las capas del firme bituminoso. La propagación de la fisuración se acelera a través del resquebrajamiento resultante del paso del tiempo y de la adicción de agua, lo que puede debilitar, significativamente, las capas subyacentes del firme. Existen dos tipos de fisuración consideradas en HDM-4: n

Fisuración estructural

Asociada al peso, al paso del tiempo y al medioambiente (ver sección 5.1). n

Fisuración termal transversal

Causada, generalmente, por los grandes cambios de temperatura diurna o por condiciones de congelación/deshielo, por lo que ocurre, solamente, en algunos climas (ver Sección 5.2). Para cada tipo de fisuración se ofrecen relaciones separadas para el pronóstico del comienzo y de la escala de progreso. Estas relaciones incluyen, como una variable, el indicador de defectos de la construcción para perfilados bituminosos, CDS (ver sección 4).

5.1

Fisuración estructural Se modeliza como Total y Ancha basada en las relaciones derivadas de Paterson (1987).

5.1.1 Inicio de la fisuración estructural total Se dice que comienza cuando el 0,5% del área de la capa de rodadura de la calzada está fisurada. El inicio de la fisuración estructural total depende de la base: n

Base estabilizada

si HSOLD = 0 (es decir, perfilados originales)  a 1 HSE + a 2 log e CMOD   ICA = K cia CDS 2 a 0 exp   + CRT   + a 3 log eDEF + a 4 (YE4 ) (DEF ) 

...(5.1)

si HSOLD > 0 (es decir, refuerzos o resellados)  (0.8 KA + 0.2KW ) (1 + 0.1HSE ) + (1 − KA ) (1 − KW )a 0  2 ICA = K cia CDS a HSE + a 2 log e CMOD  * exp  1      + a 3 log eDEF + a 4 (YE 4 ) (DEF )

   + CRT      

...(5.2) n

Otras bases

si HSOLD = 0 (es decir, perfilado original)    YE4 ICA = K cia CDS 2 a 0 exp a 1 SNP + a 2     SNP 2

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

   + CRT   

...(5.3)

C2-20

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

si HSOLD > 0 (es decir, refuerzos o resellados) Para todos los materiales de la capa excepto CM, SL y CAPE    ICA = K cia CDS 2  

 a exp a SNP + a  YE4      0  2  1   2     SNP  + CRT  MAX      PCRW   ,0, a 4HSNEW    * MAX1 − a       3

...(5.4)

Para materiales de la capa - CM, SL y CAPE    ICA = K cia CDS 2  

 a exp a SNP + a  YE4   0 2  1   SNP 2 MAX    PCRA  ,0, a 4  * MAX1 −  a3    

         CRT +      

...(5.5)

5.1.2 Inicio de la fisuración estructural ancha ICW = K ciw MAX[(a 0 + a 1 ICA ), a 2 ICA]

...(5.6)

donde: ICA

inicio de la fisuración estructural total (en años)

ICW

inicio de la fisuración estructural ancha (en años)

CDS

indicador de los defectos de la construcción de firmes bituminosos

YE4

número anual de ejes equivalentes (millones/carril)

SNP

promedio anual del número estructural ajustado del firme

DEF

media del desvío del rayo Benkelman en ambas rodadas (mm)

CMOD

módulo resilente del suelo de hormigón (GPa) (en una escala de 0 a 30 GPa para la mayoría de ellos)

HSNEW

espesor del perfilado más reciente (mm)

HSOLD

espesor total de las capas subyacentes del perfilado anterior (mm)

PCRA

área de fisuración total antes del último resellado o refuerzo (% del área total de la calzada)

PCRW

área de fisuración ancha antes del último resellado o refuerzo (% del área total de la calzada)

KW

MIN [0.05 MAX (PCRW - 10, 0), 1]

KA

MIN [0.05 MAX (PCRA - 10, 0), 1]

HSE

MIN [100, HSNEW + (1 - KW) HSOLD]

Kcia

factor de calibración del inicio de la fisuración estructural total

Kciw

factor de calibración del inicio de la fisuración estructural ancha

CRT

tiempo de demora de la fisuración debido a la conservación (en años) (ver parte D)

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C2-21

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Los valores de coeficiente a0 hasta a4 propuestos para el inicio de la fisuración total se ofrecen en la Tabla C2.15, y los a0 hasta a2 para el inicio de la fisuración ancha, en la Tabla C2.16. Tabla C2.15 Valores de coeficiente predefinidos para el inicio de los modelos de fisuración estructural total Tipo de firme

AMGB

Material de la capa

Valor HSOLD

Todos

Equn

a0

0

5,3

4,21

0,14

-17,1

Todos excepto CM

>0

5,4

4,21

0,14

-17,1

30

0,025

CM

>0

5,5

13,2

0

-20,7

20

1,4

Todos

0

5,3

4,21

0,14

-17,1

>0

5,4

4,21

0,14

-17,1

30

0,025

Todos

>0

5,4

4,21

0,14

-17,1

30

0,025

Todos

0

5,1

1,12

0,035

0,371

-0,418

-2,87

>0

5,2

1,12

0,035

0,371

-0,418

-2,87

Todos

0

5,3

13,2

0

-20,7

Todos excepto SL, CAPE

>0

5,4

13,2

0

-20,7

20

0,22

SL, CAPE

>0

5,5

13,2

0

-20,7

20

1,4

Todos

0

5,3

13,2

0

-20,7

Todos excepto SL, CAPE

>0

5,4

4,21

0,14

-17,1

20

0,12

SL, CAPE

>0

5,4

4,21

0,14

-17,1

30

0,025

Todos

>0

5,4

4,21

0,14

-17,1

20

0,12

Todos

0

5,1

1,12

0,035

0,371

-0,418

-2,87

>0

5,2

1,12

0,035

0,371

-0,418

-2,87

a1

a2

a3

a4

AMAB AMAP AMSB

STGB

STAB

STAP STSB

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-22

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Tabla C2.16 Valores de coeficiente predefinidos para el inicio de los modelos de fisuración estructural ancha Tipo de firme

AMGB

Material de la capa

Valor HSOLD

a0

a1

a2

Todos

0

2,46

0,93

0

Todos excepto CM

>0

2,04

0,98

0

CM

>0

0,70

1,65

0

Todos

0

2,46

0,93

0

>0

2,04

0,98

0

Todos

>0

2,04

0,98

0

Todos

0

1,46

0,98

0

>0

0

1,78

0

Todos

0

2,66

0,88

1,16

Todos excepto SL, CAPE

>0

1,85

1,00

0

SL, CAPE

>0

0,70

1,65

0

Todos

0

2,66

0,88

1,16

Todos excepto SL, CAPE

>0

1,85

1,00

0

SL, CAPE

>0

2,04

0,98

0

Todos

>0

1,85

1,00

0

Todos

0

1,46

0,98

0

>0

0

1,78

0

AMAB AMAP AMSB

STGB

STAB

STAP STSB

5.1.3 Progreso de la fisuración estructural total La forma general del modelo de progreso de la fisuración estructural total se obtiene como sigue:

[

 CRP  1/a1 dACA = K cpa  − SCA  Z A (Z A a 0 a 1 δt A + SCA a1)  CDS 

]

...(5.7)

El progreso de la fisuración estructural total comienza cuyo δtA > 0 o ACAa > 0 Donde: si ACA a > 0

si no δt A = MAX {0, MIN [(AGE2 − ICA ), 1]}

δtA = 1

si ACA a ≥ 50 entonces: zA = -1

si no:

zA = 1

ACA a = MAX (ACA a , 0.5) SCA = MIN [ACA a , (100 - ACA a )]

[

Y = a 0 a 1 Z A δt A + SCA a1

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

]

...(5.8)

C2-23

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA n

C2 FIRMES BITUMINOSOS

si Y < 0

entonces: CRP  dACA = K cpa  (100 − ACA a )  CDS  n

...(5.9)

si Y ≥ 0

entonces: CRP  dACA = K cpa  Z A (Y 1/a1 − SCA )  CDS   n

...(5.10)

si ACA a ≤ 50 y ACA a + dACA > 50

entonces:

(

CRP  dACA = K cpa  100 - c11/a1 − ACA a  CDS 

)

...(5.11)

]

...(5.12)

donde:

[

c 1 = MAX { 2(50 a1 ) − SCA a1 − a 0 a 1 δt A , 0}

5.1.4 Progreso de la fisuración estructural ancha La forma general del modelo de progresión de la fisuración estructural ancha se deriva de:

[

 CRP  a1 1/a1 − SCW dACW = K cpw   Z w (Z w a 0 a 1 δt w + SCW )  CDS 

]

...(5.13)

donde: dACW = MIN [ACA a + dACA - ACWa, dACW ]

...(5.14)

El progreso de la fisuración estructural ancha comienza cuando δtW > 0 o ACW a > 0 donde: si ACW a > 0

δtW = 1

si no

δt w = MAX { 0, MIN [(AGE2 − ICW ), 1] }

El inicio de la fisuración estructural ancha está restringido a que el área de fisuración estructural total (ACAa) exceda del 5%: δtW = 0

si ACA a ≤ 5 y ACW a ≤ 0.5 y δtW > 0

Si el bacheo de la fisuración estructural ancha se realizó en el año anterior analizado, reduciendo el área de fisuración ancha a menos del 1%, pero dejando la fisuración estructural total sobre el 11% al comienzo del año en curso analizado (es decir, ACWa ≤1 y ACAa > 11), entonces la tasa de progreso de la fisuración estructural ancha no comenzará en su valor inicial más bajo, sino que tendrá un valor más alto parecido al de la escala anterior al bacheo. En este caso, se define un valor de fisuración estructural ancha temporal ACWtemp del 5% por debajo de ACAa; es decir: ACWtemp = ACAa – 5 si ACWa ≤ 1 y ACAa > 11

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-24

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Este valor se usa entonces, como un valor temporal de ACWa para calcular el dACW en el año analizado. dACW se calcula para cada año analizado de la siguiente forma: si ACW a ≥ 50 ACWa ≥ 50 entonces:

zw = -1

si no:

zw = 1 ACW a = MAX (ACW a , 0.5)

[

SCW = MIN ACWa , (100 - ACWa )

]

Y = [a 0 a 1 Z w δ t w + SCW a1 ] n

...(5.15)

si Y < 0

entonces: CRP  dACW = K cpw  MIN [(ACA a + dACA − ACWa ), (100 − ACWa )]  CDS  n

...(5.16)

si Y ≥ 0

entonces:  CRP  dACW = K cpw  MIN [(ACA a + dACA − ACWa ), Z w (Y 1/a1 − SCW )]  CDS  n

...(5.17)

si ACWa ≤ 50 y ACWa + dACW > 50 entonces:

[

(

 CRP  1/a1 dACW = K cpw  MIN (ACA a + dACA − ACWa ), 100 − c1 − ACWa CDS  

)] ...(5.18)

donde:

[

]

c 1 = MAX { 2(50 a1 ) − SCW a1 − a 0 a 1 δt w , 0}

...(5.19)

y: dACA

aumento de cambios en el área de la fisuración estructural total durante el año de análisis (% del total del área de la calzada)

dACW

aumento de cambios en el área de la fisuración estructural ancha durante el año de análisis (% del total del área de la calzada)

ACAa

área de fisuración estructural total al comienzo del año analizado

ACWa

área de fisuración estructural ancha al comienzo del año analizado (% del total del área de la calzada)

δtA

fracción del año analizado en el cual se aplica el progreso de la fisuración estructural total

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-25

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

δtW

fracción del año analizado en el cual se comienza el progreso de la fisuración estructural ancha

EDAD2

edad de la capa del firme desde el último resellado, refuerzo, reconstrucción o nueva construcción (años)

ICA

inicio de la fisuración estructural total (años)

ICW

inicio de la fisuración estructural anca (años)

Kcpa

factor de calibración del progreso de la fisuración estructural total

Kcpw

factor de calibración del progreso de la fisuración estructural ancha

CRP

demora del progreso de la fisuración debida al tratamiento preventivo, definido por CRP = 1 - 0.12 CRT

Los valores de coeficiente predefinidos a0 y a1 propuestos para el progreso de la fisuración total y ancha se ofrecen en la Tabla C2.17. Tabla C2.17 Valores de coeficiente propuestos para el progreso de las fisuraciones estructurales total y ancha Tipo de firme

AMGB

Material de la capa

Valor HSOLD

Fisuración total

Fisuración ancha

a0

a1

a0

a1

Todos

0

1,84

0,45

2,94

0,56

Todos excepto CM

>0

1,07

0,28

2,58

0,45

CM

>0

2,41

0,34

3,40

0,35

Todos

0

1,84

0,45

2,94

0,56

>0

1,07

0,28

2,58

0,45

Todos

>0

1,07

0,28

2,58

0,45

Todos

0

2,13

0,35

3,67

0,38

>0

2,13

0,35

3,67

0,38

0

1,76

0,32

2,50

0,25

>0

2,41

0,34

3,40

0,35

Todos

0

1,76

0,32

2,50

0,25

Todos excepto SL, CAPE

>0

2,41

0,34

3,40

0,35

SL, CAPE

>0

1,07

0,28

2,58

0,45

Todos

>0

2,41

0,34

3,40

0,35

Todos

0

2,13

0,35

3,67

0,38

>0

2,41

0,34

3,40

0,35

AMAB AMAP AMSB Todos STGB

STAB

STAP STSB

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-26

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

5.2

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Fisuración termal transversal Se modeliza como la intensidad de fisuración expresada por el número de fisuras por kilómetro. Un coeficiente de fisuración termal (CCT) se usa como una variable para pronosticar el inicio de las fisuras termales de las diferentes zonas climáticas descritas en el capítulo C1. En la Tabla C2.18 se ofrecen valores sugeridos. En la Tabla C2.19 se ofrecen los valores propuestos de número máximo de fisuras termales (NCT eq) por kilómetro de carretera y el tiempo que tarda en alcanzar el nivel de fisuración (T eq) desde su inicio, para las diferentes zonas climáticas. Tabla C2.18 Valores propuestos predefinidos de CCT Parámetro del modelo

Tropical

Subtropical

Subtropical

Templado

Templado

cálido

frío

frío

helado

Arido

100

5

100

100

2

Semi árido

100

8

100

100

2

Poco húmedo

100

100

100

100

1

Húmedo

100

100

100

100

1

Súper húmedo

100

100

100

Tabla C2.19 Valores propuestos predefinidos de NCTeq y Teq Parámetro del modelo

Subtropical

Subtropical

Templado

Templado

cálido

frío

frío

helado

0

100

0

0

20

50

7

50

50

7

Tropical

NCTeq Teq

5.2.1 Inicio de la fisuración termal transversal Existe una diferencia entre el inicio de la fisuración termal transversal en perfilados originales y en perfilados reforzados o resellados. n

si HSOLD = 0 (es decir, perfilados originales) ICT = K cit MAX[a 0 , (CDS )(CCT )]

n

...(5.20)

si HSOLD > 0 (es decir, reforzados o rellenados) ICT = K cit MAX [a0 , CDS (CCT + a 1 + a 2 HSNEW )]

...(5.21)

5.2.2 Progreso de la fisuración termal transversal Comienza cuando δtT > 0 donde: si ACTa > 0 δtT = 1

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

si no δt T = MAX { 0, MIN [(AGE2 − ICT ), 1 ] }

C2-27

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA n

C2 FIRMES BITUMINOSOS

si HSOLD = 0 (es decir, perfilados originales)    2 NCTeq (AGE3 - ICT - 0.5)  1   dNCT = K cpt  MAX 0, MIN(NCTeq − NCTa ),  2     CDS    ( T ) eq  

  

 δt T 

...(5.22) n

si HSOLD > 0 (es decir, reforzados o rellenados)       MIN(a 0 PNCT, (PNCT - NCTa )),  1    dNCT = K cpt  MIN(NCTeq − NCTa ),MAX     CDS    2 NCTeq (AGE3 - ICT - 0.5)    ,0      (Teq )2    

    δ t T    

...(5.23) Se asume que una fisura termal transversal atravesará el ancho total de la calzada. De este modo, el área de fisuración termal transversal se deriva de: dACT =

dNCT 20

...(5.24)

donde: ICT

inicio de la fisura total transversal (años)

dNCT

cambios en el número de fisuras termales transversales durante el año analizado (nº/km)

CDS

indicador de los defectos de la construcción para perfilados bituminosos

dACT

cambios en el área de la fisuración termal transversal durante el año analizado (% del área total de la calzada)

CCT

coeficiente de fisuración termal (ver Tabla C2.18)

PNCT

número de fisuras termales transversales antes del último refuerzo o relleno (nº/km)

NCT a

número de fisuras termales transversales (reflejado) al comienzo del año analizado (nº/km)

NCT eq

número máximo de fisuras termales (no/km) (ver Tabla C2.19)

T eq

tiempo de alcance del número máximo de fisuras termales (años) (ver Tabla C2.19)

HSNEW

espesor del perfilado más reciente (mm)

Kcit

factor de calibración del inicio de la fisuración termal transversal

Kcpt

factor de calibración del progreso de la fisuración termal transversal

Los valores de coeficiente a0 hasta a2 predefinidos para el inicio y los predefinidos a0 para el progreso de la fisuración termal transversal, se definen en la Tabla C2.20. Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-28

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Tabla C2.20 Valores de coeficiente predefinidos para la fisuración termal transversal Inicio

Progreso

Tipo de firme a0 Todos los tipos de firme excepto STGB y STSB STGB y STSB

5.3

1,0 100

a1

a2

a0

-1,0

0,02

0,25

-1,0

0,02

0,25

Areas totales de fisuración Los modelos de fisuración anteriores pronostican áreas de fisuración estructural total y ancha (ACA y ACW respectivamente) y fisuración termal transversal (ACT). En varios de los modelos de deterioro se requieren otras áreas de fisuración, además de ACA, ACW o ACT. Estas áreas se definen en las secciones 5.3.1 y 5.3.2.

5.3.1 Area de fisuración indexada El área de fisuración indexada es un promedio ponderado de la fisuración estructural total y ancha definida por Paterson (1987), como sigue: ACX = 0.62 ACA + 0.39 ACW

...(5.25)

donde: ACX

área de la fisuración indexada (% del área total de la calzada)

ACA

área de la fisuración estructural total (% del área total de la calzada)

ACW

área de la fisuración estructural ancha (% del área total de la calzada)

5.3.2 Area total de fisuración El área total de fisuración combina la fisuración estructural y la termal transversal y se define de la siguiente manera: ACRA = ACA + ACT

...(5.26)

donde: ACRA

área fisurada total de la calzada (% del área total de la calzada)

ACA

área de la fisuración estructural total (% del área total de la calzada)

ACT

área de la fisuración termal transversal (% del área total de la calzada)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-29

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

6

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Desprendimiento del árido Es la pérdida progresiva de material de la capa causado por efectos del clima y/o erosión del tráfico. El desprendimiento del árido varía considerablemente según las diferentes regiones y países en los que ocurra debido a sus métodos de construcción, especificaciones, disponibilidad de materiales y prácticas locales. El desprendimiento es un deterioro común en las construcciones pobres y en capas bituminosas finas, tales como tratamientos superficiales, pero no son frecuentes en construcciones de alta calidad o mezclas bituminosas calientes. El indicador de defectos de la construcción para perfilados bituminosos, CDS, (ver sección 4) se usa como una variable en los modelos de desprendimiento. El modelo de inicio es, básicamente, el propuesto por Paterson (1987), con un CDS que reemplaza la variable de calidad de la construcción original CQ. El modelo de progreso se basa también en el propuesto por Paterson (1987) pero con una variable del tráfico introducida a propuesta de Riley (1999).

6.1

Inicio Se establece que se ha producido desprendimiento en un tramo específico de la carretera, cuando el 0,5% del área de la capa de rodadura de la calzada, se clasifica como desprendida. El inicio se deriva de: IRV = K vi CDS 2 a 0 RRF exp (a 1 YAX )

...(6.1)

donde: IRV

inicio del desprendimiento (años)

CDS

indicador de los defectos de la construcción para superficies bituminosas

YAX

número anual de ejes de todos los tipos de vehículos motorizados en el año analizado (millones/carril)

Kvi

factor de calibración para el inicio del desprendimiento

RRF

factor de demora del desprendimiento debido a conservaciones (ver parte D)

Los valores de coeficiente predefinidos a0 hasta a1 propuestos para el modelo de inicio del desprendimiento se ofrecen en la Tabla C2.21. Tabla C2.21 Valores de coeficiente predefinidos para el modelo de inicio del desprendimiento Tipo de la capa

Material de la capa Todos excepto CM

a0 100

a1 -0,156

AM CM

8,0

-0,156

Todos excepto SL, CAPE

10,5

-0,156

SL, CAPE

14,1

-0,156

ST

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-30

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

6.2

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Progreso La forma general del modelo del progreso del desprendimiento se obtiene a partir de:

[

 K vp   1  a2 1/a2 − SRV dARV =   Z (Z( a 0 + a 1YAX)a2 δt v + SRV ) 2 RRF   CDS 

]

...(6.2)

El progreso del desprendimiento comienza cuando δtv > 0 o ARVa > 0 donde: si ARVa > 0 si ARVa ≥ 50

si no δt v = MAX { 0, MIN [(AGE2 − IRV ), 1] }

δtv = 1

entonces:

z = -1

si no:

z=1

ARV a = MAX (ARV a , 0.5) SRV = MIN [ARV a , (100 - ARV a )] YAX = MAX [MIN (YAX, 1), 0.1] Y = [(a0 + a1YAX)a2 Z δt v + SRV a2 ] n

...(6.3)

si Y < 0

entonces:  K vp   1  dARV =  (100 − ARV a )  2 RRF   CDS  n

...(6.4)

si Y ≥ 0

entonces:  K vp   1  1/a2 − SRV ) dARV =   Z (Y RRF   CDS 2  n

...(6.5)

si ARVa ≤ 50 y ARVa + dARV > 50

entonces:

(

 K vp   1  1/a2 dARV =  − ARV a   100 − c 1 RRF   CDS 2 

)

...(6.6)

y:

[

]

c 1 = MAX { 2(50 a2 ) − SRV a2 − ( a 0 + a 1YAX)a 2 δt v , 0}

...(6.7)

donde: DARV

cambios en el área de desprendimiento durante el año analizado (% del total del área de la calzada)

ARVa

área de desprendimiento al comienzo del año analizado (% del total del área de la calzada)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-31

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

δtv

fracción del año analizado al que aplica el progreso del desprendimiento

EDAD2

edad de la capa del firme desde el último relleno, refuerzo, reconstrucción o nueva construcción (años)

Kvp

factor de calibración del progreso del desprendimiento

IRV

inicio del desprendimiento (años)

Los otros parámetros se definen para el inicio del desprendimiento. Los valores de coeficiente predefinidos a0 y a2 propuestos para el modelo de progreso del desprendimiento se ofrecen en la Tabla C2.22. Tabla C2.22 Valores de coeficiente predefinidos del modelo de progreso de desprendimiento Tipo de firme Todos los tipos de firme

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

a0

a1

a2

0,6

3,0

0,352

C2-32

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

7

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Areas con baches Las áreas con baches, generalmente, se desarrollan en una capa de rodadura que previamente haya sufrido desprendimiento del árido, se haya fisurado, o ambos. La presencia de agua acelera la formación de baches, lo que produce un debilitamiento de la estructura del firme y una disminución de la resistencia de la capa y de los materiales de la base hasta su posible desintegración. Los modelos de las áreas con baches utilizan el indicador de defectos de la construcción de la base, CDB, como una variable (ver sección 4). En los modelos, las áreas con baches se expresan en términos del número de baches con un área de 0,1 m2. La capacidad de volumen de cada uno de estos baches se asume que es de 10 litros (es decir, 100 mm de profundidad). Las relaciones entre el inicio y el progreso se han modificado a partir de las ofrecidas en el NDLI (1995) y Riley (1996b).

7.1

Inicio El inicio de las áreas con baches, debido a la fisuración, surge solamente una vez que el área total de la fisuración estructural ancha (ACW) sobrepasa el 20%. El desprendimiento que da origen a los baches surge cuando el área desprendida (ARV) excede del 30%.

(1 + a1HS )   IPT = K pi * a 0    (1 + a 2 CDB) (1 + a 3 YAX ) (1 + a 4MMP ) 

...(7.1)

donde: IPT

tiempo entre el inicio de la fisuración estructural ancha o desprendimiento y el comienzo de los baches (años)

HS

espesor total del perfilado bituminoso (mm)

CDB

indicador de los defectos de la construcción de la base

YAX

número anual de ejes de todos los tipos de vehículos motorizados en el año analizado (millones/carril)

MMP

precipitación media mensual (mm/mes)

Kpi

factor de calibración del inicio de baches

Los valores del IPT se calculan separadamente para las áreas de baches debidas a la fisuración y al desprendimiento. La separación entre estos dos mecanismos se mantiene, a través del análisis con una diferenciación en la modelización del progreso de áreas de baches producidas por la fisuración, por el desprendimiento o por el aumento de los baches existentes. Los valores de coeficiente predefinidos a0 hasta a4 propuestos para el modelo de inicio de baches se ofrecen en la Tabla C2.23.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-33

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Tabla C2.23 Valores de coeficiente predefinidos para el modelo de inicio de baches Causa del inicio

Tipo de firme

a0

a1

a2

a3

a4

AMGB, STGB

2,0

0,05

1,0

0,5

0,01

Todos excepto las bases GB

3,0

0,05

1,0

0,5

0,01

AMGB, STGB

2,0

0,05

1,0

0,5

0,01

Todos excepto las bases GB

3,0

0,05

1,0

0,5

0,01

Fisuración

Desprendimiento del árido

7.2

Progreso El progreso se origina a partir de los baches producidos por fisuración, desprendimiento o por el aumento de los existentes. Se afecta por el lapso de tiempo entre la aparición y el bacheo de los mismos. Un factor de lapso de tiempo (TLF) ha sido introducido como indicador del tiempo de respuesta del bacheo (Odoki, 1997; y Riley, 1997). El aumento paulatino anual en el número de baches, debido a cada uno de estos tres deterioros se calcula como sigue:  (1 + a1CDB )(1 + a 2 YAX )(1 + a 3MMP )  dNPTi = K pp * a 0 * ADISi (TLF)   (1 + a 4HS )  

...(7.2)

La progresión de baches a partir de la fisuración ancha o del desprendimiento, comienza de la siguiente manera: n

Si al comienzo del primer año del período de análisis ACWa = 0, entonces el progreso producido por la fisuración ancha comienza cuando: AGE 2 > ICW + IPT y ACWa > 20

n

Si al comienzo del primer año del período de análisis ARVa = 0, entonces el progreso producido por el desprendimiento comienza cuando: AGE 2 > IRV + IPT y ARVa > 30

n

Si al comienzo del primera año del periodo de análisis 0 < ACWa ≤ 20, entonces el progreso producido por la fisuración ancha comienza cuando ACWa > 20

n

Si al comienzo del primer año del período de análisis 0 < ARVa ≤ 30, entonces el progreso producido por el desprendimiento comienza cuando ARVa > 30

n

Si al comienzo del primer año del período de análisis ACWa > 20, entonces el progreso producido por la fisuración ancha comienza inmediatamente

n

Si al comienzo del primer año del período de análisis ARVa > 30, entonces el progreso producido por el desprendimiento comienza inmediatamente

n

El progreso producido por el aumento de los baches existentes comienza si NPTa > 0 al comienzo de un año analizado

El aumento anual total del número de baches por kilómetro de una carretera se deriva de:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-34

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

3

dNPT =

∑ dNPT

...(7.3)

i

i =1

donde: dNPTi

número adicional de baches por kilómetro derivados de un tipo de deterioro i (fisuración estructural ancha, desprendimiento, aumento de los existentes) durante el año analizado

ADISi

el porcentaje del área de fisuración estructural ancha, del área del desprendimiento o el número de baches existentes por kilómetro al comienzo del año analizado

TLF

factor de lapso de tiempo (ver Tabla C2.25)

dNPT

número total de baches adicionales por kilómetro durante el año analizado

Kpp

factor de calibración del progreso de baches

Otros parámetros han sido definidos anteriormente. Los valores de coeficiente predefinidos a0 hasta a4 propuestos para el modelo de progreso de baches se ofrecen en la Tabla C2.24 y los valores predefinidos propuestos para TLF se ofrecen en la Tabla C2.25. Tabla C2.24 Valores de coeficiente predefinidos del modelo de progresión de baches Causa del progreso

Tipo de firme

a0

a1

a2

a3

a4

AMGB, STGB

1,0

1,0

10

0,005

0,08

Todos excepto las bases GB

0,5

1,0

10

0,005

0,08

AMGB, STGB

0,2

1,0

10

0,005

0,08

Todos excepto las bases GB

0,1

1,0

10

0,005

0,08

AMGB, STGB

0,07

1,0

10

0,005

0,08

Todos excepto las bases GB

0,035

1,0

10

0,005

0,08

Fisuración

Desprendimiento del árido

Aumento de los existentes

Tabla C2.25 Valores predefinidos para TLF Lapso de tiempo entre la aparición del bache y su bacheo

TLF

Menos de 2 semanas

0,02

1 mes

0,06

2 meses

0,12

3 meses

0,20

4 meses

0,28

6 meses

0,43

12 meses

1,00

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-35

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

8

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Rotura del borde Se puede definir como la pérdida de la capa de rodadura y de los materiales de la base al borde del firme, causado por golpes y desgaste. Generalmente ocurre en carreteras estrechas con arcenes sin sellar donde las ruedas de los vehículos pasan por encima o cerca de los bordes del firme. La medida de la rotura del borde, que el usuario provee como entrada de datos en el modelo y sus correspondientes datos de salida, se definen en metros cuadrados por kilómetro y no en metros cúbicos por kilómetro. El valor en metros cuadrados se multiplica entonces internamente por 100 mm (la misma profundidad de los baches) para obtener el volumen de rotura del borde en metros cúbicos con propósito de la modelización. El modelo de rotura del borde se pronostica que ocurrirá en carreteras con una anchura de calzada superior al máximo definido por el usuario como CWmax. El valor predefinido de CWmax es de 7,2 metros y con un límite máximo de CWmax ajustado a 7,5 metros (es decir, que no se pronostica rotura de bordes en las carreteras con un ancho de calzada superior a los 7,5 metros). El modelo de rotura del borde se obtiene de la siguiente fórmula: MMP  −6 dVEB = K eb a 0 PSH (AADT )2 ESTEP (S )a1 a 2 + 10 1000  

...(8.1)

CWmax - CW       , 1, 0  PSH = MAXMINMAX a 3 + a 4 CW, a5      

...(8.2)

y:

donde: dVEB

pérdida anual de material del borde (m3/km)

PSH

proporción del tiempo en el que los vehículos usan el arcén debido a la anchura de la carretera

AADT

intensidad media diaria (veh/día)

ESTEP

diferencia de elevación entre el firme y el arcén (mm)

MMP

precipitación media mensual (mm/mes)

S

promedio de la velocidad del tráfico (km/h)

CW

ancho de la calzada (metros)

CWmax

ancho máximo de la calzada, definible por el usuario, al que puede ocurrir rotura del borde (metros) (predefinido = 7,2, máximo = 7,5)

Keb

factor de calibración del progreso de la rotura del borde

Los valores de coeficiente predefinidos a0 hasta a5 propuestos para el modelo de rotura del borde se ofrecen en la Tabla C2.26.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-36

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Tabla C2.26 Valores de coeficiente predefinidos para el modelo de rotura de bordes Tipo de firme

a0

a1

a2

a3

a4

a5

AMGB

50

-1

0,2

2,65

-0,425

10

AMAB, AMSB, AMAP

25

-1

0,2

2,65

-0,425

10

STGB

75

-1

0,2

2,65

-0,425

10

STAB, STSB, STAP

50

-1

0,2

2,65

-0,425

10

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-37

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

9

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Area de la capa con y sin desperfectos En la modelización del deterioro del firme es importante asegurarse que la suma de las áreas de la capa con y sin desperfectos sea igual al 100% en cualquier año analizado. El total de la capa se compone de lo siguiente: n

Rotura de bordes

n

Baches

n

Fisuración

n

Desprendimiento del árido

n

Sin desperfectos

Esta área consiste en la capa de rodadura original que está aún en buena condición desde su último perfilado y del área que ha sido bacheada. La lógica, utilizada para calcular los valores de deterioro al final del año analizado, se describe a continuación (Odoki, 1998).

9.1

Lógica Para propósitos de modelización, los tipos de deterioro, mencionados anteriormente, necesitan ser convertidos en sus equivalentes áreas de la capa y se asume que serán mutuamente exclusivos. Es por eso que, la suma del área de la capa de rodadura con rotura del borde, con baches, con fisuración, con desprendimiento del árido y sin desperfectos debe ser igual al 100%. Se acepta que un área de la carretera puede estar fisurada y con su árido desprendido. Por lo tanto, la jerarquía empleada en HDM-4 clasifica la fisuración por encima del desprendimiento, ya que la fisuración se considera un deterioro más severo que el desprendimiento. Una vez que las cantidades sustanciales de áreas con desperfectos hayan sido modelizadas, el área con desprendimiento será por lo tanto reclasificada como área de fisuración. De esto se obtiene un área con un desprendimiento decreciente si bien, esta área reclasificada, podría ser identificada como fisurada o con desprendimiento. En la búsqueda de una lógica que satisfaga las restricciones al 100% del total del área de la capa se han hecho las siguientes simples suposiciones: n

n

n

n

n

La fisuración se desarrolla primero en el área sin desperfectos y luego que ésta está saturada, en el área desprendida, si existe. Aún más, un área que ha sido fisurada puede desarrollar baches pero no puede sufrir desprendimiento. El desprendimiento se puede originar, solamente, en el área sin desperfectos. Después que un área ha sufrido desprendimiento se puede también fisurar, en cuyo caso se reclasificará de desprendida a fisurada. (Nota: esto no significa que las áreas con desprendimiento vayan a desaparecer físicamente). Los baches se pueden desarrollar, únicamente, en áreas fisuradas, con desprendimiento o sin desperfectos (como se refleja en las fórmulas de cálculo de cambios en el número de baches), e independientemente que sea reparada, un área de baches no se puede convertir en fisurada, desprendida o sin deterioro. Se impone un límite máxima del 10% al área de baches. Esto es debido a que por encima de este nivel, la capa del firme se definiría como en malas condiciones y la función de regularidad sería invalidada. La rotura del borde se puede desarrollar, solamente, en áreas fisuradas, con desprendimiento y sin desperfectos y aunque sean reparadas, un área con rotura del borde no se puede volver un área con baches, con fisuración, con desprendimiento o sin desperfectos.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-38

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA n

9.2

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Un límite superior del 18% se impone al área de rotura del borde. Este valor se basa en la premisa de que la rotura del borde no se extenderá más allá de 0,5 metros a partir del borde de un firme de 5,5 metros de ancho.

Valores de deterioro al final del año Las premisas ofrecidas en la sección 9.1 nos llevan a las ecuaciones 9.1 y 9.20 (ver secciones 9.2.1 hasta 9.2.4) para calcular las áreas con deterioro al final de cada año analizado y antes de realizados los trabajos.

9.2.1 Rotura de bordes AVEB b = MIN [ 18, (AVEB a + dAVEB ) ]

...(9.1)

donde: AVEBb

área de rotura del borde al final del año analizado (% del área total de la calzada)

AVEBa

área de rotura del borde al comienzo del año analizado (% del área total de la calzada)

dAVEB

aumento no ajustado del área de rotura del borde durante el año analizado (% del área total de la calzada)

La ecuación 9.1 requiere que el volumen de la rotura del borde VEB se convierta en un área de la rotura del borde medida como un porcentaje del total del área de la calzada. El área de rotura del borde, expresada como un porcentaje del total del área de la calzada, AVEB, se obtiene de la siguiente expresión: AVEB =

VEB

...(9.2)

CW

donde: AVEB

área de la rotura del borde (% del área total de la calzada)

VEB

volumen de la rotura del borde por kilómetro (m3/km)

CW

ancho de la calzada (metros)

Así, sustituyendo VEB en la ecuación 9.2 por VEBa se obtiene el valor de AVEBa, y sustituyendo VEB por dVEB, se obtiene el valor de dAVEB; donde: VEBa

volumen de la rotura del borde por kilómetro al comienzo del año analizado (m3/km)

dVEB

aumento no ajustado en el volumen de la rotura del borde por kilómetro durante el año analizado (m3/km)

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C2-39

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

9.2.2 Baches APOT b = MIN [10, (APOT a + dAPOT )]

...(9.3)

donde: APOT b

área de baches al final del año analizado (% del área total de la calzada)

APOT a

área de baches al comienzo del año analizado (% del área total de la calzada)

dAPOT

aumento no ajustado en el área de baches durante el año analizado (% del área total de la calzada)

La ecuación 9.3 requiere que el número de baches por kilómetro se convierta en área de baches como un porcentaje del total del área de la calzada. El área de baches expresada como un porcentaje del total del área de la calzada (APOT) se obtiene de la siguiente expresión: APOT =

(NPT ) (STDAPOT ) 10 (CW )

...(9.4)

donde: APOT

área de baches (% del área total de la calzada)

NPT

número de baches por kilómetro

STDAPOT

área estándar de un bache (m2 ) (predefinido = 0.1)

Así, sustituyendo NPT en la ecuación 9.4 anterior por NPTa se obtiene el valor de APOT a y sustituyendo NPT por dNPT se obtiene el valor de dAPOT; donde: NPT a

número de baches por kilómetro al comienzo del año analizado (nº/km)

dNPT

aumento no ajustado del número de baches por kilómetro durante el año analizado

9.2.3 Fisuración Area total de fisuración ACRA b = MAX { 0, MIN [(100 - AVPD b ), (ACRA a + dACRA − dAVEBCR − dAPOTCR )] }

...(9.5) donde: ACRAb

área total de fisuración al final del año analizado (% del área total de la calzada), es decir, ACAb + ACT b

ACRAa

área total de fisuración al comienzo del año analizado (% del área total de la calzada), es decir, ACAb + ACT b

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-40

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

dACRA

aumento no ajustado del total del área de fisuración durante el año analizado (% del área total de la calzada), es decir, dACA + dACT

AVPDb

AVEBb + APOT b

dAVEBCR

aumento en el área de la rotura del borde a partir del área fisurada durante el año analizado (% del área total de la calzada)

dAPOTCR

aumento en el área de baches a partir del área fisurada durante el año analizado (% del área total de la calzada)

ACAb

área de fisuración estructural total al final del año analizado (% del área total de la calzada),

ACAa

área de fisuración estructural total al comienzo del año analizado (% del área total de la calzada)

dACA

aumento no ajustado del área de fisuración estructural total durante el año analizado (% del área total de la calzada)

ACT b

área de fisuración termal transversal al final del año analizado (% del área total de la calzada)

ACT a

área de fisuración termal transversal al comienzo del año analizado (% del área total de la calzada)

dACT

aumento no ajustado del área de fisuración termal transversal durante el año analizado (% del área total de la calzada)

El valor de dAVEBCR se obtiene de la siguiente forma: n

si ACRAa > 0

entonces: dAVEBCR = 0.01 (VBCR ) (∆AVEB )

...(9.6)

si no: dAVEBCR = 0

y: ∆AVEB = AVEB b - AVEB a

donde: ∆AVEB

aumento ajustado en el área de rotura del borde durante el año analizado (% del área total de la calzada)

VBCR

porcentaje de dAVEB definible por el usuario a partir de las áreas fisuradas (predefinido = 20)

El valor de dAPOTCR se obtiene: n

si dNPT > 0

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-41

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

dAPOTCR =

C2 FIRMES BITUMINOSOS

∆NPTc (STDAPOT ) 10 (CW )

...(9.7)

si no: dAPOTCR = 0  dNPTc  ∆NPTc =  ∆NPT  dNPT 

...(9.8)

y: ∆NPT = NPTb − NPTa

donde: ∆NPT

aumento total ajustado en el número de baches por km durante el año analizado

∆NPT c

aumento ajustado en el número de baches por km derivados de la fisuración estructural ancha durante el año analizado

dNPTc

aumento no ajustado en el número de baches por km derivados de la fisuración estructural ancha durante el año analizado (ver sección 7)

NPT b

número total de baches por km al final del año analizado

NPT a

número total de baches por km al comienzo del año analizado

Anteriormente se definieron otros parámetros. Fisuración estructural total ACA b = MIN [(ACA a + ∆ACA ), ACRA b ] n

si ACRAa > 0   [dACA - q(dAVEBCR ) − dAPOTCR ] ∆ACA = MAX 0, ∆ACRA   (dACRA − dAVEBCR − dAPOTCR ) 

n

...(9.9)

...(9.10)

si ACRAa = 0 y ACRAb > 0

∆ACA =

(dACA - dAPOTCR ) ∆ACRA (dACRA − dAPOTCR )

...(9.11)

si no: ∆ACA = 0

y: ACTa   q = 1  ACRA  a 

...(9.12)

y: Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-42

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

∆ACRA = ACRA b - ACRA a

C2 FIRMES BITUMINOSOS

...(9.13)

donde: ∆ACRA

aumento ajustado del área total de fisuración durante el año analizado (% del área total de la calzada)

∆ACA

aumento ajustado del área de fisuración estructural total durante el año analizado (% del área total de la calzada)

Otros parámetros se definieron anteriormente. Fisuración estructural ancha ACW b = MAX { 0, MIN [ACW a + dACW - dAPOTCR - q (dAVEBCR ), ACA b ] }

...(9.14) donde: ACWb

área de fisuración estructural ancha al final del año analizado (% del área total de la calzada)

ACWa

área de fisuración estructural ancha al comienzo del año analizado (% del área total de la calzada)

dACW

aumento no ajustado del área de fisuración estructural ancha durante el año analizado (% del área total de la calzada)

Otros parámetros se definieron anteriormente. Fisuración termal transversal n

si ACTa + dACT > 0

entonces: ACTb = ACRA b - ACA b

...(9.15)

si no: ACTb = 0

Todos los parámetros se definieron anteriormente.

9.2.4 Desprendimiento del árido  (100 - AVPC b ),  ARV b = MAX 0, MIN    (ARV a + dARV − dAVEBRV − dAPOTRV − dACRARV )

...(9.16)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-43

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

donde: ARVb

área de desprendimiento al final del año analizado (% del área total de la calzada)

ARVa

área de desprendimiento al comienzo del año analizado (% del área total de la calzada)

dARV

aumento del área de desprendimiento durante el año analizado (% del área total de la calzada)

AVPCb

AVEBb + APOT b + ACRAb

dAVEBRV

aumento del área de rotura del borde a partir del área con desprendimiento durante el año analizado (% del área total de la calzada)

dAPOTRV

aumento del área de baches a partir del área con desprendimiento durante el año analizado (% del área total de la calzada)

dACRARV

aumento del área de fisuración a partir del área con desprendimiento durante el año analizado (% del área total de la calzada)

Otros parámetros se han definido anteriormente. El valor de dAVEBRV se obtiene: n

si ARVa > 0

entonces: dAVEBRV = 0.01 (VBRV ) (∆AVEB )

...(9.17)

si no: dAVEBRV = 0

donde: VBRV

porcentaje del dAVEB, definible por el usuario, a partir del área con desprendimiento (predefinido = 20)

El valor de dAPOTRV se obtiene: n

si dNPT > 0

entonces: dAPOTRV =

∆NPTr (STDAPOT ) 10 (CW )

...(9.18)

si no: dAPOTRV = 0

y:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-44

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

 dNPTr  ∆NPTr =  ∆NPT  dNPT 

...(9.19)

donde: ∆NPT r

aumento ajustado del número de baches por km derivado del desprendimiento durante el año analizado

dNPTr

aumento no ajustado del número de baches por km derivado del desprendimiento durante el año analizado

Otros parámetros se han definido anteriormente. El valor de dACRARV se obtiene: n

si ARVa > 0

entonces: dACRARV = 0.01 (CRV ) (∆ACRA )

...(9.20)

si no: dACRARV = 0

donde: CRV

9.3

porcentaje de dACRA definible por el usuario a partir del área con desprendimiento (predefinido = 10)

Area del total de la capa con desperfectos El total de capa con desperfectos no bacheados, en cualquier momento, se calcula partir de la siguiente expresión: ADAMR b = AVEB b + APOT b + ACRA b + ARV b

...(9.21)

donde: ADAMRb

área total de la capa con desperfectos no bacheados al final del año analizado (% del área total de la calzada)

Otros parámetros se han definido anteriormente. Las áreas de la capa con severos desperfectos que se pueden parchear se obtienen a partir de la expresión: ADAMS b = APOTb + ACWb + ARV b

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(9.22)

C2-45

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

donde: ADAMSb

área de la capa con severos desperfectos al final del año analizado (% del área total de la calzada)

Otros parámetros se han definido anteriormente.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-46

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

10 Profundidad de la rodera La rodera se define como la deformación permanente o irrecuperable asociada con el tráfico en las capas del firme que si se canalizan en rodadas, se acumulan con el tiempo convirtiéndose en roderas (Paterson, 1987). La modelización de la profundidad de la rodera se realiza después de la evaluación de todos los deterioros de la capa, es decir, fisuración, desprendimiento, áreas de baches y rotura del borde, y al final del año que esté siendo analizado. El modelo de la profundidad de la rodera se basa en cuatro componentes: n

Densificación inicial (ver sección 10.1)

n

Deformación estructural (ver sección 10.2)

n

Deformación plástica (ver sección 10.3)

n

Huellas de neumáticos con clavos (ver sección 10.4)

La profundidad de la rodera, en cualquier momento, es la suma de sus cuatro componentes. Para HDM-4 la profundidad de la rodera se ha estandarizado a 2,0 m. Como HDM-III estaba basado en un valor de 1,2 m los coeficientes del modelo predefinidos se han modificado.

10.1 Densificación inicial La densificación inicial depende del grado de compactación relativa de la base, de la sub-base y de las capas subyacentes seleccionadas, es decir, COMP. Los valores sugeridos de COMP se han mostrado en la sección 4. La densificación inicial es:

(

RDO = K rid a 0 YE4 10 6 

)( a + a DEF) SNP a 1

2

3

COMP a4  

...(10.1)

donde: RDO

rodera debida por la densificación inicial (mm)

YE4

número anual de ejes equivalentes (millones/carril)

DEF

porcentaje anual de desviación del rayo Benkelman (mm)

SNP

promedio anual del número estructural ajustado del firme

COMP

compactación relativa (%) (ver sección 4)

Krid

factor de calibración de la densificación inicial

Los valores de coeficiente predefinidos a0 hasta a4 propuestos para el modelo de densificación inicial se ofrecen en la Tabla C2.27.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-47

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Tabla C2.27 Valores de coeficiente predefinidos para el modelo de densificación inicial Tipo de firme AMGB, AMAB, AMSB, STGB, STAB, STSB AMAP, STAP

a0

a1

a2

51740

0,09

0,0384

0

0

0

a3 -0,502

a4 -2,30

0

0

La densificación inicial solamente aplica a las reconstrucciones o construcciones nuevas que incluyen la construcción de una capa nueva de la base (es decir, cuando la EDAD4 = 0), para un período de tiempo de un año. EDAD4 se define de la siguiente forma: EDAD4

edad desde la reconstrucción (incluyendo la base) o nueva construcción (años)

10.2 Deformación estructural El modelo de deformación estructural usado en HDM-III se ha simplificado a una forma lineal dentro de HDM-4 (Morosiuk, 1998c). Se proponen términos separados para la deformación estructural sin fisuración y después de la fisuración como se indica a continuación: n

Deformación estructural sin fisuración

(

∆RDSTuc = K rst a 0 SNP a1 YE4 a2 COMP a3 n

)

...(10.2)

Deformación estructural después de la fisuración

[

∆RDSTcrk = K rst a 0 SNP a1 YE4 a2 MMP a3 ACX a

a4

]

...(10.3)

El aumento proporcional anual total en la deformación estructural se define como sigue: n

si ACRA = 0

entonces: ∆RDST = ∆RDSTuc n

...(10.4)

si ACRA > 0

entonces: ∆RDST = ∆RDSTuc + ∆ RDSTcrk

...(10.5)

donde: ∆RDST

aumento proporcional total de la deformación estructural en el año analizado (mm)

∆RDST uc

aumento de la rodera debido a la deformación estructural sin fisuración en el año analizado (mm)

∆RDST crk

aumento de la rodera debido a la deformación estructural después de la fisuración en el año analizado (mm)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-48

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

MMP

precipitación media mensual (mm/mes)

ACXa

área de fisuración indexada al comienzo del año analizado (% del área total de la calzada)

SNP

promedio anual del número estructural ajustado del firme

YE4

número anual de ejes equivalentes (millones/carril)

Krst

factor de calibración de la deformación estructural

Los valores de coeficiente predefinidos a0 hasta a4 propuestos para los modelos de deformación estructural se ofrecen en la Tabla C2.28. Tabla C2.28 Valores de coeficiente predefinidos para el modelo de deformación estructural Tipo de firme

a0

a1

a2

a3 -2,3

Sin fisuració n

Todos los tipos

44950

-1,14

0,11

Después de la fisuración

Todos los tipos

0,0000248

-0,84

0,14

a4

1,07

1,11

10.3 Deformación plástica El modelo de deformación plástica incluye una variable, CDS, que indica si el perfilado es propenso a una deformación plástica. Un método más seguro de determinar la deformación plástica de un perfilado bituminoso está detallado en la Guía de calibración y adaptación. El método incluye el uso de variables para pronosticar cambios en las propiedades de los materiales tales como el punto de suavizamiento de la capa intermedia y huecos en la mezcla, para modelizar el aumento proporcional de la deformación plástica. El modelo general de la deformación plástica, es decir, sin las propiedades de los materiales, se obtiene de: ∆RDPD = K rpd CDS 3 a 0 YE4 Sh a1 HS a2

...(10.6)

donde: ∆RDPD

aumento proporcional de la deformación plástica en el año analizado (mm)

CDS

indicador de los defectos de la construcción de los perfilados bituminosos

YE4

número anual de ejes equivalentes (millones/carril)

Sh

velocidad de los vehículos pesados (km/h)

HS

espesor total del perfilado bituminoso (mm)

Krpd

factor de calibración de la deformación plástica

Los valores de coeficiente predefinidos propuestos para el modelo de deformación plástica se ofrecen en la Tabla C2.29.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-49

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Tabla C2.29 Valores de coeficiente predefinidos del modelo de deformación plástica Tipo de la capa

a0

a1

a2

AM

2,46

-0,78

0,71

ST

0

-0,78

0,71

10.4 Desgaste de la capa El modelo de desgaste de la capa (Djarf, 1995) se aplica en ambientes donde los vehículos utilizan neumáticos con clavos durante los períodos helados.

[

RDW = K rsw a 0 PASS a1 W a2 S a3 SALT a4

]

...(10.7)

donde: ∆RDW

aumento proporcional de la profundidad de la rodera debido a los neumáticos con clavos en el año analizado (mm)

PASS

número anual de vehículos que transitan con neumáticos con clavos en una dirección (1000s)

S

promedio de la velocidad del tráfico (km/h)

SALT

variable para la adicción de sal a la carretera (2 = con sal; 1 = sin sal)

W

ancho de la carretera (m) (calzada más el total del ancho de los arcenes)

Krsw

factor de calibración del desgaste de la capa

Los valores de coeficiente predefinidos a0 hasta a4 propuestos para el modelo de desgaste de la capa se ofrecen en la Tabla C2.30. Tabla C2.30 Valores de coeficiente predefinidos para el modelo de desgaste de la capa Tipo de firme Todos los tipos

a0

a1

a2

a3

a4

0,0000248

1,0

-0,46

1,22

0,32

10.5 Profundidad total de la rodera El aumento proporcional anual del total de la profundidad de la rodera, ∆RDM, se obtiene de: n

si EDAD4 ≤ 1 ∆RDM = RDO + ∆RDPD + ∆RDW

...(10.8)

si no: ∆RDM = ∆RDST + ∆RDPD + ∆RDW

...(10.9)

donde: Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-50

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

∆RDM

aumento proporcional de la profundidad media de la rodera en ambas rodadas en el año analizado(mm)

RDO

rodera debida a la densificación inicial en el año analizado (mm)

∆RDST

aumento proporcional de la deformación estructural en el año analizado (mm)

∆RDPD

aumento proporcional de la deformación plástica en el año analizado (mm)

∆RDW

aumento proporcional del desgaste por neumáticos con clavos en el año analizado (mm)

La profundidad total de la rodera, RDMb, en cualquier momento se obtiene de: RDMb = MIN [(RDMa + ∆ RDM),100 ]

...(10.10)

donde: RDMb

profundidad media total de la rodera en ambas rodadas al final del año analizado (mm)

RDMa

profundidad media total de la rodera en ambas rodadas al comienzo del año analizado (mm)

10.6 Desviación estándar de la profundidad de la rodera Se usa en el modelo de regularidad y se calcula a partir de la profundidad media total de la rodera, como sigue: RDS b = MAX[0.3, (0.9 - 0.04 RDMb )] RDMb

...(10.11)

donde: RDSb

desviación estándar de la profundidad de la rodera al final del año analizado (mm)

RDMb

profundidad media de la rodera al final del año analizado (mm)

La desviación estándar de la profundidad de la rodera al comienzo del año analizado (RDSa) se calcula, también, por la ecuación 10.11 donde RDMa se reemplaza por RDMb.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-51

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

11 Regularidad El modelo de regularidad consta de varios componentes (fisuración, desintegración, deformación y conservación). La regularidad proporcional total es la suma de todos esos componentes. Los valores del deterioro de la capa usados para pronosticar la regularidad son aquellos que se han ajustado para que el total del área de la capa deteriorada más el área sin deterioros sea igual a 100%.

11.1 Estructural El componente estructural de la regularidad está relacionado con la deformación de los materiales del firme bajo presiones impuestas por el peso del tráfico y se obtiene de: ∆RI s = a 0 exp (m K gm AGE3 ) (1 + SNPK b )

−5

YE4

...(11.1)

y: SNPK b = MAX [(SNP a - dSNPK ), 1.5]

...(11.2)

MIN (a 1, ACX a ) HSNEW +  dSNPK = K snpk a 0   MAX [MIN (ACX a − PACX, a 2 ), 0 ] HSOLD 

...(11.3)

y:

donde: ∆RIs

cambio proporcional en la regularidad debido al deterioro estructural durante el año analizado (IRI m/km)

dSNPK

Reducción del número estructural ajustado del firme debido a la fisuración

SNPKb

número estructural ajustado del firme debido a la fisuración al final del año analizado

SNP a

número estructural ajustado del firme al comiendo del año analizado

ACXa

área de la fisuración indexada al comienzo del año analizado (% del área total de la calzada)

PACX

área de fisuración indexada anterior en el perfilado antiguo (% del área total de la calzada); es decir, 0.62 (PCRA) + 0.39 (PCRW)

HSNEW

espesor del perfilado más reciente (mm)

HSOLD

espesor total de las capas subyacentes del perfilado anterior (mm)

EDAD3

edad del firme desde su último refuerzo (rehabilitación), reconstrucción o nueva construcción (años)

YE4

número anual de ejes equivalentes (millones/carril)

m

coeficiente de medioambiente (ver Tabla C2.31)

Kgm

factor de calibración del coeficiente de medioambiente

Ksnpk

factor de calibración del SNPK

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C2-52

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Los valores predefinidos para el coeficiente de medioambiente m se ofrecen en la Tabla C2.31. Tabla C2.31 Coeficiente de regularidad medioambiental ‘m’ por zona climática Clasificación de la temperatura Clasificación de la humedad

Tropical

Subtropical

Subtropical

Templada

Templada

cálida

fría

fría

helada

Arida

0,005

0,010

0,015

0,025

0,040

Semi-árida

0,010

0,015

0,025

0,035

0,060

Poco húmeda

0,020

0,025

0,040

0,060

0,100

Húmeda

0,025

0,030

0,060

0,100

0,200

Súper húmeda

0,030

0,040

0,070

11.2 Fisuración El cambio proporcional en la regularidad debido a la fisuración se obtiene de: ∆RI c = a0 ∆ACRA

...(11.4)

donde: ∆RIc

cambio proporcional en la regularidad debido a la fisuración durante el año analizado (IRI m/km)

∆ACRA

cambio proporcional en el área de la fisuración total durante el año analizado (% del área total de la calzada)

11.3 Rodera El cambio proporcional en la regularidad debido a la variación de la profundidad de la rodera se obtiene de: ∆RI r = a 0 ∆RDS

...(11.5)

donde: ∆RIr

cambio proporcional en la regularidad debido a la rodera durante el año analizado (m/km IRI)

∆RDS

cambio proporcional en la desviación estándar de la profundidad de la rodera durante el año analizado (mm) (= RDSb – RDSa)

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C2-53

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

11.4 Areas con baches El efecto de las áreas con baches depende del número de vehículos que transitan por ellos que a su vez depende del volumen del tráfico y de la libertad de maniobras. La libertad de la variable de maniobrabilidad (FM) oscila entre 0 y 1 y se usa y se define usando la siguiente ecuación 11.6: 







FM = (MAX { MIN [0.25 (CW - 3 ) , 1 ] , 0} ) MAX  1 −

IMD    , 0  5000   

...(11.6)

El cambio en la regularidad se calcula de la siguiente manera: n

si no hay bacheo (TLF = 1) o si se especifica una opción de políticas de bacheo del 100%, entonces a2   ∆NPT * TLF   − NPTa a2  ∆RI t = a 0 (a 1 − FM)NPTa * TLF +   2   

n

...(11.7)

si no (en opciones de políticas de bacheo parciales)  ∆NPT  ∆RI t = a 0 (a 1 − FM) * ∆NPT * NPTa +   2 

a2

...(11.8)

donde: FM

libertad de maniobra

CW

ancho de la calzada (m)

IMD

intensidad media diaria (veh/día)

∆RIt

cambio proporcional en la regularidad debido a las áreas de baches durante el año analizado (IRI m/km)

∆NPT

cambio proporcional en el número de baches por km durante el año analizado

NPT a

número de baches por km al comienzo del año analizado

TLF

factor de lapso de tiempo (ver Tabla C2.25)

11.5 Medioambiente El componente de medioambiente de la regularidad se origina por factores que incluyen fluctuaciones en la temperatura y en la humedad, así como por movimientos del terreno, por ejemplo, hundimientos. Se obtiene a partir de: ∆RI e = m * K gm RI a

...(11.9)

donde: ∆RIe

cambio proporcional en la regularidad debido al medioambiente durante el año analizado (IRI m/km)

RIa

regularidad al comienzo del año analizado (IRI m/km)

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C2-54

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

m

coeficiente medioambiental

Kgm

factor de calibración del componente medioambiental

11.6 Cambio total en la regularidad El cambio total en la regularidad del firme se deriva de: ∆RI = K gp [∆RI s + ∆RI c + ∆RI r + ∆RI t ] + ∆RI e

...(11.10)

donde: ∆RI

cambio proporcional total de la regularidad durante el año analizado (IRI m/km)

Kgp

factor de calibración del progreso de la regularidad

Los valores de coeficiente predefinidos para los diferentes componentes de la regularidad se ofrecen en la Tabla C2.32. La regularidad del firme al final del año analizado se obtiene de: RI b = MIN[(RI a + ∆RI), a 0 ]

...(11.11)

donde: RIb

regularidad del firme al final del año analizado (IRI m/km)

RIa

regularidad del firme al comienzo del año analizado (IRI m/km)

a0

límite máximo de regularidad del firme, especificado por el usuario (predefinido = 16 IRI m/km)

Tabla C2.32 Valores de coeficiente predefinidos para los componentes de la regularidad Tipo de firme

Todos los tipos de firme

Componente de la regularidad

Ecuación

a0

Estructural

11,1

dSNPK

11,3

0,0000758

Fisuración

11,4

0,0066

Rodera

11,5

0,088

Area de baches

11,7

0,00019

a1

a2

63,0

40,0

2,0

1,5

134

El porcentaje anual de la regularidad del firme del año analizado se calcula de la siguiente forma: RI av = 0.5 (RI a + RIb )

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(11.12)

C2-55

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

donde: RIav

promedio anual de la regularidad del firme del año analizado (IRI m/km). Esta es la regularidad que se utiliza en el modelo de los Efectos sobre el usuario.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-56

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

12 Textura superficial del firme Es quizás, la variable más importante en la determinación de la magnitud de las fuerzas laterales y longitudinales relacionadas con los neumáticos sobre la carretera. La superficie de una carretera muestra dos tipos de textura clasificadas como macro textura y micro textura. Por lo general la micro textura determina el máximo del coeficiente de rozamiento alcanzado en un firme seco, mientras que la macro textura determina la capacidad de drenaje y, por lo tanto, qué tan efectiva será la micro textura cuando el firme esté mojado. La mayor parte de los accidentes relacionados con el deslizamiento ocurren en firmes húmedos. Los cambios en la macro textura debidos al desgaste y a la compactación de la acción del tráfico tienen unas importantes consecuencias económicas y de seguridad ya que la resistencia al deslizamiento es una función de la textura.

12.1 Profundidad de la textura Está relacionada a la macro textura del firme. Cenek y Griffith-Jones (1997) propusieron un modelo de macro textura proporcional que se expresa de la siguiente manera:   (ITD −TDa )(a ITD ) 0 ∆TD = K td ITD − TD a − a 0 ITD log10 10    

+

 ∆NELV   

...(12.1)

donde: ∆TD

cambio proporcional en la mancha de arena derivada de la profundidad de la textura durante el año analizado (mm)

ITD

profundidad inicial de la textura en la construcción del perfilado (mm)

TDa

profundidad de la textura al comienzo del año analizado (mm)

∆NELV

número equivalente de veces que pasa un vehículo ligero durante el año analizado (un camión o un autobús pesado es igual a 10 NELV; un vehículo ligero es igual a 1)

Ktd

factor de calibración de la profundidad de la textura

Los valores de coeficiente predefinidos para a0 propuestos para el modelo de la profundidad de la textura se ofrecen en la Tabla C2.33. Esta tabla incluye también valores para la profundidad inicial de la textura, ITD, que se usan como predefinidos cuando se reajustan tipos de superficies del firme. Estos valores se pueden reemplazar por valores definibles por el usuario.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-57

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

Tabla C2.33 Valores de los parámetros predefinidos para el modelo de la profundidad de la textura Parámetro Tipo de capa

Material de la capa

AM

ST

ITD

a0

AC

0,7

0,005

HRA

0,7

0,005

PMA

0,7

0,005

RAC

0,7

0,005

CM

0,7

0,005

SMA

0,7

0,005

PA

1,5

0,008

SBSD

2,5

0,120

DBSD

2,5

0,120

CAPE

0,7

0,006

SL

0,7

0,006

PM

1,5

0,008

La profundidad de la textura al final del año analizado se define por la siguiente fórmula: TD b = MAX[(TD a + ∆TD ), 0.1]

...(12.2)

donde: TDb

profundidad de la textura al final del año analizado(mm)

TDa

profundidad de la textura al comienzo del año analizado(mm)

∆TD

cambio proporcional de la profundidad de la textura durante el año analizado (mm)

El promedio anual de la profundidad de la textura para el año analizado se calcula como sigue: TD av = 0.5 (TD a + TD b )

...(12.3)

donde: TDav

promedio anual de la profundidad de la textura del año analizado (mm). Esta es la profundidad de la textura usada en el modelo de los Efectos sobre los usuarios.

12.2 Coeficiente de rozamiento transversal Está fuertemente influenciado por la micro textura y es una medida del grado de pulido de la capa del firme o del agregado y la capa. El modelo propuesto de coeficiente de rozamiento es el siguiente: Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-58

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

∆SFC 50 = K sfc a 0 MAX[0, ∆ QCV ]

...(12.4)

donde: ∆SFC50

cambio proporcional en el coeficiente de fuerza lateral medido a 50 km/h durante el año analizado

∆QCV

aumento proporcional anual del flujo de vehículos comerciales (veh/carril/día)

Ksfc

factor de calibración del coeficiente de rozamiento transversal

Los valores de coeficiente predefinidos para a0 propuestos para el modelo de coeficiente de rozamiento transversal se ofrecen en la Tabla C2.34. Tabla C2.34 Valores de coeficiente predefinidos para el modelo de coeficiente de rozamiento transversal Coeficiente Tipos de capa

Material de la capa a0

AM

ST

AC

-0,663 x 10-4

HRA

-0,663 x 10-4

PMA

-0,663 x 10-4

RAC

-0,663 x 10-4

CM

-0,663 x 10-4

SMA

-0,663 x 10-4

PA

-0,663 x 10-4

SBSD

-0,663 x 10-4

DBSD

-0,663 x 10-4

CAPE

-0,663 x 10-4

SL

-0,663 x 10-4

PM

-0,663 x 10-4

El coeficiente de rozamiento transversal medido a 50 km/k al final el año analizado se obtiene de la siguiente expresión: SFC 50b = MAX [(SFC 50a + ∆SFC 50 ), 0.35 ]

...(12.5)

donde: SFC50b

coeficiente de fuerza lateral, medido a 50 km/h, al final del año analizado

SFC50a

coeficiente de fuerza lateral, medido a 50 km/h, al comienzo del año analizado

∆SFC50

cambio proporcional del coeficiente de fuerza lateral, medido a 50 km/h, durante el año analizado

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C2-59

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

El valor anual del coeficiente de rozamiento transversal del año analizado se calcula de la siguiente forma: SFC 50av = 0.5 (SFC 50a + SFC 50b )

...(12.6)

donde: SFC50av

promedio anual del coeficiente de fuerza lateral, medido a 50 km/h, en el año analizado

Otros parámetros se han definido anteriormente. El promedio del valor del coeficiente de rozamiento transversal, a un promedio de velocidad del tráfico, se calcula de la siguiente manera:  SFC 50av {400 − [2 − MIN(TD av , 2 )][MAX(50, S ) − 50 ]} SFCs = K sfcs   400  

...(12.7)

donde: SFCs

coeficiente de fuerza lateral a un promedio de velocidad del tráfico de S km/h

TDav

promedio anual de la profundidad de la textura en el año analizado (mm)

S

promedio de la velocidad del tráfico (km/h)

Ksfcs

factor de calibración de los efectos del coeficiente de rozamiento transversal sobre la velocidad

El usuario definirá un valor de SFC50 con la intención de realizar la modelización del coeficiente de rozamiento transversal. Esto se deberá aplicar después de los tratamientos de conservación.

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C2-60

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

13 Factores de calibración Los modelos de deterioro contienen factores que facilitan la calibración local. Estos factores tienen valores predefinidos de 1,0 y se resumen en la Tabla C2.35.

Tabla C2.35 Factores de calibración utilizados en los modelos de deterioro Modelo de deterioro

Factor de calibración

Relación del SNP con la estación seca/húmeda

Kf

Factor de deterioro del drenaje

Kddf

Factor de la vida útil del drenaje

Kdrain

Fisuración estructural total – inicio

Kcia

Fisuración estructural ancha - inicio

Kciw

Fisuración estructural total – progreso

Kcpa

Fisuración estructural ancha - progreso

Kcpw

Fisuración termal transversal - inicio

Kcit

Fisuración termal transversal – progreso

Kcpt

Rodera – densificación inicial

Krid

Rodera – deterioro estructural

Krst

Rodera – deformación plástica

Krpd

Rodera – desgaste de la capa

Krsw

Desprendimiento del árido – inicio

Kvi

Desprendimiento del árido – progreso

Kvp

Baches - inicio

Kpi

Baches – progreso

Kpp

Rotura del borde

Keb

Regularidad – coeficiente medioambiental

Kgm

Regularidad – SNPK

Ksnpk

Regularidad – progreso

Kgp

Profundidad de la textura – progreso

Ktd

Coeficiente de rozamiento transversal

Ksfc

Coeficiente de rozamiento transversal – efectos sobre la velocidad.

Ksfcs

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C2-61

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

14 Referencias Cenek P.D., y Griffith-Jones G., (1997) Incremental Forms for Modelling Texture Depth ad Friction Parameters in HDM-4 Communication hot te ISOHDM Works Central Laboratories, New Zealy Djarf L., (1995) Road deterioration y maintenance effects models in cold climates. Swedish Road Research Institute, Sweden Morosiuk G., (1996, 1998a & 1999) Specsiications for the HDM-4 Road Deterioration Model – Fourth, Fsith, Sixth, Seventh y Eighth Drafts, ISOHDM, UK Morosiuk G., (1998b) Notes on the coefficient values for estimating drain lsie Communication to the ISOHDM Morosiuk G., (1998c) Derivation of a new rut depth model for the structural deformation component in HDM-4 TRL Unpublished Project Report PR/ORC/610/98 Transport Research Laboratory, Crowthorne, UK NDLI, (1995) Modelling Road Deterioration y Maintenance Effects in HDM-4. Final Report Asian Development Bank Project RETA 5549 N.D. Lea International, Vancouver Odoki J.B., (1997) Notes on the effects of patching on the progression of potholing. Communication to the ISOHDM Odoki J.B., (1998) Notes on the logic for total damEDADd y undamEDADd carriEDADway surface areas ISOHDM Working Paper, University of Birmingham, UK Parkman C.C., y Rolt J., (1997) Characterisation of pavement strength in HDM-III y possible changes for HDM-4 TRL Unpublished Project Report PR/ORC/587/97 Transport Research Laboratory, Crowthorne, UK Paterson W.D.O., (1987) Road Deterioration y Maintenance Effects World Bank Publications Washington, D.C., USA Paterson W.D.O., (1998) Notes on modelling the deterioration of drainEDAD Communication to the ISOHDM Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C2-62

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C2 FIRMES BITUMINOSOS

PIARC Commision on Terminology, (1997) Technical Dictionary of Road Terms, 7th Edition, English - French PIARC World Road Congress, Paris, France Riley M.J., (1996a & 1999) Notes on Seasonal Adjustment of Pavement Strength Communication to the ISOHDM Riley M.J., (1996b) Modsiications to Chapter 7 - Potholing, Delamination y Edge-break - of the NDLI report Communication to the ISOHDM Riley M.J., (1997) Notes on the effects of patching on the progression of potholing. Communication to the ISOHDM Riley M.J., (1998) Proposed amendments to the potholing component of roughness. Communication to the ISOHDM Riley M.J., y Bennett C.R., (1995 & 1996) Specsiications for the HDM-4 Road Deterioration Model - Preliminary, Second y Third Drafts, ISOHDM, UK Sayers M., Gillespie T.D., y Paterson W.D.O., (1986) Guidelines for the Conduct y Calibration of Road Roughness Measurements Technical Report No 46 World Bank, Washington D.C., USA Watanatada T., Harral C.G., Paterson W.D.O., Dhareshwar A..M., Bhyari A., y Tsunokawa K., (1987) The Highway Design y Maintenance Styards Model - Volume 1: Description of the HDM-III Model. World Bank Publications, Washington, D.C.

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C2-63

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA Part C

C3 Firmes de hormigón 1

Introducción Los modelos del deterioro del firme de hormigón propuestos que se incluyen en HDM-4 se basan en la investigación llevada a cabo por el Latin American Study Team, en Chile en 1996. La investigación incluye una revisión bibliográfica comprehensiva de los modelos ya existentes. Los implementados en HDM-4 están principalmente basados en los trabajos realizados anteriormente por SHRP (1993), Al-Omari y Darter (1994), Lee y Darter (1994) y ERES Consultants (1995). El proceso de la selección de modelos contempla los siguientes aspectos: n

Escala de validación del modelo

Modelizado en términos de tipos de clima, escala del tráfico y estructura del firme. n

Parámetros estadísticos

Número de observaciones, coeficientes de correlación, errores estimados, etc. n

Análisis de sensibilidad

n

Año del desarrollo del modelo

Este capítulo describe los modelos del Deterioro de la carretera (RD), para los firmes de hormigón incluidos en HDM-4 (ver Figura C3.1). Comienza con una visión general del marco de modelización, seguido de un breve análisis de los tipos de firmes de hormigón y de los modelos de deterioro considerados, y finaliza con una completa descripción de los modelos. Se da por sentado que los modelos RD para los firmes de hormigón son, básicamente, modelos absolutos (a diferencia de los modelos incrementales de los firmes bituminosos). Los modelos se han desarrollado en unidades imperiales inglesas. No obstante, con fines de mantener consistencia con la interfaz de HDM-4, los datos requeridos para la modelización se entran inicialmente en sistema métrico. Estos datos se convierten entonces en unidades imperiales inglesas para su uso en las relaciones y a continuación los resultados de los cálculos se convierten, a su vez, en sistema métrico para obtener los informes.

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C3-1

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

Modelos de deterioro de Road Deterioration carreteras Models

Tipos de firme Pavement types capítulo C-1 Chapter C-1

Firmes bituminosos Bituminous capítulo C-2 Pavements Chapter C-2

FirmesConcrete de hormigón capítulo C-3 Pavements

Carreteras sin sellar Unsealed Roads capítulo C-4 Chapter C-4

Chapter C-3

Figura C3.1 Módulos de deterioro de la carretera

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C3-2

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

2

C3 FIRMES DE HORMIGON

Marco y lógica de la modelización El marco utilizado para la modelización de los firmes de hormigón conforma el sistema de clasificación de firmes general de HDM-4 descrito en el capítulo C1. Este es un marco versátil que permite manejar una amplia gama de tipos de firme. La estructura formal de la clasificación de los firmes de hormigón se muestran en la Tabla C3.1. Tabla C3.1 Estructuras de los firmes de hormigón Tipo de la capa

Tipo de base

Tipo de firme

JP

GB

JPGB

Hormigón con juntas planas sobre Base granular

JP

AB

JPAB

Hormigón con juntas planas sobre Base bituminosa

JP

AP

JPAP

Hormigón con juntas planas sobre Firme bituminoso

JP

SB

JPSB

Hormigón con juntas planas sobre Base estabilizada

JP

RB

JPRB

Hormigón con juntas planas sobre Base de hormigón rígido

JR

GB

JRGB

Hormigón con juntas reforzadas sobre Base granular

JR

AB

JRAB

Hormigón con juntas reforzadas sobre Base bituminosa

JR

AP

JRAP

Hormigón con juntas reforzadas sobre Firme bituminoso

JR

SB

JRSB

Hormigón con juntas reforzadas sobre Base estabilizada

JR

RB

JRRB

Hormigón con juntas reforzadas sobre Base de hormigón rígido

CR

GB

CRGB

Hormigón continuamente reforzado sobre Base granular

CR

AB

CRAB

Hormigón continuamente reforzado sobre Base bituminosa

CR

AP

CRAP

Hormigón continuamente reforzado sobre Firme bituminoso

CR

SB

CRSB

Hormigón continuamente reforzado sobre Base estabilizada

CR

RB

CRRB

Hormigón continuamente reforzado sobre Base de hormigón rígido

Descripción

Existen diferentes grupos de modelos de deterioro de los firmes de hormigón incluidos en HDM-4 que se basan en el tipo de la capa del firme y en su construcción (ver Tabla C3.2). Los parámetros de calibración se ofrecen también para contabilizar las variaciones en los materiales de la capa y para facilitar la adaptación local de los modelos. Tabla C3.2 Tipos de capa sobre los que se basan los modelos de RD de hormigón Tipo de capa

Descripción

JP

Firme de Hormigón con juntas planas – sin pasadores de transferencia de carga

JP

Firme de Hormigón con juntas planas – con pasadores de transferencia de carga

JR

Firme de Hormigón con juntas reforzadas

CR

Firme de hormigón continuamente reforzado

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C3-3

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

La modelización del rendimiento de los firmes de hormigón se realiza en dos diferentes fases: n

Fase 1

Relacionada con el tiempo anterior a cualquier conservación mayor periódica o reconstrucción. n

Fase 2

Relacionada con el tiempo posterior a que el firme haya recibido una conservación mayor o reconstrucción. Los modelos de la fase 1 se describen en este capítulo y los de la fase 2 en el capítulo D3.

2.1

Estructura del firme de hormigón En las carreteras de firme rígido, el espesor de la losa de concreto, frecuentemente, oscila entre los 15 cm para el tráfico ligero a los 30 cm para el tráfico pesado. Cuando el espesor de la losa excede los 28 cm se puede utilizar sin base. A continuación se ofrece una breve descripción de las estructuras de los firmes de hormigón considerados en HDM-4.

2.1.1 Firmes de hormigón con juntas planas sin pasadores de transferencia de carga Este tipo de firmes de concreto JP (JPCP ND) se construye usando losas cortas sin refuerzo de acero (ver Figura C3.2). El espacio entre las juntas transversales (o largo de la losa) es tal que los estiramientos producidos por los cambios en la temperatura o en la humedad no producen fisuración inmediata entre las juntas. El espacio máximo entre las juntas se limita para minimizar los movimientos de las losas y maximizar la transferencia de carga. Los valores típicos de la longitud de la losa varían entre 3,0 y 6,0 metros para este tipo de firme. La transferencia de carga transversal de una a otra losa se logra a través de un entrelazado agregado.

Espacio entre juntas 3–6m

Losa

Entrelazado agregado

Base

Figura C3.2 Firme de hormigón con juntas planas sin pasadores

2.1.2 Firme de hormigón con juntas planas con pasadores de transferencia de carga El tipo de firme de concreto JP es similar al descrito más arriba (JPCPn/d) excepto que se añaden barras de pasadores en las juntas transversales para ayudar a la transferencia de la carga. (ver Figura ).

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C3-4

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

Espacio de las juntas 3-6m

Pasadores

Figura C3.3 Firmes de hormigón con juntas planas sin pasadores

2.1.3 Firmes de hormigón con juntas reforzadas Este tipo de firme de hormigón se diseña con una cantidad de refuerzo longitudinal de acero, lo que permite losas más largas entre 10 y 20 m (ver Figura ). El refuerzo de acero controla la fisuración transversal que podría ocurrir debido a movimientos del terreno de la explanada y/o estiramientos producidos por los cambios de la temperatura o de la humedad. La transferencia de carga en las juntas transversales se logra a través de pasadores de transferencia de carga.

Espacio de las juntas 10 – 20 m

Losa Pasadores

Base Tramado de cable soldado (0,1 – 0,2 %)

Figura C3.4 Firmes de hormigón con juntas reforzadas

2.1.4 Firmes de hormigón continuamente reforzado Este tipo de firme tiene un refuerzo longitudinal a través de su longitud, por lo tanto, no tiene juntas transversales. El objetivo del refuerzo longitudinal de acero es controlar las fisuras que se producen en el firme debido al encogimiento del hormigón (ver Figura ).

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C3-5

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

Separación entre juntas

Losa Base Refuerzo de acero 0,6 - 0,8 % del área

Figura C3.5 Firmes de hormigón continuamente reforzado

2.2

Formas de deterioro de los firmes de hormigón Existen seis formas de deterioro de los firmes de hormigón modelizadas en HDM-4. Estos deterioros junto con el tipo de la capa del firme, a la cual se aplican, se presentan en la Tabla C3.3. Tabla C3.3 Formas de deterioro modelizadas en HDM-4 No. 1

Forma de deterioro Fisuración

Unidades de medida

Tipo de la capa del firme

Porcentaje de losas fisuradas

JP

Número por milla

JR

2

Resaltos

Pulgadas

JP y JR

3

Desconchado

Porcentaje de juntas desconchadas

JP y JR

4

Roturas

Número por milla

CR

5

Pérdida de utilidad

Sin medida

JR y CR

6

Regularidad

Pulgadas por milla (o m/km)

JP, JR y CR

Cada una de estas formas de deterioro se describen en las siguientes secciones 2.2.1 – 2.).

2.2.1 Fisuración Existen tres tipos de deterioros de fisuración que se identifican habitualmente en los firmes de hormigón: 1

Fisuración transversal

2

Fisuración longitudinal

3

Fisuras de durabilidad

Las fisuras transversales son, generalmente, perpendiculares al eje central de la carretera (ver Figura C3.6) y manifiestan tres niveles de gravedad, de acuerdo a SHRP (1993): n

Bajo

Fisuras con un ancho menor de 3 mm, sin resaltos o roturas o, bien selladas sin ancho determinable.

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C3-6

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA n

C3 FIRMES DE HORMIGON

Medio

Fisuras con un ancho entre 3 y 6 mm o con resaltos menores de 75 mm o roturas menores de 6 mm. n

Alto

Fisuras con un ancho mayor de 6 mm, resaltos mayores de 75 mm o roturas mayores de 6 mm.

Ancho del deterioro

Ancho del deterioro

A

B

D

C

Junta longitudinal C

D

CL

Junta transversal

Junta transversal

A

B

Tráfico

Losa Arcén

Figura C3.6 Fisuración transversal La fisuración transversal puede tener un impacto significativo en la calidad de la circulación y, por lo tanto, está modelizada en HDM-4. Las fisuras longitudinales son, generalmente, paralelas al eje de la carretera. Las fisuras de durabilidad son fisuras finas, ligeramente espaciadas que, frecuentemente, se producen cercanas a las juntas, a las fisuras o a los bordes libres. Comienzan en la esquina de la losa como un grupo de fisuras oscuras, rodeando un área.

2.2.2 Roturas de juntas transversales y fisuras Es una junta o fisura que tiene una diferencia de elevación entre ambos bordes (ver Figura C3.7). Las roturas causan aumentos significativos en la regularidad de la carretera. Se mide como el promedio de todas las juntas transversales a través del tramo de firme considerado.

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C3-7

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

A

B

Junta longitudinal Junta transversal.

CL

Junta transversal.

A

Losa

B

Tráfico

Arcén

Figura C3.7 Rotura de juntas transversales y fisuras

2.2.3 Resaltos de las juntas transversales Las roturas o fisuras del borde de la junta que ocurren a una distancia máxima de 0,6 m de la junta transversal (ver Figura C3.8). Los resaltos ocurren en los firmes de hormigón JP y JR. Se presenta en tres diferentes niveles de gravedad de acuerdo a SHRP (1993): n

Bajo

Resaltos de menos de 75 mm de ancho, medido desde el centro de la junta con o sin pérdida de material. n

Medio

Resalto entre 75 y 150 mm de ancho, medido desde el centro de la junta, con pérdida de material. n

Alto

Resalto mayor de 150 mm de ancho, medido desde el centro de la junta, con pérdida de material

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C3-8

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

< 0,6 m

Ancho del deterioro

B

A

C

D Fisura

Junta

Junta Junta transversal.

Junta transversal

Junta transversal

Poca gravedad 1,8 m

Poca gravedad 2m

C

D Moderada gravedad 2,5 m

Mucha gravedad

Tráfico

1,5 m

A

B

Arcén

Figura C3.8 Resalto de juntas transversales

2.2.4 Roturas Este deterioro es el que ocurre, más frecuentemente, en los firmes de hormigón CR. Las roturas localizadas incluyen pérdida y rotura del refuerzo de acero y resalto de fisuras transversales. Las roturas se miden en número por milla (o km). Muchas de las actividades de conservación de los firmes de hormigón CR están directamente relacionadas con las roturas. Frecuentemente, es necesario evaluar la cantidad de estos deterioros con el propósito de planificar diseños preventivos y de rehabilitación.

2.2.5 Pérdida de utilidad La Escala de utilidad presente (PSR) puede ser usada por el usuario, de la calidad de la circulación y de la condición del firme existentes. La escala basada en tipos clave de deterioro, por ejemplo distorsiones transversales, fisuración, resaltos, roturas y deterioro de la capa, oscila entre 0 para la peor condición y 5 para la condición óptima, como se muestra en la Tabla C3.4. El concepto de la escala de condición de la capa del firme se desarrolló por ingenieros en el AASHO Road Test (1962) y, desde entonces, ha sido correlacionada con varios indicadores de la regularidad, así como una variante de inclinación e Indice de la regularidad internacional (IRI). Tabla C3.4 Escala de los valores PSR usados PSR

Condición

0-1

Muy pobre

1-2

Pobre

2-3

Regular

3-4

Buena

4-5

Muy buena

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C3-9

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

2.2.6 Regularidad Es una medida de las desviaciones de la capa a partir de una superficie realmente plana con dimensiones características, que afecta a la dinámica de los vehículos, a la calidad de la circulación, al peso dinámico y al drenaje (ASTM E-867-82A) generalmente, en una escala de 0,1 a 100 m de longitud de onda y entre 1 y 100 mm de amplitud. El Indice de regularidad internacional (IRI) es la medida de referencia que expresa la regularidad como un promedio sin medida de estadísticas de inclinación rectificadas del perfil longitudinal y definido en Sayers et al. (1986).

2.2.7 Otros defectos Existen varios otros deterioros de los firmes de hormigón tales como:

2.3

n

Exfoliación

n

Pulido del agregado

n

Bultos

n

Protuberancias

n

Agujeros

n

Salidas de agua

n

Deterioro de baches

n

Deterioro de juntas transversales

Parámetros principales de la modelización Las variables principales usadas en la modelización del rendimiento de los firmes de concreto se pueden considerar como características estructurales del firme, tales como condición, historial, tráfico, geometría y medioambiente. Estas características, al comienzo del año del análisis, se pueden inicializar a partir de la entrada de datos, si es el primer año de análisis o el primer año después de la construcción, o si no a partir de los resultados de los trabajos de conservación y mejora del año anterior. Características estructurales del firme Incluyen medidas de la resistencia del firme, del espesor de la losa, de los tipos y propiedades de los materiales, de la cantidad del refuerzo de acero, de la presencia de arcenes de hormigón pegados y carriles ensanchados exteriores y de la rigidez de la explanada. Estos parámetros se describen en la sección 3. Condición de la carretera Se requieren como datos de entrada los relacionados con la condición del firme y de los drenajes laterales al comienzo del primer año de análisis o del primer año después de la construcción. Los datos para estas condiciones se describieron en la anterior sección 2.2. Los indicadores del promedio de la condición del firme en un año seleccionado, es decir, antes de que comiencen los trabajos, se pronostican usando modelos absolutos. Estos modelos predicen la condición (o el deterioro) en un momento en particular como una función de las variables independientes y se puede representar de la siguiente manera: ( CONDITION ) t = f [ (TIME ), (TRAFF ), (STRENGTH ), (ENVIRON ), ETC. ]

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...(2.1)

C3-10

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

donde: (CONDITION)t

condición al presente t

(TIME)

tiempo desde el año de construcción del firme

(TRAFF)

carga acumulativa del tráfico desde el año de la construcción del firme

(STRENGTH)

parámetros de resistencia del firme

(ENVIRON)

parámetros relacionados con el medioambiente y el clima

Historial del firme Son los datos relacionados con la edad del firme y con el año de la última conservación mayor y trabajos de construcción realizados en el firme. Geometría y medioambiente Los datos clave de la geometría de la carretera requeridos son el ancho de la calzada y de los arcenes. Se usan diferentes parámetros, relacionados con el medioambiente, para concretar la modelización del deterioro del firme. Estos incluyen la precipitación media anual, el índice de congelación, el índice de humedad Thornthwaite, la escala de temperatura y el número de días con temperatura mayor de 32ºC (90ºF). Estos parámetros se describen en detalle en el capítulo C1. Tráfico Los datos del tráfico requeridos son el flujo anual de ejes equivalentes (ESAL) y de ejes equivalentes acumulativos (NE4) ambos expresados en millones por carril. Estos datos se calculan para cada año analizado basados en el tráfico especificado por el usuario y las características de los vehículos.

2.4

Procedimiento del cálculo La lógica general del cálculo en la modelización del deterioro de cada tramo de la carretera en cada año analizado se puede resumir en los siguientes pasos: 1

Inicio de la entrada de datos y de las condiciones al comienzo del año

2

Conversión de los datos del sistema métrico a unidades imperiales inglesas

3

Cálculo de los parámetros de la resistencia del firme

4

Cálculo de la cantidad de cada forma de deterioro en el año analizado en el orden siguiente, dependiendo del tipo de capa del firme: (a) Fisuración (b) Resalto (c) Desconchado (d) Rotura

5

Cálculo de la escala de utilidad presente, PSR, si el tipo de firme es JR o CR

6

Cálculo del valor promedio de regularidad en el año analizado

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C3-11

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

7

Archivo de los resultados en unidades imperiales inglesas, para su uso en el módulo de los Efectos de los trabajos (WE) en el siguiente año analizado

8

Conversión de los informes requeridos al sistema métrico para su uso en los módulos RUE y VER y para la obtención de informes

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C3-12

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

3

Características estructurales

3.1

Introducción

C3 FIRMES DE HORMIGON

Esta sección describe los datos principales de la estructura del firme que son necesarios para pronosticar el deterioro en los firmes de hormigón. Esto incluye lo siguiente:

3.2

n

Propiedades de los materiales ( ver sección 3.2)

n

Condiciones del drenaje (ver sección 3.3)

n

Porcentaje del refuerzo de acero (ver sección 3.4)

n

Eficiencia de la transferencia de carga (ver sección 3.5)

n

Carriles ensanchados (ver sección 3.6)

Propiedades de los materiales n

Módulo de elasticidad del hormigón (Ec)

El módulo de elasticidad del hormigón, definido por Ec, se puede obtener a partir de un análisis de medidas de desviación o a partir de una prueba de laboratorio, por ejemplo según el procedimiento descrito en ASTM C469. Se puede estimar también desde una correlación con la resistencia a la compresión del hormigón, expresada por la ecuación más adelante 3.1(Pauw, 1960): E c = 57000 (f' c )

0.5

...(3.1)

donde: Ec

módulo de elasticidad del hormigón (psi)

f ’c

resistencia a la compresión del hormigón en psi, como se determina usando los procedimientos AASHTO (T22-92), AASHTO (T140-92) o ASTM C39

El valor del módulo de elasticidad del hormigón que se usa en los modelos de deterioro del firme es de 5.000.000 psi. n

Módulo de ruptura del hormigón (MR28)

Las presiones en los firmes de hormigón son principalmente causadas por el efecto del tráfico y acciones del medioambiente. El módulo de ruptura es una medida de la resistencia flexible del hormigón que provee una resistencia sostenida a las presiones. Durante la vida útil del firme, los niveles de presión, pueden exceder el módulo de ruptura en ciertos puntos causando desgaste de la carretera y fisuración de las losas. El módulo de ruptura medido después de 28 días y definido como MR28 se puede determinar usando los procedimientos AASHTO T97 y ASTM C78 o se puede estimar a partir de la resistencia a la compresión del hormigón de la siguiente manera:

( )

0.5 MR28 = RUP * fc'

...(3.2)

donde:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-13

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

MR28

módulo de ruptura del hormigón después de 28 días (psi)

f ’c

resistencia a la compresión del hormigón en psi como se usa en los procedimientos AASHTO (T22-92), AASHTO (T140-92) o ASTM C39

RUP

parámetro del modelo (varia entre 8 y 10 y el predefinido es 9)

El módulo de ruptura se puede estimar también usando el módulo de elasticidad del hormigón que se puede obtener de los resultados de las pruebas Falling Weight Deflectometer (FWD)o a partir de pruebas de laboratorio. La ecuación empírica (Foxworthy, 1985) para estimar el módulo de ruptura es la siguiente: E MR = 43.5 *  c  10 6

  + 488.5 

...(3.3)

donde:

MR

módulo de ruptura del hormigón (psi)

Ec

módulo de elasticidad del hormigón (psi)

Los modelos de deterioro de los firmes de hormigón consideran el módulo de ruptura, MR, a largo plazo. El valor a largo plazo se estima aumentando en un 11% el módulo de ruptura de 28 días (MR28). n

Coeficiente termal del hormigón (α)

El coeficiente termal de expansión se usa para determinar las fuerzas de arqueamiento o curvamiento producidas en un firme de hormigón sujeto a diferencias de temperatura entre la superficie y la base de la losa. Estas fuerzas son mayores en los bordes de la losa y pueden resultar en una fisuración de la misma, generalmente, cerca de su punto medio. El coeficiente termal de expansión varía con factores tales como la relación del agua con el hormigón, la edad del hormigón, la riqueza de la mezcla, la humedad relativa y el tipo de agregado de la mezcla. La Tabla C3.5 muestra los valores típicos del coeficiente termal del hormigón según el tipo de agregado. Generalmente se usa un valor de 5,5 x 10-6 por ºF en el análisis de firmes de hormigón. Tabla C3.5 Valores típicos del coeficiente termal del hormigón Coeficiente termal del hormigón (α) Tipo de agregado (10-6 por ºF) Cuarzo

6,6

Piedra arenisca

6,5

Grava

6,0

Granito

5,3

Basalto

4,8

Piedra caliza

3,8

Fuente: AASHTO (1993)

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C3-14

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA n

C3 FIRMES DE HORMIGON

Coeficiente de encogimiento del hormigón por falta de humedad (γ)

Las losas del firme de hormigón están sujetas a variaciones diarias en la temperatura y la humedad, lo que conlleva efectos de contracción o de expansión. Una losa con un movimiento no restringido en dirección horizontal podría no desarrollar fuerzas bajo los efectos de expansión o contracción. Por lo tanto, en condiciones reales, existe alguna resistencia entre la losa y la base subyacente. El encogimiento de los firmes de hormigón está causado por la pérdida de agua en el proceso de secado. El coeficiente de encogimiento por falta de humedad (γ) se usa en la elevación de la apertura y cierre de las juntas causada por variaciones en la temperatura media a la que está sujeta la losa. El encogimiento y la resistencia del hormigón están, fuertemente, relacionados a la relación entre el agua y el cemento. Valores muy altos de agua con relación al cemento reducirán la resistencia del hormigón y aumentarán el potencial de encogimiento. El encogimiento se considera inversamente proporcional a la resistencia a la tracción indirecta del hormigón. La Tabla C3.6 se puede usar para estimar el coeficiente de encogimiento por falta de humedad del hormigón. Tabla C3.6 Relación aproximada entre el coeficiente de encogimiento y la resistencia a la tracción indirecta del hormigón de cemento Portland Resistencia a la tracción indirecta (psi)

Coeficiente de encogimiento (pulgada/pulgada)

300 (o menos)

0,0008

400

0,0006

500

0,00045

600

0,0003

700 (o más)

0,0002

Fuente: AASHTO (1993) n

Relación de Poisson del hormigón (µ)

Para la mayor parte de los materiales de cemento tratado el valor de µ varía generalmente entre 0,10 y 0,25, aceptándose, generalmente, un valor representativo de 0,5. n

Módulo de elasticidad de las barras de pasadores(Es)

Las barras de pasadores se pueden usar para transferir o distribuir carga a través de discontinuidades tales como, juntas transversales. El valor del módulo de elasticidad de los pasadores de transferencia de carga asignados a los modelos de deterioro es 2,9*107 psi (o 2,0*105 MPa). n

Módulo de elasticidad de las bases (Ebase)

La rigidez de la base influencia a todos los comportamientos de los firmes de hormigón, principalmente, como resultado del soporte provisto para las losas. Los efectos del drenaje tienen una significativa influencia en el comportamiento de la base como se explica a continuación. Una base más rígida proveerá generalmente un mejor soporte a la losa, lo que debería reducir la producción de roturas en las juntas transversales. No obstante, una base demasiado rígida aumentará el efecto de arqueamiento inducido por los cambios en la temperatura o en la humedad lo que aumentará la fisuración transversal. La Tabla C3.7 ofrece los valores típicos del módulo de elasticidad de los diferentes tipos de base. Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-15

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

Tabla C3.7 Módulo de elasticidad por tipo de base Modulo de elasticidad, Ebase Tipo de base (en psi) Granular (GB)

25.000

Tratamiento bituminoso (AB)

600.000

Tratamiento de cemento (SB)

400.000

Soporte de hormigón (RB)

1.000.000

Fuente: AASHTO (1993)

Los efectos de una base estabilizada se consideran en el modelo de fisuración, ver sección 4. n

Módulo de reacción de la explanada (KSTAT)

El módulo de reacción de un material es una constante elástica que define la rigidez del material o su resistencia a la deformación, bajo ciertas condiciones de carga. El módulo de reacción de la explanada (KSTAT) se define en la ecuación más adelante: KSTAT =

RPRESS DEF

...(3.4)

donde: KSTAT

módulo de reacción de la explanada (pci)

RPRESS

presión reactiva (psi)

DEF

ángulo de desviación de la placa (pulgadas)

El valor KSTAT se puede determinar a través de una prueba de carga de la placa, donde el ángulo de desviación es el desplazamiento de una placa circular de 30 pulgadas de diámetro sometida a una presión estática. El KSTAT se expresa en libras por pulgada cúbica. La suposición asociada con la determinación del valor KSTAT es que la placa está en completo contacto con el terreno de la base y que éste es elástico.

3.3

Condiciones del drenaje Es ampliamente reconocido que el drenaje es el factor principal que influye en el rendimiento de la mayoría de los firmes de hormigón. El agua que se infiltra a través de las fisuras y de las juntas de una losa de hormigón resulta, frecuentemente, en una pérdida de la uniformidad del soporte de la explanada, así como en roturas del firme producidas por la redistribución del material de la base o la sub-base. El efecto del drenaje en la resistencia de los firmes de hormigón se incorpora a los modelos de deterioro de HDM-4 a través del uso de un coeficiente de drenaje (Cd). Este coeficiente se define por la calidad del drenaje y el porcentaje del tiempo del año en que la estructura del firme estará, generalmente, expuesta a niveles de humedad cercanos a la saturación (AASHTO, 1986). La calidad del drenaje se basa en la velocidad a la cual el agua es retirada de la estructura del firme y se determina por: El tiempo que la base necesita para drenar el 50% de la saturación del agua.

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C3-16

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

Esto es equivalente al tiempo de saturación (T 50) ofrecido en la Tabla C3.8, y a los valores asociados para el coeficiente de drenaje, Cd, que se ofrecen en la Tabla C3.9(AASHTO, 1986). Tabla C3.8 Relación entre el tiempo y la calidad del drenaje Calidad del drenaje

Tiempo de retirada del agua, (T50)

Excelente

2 horas

Buena

1 día

Regular

1 semanas

Malo

1 mes

Muy malo

(no se retira el agua)

Fuente: AASHTO (1993)

Tabla C3.9 Valores recomendados para el coeficiente del drenaje (Cd) de los firmes de hormigón Calidad del drenaje

Porcentaje del tiempo que la estructura del firme está expuesta a niveles de humedad cercanos a la saturación Menos de 1%

1 - 5%

5 - 25%

Más del 25%

Excelente

1,25 - 1,20

1,20 - 1,15

1,15 - 1,10

1,10

Buena

1,20 - 1,15

1,15 - 1,10

1,10 - 1,00

1,00

Regular

1,15 - 1,10

1,10 - 1,00

1,00 - 0,90

0,90

Mala

1,10 - 1,00

1,00 - 0,90

0,90 - 0,80

0,80

Muy mala

1,00 - 0,90

0,90 - 0,80

0,80 - 0,70

0,70

Fuente: AASHTO (1993)

La Tabla C3.10 muestra una matriz simplificada que se puede usar para estimar el coeficiente de drenaje (FWHA, 1995). Tabla C3.10 Matriz simplificada de AASHTO modificado para el coeficiente de drenaje (Cd) Explanada fina Drenajes Niveles de laterales precipitación No

Si

Explanada basta

Base impermeable

Base permeable

Base impermeable

Base permeable

Húmedo

0,85 - 0,95

0,70 - 0,90

0,75 - 0,95

0,90 - 1,00

Seco (árido)

0,95 - 1,05

0,90 - 1,10

0,90 - 1,15

1,00 - 1,10

Húmedo

1,00 - 1,10

0,75 - 0,95

0,90 - 1,10

1,05 - 1,15

Seco (árido)

1,10 - 1,20

0,95 - 1,15

1,10 - 1,20

1,15 - 1,20

Fuente: FHWA (1995)

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C3-17

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

Notas: 1

(a)

Explanada basta

Grupos A-1 a A-3

(b)

Explanada fina

Grupos A-4 a A-7 , de acuerdo con el Sistema de clasificación del terreno AASHTO

Base permeable

k = 1000 pies/día (305 m/día) o Cu

(a)

Clima húmedo

Precipitación >25 pulgadas/año (635 mm/año)

(b)

Clima seco (árido)

Precipitación

2 3

3.4

≤

≤

6

25 pulgadas/año (635 mm/año)

Porcentaje de refuerzo de acero El propósito del refuerzo distribuido de acero en el refuerzo de firmes de hormigón, es resistir la fisuración debida a las fuerzas de tracción inducidas y reducir la apertura de cualquier fisura que se pueda formar manteniendo de ese modo el firme como una unidad íntegra. La cantidad de refuerzo requerido se expresa como un porcentaje del área de un corte transversal del hormigón, definido como PSTEEL. Los requisitos del refuerzo de acero en los firmes de concreto varía entre los tipos de construcción JR y CR.

3.5

Eficiencia de la transferencia de carga

3.5.1 Eficiencia de la transferencia de carga en las juntas transversales La transferencia efectiva de las cargas del tráfico de una losa a otra, reduce los niveles de fuerza de tracción en las mismas y las deformaciones asociadas en las juntas de las losas. Esta situación ayuda a disminuir el deterioro reduciendo el bombeo, la pérdida de soporte y la rotura de los bordes de las losas. La transferencia de carga a través de las juntas transversales se puede ver afectada por las barras de pasadores, por el agregado entre las losas o una combinación de ambos. La transferencia de carga en las juntas se puede evaluar con equipos como el FWD registrando las deformaciones de las caras con o sin carga de la junta. El porcentaje de la carga transferida a través de una junta se define como LT y se expresa de la siguiente forma:  DEFunld LT =   DEFload

  * 100  

...(3.5)

donde: LT

porcentaje de la carga transferida a través de una junta

DEFunld

ángulo de desviación de la cara sin carga de la junta (pulgadas)

DEFload

ángulo de desviación de la cara con carga de la junta (pulgadas)

La eficiencia de la transferencia de carga se usa para el cálculo de la fuerza máxima del soporte en el sistema de pasadores del hormigón. Teóricamente, si un pasador es 100% eficiente será capaz de asignar la mitad de la carga aplicada a cada bloque adyacente. No obstante, podría ocurrir una reducción de la eficiencia de la transferencia de carga sobre la vida del firme debida a la pérdida de aglutinado en la zona donde el utensilio de transferencia Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-18

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

de carga está embutido en la losa de hormigón o bien cuando se produce un deterioro del agregado. Generalmente, la reducción de la eficacia de la transferencia de carga aumenta cuando aumenta la carga del tráfico por la reducción de la efectividad de la transferencia de carga del agregado debida al desgaste del mismo. La reducción de la eficiencia se puede asumir entre un 5 y un 10% , así como el valor del LT, usado en el modelo de deterioro, es del 45%.

3.5.2 Eficiencia de la transferencia de carga entre las losas y los arcenes Los arcenes pegados al hormigón contribuyen sustancialmente a mejorar el rendimiento general del firme proveyendo una reducción en las fuerzas sobre las losas y un aumento en la vida útil. Estos efectos se consideran en el modelo de fisuración a través de la eficiencia de la transferencia de carga (LTEsh) entre la losa y el arcén definidos en términos de fuerza. La variable LTEsh se deriva de la expresión:  STRESS unld LTE sh =   STRESS load

  * 100  

...(3.6)

donde: LTEsh

eficiencia de la transferencia de la carga entre la losa y el arcén (%)

STRESSunld

fuerza sobre la cara sin carga de la junta (psi)

STRESSload

fuerza sobre la cara con carga de la junta (psi)

Si los arcenes se utilizan con su construcción de firme original se deberá usar un valor de LTEsh = 20%, si por el contrario se utilizan como un firme existente el valor de LTEsh deberá ser del 10%.

3.6

Carriles exteriores ensanchados Esto está relacionado con una construcción original que incorpora un carril más ancho o un carril estándar con una franja ancha, adyacente a los arcenes. El beneficio principal asociado a la adicción de un carril exterior ancho es la reducción de la fuerza en los bordes exteriores de la losa ya que las cargas de las ruedas se mantienen a distancia del borde del firme. Los efectos de estos carriles sobre el rendimiento de los firmes de hormigón se consideran en los modelos de fisuración y de rotura.

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C3-19

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

4

C3 FIRMES DE HORMIGON

Fisuración Los modelos de fisuración de HDM-4 toman en cuenta la fisuración transversal en los firmes de hormigón, debida a los grandes niveles de fuerza sobre las losas o a los defectos causados por el agotamiento del material. Estas fuerzas están causadas, generalmente, por el efecto combinado del arqueamiento termal, del arqueamiento debido a la humedad y de la carga del tráfico. Se ofrecen relaciones separadas para el pronóstico de la cantidad de fisuración transversal a lo largo del ciclo de vida de los firmes de hormigón JP y JR. Los modelos son determinantes y proyectan el promedio de deterioro esperado, basado en las variables.

4.1

Firmes de hormigón con juntas planas La fisuración transversal se modeliza como una función del deterioro del agotamiento acumulado en las losas (ERES Consultants, 1995). El porcentaje de losas fisuradas se deriva de: PCRACK = Kjp c *

100 1 + 1.41 * FD -1.66

...(4.1)

donde: PCRACK

porcentaje de losas fisuradas

FD

deterioro del agotamiento acumulado, sin medida

Kjpc

factor de calibración (predefinido = 1,0)

4.1.1 Determinación del deterioro por agotamiento Este deterioro se calcula en términos del análisis de deterioro de Miner, sumando el índice de deterioro de la condición termal de cada losa o del gradiente de la temperatura y de la distribución de la carga por eje, de la siguiente forma: G

FD =

∑N tg =1

n tg

...(4.2)

tg

donde: FD

deterioro por agotamiento acumulado

tg

gradiente de la temperatura (tg = 1, …., G)

ntg

número de ejes equivalentes 18 kip que pasan durante el gradiente de temperatura tg (ESALs por carril)

Ntg

número máximo de repeticiones de ejes equivalentes 18 kip durante el gradiente de temperatura tg antes de que ocurra rotura flexible (ESALs por carril)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-20

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

Según la teoría de Miner, la fisuración transversal se espera que ocurra cuando el deterioro por agotamiento acumulado (FD) alcance el 1,0. n

Gradientes de temperaturas

Las variaciones en la temperatura del firme de hormigón a través del año se pueden representar por una distribución de gradientes de temperaturas. El promedio de este gradiente se define como la diferencia entre la temperatura en la superficie y en la base de la losa, dividida por el espesor de la misma. Un gradiente positivo indica que la parte de arriba de la losa estará más templada que la de abajo, lo cual ocurre, normalmente, durante el día. Un gradiente negativo ocurre, generalmente, durante las horas más frías de la noche. En todos los tipos de climas, los gradientes positivos ocurren con más frecuencia que los negativos. Debido a la dificultad que se puede experimentar para obtener datos de campo relacionados con la distribución del gradiente de temperatura, se provee en HDM-4 un grupo de datos predefinidos basados en zonas climáticas, según se muestra en la Tabla C3.11. Tabla C3.11 Distribución de gradientes de temperatura Frecuencia (FREQ)

Diferencia de temperatura (∆ ∆ T) en ° F

Seco con heladas

Seco sin heladas

Húmedo con heladas

Húmedo sin heladas

-8

0,086660

0,073237

0,090494

0,086209

-6

0,092003

0,067994

0,094611

0,072691

-4

0,076447

0,057834

0,081522

0,052129

-2

0,058163

0,039585

0,067007

0,039496

0

0,057014

0,031803

0,052426

0,033466

2

0,034749

0,029573

0,036817

0,030790

4

0,036162

0,024472

0,039393

0,031347

6

0,037122

0,019472

0,033196

0,021113

8

0,031273

0,021223

0,033254

0,024858

10

0,036200

0,028565

0,032462

0,032160

12

0,021978

0,027069

0,026291

0,025427

14

0,037272

0,029359

0,034706

0,038571

16

0,026134

0,036464

0,029423

0,037274

18

0,032394

0,030194

0,034758

0,038976

20

0,033724

0,037439

0,032034

0,038803

22

0,023131

0,032684

0,017874

0,037385

24

0,009683

0,036172

0,006422

0,027180

26

0,000047

0,024021

0,000078

0,011631

28

0,000000

0,013717

0,000000

0,001188

Nota: Las frecuencias no sobrepasan el 1,0 porque los datos relativos a las diferencias de temperatura del 8ºF negativo no proveen información significativa (de importancia) para concretar los modelos.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-21

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

Hay otros factores, además de la temperatura, que causan arqueamiento (que puede ser cóncavo) en las losas. Se puede aplicar una corrección a la diferencia en la temperatura medida en la losa, de acuerdo a las zonas climáticas Eisenmann y Leykauf (1990) como se explica a continuación: ∆Ts = ∆ T - a0 + 

a1 * ( SLABTHK - 2 )   SLABTHK 3

...(4.3)

donde: ∆T s

diferencia ajustada en la temperatura en la superficie y en la base de la losa (ºF)

∆T

diferencia entre la temperatura medida en la superficie y en la base de la losa (ºF ) (= T top - T bottom)

SLABTHK

espesor de la losa (pulgadas)

a0 y a1

coeficientes del modelo basados en las zonas climáticas

Los valores del coeficiente del modelo se ofrecen en la Tabla C3.12. Tabla C3.12 Coeficiente del modelo de la corrección de la temperatura Tipo de clima

n

a0

a1

Seco con heladas

6,29

436,36

Seco sin heladas

7,68

436,36

Húmedo con heladas

5,03

327,27

Húmedo sin heladas

6,66

218,18

Distribución de la carga total del tráfico de acuerdo a los gradientes de temperatura

La carga total del tráfico desde la construcción del firme se distribuye sobre los gradientes de temperatura de la siguiente manera: n tg =

NE4 LCR tg

* FREQ tg

...(4.4)

donde: ntg

número de ejes equivalentes 18 kip que pasan durante el gradiente de temperatura tg (ESALs por carril)

NE4

número acumulativo de ESALs desde la construcción del firme en millones 18 kip ejes por carril

FREQtg

frecuencia de cada gradiente de temperatura tg

LCRtg

relación de cobertura lateral del tráfico por gradiente de temperatura tg

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-22

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

n

C3 FIRMES DE HORMIGON

Determinación de la relación de la cobertura lateral del tráfico

La relación de cobertura lateral del tráfico, LCR, es simplemente una medida de la probabilidad de las veces que la carga de una rueda pasa sobre un punto crítico del borde. Este punto se considera crítico, en los firmes de hormigón de juntas planas, por ser el que recibe la presión máxima y será donde se iniciará la fisura. Asumiendo que el promedio de ubicación, de las ruedas del vehículo, es de 22 pulgadas a partir del borde de la losa, con una desviación estándar de 8,4 pulgadas, la siguiente ecuación de regresión se puede usar para calcular la LCR: LCR tg = 418.9 - 1148.6 * SR tg + 1259.9 * SR 2tg - 491.55 * SR 3tg SR tg =

SIGMA tg MR

...(4.5)

...(4.6)

donde:

n

LCRtg

relación de cobertura lateral del tráfico para el gradiente de temperatura tg

SRtg

relación entre la fuerza combinada en la losa y el módulo de ruptura del hormigón, para el gradiente de temperatura tg

SIGMAtg

fuerza combinada en el borde de la losa debida a la carga y al arqueamiento, para el gradiente de temperatura tg (psi)

MR

módulo de ruptura del hormigón (psi)

Número máximo del Nt g

El número máximo de repeticiones de la carga sobre la rotura de la losa de hormigón (N) aplicada durante el gradiente de temperatura tg depende del nivel de fuerza inducida y se calcula a partir de la ley de agotamiento de la siguiente manera: Log 10 (N tg ) = 2.13 * SR -1.2 tg

...(4.7)

donde: Ntg

número máximo de repeticiones de la carga de los ejes equivalentes 18 kip durante el gradiente de temperatura tg antes de que ocurra una rotura (ESALs por carril)

SRtg

relación entre la fuerza combinada en la losa y el módulo de ruptura del hormigón en un gradiente de temperatura tg

4.1.2 Cálculo de fuerzas Las fuerzas combinadas producidas por el arqueamiento y la carga en cada gradiente de temperatura se obtienen a partir de la ecuación más adelante: SIGMA

tg

= f SB * ( σ load(tg) + R tg * σ curl(tg) )

...(4.8)

donde: Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-23

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

SIGMAtg

fuerzas combinadas en el borde de la losa en el gradiente de temperatura tg (psi)

fSB

factor de ajuste para bases estabilizadas

σload(tg)

fuerza en el borde de la losa debida a la carga del tráfico (psi)

Rtg

coeficiente de regresión

σcurl(tg)

fuerza en el borde de la losa debida al arqueamiento (psi)

n

Cálculo de la fuerza inducida de la carga

La fuerza en el borde de la losa producida por la carga del tráfico, en cada gradiente de temperatura, se expresa de la siguiente manera: σ load = fES * f WL * σ e

...(4.9)

donde:

n

σload

fuerza en el borde de la losa debida a la carga del tráfico (psi)

fES

factor de ajuste del soporte del borde (por ejemplo, un arcén)

FWL

factor de ajuste para carriles exteriores ensanchados

σe

fuerza del borde obtenida a partir de las ecuaciones de Westergaard (psi)

Cálculo de la fuerza del borde(σe)

Las fuerzas del borde en la losa se calculan usando la ecuación(Westergaard, 1948) para una carga circular, en la que la aplicación del radio de carga, en un eje simple, se reemplaza por el radio equivalente de un eje sencillo de doble rueda de la siguiente forma: σe =

3 * (1 + µ ) * P π ( 3 + µ ) * SLABTHK

2

  E c * SLABTHK 3 ln 4   100 * KSTAT * a eq

 a eq  4µ 1 - µ  + 1.84 + + 1.18 * (1 + 2 µ )   l  3 2  ...(4.10)

donde: σe

fuerza del borde obtenida a partir de una ecuación de Westergaard (psi)

µ

relación de Poisson

P

carga total aplicada a cada rueda de un eje sencillo de doble rueda (lb), predefinido = 9000

SLABTHK

espesor de la losa (pulgadas)

Ec

módulo de elasticidad del hormigón (psi)

KSTAT

módulo de reacción de la explanada (pci)

aeq

radio de aplicación de carga equivalente de un eje sencillo de doble rueda (pulgadas)

l

radio de rigidez relativa del sistema de la base de la losa (pulgadas)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-24

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

El radio de aplicación de la carga equivalente (aeq) se calcula a partir de la siguiente expresión: 2 2   SP  + 0.103946 *  a  - 0.017881 *  SP  - 0.045229 *  SP  * a  0.909 + 0.339485 *   l  a   a  a  l a eq  =  a   3 3 2 3 + 0.000436 *  SP  - 0.301805 * SP *  a  + 0.034664 *  SP  + 0.001 *  SP  * a            a   l   a  a l  l 

...(4.11)

Límites: 0 < SP/a < 20 0 < a/ l < 0.5 donde: aeq

radio de aplicación de la carga equivalente de un eje sencillo de doble rueda (pulgadas)

a

radio de aplicación de la carga de un eje sencillo de doble rueda en pulgadas. Se obtiene de la raíz cuadrada de (P/π*p)

p

presión de los neumáticos (psi)

SP

espacio entre las ruedas centrales de un eje sencillo de doble rueda (pulgadas)

l

radio de rigidez relativa del sistema de la base de la losa (pulgadas)

El radio de rigidez relativa del sistema de la base de la losa se calcula a partir de la siguiente expresión:  E c * SLABTHK 3  l=  2 12 * (1 − µ ) * KSTAT 

0.25

...(4.12)

donde:

n

l

radio de rigidez relativa del sistema de la base de la losa (pulgadas)

Ec

módulo de elasticidad del hormigón (psi)

SLABTHK

espesor de la losa (pulgadas)

µ

relación de Poisson

KSTAT

módulo de reacción de la explanada (pci)

Cálculo del factor de ajuste de los arcenes (f ES)

En tramos de firme con arcenes de hormigón u otras formas de soporte del borde (por ejemplo, bordillos) la fuerza de la carga se debería multiplicar por el factor de ajuste de soporte del borde, de la siguiente forma:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-25

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

fES =

C3 FIRMES DE HORMIGON

100 100 + LTE sh

...(4.13)

donde: fES

factor de ajuste del soporte del borde

LTEsh

eficiencia de la transferencia de carga entre la losa y el soporte del borde (por ejemplo el arcén), (%) Predefinido: = 20 si los arcenes de hormigón se hacen al inicio de la construcción = 10 si los arcenes de hormigón se hacen después de la construcción inicial

n

Cálculo del factor de ajuste de los carriles exteriores ensanchados (f WL)

En los tramos, con carriles ensanchados, la fuerza de la carga se debería multiplicar por un factor de ajuste que se calcula de la siguiente manera (Benekohal et al., 1990): f WL = 0.454147 +

a 3 a 2 a  0.013211 * l + 0.386201 *    + 0.053891 *   - 0.24565 *   DW   DW   DW  DW ...(4.14)

donde:

n

fWL

factor de ajuste de los carriles ensanchados exteriores

l

radio de rigidez relativa del sistema de la base de la losa (pulgadas)

DW

promedio de ubicación de las ruedas obtenido por el promedio de distancia de la rueda exterior al borde de la losa (pulgadas)

a

radio de aplicación de la carga de los ejes sencillos de doble rueda (pulgadas)

Cálculo de fuerzas producidas por el arqueamiento

Las fuerzas del arqueamiento se obtienen por la ecuación más adelante: σ curl =

COEF * E c * α * ∆Ts 2

...(4.15)

donde:

σ curl

fuerza en el borde de la losa durante el arqueamiento (psi)

COEF

coeficiente de fuerza del arqueamiento

Ec

módulo de elasticidad del hormigón (psi)

α

coeficiente termal del hormigón (predefinido = 5.5*10- 6), (por ºF)

∆T s

diferencia ajustada de la temperatura en la superficie y en la base de la losa (ºF)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-26

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

El coeficiente de fuerza del arqueamiento (COEF) de la siguiente ecuación más atrás se obtiene por la ecuación más adelante desarrollada por Westergaard (1926) y Bradbury (1938): 2 * cos( λ ) * cosh( λ )  * tan( λ ) +  sinh( λ )  COEF = 1 -     ( sin(2λ ) + 2 * sinh( λ ) * cosh( λ ))    cosh( λ ) 

...(4.16)

y: λ=

12 * JTSPACE

...(4.17)

l* 8

donde:

n

λ

Parámetro intermedio expresado en grados sexagesimales

JTSPACE

Promedio del espacio entre las juntas transversales (pies)

l

Radio de rigidez relativa del sistema de la base de la losa (pulgadas)

Cálculo del coeficiente de regresión (R)

Las fuerzas inducidas de la carga y fuerzas del arqueamiento no se pueden añadir directamente porque el arqueamiento produce un efecto de desunión entre la losa y la base. Este efecto se identifica por el coeficiente de regresión (Rtg) en la ecuación más atrás. El coeficiente de regresión se calcula para cada gradiente de temperatura usando la siguiente ecuación :

(

)

86.97 * Y 3 - 1.051 * 10 -9 * E * dT * KSTAT + 1.7487 * dT * Y 2 c    R = − 1.068 - 0.387317 * dT - 1.84 * 10 -11 * E c * dT 2 * KSTAT + 8.16396 * dT 2 * Y   + 1.062 - 1.5757 * 10 - 2 * dT - 8.76 * 10 -5 * KSTAT + (1.17 - 0.181 * dT) * 10 -11 * E * dT * KSTAT c  ...(4.18)

(

)

(

Los parámetros intermedios Y y dT de la anterior ecuación más atrás se expresan de la siguiente manera: Y=

12 * JTSPACE 100 * l

dT = α * ∆ Ts * 10 5

...(4.19)

...(4.20)

donde: KSTAT

módulo de reacción de la explanada (pci)

Ec

módulo de elasticidad del hormigón (psi)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-27

        

)

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

n

C3 FIRMES DE HORMIGON

JTSPACE

promedio de espacio entre las juntas transversales (pies)

l

radio de rigidez relativa del sistema de la base de la losa (pulgadas)

α

coeficiente termal del hormigón (por ºF)

∆T s

diferencia ajustada de la temperatura en la superficie y en la base de la losa (ºF)

Cálculo del factor de ajuste de las bases estabilizadas (fSB)

El efecto de las bases estabilizadas en el rendimiento de la estructura del firme de hormigón se considera en la ecuación más atrás por el factor de ajuste fSB . Este factor se basa en el espesor efectivo de la losa, que representa el espesor equivalente de una losa plana de hormigón que ofrecería la misma respuesta estructural que la del firme existente, es decir, la losa y la base. El factor de ajuste se calcula de la siguiente forma: fSB =

2 * (SLABTHK - NAXIS) EFFETHK

...(4.21)

donde: fSB

Factor de ajuste de las bases estabilizadas = 1.0 si EFFETHK es igual a SLABTHK

SLABTHK

espesor de la losa (pulgadas)

NAXIS

ubicación del eje neutral

EFFETHK

espesor efectivo de la losa (pulgadas)

La ubicación del eje neutral (NAXIS) y el espesor efectivo de la losa (EFFETHK) se calculan por las siguiente ecuaciones más adelante y más adelante, respectivamente:   0.5 * SLABTHK NAXIS =    

2

E base * BASETHK * (SLABTHK + 0.5 * BASETHK Ec E SLABTHK + base * BASETHK Ec

+

)    

...(4.22)  EFFETHK = SLABTHK 

2

+ BASETHK

2

*

E base * BASETHK   E c * SLABTHK 

0 .5

...(4.23)

donde: SLABTHK

espesor de la losa (pulgadas)

Ebase

módulo de elasticidad de la base estabilizada (psi)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-28

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

Ec

módulo de elasticidad del hormigón (psi)

BASETHK

espesor de la base estabilizada (pulgadas)

C3 FIRMES DE HORMIGON

4.1.3 Factores clave Los siguientes factores tienen efectos significativos en la propagación de la fisuración transversal:

4.2

n

Espesor de la losa

n

Espacio entre las juntas

n

Fuerza de flexión del hormigón

n

Clima/medioambiente

Firmes de hormigón con juntas reforzadas La poca fisuración transversal que ocurre, generalmente, en los firmes de hormigón JR se debe al arqueamiento y a las condiciones del hormigón causadas por variaciones en la temperatura media. El refuerzo de acero en estos firmes previene la fisuración y asegura la transferencia de carga del agregado, lo que reduce el progreso del deterioro. No obstante, la propagación de las fisuras puede aumentar por la repetición de la carga del tráfico y por los efectos medioambientales (producida por la corrosión del refuerzo). Solamente los grados medios y altos de la fisuración transversal en los firmes de hormigón JR están modelizados en HDM-4, ya que, estos tipos pueden aumentar la regularidad de la carretera significativamente. El número de fisuras transversales deterioradas por milla se obtiene por la siguiente relación (ERES Consultants, 1995):

DCRACK = Kjr c * AGE 2.5

6.88 * 10 -5 * FI/SLABTHK + NE4 * (0.116 - 0.073 * BASE)     * * (1- exp(-0.032 * MI)   * exp[7.5518 - 66.5 * PSTEEL - (1- 5 * PSTEEL) * E c * 10 -6 ] ...(4.24)

donde: DCRACK

número de fisuras transversales deterioradas por milla

AGE

número de años desde que se construyó el firme

FI

índice de congelación (ºF-días)

SLABTHK

espesor de la losa (pulgadas)

NE4

ESALs acumulativo desde que se construyó el firme (millones de ejes 18-kip por carril)

BASE

tipos de base: 0 si no está estabilizada 1 si está estabilizada

MI

índice de humedad Thornthwaite

PSTEEL

porcentaje de refuerzo longitudinal de acero (psi)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-29

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

Ec

módulo de elasticidad del hormigón (psi)

Kjrc

factor de calibración (predefinido = 1,0)

C3 FIRMES DE HORMIGON

Este modelo no utiliza el espacio entre las juntas para pronosticar el deterioro de las fisuras. El modelo destaca los siguientes puntos: n

El deterioro de las fisuras aumenta con la edad del firme y con el tráfico.

n

El aumento significativo de la cantidad de refuerzo longitudinal de acero (mayor que 0,15%) reduce el número de fisuras deterioradas.

n

El deterioro de las fisuras ocurre, en mayor grado, en climas fríos y húmedos (valores más altos de MI).

n

Las bases estabilizadas producen menos fisuración que las no estabilizadas.

n

El deterioro de las fisuras se puede reducir usando un hormigón más resistente o aumentando el espesor de la losa.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-30

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

5

C3 FIRMES DE HORMIGON

Resaltos Los resaltos son producidos por la pérdida del material fino subyacente de la losa y por el aumento del mismo bajo las losas adyacentes. El flujo de este material se llama bombeo y se produce por la presencia de niveles altos de humedad bajo una losa que soporta carga de tráfico pesado. Los efectos del arqueamiento producido por cambios térmicos o por aumento de la humedad y la ausencia de transferencia de carga entre losas aumentan el bombeo. El modelo de deterioro del firme de HDM-4 considera los resaltos en los firmes de hormigón de juntas planas (con y sin pasadores de transferencia de carga) y en los de juntas reforzadas como se describe en las secciones 5.1, 5.2 y 5.3.

5.1

Firmes de hormigón JP sin pasadores de transferencia de carga Las relaciones de modelización de los resaltos de juntas transversales en estos firmes se obtienen de la siguiente manera (ERES Consultants, 1995):

FAULT = Kjpn f * NE4 0.25

0.2347 - 0.1516 * Cd - 0.00025 * (SLABTHK 2 /JTSPACE 0.25 )    * − (0.0115 * BASE + 7.78 * 10 -8 * FI1.5 * PRECIP 0.25 )   - (0.002478 * DAYS90 0.5 - 0.0415 * WIDENED )    ...(5.1)

donde: FAULT

promedio de resalto en juntas transversales (pulgadas)

NE4

ESALs acumulativo desde la construcción del firme (millones de ejes equivalentes 18-kip por carril)

Cd

coeficiente de drenaje, AASHTO modificado

SLABTHK

espesor de la losa (pulgadas)

JTSPACE

promedio de espaciamiento de las juntas transversales (pies)

BASE

Tipo de base: 0

si no está estabilizada

1

si está estabilizada

FI

índice de congelación (ºF-días)

PRECIP

promedio de precipitación anual (pulgadas)

DAYS90

número de días en los que la temperatura es mayor de 90ºF

WIDENED

carril ensanchado:

Kjpnf

0

si no está ensanchado

1

si está ensanchado

factor de calibración (predefinido = 1,0)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-31

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

Las siguientes características de diseño se pueden utilizar para reducir los resaltos en los firmes de hormigón con juntas planas sin pasadores de transferencia de carga: n

Provisión de mejores condiciones del drenaje

Por ejemplo, el uso de drenajes longitudinales así como bases más permeables. n

Uso de bases estabilizadas (o bases con apoyo de hormigón) Uso de carriles ensanchados o arcenes de hormigón

n

Proveer menos espacio entre las juntas o usar losas más finas

n

Puesto que este modelo pronostica el promedio de los resaltos, se recomienda que el nivel de intervención se ajuste bastante bajo (alrededor de 0,07) para proveer algún factor de seguridad. En los casos donde se pronostica que los resaltos serán excesivos, se puede considerar el uso de pasadores de transferencia.

5.2

Firmes de hormigón JP con pasadores de transferencia de carga El uso de pasadores como mecanismos de transferencia de carga, reduce los resaltos de las juntas transversales en los firmes de hormigón. Los resaltos, en estos tipos de firmes, se pronostican a partir de la siguiente ecuación (ERES Consultants, 1995):

FAULT = Kjpd f * NE4 0.25

0.0628 * (1 - Cd) + 3.673 * 10 -9 * BSTRESS 2    * + (4.116 * 10 -6 * JTSPACE 2 + 7.466 * 10 -10 * FI2 * PRECIP 0.5 )    - (0.009503 * BASE - 0.01917 * WIDENED + 0.0009217 * AGE )   ...(5.2)

donde: FAULT

promedio de resaltos (pulgadas)

NE4

ESALS desde la construcción del firme (millones de ejes equivalente 18kip por carril) coeficiente de drenaje, AASHTO modificado

Cd BSTRESS JTSPACE

fuerza máxima soportada por el hormigón, en el sistema de pasadoreshormigón (psi) promedio de espaciamiento entre las juntas transversales (pies)

FI PRECIP

índice de congelación (ºF-días) promedio de precipitación anual (pulgadas)

BASE

Tipo de base: 0

WIDENED

si no está estabilizada

1 si está estabilizada Carril ensanchado: 0

si no está ensanchado

1

si el ensanche de los arcenes se realiza durante la construcción inicial

0.5 si los arcenes de hormigón se hacen después de la construcción inicial AGE

número de años desde que se construyó el firme

Kjpdf

factor de calibración (predefinido = 1,0)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-32

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

El valor de la fuerza de soporte máxima del hormigón (BSTRESS) tiene un impacto significativo sobre los pronósticos del modelo de resalto, y se calcula como sigue (Heinrichs et al., 1989): BSTRESS =

DFAC * P * LT * Kd * ( 2 + BETA * OPENING ) 4 * E s * INERT * BETA 3

...(5.3)

donde: BSTRESS

fuerza máxima de soporte del hormigón, en los sistemas de pasadoreshormigón (psi)

DFAC

factor de distribución, definido por 24/( l + 12)

l

radio de la rigidez relativa del sistema de la base de la los (pulgadas). Se calcula usando la ecuación más atrás

P

total la carga aplicada por cada rueda de un eje sencillo de doble rueda (lb) (predefinido = 9,000)

LT

porcentaje de la transferencia de carga entre las juntas (predefinido = 45)

Kd

módulo de soporte del pasador (predefinido = 1.5*106 psi/pulgada)

BETA

rigidez relativa del sistema de pasador-hormigón

OPENING

promedio de la separación entre las juntas transversales (pulgadas)

Es

módulo de elasticidad de la barra de pasadores (psi)

INERT

momento de inercia del tramo transversal de la barra de pasadores (pulgadas4)

La rigidez relativa del sistema de pasadores-hormigón (BETA) se obtiene por la siguiente ecuación más adelante:  Kd * DOWEL  BETA =    4 * E s * INERT 

0 .25

...(5.4)

donde: BETA

rigidez relativa del sistema de pasadores-hormigón

Kd

módulo del soporte del pasador (pci) (predefinido = 1.5*106 psi/pulgada)

DOWEL

diámetro del pasador (pulgadas)

Es

módulo de elasticidad de la barra de pasadores (psi)

INERT

momento de inercia del tramo transversal de la barra de pasadores (pulgadas4)

El promedio de separación entre las juntas transversales (OPENING) se obtiene de: α * TRANGE  OPENING = 12 * CON * JTSPACE *   + γ     2

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(5.5)

C3-33

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

donde: BETA

rigidez relativa del sistema de pasadores-hormigón

CON

factor de ajuste debido al control de la fricción entre la base y la losa : 0,80

si no es una base estabilizada

0,65

si es una base estabilizada

JTSPACE

promedio de separación entre las juntas transversales (pies)

α

coeficiente termal del hormigón (por °F)

TRANGE

escala de temperaturas (temperatura media mensual obtenida a partir de los datos de la diferencia entre la máxima y la mínima en cada mes (°F)

γ

coeficiente de encogimiento por sequía del hormigón

El momento de inercia de la barra de pasadores (INERT) se obtiene de:  DOWEL  INERT = 0.25 * π *   2  

4

...(5.6)

donde: INERT

momento de inercia del tramo transversal de la barra de pasadores (pulgadas4)

DOWEL

diámetro del pasador (pulgadas)

Basado en los modelos resultantes, las siguientes características pueden reducir los resaltos: n

Uso de pasadores de transferencia de carga de gran diámetro para reducir los niveles de presión sobre el sistema de soporte de pasadores-hormigón

n

Provisión de mejores condiciones del drenaje

Por ejemplo, el uso de drenajes longitudinales o bases permeables. n

Uso de carriles exteriores ensanchados

n

Uso de arcenes de hormigón

n

Reducción del espacio entre las juntas transversales

Los resaltos, en los firmes de hormigón JP, son más frecuentes en los climas fríos y húmedos que en los templados.

5.3

Firmes de hormigón con juntas reforzadas Las relaciones para la modelización de resaltos en firmes de hormigón con juntas reforzadas son las mismas que las usadas en los de juntas planas con pasadores con la excepción del factor de calibración Kjrf.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-34

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

FAULT = Kjr f * NE4 0.25

C3 FIRMES DE HORMIGON

0.0628 * (1 - Cd ) + 3.673 * 10 -9 * BSTRESS 2    * + (4.116 * 10 - 6 * JTSPACE 2 + 7.466 * 10 -10 * FI 2 * PRECIP 0.5 )    - (0.009503 * BASE - 0.01917 * WIDENED + 0.0009217 * AGE )   ...(5.7)

donde: FAULT

promedio resaltos en las juntas transversales (pulgadas)

NE4

ESALS acumulativo desde la construcción del firme (millones de ejes equivalentes 18-kip por carril)

Cd

coeficiente de drenaje, AASHTO modificado

BSTRESS

presión máxima de soporte del hormigón, en el sistema de pasadoreshormigón (psi)

JTSPACE

promedio de separación entre las juntas (pies)

FI

índice de congelación (ºF-días)

PRECIP

promedio de precipitación anual (pulgadas)

BASE

Tipo de base:

WIDENED

0

si no está estabilizada

1

si está estabilizada

Carril ensanchado: 0

si no está ensanchado

1 si el ensanchado de los arcenes se realizó durante la construcción inicial 0,5 si el ensanchado de los arcenes se realizó después de la construcción inicial

AGE

número de años desde que se construyó el firme

Kjrf

factor de calibración (predefinido = 1,0)

Las siguientes características de diseño pueden reducir los resaltos en los firmes de hormigón JR y en los JP con pasadores: n

Uso de pasadores de transferencia de carga de gran diámetro para reducir los niveles de presión sobre el sistema de soporte de pasadores-hormigón

n

Provisión de mejores condiciones del drenaje

Poe ejemplo, el uso de drenajes longitudinales o bases permeables. n

Uso de carriles exteriores ensanchados

n

Reducción del espacio entre las juntas transversales

n

Uso de bases estabilizadas

El modelo no incluye los efectos de los tipos de arcenes. Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-35

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

6

C3 FIRMES DE HORMIGON

Desconchado El desconchado de las juntas transversales es la fisuración o rotura del borde de la losa hasta un máximo de 0,6 metros del borde la junta. Generalmente no se extienden a través de todo el espesor de la losa, pero producen un ángulo en el borde de la misma. Estos desconchados pueden ser causados por una variedad de factores que incluyen: n

Presencia de materiales incomprimibles

La presencia de materiales incomprimibles en la junta origina presiones excesivas en la misma. Esto produce una fractura o separación de los bordes de la junta cuando la losa se expande en condiciones templadas. n

Desintegración del hormigón bajo condiciones de alta carga del trafico

n

Consolidación indebida del hormigón en la junta

n

Diseño o construcción equivocada del sistema de la transferencia de la carga

El modelo de HDM-4 considera varios grados, de medio a alto, de juntas transversales desconchadas.

6.1

Firmes de hormigón con juntas planas El desconchado de juntas transversales se pronostica usando la siguiente ecuación más adelante (ERES Consultants, 1995): 549.9 - 895.7 * (LIQSEAL + PREFSEAL )      + 1.11 * DAYS90 3 * 10 -3 + 375 * DWLCOR   2 -6  SPALL = Kjp s * AGE * JTSPACE * 10 *    + ( 29.01 - 27.6 * LIQSEAL ) * FI       − ( 28.59 * PREFSEAL + 27.09 * SILSEAL ) * FI   ...(6.1)

donde: SPALL

porcentaje de juntas transversales desconchadas

AGE

años desde la construcción del firme (años)

JTSPACE

promedio de separación entre las juntas (pies)

LIQSEAL

presencia de líquido sellante en la junta

PREFSEAL

DAYS90

0

si no está presente

1

si está presente

Presencia de sellante preformado en la junta: 0

si no está presente

1

si está presente

número de días en los que la temperatura es mayor de 90ºF

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-36

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

DWLCOR

protección anticorrosiva del pasador: 0

si no existen pasadores, o están protegidos

1

si no están protegidos

FI

índice de congelación (ºF-días)

SILSEAL

presencia de sellador de silicona en la junta:

Kjps

C3 FIRMES DE HORMIGON

0

si no hay presencia

1

si hay presencia

factor de calibración (predefinido = 1,0)

Las siguientes observaciones se pueden hacer teniendo en cuenta el comportamiento del modelo de firme de hormigón JP:

n

El desconchado de las juntas transversales aumenta con el paso de la edad del firme Los selladores preformados son más efectivos reduciendo el desconchado de las juntas que otros tipos de selladores Las juntas transversales sin sellador presentan gran cantidad de desconchado

n

El sellador líquido ofrece mejor rendimiento que los selladores de silicona

n

Un aumento en la separación entre las juntas aumenta el porcentaje de juntas desconchadas Una protección contra la corrosión de los pasadores apropiada reduce el desconchado de las juntas

n n

n

El modelo muestra también, que el envejecimiento de los firmes de hormigón tiene un efecto significativo en el desconchado de las juntas. Estrategias de conservación efectivas como la limpieza de las juntas, y resellado en intervalos regulares puede reducir el efecto del envejecimiento y, por lo tanto, reducir el desconchado significativamente..

6.2

Firmes de hormigón con juntas reforzadas El desconchado de las juntas en estos tipos de firme se pronostica usando la siguiente ecuación más adelante (ERES Consultants, 1995): SPALL = Kjr s * AGE * JTSPACE * 10 3

-5

1.94 * DWLCOR + 8.819 * BASE * (1 - PREFSEAL )   *   + 7.01 * FI * 10 -3  ...(6.2)

donde: SPALL

porcentaje de juntas transversales desconchadas

AGE

años desde la construcción del firme (años)

JTSPACE

promedio de separación entre las juntas (pies)

DWLCOR

protección anticorrosiva de los pasadores: 0

si no hay pasadores o están protegidos contra la corrosión

1

si no están protegidos

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-37

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

BASE

PREFSEAL

C3 FIRMES DE HORMIGON

Tipo de base: 0

si no está estabilizada

1

si está estabilizada

Presencia de selladores preformados en la junta: 0

si no hay presencia

1

si hay presencia

FI

índice de congelación (ºF-días)

Kjrs

factor de calibración (predefinido =1,0)

Las siguientes observaciones se pueden hacer teniendo en cuenta el comportamiento del modelo de los firmes de hormigón JP: n

El porcentaje de las juntas desconchadas aumenta rápidamente con la edad del firme

n

El desconchado de las juntas desconchadas es más frecuente en los climas fríos que en los templados

n

Un aumento en la separación entre las juntas resulta en un aumento del porcentaje de desconchado de las mismas

n

La protección de los pasadores contra la corrosión reduce el desconchado

n

El uso de una base densa estabilizada aumenta el desconchado

n

Los selladores preformados reducen el desconchado en los firmes con base estabilizada

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-38

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

7

C3 FIRMES DE HORMIGON

Roturas Este es el principal modo de deterioro que ocurre en los firmes de hormigón continuamente reforzados. Las roturas localizadas incluyen pérdida y rotura del refuerzo de acero y desconchado de las fisuras transversales, causadas por las altas presiones de tensión, inducidas en el hormigón y en el refuerzo de acero, por la carga del tráfico por los cambios en los factores medioambientales. La mayoría de las actividades de conservación llevadas a cabo en los firmes de hormigón CR están directamente relacionadas con las roturas. Estas roturas se pronostican usando la siguiente ecuación más adelante (Lee et al., 1991): 6.8004 - 0.0334 * SLABTHK 2 - 6.5858 * PSTEEL    Log e (FAIL) = Kcrf * + 1.2875 * log e (NE4 ) - 1.1408 * AB - 0.9367 * SB    - 0.8908 * GB - 0.1258 * CHAIRS  ...(7.1)

donde: FAIL

número de roturas por milla en el carril más utilizado por el tráfico (nº/milla)

SLABTHK

espesor de la losa (pulgadas)

PSTEEL

porcentaje del refuerzo de acero longitudinal (%)

NE4

ejes equivalentes acumulativos (ESALs) desde la construcción del firme (millones por carril)

AB

1

Si el tipo de la base es bituminoso

0

Si es de otro tipo

1

Si el tipo de la base es de cemento estabilizado

0

Si es de otro tipo

1

Si el tipo de la base es granular

0

Si es de otro tipo

1

Si se usan separadores para la instalación del refuerzo

0

Si se usan latiguillos

SB

GB

CHAIRS

Kcrf

factor de calibración (predefinidos = 1,0)

El espesor de la losa y el porcentaje de refuerzo de acero tienen un efecto significativo sobre el número de roturas en los firmes de hormigón CR. La instalación de refuerzo de acero, con separadores, produce menos roturas que la instalación con latiguillos. El uso de bases estabilizadas o bituminosas reduce también, sustancialmente, el riesgo de roturas.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-39

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

8

C3 FIRMES DE HORMIGON

Pérdida de utilidad La escala de utilidad presente (PSR) es una escala, a disposición del usuario, de la calidad del recorrido existente de la condición del firme. La PSR se ha correlacionado con varios indicadores de regularidad, tales como una variante de la inclinación y IRI. Es un reflejo de la respuesta del usuario a la condición del firme.

8.1

Firmes de hormigón con juntas reforzadas Los valores de la PSR, para los firmes de hormigón JR, se pronostican en HDM-4 usando la siguiente relación (ERES Consultants, 1995): PSR = 4.165 - 0.06694 * TFAULT 0.5 - 0.00003228 * DCRACK 2 - 0.1447 * SPALL 0.25 ...(8.1)

donde: PSR

escala de utilidad presente

TFAULT

total de roturas en las juntas transversales por milla (pulgadas/milla)

DCRACK

número de fisuras transversales deterioradas por milla

SPALL

porcentaje de juntas desconchadas

El total de roturas de juntas por milla (TFAULT) se calcula de la siguiente forma: TFAULT =

FAULT * 5280 JTSPACE

...(8.2)

donde: TFAULT

total de roturas de las juntas transversales (pulgadas/milla)

FAULT

promedio de rotura de las juntas transversales (pulgadas)

JTSPACE

promedio de espacio entre las juntas transversales (pies)

La fisuración tiene una influencia muy significativa en el pronóstico del modelo de la PSR.

8.2

Firmes de hormigón continuamente reforzado El modelo de pérdida de utilidad para estos firmes, pronostica la pérdida de utilidad en la escala tradicional en la escala de 0 a 5, basado en la edad del firme, desde su construcción, en los ejes equivalentes acumulativos y en el espesor de la losa. El modelo es de la siguiente forma (Lee et al., 1991): 0.79 - 1.3121 * log 10 (SLABTHK )   Log 10 (PSR 0 - PSR t ) =   + 0.1849 * log10 (AGE ) + 0.2634 * log10 (NE4 )

...(8.3)

donde:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-40

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

PSR0

PSR inicial en el momento de la construcción del firme (predefinido = 4,5)

PSRt

valor pronosticado PSR en el momento t

SLABTHK

espesor de la losa (pulgadas)

AGE

edad desde la construcción del firme (años)

NE4

ejes equivalentes acumulativos (millones de ejes 18-kip por carril)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-41

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

9

Regularidad

9.1

Firmes de hormigón con juntas planas

C3 FIRMES DE HORMIGON

La regularidad de estos firmes se calcula como una función de las roturas, del desconchado y de la fisuración transversal (ERES Consultants, 1995): RI t = Kjp r * (RI 0 + 2.6098 * TFAULT + 1.8407 * SPALL + 2.2802 * 10

-6

* TCRACKS

3

...(9.1)

donde: RIt

regularidad en el momento t (pulgadas/milla)

RI0

regularidad inicial al comienzo de la construcción del firme (predefinido = 98,9)

TFAULT

rotura total de las juntas transversales por milla (pulgada/milla) calculada a partir de la ecuación más atrás

SPALL

porcentaje de juntas desconchadas

TCRACKS

número total de losas fisuradas por milla

Kjpr

factor de calibración (predefinido = 1,0)

El número total de losas fisuradas por milla (TCRACKS) se calcula así: TCRACKS =

PCRACK * 5280 JTSPACE * 100

...(9.2)

donde:

9.2

TCRACKS

número total de fisuras transversales por milla

PCRACK

porcentaje de losas fisuradas

JTSPACE

porcentaje de espacio entre las juntas transversales (pies)

Firmes de hormigón con juntas reforzadas La regularidad de estos firmes se calcula como una función de la PSR (Al-Omari y Darter, 1994): 0.2 * PSR t RI t = Kjrr * − log e    0.0043

  

...(9.3)

donde: RIt

regularidad en el momento t (pulgadas/milla)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-42

)

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

9.3

C3 FIRMES DE HORMIGON

PSRt

escala de utilidad en el momento t

Kjrr

factor de calibración (predefinido = 1,0)

Firmes de hormigón continuamente reforzado La regularidad de estos firmes se calculan como una función de la PSR (Al-Omari y Darter, 1994): 0.2 * PSR t RI t = Kcrr * − log e    0.0043

  

...(9.4)

donde: RIt

regularidad en el momento t (pulgadas/milla)

PSRt

escala de utilidad en el momento t

Kcrr

factor de calibración (predefinido = 1,0)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-43

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

10 Factores de calibración Los modelos de deterioro contienen factores de calibración para facilitar la calibración local. Estos factores tienen valores predefinidos de 1,0 y se resumen en la Tabla C3.13. Tabla C3.13 Factores de calibración usados en los modelos de deterioro de firmes de hormigón Tipo de firme

JP

JR

CR

Factor de calibración

Modelo de deterioro

Kjpc

Factor de calibración de fisuración transversal

Kjpnf

Factor de calibración de rotura en firmes de hormigón JP sin pasadores

Kjpdf

Factor de calibración de rotura en firmes de hormigón JP con pasadores

Kjps

Factor de calibración de juntas desconchadas

Kjpr

Factor de calibración del progreso de regularidad (IRI)

Kjrc

Factor de calibración del deterioro de la fisuración

Kjrf

Factor de calibración de resaltos

Kjrs

Factor de calibración del desconchado de juntas

Kjrr

Factor de calibración del progreso de regularidad

Kcrf

Factor de calibración de roturas

Kcrr

Factor de calibración de progreso de regularidad

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-44

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

11 Referencias The AASHO Road Test, (1962) Report 5 - Pavement research, Special Report No. 61E The Highway Research Board Washington DC, USA AASHTO, (T22-92) American Association of State Highway y Transportation Officials Styard Method of Test for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens AASHTO, (T140-92) American Association of State Highway y Transportation Officials Styard Method of Test for Compressive Strength of Concrete Using Portions of Beams Broken Inflexure (ASTM C116) AASHTO, (T97) American Association of State Highway y Transportation Officials Styard Method of Test for Time of Setting of Concrete Mixtures by Penetration Resistance (ASTM C403-90) AASHTO, (1986) American Association of State Highway y Transportation Officials Guide for Design of Pavement Structures Washington DC, USA AASHTO, (1993) American Association of State Highway y Transportation Officials Guide for Design of Pavement Structures Washington DC, USA ASTM C39, American Society for Testing Materials (1994) Styard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens ASTM C78, American Society for Testing Materials (1994) Styard Test Method for Flexural Strength of Concrete (Using Simple Beam with ThirdPoint Loading) ASTM C469 ??? ASTM E-867-82A ?? Al-Omari B., y Darter M.I., (1994) Relationships Between IRI y PSR Transportation Research Board, 73rd Annual Meeting Washington DC, USA Benekohal R.F., Hall K.T., y Miller H.W., (1990) Effects of Lane Widening on Lateral Distribution of Truck Wheels Transportation Research Record 1286 Transportation Research Board Washington D.C.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-45

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

Bradbury R.D., (1938) Reinforced Concrete Pavements Wire Reinforcement Institute Eisenmann J., y Leykauf G., (1990) Simplified Calculation Method of Slab Curling Caused by Surface Shrinkage, Proceedings, 2nd Internacional Workshop on Theoretical Design of Concrete Pavements Madrid, Spain ERES Consultants, y FHWA (1995) Performance of Concrete Pavements, Volume III: Improving Concrete Pavement Performance U.S. Department of Transportation y Federal Highway Administration Champaign, Illinois Foxworthy P.T., (1985) Concepts for the Development of a Non-destructive Testing y Evaluation System for Rigid Airfield Pavements PhD. Thesis, University of Illinois Illinois, USA Heinrichs, K.W., et al, (1989) Rigid Pavements Analysis y Design Federal Highway Administration, FHWA-RD-88-068 Lee Y.H., y Darter M.Y., (1994) Development of Pavements Performance Prediction Models Report Nº529-2, Illinois Department of Transportation University of Illinois at Urbana-Champaign Lee Y.H., Mohseni A., y Darter M.Y., (1991) Pavement Model Enhancements for The Highway Performance Monitoring System (HPMS) Final Report, Illinois Department of Transportation y Federal Highway Administration Pauw, A., (1960). Static Modulus of Elasticity of Concrete as Affected by Density. ACI Journal, Proceedings Volume 57, No.6, Dic, pp. 679-687. Sayers, M., Gillespie, T.D., y Paterson, W.D.O. (1986). Guidelines for the Conduct y Calibration of Road Roughness Measurements. Technical Report no. 46, World Bank, Washington, D.C. SHRP, (1993) Distress Identification Manual for the Long-Term Pavement Performance Project Report SHRP-P-338, Strategic Highway Research Program National Research Council Westergaard H.M., (1926) Analysis of Stresses in Concrete Pavements Due to Variations of Temperature Proceedings, Sixth Annual Meeting, Highway Research Board Washington D.C.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-46

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C3 FIRMES DE HORMIGON

Westergaard H.M., (1948) New Formulas for Stresses in Concrete Pavements of Airfields Transactions, American Society of Civil Engineers, Volume 113

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C3-47

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA Part C

C4 Carreteras sin sellar 1

Introducción Este capítulo describe la modelización detallada del deterioro de la carretera sin sellar (ver Figura C4.1). Modelos de deterioro de Road Deterioration carreteras Models

Tipos de firme Pavement types capítulo C-1 Chapter C-1

Firmes bituminosos Bituminous capítulo C-2 Pavements Chapter C-2

FirmesConcrete de hormigón capítulo C-3 Pavements

Carreteras sin sellar Unsealed Roads capítulo C-4 Chapter C-4

Chapter C-3

Figura C4.1 Módulos del deterioro de la carretera El modelo del deterioro de las carreteras sin sellar en HDM-4 está basado en las especificaciones ofrecidas en la documentación de HDM-III por Watanatada et al. (1987) reproducidas con la aprobación del Banco Mundial. Se han hecho modificaciones menores en el texto y en los modelos, incorporando factores de calibración que faciliten la adaptación y la calibración local. Los antecedentes del modelo se ofrecen en Paterson (1987). Una lista de documentos relacionados con la investigación de este capítulo se ofrece en la sección 7.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C4-1

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

2

Lógica de la modelización

2.1

Clasificación, conceptos y lógica

C4 CARRETERAS SIN SELLAR

Las carreteras sin sellar alcanzan los niveles más bajos de la jerarquía de la red de carreteras y, generalmente, soportan bajos volúmenes de tráfico que oscilan desde pocos vehículos hasta varios cientos por día. Los estándares geométricos varían considerablemente y es necesario hacer una clasificación primaria de estas carreteras en carreteras de ingeniería, las cuales tienen un diseño controlado, un ancho estándar un perfil de tramos y drenaje y caminos que son esencialmente formados por el mismo tráfico a través de contornos naturales con o sin el retirado del terreno. Las carreteras sin sellar clasificadas en la red de un país son, generalmente, de ingeniería y, en raras ocasiones, se clasifican los caminos. El análisis del deterioro de las carreteras sin sellar se designa, principalmente, para carreteras de ingeniería sin sellar, bien sean con perfilado de grava o de tierra, ya que los modelos empíricos se basan en una variedad de estas carreteras. En caso necesario, también es posible usar estas relaciones para los caminos en un primer estimado, pero el usuario deberá estar consciente de que los efectos medioambientales del drenaje y de la lluvia estarán defectuosamente representados. El deterioro de las carreteras sin sellar se caracteriza principalmente por la regularidad y por la perdida de material del perfilado. Las relaciones de pronóstico para esto se basan en los análisis del estudio Brasil-UNDP (Visser, 1981; y Paterson, 1987). Las roderas se desarrollan también a partir del tráfico, pero las rodadas no son, generalmente, paralelas al sentido de la carretera y, frecuentemente, se cruzan entre ellas debido a la erosión de la superficie producida por el agua. Por esto, el concepto de profundidad de la rodera no se usó en HDMIII y se añade a la propiedad de regularidad; las relaciones de pronóstico se pueden encontrar en Visser (1981). La pérdida de material del perfilado que se analizó en el estudio de Kenya (Hodges et al., 1975), se observó también en el estudio de Brasil-UNDP (GEIPOT, 1982). Pero debido a que no se encontró que tuviera un efecto sustancial en la velocidad de los vehículos, no se incorporaron relaciones de pronóstico en HDM-III. Finalmente, la frecuencia de paso sobre la carretera es un importante criterio en la actualización de los caminos de tierra a carreteras de grava. HDM-4 lo permite por un aumento en los costes de la circulación de los vehículos como un factor especificado por el usuario. Esto refleja los efectos económicos de reducir la frecuencia de paso cuando el espesor de la grava desciende al nivel mínimo (ver parte E). El perfilado periódico de las carreteras sin sellar es, generalmente, llevado a cabo con una regularidad, más o menos frecuente a efectos de conservación, suficiente como para mantener la regularidad en unos límites tolerables. El modelo acepta como continuos, los ciclos repetidos de deterioro de la regularidad y conservaciones del perfilado. El promedio de regularidad, durante cada año analizado, se calcula como una función de la regularidad al comienzo del año, del material, del tráfico, de la geometría, de los parámetros de lluvia y de la frecuencia especificada de perfilado. El promedio anual de regularidad se convierte en uno a largo plazo, que se calcula también, sobre un período de tiempo que depende el volumen del tráfico y de la frecuencia del perfilado. La conservación del perfilado de grava se contabiliza, para cada año del análisis, a partir del espesor del perfilado y del cambio neto de la pérdida de material, y de las conservaciones de recargo puntual y de renovación superficial. La pérdida de material de las carreteras de tierra, que se calcula también, se tiene en cuenta, solamente, con propósito de pronosticar si es necesario y cuántas veces el recargo puntual.

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C4-2

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C4 CARRETERAS SIN SELLAR

La lógica del cálculo descrita más arriba se simplifica al considerar que una carretera sin sellar contiene dos capas, un perfilado de grava y una explanada. Una carretera de grava tiene ambas capas pero una carretera de tierra tiene un espesor de 0 de perfilado de grava y las características de su perfilado son las mismas que las de la explanada. Cuando una carretera de grava pierde su perfilado entonces se reclasifica en una carretera de tierra. Dependiendo de la renovación superficial de la grava todas las carreteras sin sellar se convierten, por definición, en carreteras de grava con una capa de perfilado nueva. El deterioro se pronostica usando las propiedades de la capa de perfilado, independientemente que sea de grava o la explanada, y así se define para el año analizado. Así el usuario podría especificar las propiedades físicas del perfilado de grava y de la explanada de la carretera sin sellar. El marco de clasificación del firme para definir la modelización del deterioro de las carreteras sin sellar y de los efectos de los trabajos se muestra en la Tabla C4.1. Tabla C4.1 Tipos genéricos de firmes sin sellar en HDM-4

Tipo de firme

Tipo de capa

Tipo de base

GRUP

GR

n/a

Firme granular sin sellar (por ejemplo carretera de grava)

EAUP

EA

n/a

Firme de tierra sin sellar

SAUP

SA

n/a

Firme de arena sin sellar

n/a

Descripción

No aplica en firmes sin sellar

NDLI (1995) da definiciones de las características usadas para definir los diferentes tipos de firmes en el marco anterior, así como las alternativas de terminología aplicadas en los materiales de los firmes (ver capítulo C1).

2.2

Parámetros principales del modelo

2.2.1 Propiedades de los materiales Anteriormente, las relaciones del deterioro se habían clasificado por tipo de material (laterítico, cuarcítico, de coral, volcánico, etc.) pero a partir del estudio de Brasil-UNDP ha sido posible reemplazar los mismos por propiedades del material que podrían mejorar estas relaciones. Las propiedades de los materiales, que se encontró en Brasil que afectaban la escala de deterioro, incluyen el tamaño máximo de la partícula, la distribución del tamaño de la misma y la plasticidad del suelo (Paterson, 1987). Las propiedades específicas del suelo se usan subsecuentemente para definir los diferentes resúmenes métricos de la distribución del tamaño de la partícula, los cuales tienen parámetros en las ecuaciones de pronóstico de deterioro. Los niveles mínimo y máximo de regularidad (QIMIN y QIMAX) se pronostican de forma externa a partir de las propiedades del terreno, pero el usuario podrá no hacer caso de esto y especificar los valores deseados. Las propiedades del suelo se definen para ambas capas, la de grava y la explanada, y se definen por el subíndice j, donde j = g en la capa de perfilado de grava, y j = s en la capa de la explanada (o perfilado de tierra de la carretera ), como se muestra en la Tabla C4.2.

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C4-3

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C4 CARRETERAS SIN SELLAR

Tabla C4.2 Definición de variables primarias para carreteras sin sellar Variable

Definición

ADH

Promedio diario de tráfico de vehículos pesados (GVW ≥ 3,500 Kg) ambas direcciones (veh/día)

ADL

Promedio diario de tráfico de vehículos ligeros (GVW ≥ 3,500 Kg) ambas direcciones (veh/día)

IMD

Promedio anual de tráfico diario en ambas direcciones (veh/día)

C

Promedio de curvatura horizontal de la carretera (grados/km)

D95j

Tamaño máximo de la partícula del material, definida como la apertura del tamiz equivalente por el que pasaría el 95% del material (mm)

MGDj

Relación del polvo sobre el grado del material, ver sección 3.2

MGj

Inclinación media del grado del material, ver sección 3.4

PIj

Indice de plasticidad del material (%)

P075j

Cantidad de material que pasa a través del tamiz de 0,075 mm (o ASTM No. 200 ) (% por masa)

P425j

Cantidad de material que pasa a través del tamiz de 0,425 mm (o ASTM No. 40 ) (% por masa)

P02j

Cantidad de material que pasa a través del tamiz de 2,0 mm (o ASTM No. 10) (% por masa)

QIavg

Promedio de regularidad durante el año analizado (QI)

QI(ag)

Regularidad después del perfilado (QI)

QI(bg)

Regularidad antes del perfilado (QI)

QIMINj

Regularidad mínima del material (estimada en la sección 3.4 o especificada) (QI)

QIMAXj

Regularidad máxima del material (estimada en la sección 3.2 o especificada) (QI)

RF

Promedio absoluto de rampa + pendiente de la carretera (m/km) Nota: RF = 10 veces el promedio absoluto de la pendiente (%)

SW

Promedio de anchura de los arcenes (m)

2.2.2 Medidas del peso del tráfico Las tres variables de peso del tráfico que se usan en el pronóstico del deterioro de las carreteras sin sellar son, sencillamente, aquellas que afectan al tráfico motorizado MT en ambas direcciones: 1

Todos los vehículos (IMD)

Usada en el pronóstico de la pérdida de material. Es igual a ADL más ADH, 2

Vehículos ligeros (ADL)

Usada en la predicción de la regularidad. 3

Vehículos pesados (ADH)

Usada en la predicción de la regularidad como se define en la Tabla C4.2 y, también, en la parte B de este manual.

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C4-4

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C4 CARRETERAS SIN SELLAR

2.2.3 Medidas de la geometría de la carretera Las características geométricas que influyen en el deterioro de las carreteras sin sellar encontradas en el estudio Brasil-UNDP, fueron el arqueamiento horizontal (C) y la pendiente longitudinal, representada aquí por la variable rampa + pendiente, RF. El progreso de la regularidad y en particular la regularidad máxima, está influenciado por ambas características. En la proyección de pérdida de material, la curvatura horizontal afecta la escala del material expedido por efectos del tráfico y la pendiente interactúa con la lluvia causando la erosión. La geografía topográfica, incluyendo cumbres, combaduras, y súper elevaciones, no se midieron en el estudio y se examinan en la siguiente sección. El promedio de anchura de los arcenes (SW) se usa para calcular la cantidad de grava que se usará en el recargo puntual y en la renovación superficial. Las variables RF, C y SW se definen en la Tabla C4.2.

2.2.4 Medioambiente: clima y drenaje Como el clima en el área del estudio de Brasil-UNDP se clasifica como húmedo y cálido el patrón de lluvia era estacional, oscilando entre: n

Precipitación de menos de 20 mm por mes y humedad relativa del aire menor de 40% durante 6 a 8 meses continuos del año.

y n

Precipitación de 200 a 600 mm por mes y humedad relativa del aire por encima del 60% durante 4 meses al año.

Los efectos de la amplia escala de lluvia intensa estacional se analizaron en este estudio y se representan por el promedio mensual de lluvia en la relación de pronóstico del deterioro. Las proyecciones del promedio anual de regularidad y de pérdida de material, transformaron esto en un promedio anual de lluvia que no hace distinción específica entre climas con lluvia uniforme o estacional. Las características de la geometría topográfica, particularmente las elevaciones, el combamiento, los drenajes, y los puntos de encuentro, tienen efectos importantes en el drenaje y en el deterioro de la carretera en los periodos de mucha precipitación. En el área estudiada, los niveles de regularidad de los tramos tangenciales que fueron pobremente drenados, aumentaron durante los períodos húmedos debido, principalmente, al desarrollo rápido de baches. En las pendientes verticales, los niveles de regularidad fueron, frecuentemente, bajos a pesar de sufrir gran erosión por el agua que corría por la superficie, ya que el perfil longitudinal fue menos afectado que el transversal. Los tramos estudiados tenían niveles moderados de drenaje y conservación y elevaciones positivas. Las relaciones de pronóstico fueron aplicadas, por lo tanto, a las carreteras sin sellar con una geometría topográfica, moderada o buena, y con condiciones secas o húmedas pero no se aplicó a las carreteras tipo bañera con elevaciones negativas o ausencia de drenaje superficial en condiciones de mucha precipitación.

2.3

Procedimiento básico del cálculo El modelo asume que las operaciones de perfilado y recargo puntual, especificadas para cada año, para las carreteras de grava o tierra, se distribuyen uniformemente a través del mismo. No obstante, la operación de recargo puntual, cuando existe, se realiza al final del año. Al igual que las operaciones periódicas de conservación del firme, la renovación superficial no está permitida durante el año efectivo de la construcción. El procedimiento de cálculo para el deterioro de las carreteras sin sellar, para cada año analizado, comprende los siguientes pasos: 1

Definir las características de la carretera y las variables de la carga del tráfico al comienzo del año analizado.

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C4-5

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

2.4

C4 CARRETERAS SIN SELLAR

2

Si la carretera es de tierra se accede al siguiente paso, si no, verificar si el espesor de la grava es cero, es decir, no queda grava, al comienzo del año analizado. Si es así, ajustar el tipo de carretera a tierra.

3

Si se especifica una carretera de grava, calcular el promedio anual de regularidad de la carretera como una función de la frecuencia de perfilado, del volumen del tráfico, de las condiciones medioambientales y de los atributos de la grava, si es una carretera de grava, o de la explanada, si es de tierra. En caso contrario, si no se especifica el perfilado, ajustar el promedio de regularidad a la regularidad máxima pronosticada (QIMAX j) (ver sección 3.2).

4

Calcular la profundidad de la pérdida de material durante el año analizado como una función del volumen del tráfico, de la precipitación mensual, de la geometría de la carretera y de los atributos de la grava, si es una carretera de grava, o de la explanada, si es una carretera de tierra. (ver sección 4).

5

Guardar los resultados para un uso posterior en los modelos RUE (ver parte E) y en los modelos WE (ver parte D) y para la fase de evaluación y obtención de informes.

Definición de variables Al comienzo del año analizado, las variables del tráfico se calculan a partir de los datos del tráfico especificados por el usuario. Los valores del medioambiente, de la geometría de la carretera y las variables de las propiedades de los materiales se proveen en una de las tres siguientes formas: 1

A partir del anterior año analizado

Si el año analizado no está cerca del primer año del análisis o de un año de comienzo de construcción o mejora. 2

A partir de los datos característicos del tramo existente

Si el año analizado es el primer año del período de análisis. 3

A partir de los datos de las opciones de mejora o construcción

Si el año analizado es un año de comienzo de construcción. La única variable de las carreteras sin sellar es la edad de la grava, definida por GAGE, que es importante solamente en carreteras de grava. Se define como el número de años transcurridos desde el último perfilado o renovación superficial de la grava. Se define de la siguiente manera: n

n

Cuando el año analizado no es un año de inicio de construcción, el valor de GAGE se obtiene de una de estas dos fuentes: ο

del año anterior – si el año analizado es el segundo o un año siguiente del período analizado, o

ο

de los datos de las características del tramo existente – si se analiza el primera año del período de análisis y se va aumentando de año en año, y

Cuando el año analizado es un año de comienzo de construcción (de un proyecto de carretera de grava), el valor de GAGE se ajusta a 1 y el tipo de perfilado de la carretera sin sellar se define como grava, independientemente del tipo de perfilado anterior .

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C4-6

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

3

Regularidad de la carretera

3.1

General

C4 CARRETERAS SIN SELLAR

La regularidad de las carreteras sin sellar aumenta por las hendiduras, la desintegración mecánica y la erosión del material del perfilado causado por el tráfico y el agua que corre en la capa. Los niveles de regularidad son, generalmente, de 4 a 15 m/km IRI (50 a 200 QI), aunque en ocasiones ocurren niveles más bajos en los materiales más finos. La regularidad que excede de 13 m/km IRI (180 QI) se relaciona, generalmente, con depresiones, baches o zanjas de erosión transversal y los niveles mayores de 22 m/km IRI (300 QI) que, corresponden a numerosos baches del tamaño de la rueda son poco ocasionales y, generalmente, se aplican a tramos cortos de caminos sin clasificar. El perfil de regularidad modelizado para el análisis económico es el de rodadas del tráfico ya que genera costes de circulación de los vehículos. La ubicación de las rodadas tiende a variar cuando la regularidad alcanza niveles altos, ya que los vehículos tratan de minimizar el impacto dinámico. Por lo tanto, la predicción del progreso de la regularidad debería tener en cuenta esta tendencia autorreguladora. A causa de la alta variabilidad de: n

Las propiedades de los materiales,

n

El drenaje,

n

La erosión de la capa, y

n

Los niveles de alta regularidad de las carreteras sin sellar,

el pronóstico de errores tiende a ser largo, en el orden de un error estándar de 1,5 a 2,5 m/km IRI (20 a 32 QI) o el equivalente al 95% de confianza en intervalos del 20% al 40%. Un número de formas diferentes de modelos se han aplicado al progreso de la regularidad y a los efectos de la conservación del perfilado (Hodges et al., 1975; Visser, 1981; Paterson, 1987). Con el objetivo de dictar políticas, se pueden completar análisis por el cálculo del promedio de regularidad resultante de una política específica, el modelo seleccionado para pronosticar la regularidad será el que represente, realmente, el progreso y las fases de perfilado del ciclo de regularidad a la vez que ofrezca una solución. La forma del modelo y sus derivados se describen en detalle en (Paterson, 1987). Los principios primaros y los estimados de los parámetros se describen en las secciones 3.2 – 3.6. Si bien, la medida de regularidad IRI, u otra medida compatible, se podrían usar en las siguientes relaciones (ver secciones 3.2 – 3.6) ya que muchos de sus parámetros no tienen medida, la nomenclatura QI se usa para dar consistencia interna a la regularidad delos restantes modelos.

3.2

Progreso de la regularidad En los modelos anteriores la progresión seguida era cúbica (Hodges et al., 1975; Visser, 1981; Paterson, 1987), con curvas cóncavas, sin restricción dirigida a predicciones no reales de regularidad en políticas de perfilado infrecuente. La forma del modelo adoptado aquí, confiere la regularidad a un límite superior o de regularidad máxima (QIMAX) por una función convexa, en la cual la tasa de progresión decrece linealmente con regularidad a cero que cumple con las observaciones prácticas de QIMAX. Las predicciones de ambas formas difieren significativamente, solamente en el nivel alto de regularidad, en los niveles bajos la curva cóncava es, frecuentemente, más real en su trazado pero cuantitativamente existe una pequeña diferencia entre las dos. Del estudio de Brasil-UNDP (GEIPOT, 1982):

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C4-7

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C4 CARRETERAS SIN SELLAR

n

Regularidad máxima encontrada como una función de las propiedades del material y de la geometría de la carretera.

n

Tasa progresiva de la regularidad encontrada como una función de la regularidad, de

la regularidad máxima, del tiempo, de la frecuencia del paso de vehículos ligeros y de las propiedades del material, como se derivan de (Paterson, 1987): QITG

2

= QIMAX j - b * (QIMAX j - QITG 1 )

…(3.1)

donde: QITG1

regularidad en el momento TG1 (QI)

QITG2

regularidad en el momento TG2 (QI)

TG1, TG2

tiempo transcurrido desde el último perfilado (días)

QIMAX j

regularidad máxima del material j (QI)

b

parámetro del modelo (0 < b < 1)

La variable b se calcula como sigue: b = exp [c * (TG 2 - TG 1 )]

(

…(3.2)

)

c = - 0.461 + 0.0174 * ADL + 0.0114 * ADH - 2.87 * AADT * MMP * 10 -5 * 10 −3

…(3.3) donde: ADL

promedio diario de tráfico de vehículos ligeros en ambas direcciones (veh/día)

ADH

promedio diario de tráfico de vehículos pesados en ambas direcciones (veh/día)

IMD

promedio anual de tráfico en ambas direcciones (veh/día)

MMP

precipitación media mensual (mm/mes)

La regularidad máxima se obtiene de:

[

QIMAX j = MAX 279 - 421 (0.5 - MGD j )2 + 0.22 * C − 9.930 * RF * MMP * 10 −3 , 150

]

…(3.4) donde: C

promedio de curvatura horizontal de la carretera (grado/km)

RF

promedio de rampa + pendiente de la carretera (m/km)

MMP

precipitación media mensual (mm/mes)

MGDj

relación de polvo en el grado del material j

La relación de polvo en el grado del material se define como sigue: Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C4-8

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C4 CARRETERAS SIN SELLAR

si P425j = 0, entonces: …(3.5)

MGD j = 1

si P425j > 0, entonces: MGD j =

P075 j

…(3.6)

P425 j

donde:

3.3

P425j

cantidad de material j que pasa a través de un tamiz de 0,425 mm (% por masa)

P075j

cantidad de material j que pasa a través de un tamiz de 0,075 mm (% por masa)

Nota:

El error estándar de esta predicción en la base de datos original fue de 1,5 m/km IRI (19.8 QI).

Efecto de la compactación sobre el progreso de la regularidad Las observaciones de las carreteras de grava y tierra durante los primeros pocos ciclos de perfilado luego de la construcción o la rehabilitación con suavizado y compactación mecánica, indican que las tasas de progreso de regularidad son mucho menores que las ofrecidas en el modelo de la sección 3.2. Estas figuras se derivaron de carreteras que habían sufrido repetidos ciclos de perfilado sin compactación especial (Paterson, 1987). Así, si se especifica compactación mecánica en los modelos entrados, el coeficiente c se reduce, inicialmente a un cuarto de su valor pronosticado, alcanzando su valor total después de unos cuantos ciclos de perfilado, pero sin exceder un período de cuatro años. De esta forma la compactación mecánica se puede considerar de la siguiente manera:

[

(

c' = c * MIN 1, 0.25 * t * MAX 1, n 0.33

)]

…(3.7)

donde: t

tiempo en años desde el último recargo o construcción con compactación mecánica

n

frecuencia del perfilado (ciclos/años)

y así: c' b' = exp 365 *  n 

…(3.8)

donde: b', c'

son los valores de b y c (ver sección 3.2) cuando se efectúa compactación mecánica

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C4-9

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

3.4

C4 CARRETERAS SIN SELLAR

Efecto del perfilado El efecto de la conservación del perfilado sobre la regularidad se encontró que dependía de la regularidad antes del perfilado, de las propiedades del material y de la regularidad mínima (QIMINj) (Paterson, 1987). La regularidad mínima, por debajo de la cual el perfilado no reduce la misma, aumenta según el tamaño de la partícula máxima crece y del grado de empobrecimiento del material del perfilado. La predicción de regularidad después del perfilado se expresa como función lineal de la regularidad después del perfilado, de la relación de polvo y de la regularidad mínima como se obtiene de la fórmula: QI (ag) = QIMIN

j

+ a * (QI (bg) − QIMIN

j

)

…(3.9)

donde: QI(ag)

regularidad después del perfilado (QI)

Ql(bg)

regularidad antes del perfilado (QI)

QIMINj

regularidad mínima del material j (QI)

a

parámetro del modelo

El parámetro del modelo a se calcula:: a = 0.553 + 0.230 * MGD j

…(3.10)

La regularidad mínima se obtiene por: QIMIN

j

= MAX {10, MIN [100, 4.69 * D95 j * (1 − 2.78 * MG j )]}

…(3.11)

donde: MGj

inclinación del grado medio del material

D95j

tamaño máximo de la partícula del material, definido como la apertura equivalente del tamiz a través del cual pasaría el 95% del material

La inclinación del grado medio del material se calcula como sigue: MG j = MIN (MGM j , 1 − MGM j , 0.36 )

MGM j =

(MG075 j + MG425 j + MG02 j ) 3

…(3.12)

…(3.13)

El valor del parámetro MG075j se obtiene:: si D95j > 0.4 entonces:  P075 j  log e  95   MG075 j =   log e  0.075 D95  j 

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

…(3.14)

C4-10

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C4 CARRETERAS SIN SELLAR

si no: MG075 j = 0.3

El valor del parámetro MG425j se obtiene: si D95j > 1.0 entonces:  P425 j  log e  95   MG425 j =   log e  0.425 D95  j 

…(3.15)

si no: MG425 j = 0.3

El valor del parámetro MG02j se obtiene: si D95j > 4.0 entonces:  P02 j  log e  95   MG02 j =   log e  2.0 D95  j 

…(3.16)

si no: MG02 j = MG425

j

Nota: El error estándar de esta predicción en la base de datos original era de 2,4 m/km IRI (31.6 QI).

3.5

Promedio de regularidad durante el año analizado Este promedio se calcula combinando e integrando las relaciones entre el progreso y el efecto del perfilado (ver Paterson, 1987). El promedio del año se expresa en términos de la regularidad al comienzo del mismo y de los parámetros de las expresiones anteriores (ver secciones 3.2 – 3.4) de la siguiente manera: Caso 1: si (t*n) ≥ 1 El promedio de regularidad durante el año t (QIavg) se calcula como sigue: y * NS  QI avg = QIMAX j * (1 - y ) +   n  y=

(b - 1) * n 365 * c

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

…(3.17)

…(3.18)

C4-11

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

[

]

C4 CARRETERAS SIN SELLAR

(

)

 k 1 − (a * b )n  n n * k + 1 − (a * b ) * QI a −   ( 1 a * b ) −    NS = (1 − a * b) k = (1 - a ) * QIMIN

j

+ a * (1 − b ) * QIMAX

…(3.19) …(3.20)

j

donde: QIavg

promedio de regularidad durante el año t (QI)

QIMAX j

regularidad máxima del material j (QI)

QIMINj

regularidad mínima del material j (QI)

n

frecuencia de perfilado (ciclos/año)

QIa

regularidad al comienzo del año t (QI)

a

como se definió arriba (ver ecuación más atrás)

b

como se definió arriba (ver ecuación más atrás), excepto que b toma el valor de b’ cuando se especifica compactación mecánica

c

como se definió arriba (ver ecuación más atrás), excepto que c toma el valor de c’ cuando se especifica compactación mecánica

La regularidad al comienzo del año se obtiene de: n

Primer año del período analizado

Para el primer año del período de análisis cuando t = 1, QIa = QIo (el valor especificado por el usuario). n

Años subsecuentes del análisis

Para cualquier año subsecuente del período de análisis t, QIa = QIb (= regularidad al final del año anterior t-1, como se ofrece a continuación en QI). En cualquier año analizado t, la regularidad al final del año (QIb) se obtiene de: QIb = (a * b ) * QI a + n

[

k * 1 − (a * b )n (1 − a * b)

]

…(3.21)

donde: Todos los parámetros han sido definidos previamente. Caso 2: si (t*n) < 1 El promedio de regularidad durante el año t (OIavg) se obtiene de: QI avg = QIMAX j - (QIMAX j - QI a ) *

[exp (365 * c ) - 1] 365 * c

…(3.22)

La regularidad al final del año (QIb) se obtiene de: QI b = QIMAX j - (QIMAX j - QI a ) * exp (365 * c )

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

…(3.23)

C4-12

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

C4 CARRETERAS SIN SELLAR

donde: Todos los parámetros se han definido anteriormente.

3.6

Ciclo de regularidad “estado estable” Cuando el perfilado se realiza regularmente en unos intervalos constantes, a un nivel fijo de regularidad, o con unos intervalos fijos de tráfico, el proceso de regularidad cambia y eventualmente alcanza el “estado estable” como mostró Paterson (1987). Este estado se caracteriza por un perfil de regularidad con un patrón de dientes de sierra, en el que las altas y bajas representan la regularidad inmediatamente antes y después del perfilado. Estas altas y bajas, definidas como QIH y QIL, se obtienen de: QIH =

QIL =

[QIMAX j * (1 − b) + QIMIN j * (1 − a) * b] (1 − a * b)

[QIMIN j * (1 − a) + QIMAX j * a * (1 − b)] (1 − a * b)

…(3.24)

…(3.25)

donde: QIH

regularidad inmediatamente antes del perfilado (QI)

QIL

regularidad inmediatamente después del perfilado (QI)

Todos los otros parámetros se definieron anteriormente. El promedio de regularidad a largo plazo, definido como QIlta, en este estado estable bajo una política de conservación, depende de la frecuencia del perfilado (representado por la variable b anterior) y se obtiene de la integración en el perfil del tiempo de regularidad, por lo que el promedio de regularidad anual tiende a lo siguiente: QIavg → QIlta

…(3.26)

y: QIlta = QIMAX j + (1 - a) * (1 − b ) *

[QIMAX j - QIMIN j ] [(1 - a * b) * log e b]

…(3.27)

donde: Todos los parámetros se definieron anteriormente. Estas relaciones se ilustran en Watanatada et al. (1987).

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C4-13

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

4

C4 CARRETERAS SIN SELLAR

Pérdida de material Del estudio de Brasil-UNDP se obtuvieron las siguientes relaciones para el pronóstico de la cantidad anual de pérdida de material como una función de la precipitación mensual, del volumen del tráfico, de la geometría de la carretera y de las características de la grava (en una carretera de grava) y de la explanada (en una carretera de tierra) (Paterson, 1985):

(

MLA = K gl * 3.65 3.46 + 2.46 * MMP * RF * 10 -4 + KT * IMD

)

…(4.1)

donde: MLA

predicción anual de pérdida de material (mm/año)

RF

promedio de rampa + pendiente de la carretera (m/km)

MMP

precipitación media anual (mm/mes)

IMD

promedio anual del tráfico diario(veh/día)

KT

coeficiente de material expulsado por efecto del tráfico

Kgl

factor de calibración de la pérdida del material de grava

El coeficiente de expulsión de material producido por el tráfico se expresa como una función de la lluvia, de la geometría de la carretera y de las características de los materiales como se indica a continuación:

KT = K kt

    0.969 * C   + 3.42 * MMP * P075 j * 10 - 6   0.022 +   57300     * MAX 0,    - 9.2 * MMP * PI j 10 - 6 - 1.01 * MMP * 10 - 4       

      

…(4.2)

donde: C

promedio de curvatura horizontal de la carretera (grados/km)

PIj

índice de plasticidad del material j donde: j = g si la carretera es de grava j = s si la carretera es de tierra

Kkt

factor de calibración de la pérdida de material producida por el tráfico

Estas predicciones están detalladas en Watanatada et al. (1987).

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C4-14

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

5

C4 CARRETERAS SIN SELLAR

Transitabilidad Es el estado de la capa de la carretera que asegura el tránsito seguro de los vehículos. En el modelo de costes de circulación de vehículos, se ofrece la posibilidad de determinar el impacto económico de una reducción parcial en la transitabilidad por factores que aumenten los costes de circulación de los diferentes tipos de vehículo (ver parte E). Este aumento produce efectos cuando el espesor del perfilado de grava disminuye al mínimo y está relacionado con el riesgo de que el material de la explanada se haga intransitable. El usuario deberá, no obstante, determinar externamente, si la transitabilidad será un problema del material de la explanada ya que no se han hecho estimados físicos de esto en el modelo. El siguiente criterio de Visser (1981) es adecuado para asegurar la transitabilidad y la estabilidad del perfilado: 1

Transitabilidad

es una función de la fuerza de la hendidura del material saturado y es satisfactoria cuando: SFCBR ≥ 8.25 + 3.75 * log 10 AADT

2

…(5.1)

Estabilidad del perfilado

está relacionado con el desprendimiento y la pérdida del árido, y es satisfactoria cuando: P075 ≥ 14

…(5.2)

donde: SFCBR

El (mínimo) California Bearing Ratio absorbido en el laboratorio estándar Proctor para asegurar transitabilidad

Todos los otros parámetros han sido previamente definidos.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C4-15

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

6

C4 CARRETERAS SIN SELLAR

Factores de calibración Los modelos de deterioro contienen factores que facilitan la calibración local. Estos factores tienen valores predefinidos de 1,0 y se resumen en la Tabla C4.3. Tabla C4.3 Factores de calibración usados en los modelos de deterioro Factor de calibración

Modelo de deterioro

Kgl

Factor de pérdida de grava

Kkt

Factor de pérdida de material producida por el tráfico

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C4-16

PARTE C M ODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA

7

C4 CARRETERAS SIN SELLAR

Referencias GEIPOT, (1982) Research on the Interrelationships between Costs of Highway Construction, Maintenance and Utilisation (PICR) Final Report 12 Volumes Brasilia, Brasil Hodges J.W., Rolt J., and Jones T.E., (1975) The Kenya Road Transport Cost Study: Research on Road Deterioration Report LR 673. Crowthorne, England Department of the Environment, Transport and Road Research Laboratory NDLI, (1995). Modelling Road Deterioration and Maintenance Effects in HDM-4 Final Report Asian Development Bank Project RETA 5549 N.D. Lea International, Vancouver Paterson W.D.O., (1987) Road Deterioration and Maintenance Effects World Bank Publications, Washington, D.C., USA Visser A.T., (1981) An Evaluation of Unpaved Road Performance and Maintenance Ph.D. thesis. Austin, Texas University of Texas at Austin, department of Civil Engineering Watanatada T., Harral C.G., Paterson W.D.O., Dhareshwar A.M., Bhandari A., and Tsunokawa K., (1987) The Highway Design and Maintenance Standards Model - Volume 1: Description of the HDM-III Model World Bank Publications, Washington, D.C., USA

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

C4-17

Part C

Contenidos

Volumen 4 – Marco analítico y descripciones de modelos: Parte D D1

Tipos de trabajos de carretera 1

Introducción

D1-1

2

Clasificación

D1-3

2.1

Categorías

D1-4

2.2

Clases

D1-4

2.3

Tipos

D1-5

3

4

5

D2

Marco de modelización

D1-9

3.1

Características de la carretera

D1-9

3.2

Estándares de los trabajos

D1-9

3.3

Criterio de intervención

D1-10

3.4

Diseño de los trabajos

D1-11

3.5

Duración de los trabajos

D1-11

3.6

Costes unitarios de los trabajos

D1-14

3.7

Efectos de los trabajos

D1-14

Costes de la administración de la carretera

D1-15

4.1

Costes anuales y categorías de presupuestos

D1-15

4.2

Distribución del coste a través del período de trabajo

D1-15

4.3

Valor remanente

D1-16

Referencias

D1-17

Firmes bituminosos 1

Introducción

D2-1

2

Lógica de la modelización

D2-2

2.1

Visión general del procedimiento de cálculo

D2-2

2.2

Jerarquía de los trabajos

D2-2

2.3

Reajuste del tipo de firme

D2-4

3

Rutina de conservación

D2-6

3.1

D2-6

Bacheo

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

i

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

4

3.2

Sellado de fisuración

D2-14

3.3

Reparación de bordes

D2-17

3.4

Drenaje

D2-18

3.5

Otros trabajos de rutina

D2-19

Conservación períodica

D2-20

4.1

Tratamiento preventivo

D2-20

4.2

Resellado

D2-23

4.3

Refuerzo

D2-30

4.4

Fresado y reemplazo

D2-34

4.5

Incrustación

D2-38

4.6

Reconstrucción

D2-42

5

Trabajos especiales

D2-46

6

Trabajos de mejora

D2-47

6.1

Reconstrucción con ensanchado menor

D2-47

6.2

Ensanchado

D2-49

6.3

Mejora del trazado

D2-60

6.4

Mejora a los cruces

D2-70

6.5

Mejora no relacionada con la calzada

D2-71

7

8

D3

CONTENIDOS

Construcción

D2-74

7.1

Actualización

D2-74

7.2

Dualización

D2-77

7.3

Nuevo tramo

D2-77

Referencias

D2-79

Firmes de hormigón 1

Introducción

D3-1

2

Lógica de la modelización

D3-3

2.1

Visión general del procedimiento de cálculo

D3-3

2.2

Jerarquía de los trabajos

D3-3

2.3

Ajuste de las características de la carretera

D3-5

3

Rutina de conservación

D3-6

4

Tratamiento preventivo

D3-7

4.1

Ajuste de los pasadores de transferencia de carga

D3-7

4.2

Ajuste de los arcenes adyacentes de hormigón

D3-8

4.3

Ajuste de los drenajes longitudinales al borde

D3-10

4.4

Sellado de juntas

D3-12

5

Trabajos de restauración

D3-15

5.1

Reemplazo de las losas

D3-15

5.2

Reparación total de la profundidad

D3-19

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

ii

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

6

D4

CONTENIDOS

5.3

Reparación parcial de la profundidad

D3-25

5.4

Pulido de diamante

D3-27

Rehabilitación

D3-30

6.1

Refuerzo de hormigón aglutinado

D3-30

6.2

Refuerzo de hormigón sin aglutinar

D3-38

7

Reconstrucción

D3-40

8

Trabajos especiales

D3-41

9

Nueva construcción

D3-42

10

Referencias

D3-43

Carreteras sin sellar 1

Introducción

D4-1

2

Lógica de la modelización

D4-2

2.1

Visión general del procedimiento de cálculo

D4-2

2.2

Jerarquía de los trabajos

D4-2

3

4

5

6

Trabajos de conservación

D4-4

3.1

Perfilado períodico

D4-4

1.2

Recargo puntual

D4-6

1.3

Renovación superficial de la grava

D4-7

1.4

Rutinas diversas de conservación

D4-9

Trabajos de mejora

D4-11

4.1

Ensanchado

D4-11

4.2

Mejora del trazado

D4-16

Trabajos de construcción

D4-21

5.1

Actualización

D4-21

5.2

Dualización

D4-22

5.3

Nuevo tramo

D4-23

Referencias

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D4-24

iii

Parte D Organigrama Marco analítico y descripciones and Model de modelos Descriptions

Introducción Introduction Parte A Part A

Tráfico Traffic Parte B Part B

Modelo RD RD Model Parte C Part C

Modelo WE WE Model Parte D Part D

RD = Deterioro de la carretera

WE = Efectos de los trabajos en la carretera

RUE = Efectos sobre los usuarios de la carretera SEE = Efectos sociales y medioambientales

Modelo RUE RUE Model Parte E Part E

Análisis económico Economic Analysis Parte G Part G

Modelo SEE SEE Model Parte F Part F

Nomenclatura Nomenclature Parte H Part H Glosario Glossary Parte I Part I

Figura D Organigrama del Marco analítico y descripciones de modelos

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

1

PARTE D EFECTOS DE LOS TRABAJOS Part D

D1 Tipos de trabajos de la carretera 1

Introducción El sistema HDM-4 incluye relaciones para la modelización del Deterioro de la carretera (RD) (ver parte C) y de los Efectos de los trabajos (WE). En HDM-III se combinaban en un módulo sencillo llamado RDME, Watanatada et al. (1987). En HDM-4 tanto RD como WE han sido separados con el fin de llenar los requerimientos necesarios para acceder al extenso número de tipos de trabajos, usando una amplia escala de criterios basada en un umbral de valores de los parámetros de los efectos del usuario de la carretera. La modelización en el contexto del sistema de HDM-4 implica lo siguiente: n

Definición de los trabajos en forma lógica para alcanzar un objetivo estándar

n

Distribución de los trabajos sobre el período analizado

n

Cálculo de las cantidades físicas o de la cantidad de trabajo que se llevará a cabo

n

Estimado de los costes de los trabajos como parte del análisis de flujo de dinero usado en el análisis económico y en la preparación de los presupuestos

n

Reajuste/cambio de una o más de las características que definen la carretera como un resultado de la implantación de los trabajos

Así, el módulo WE se usa para estimar la fuente de financiación de la Administración de la carretera necesaria para el desarrollo y conservación de la misma. Estas necesidades se expresan en términos de cantidades físicas y costes monetarios de los trabajos que se realizarán. Los costes de la administración de la carretera se usan conjuntamente con los Costes del usuario de la carretera y con los Costes sociales y medioambientales para determinar la viabilidad económica de las diferentes opciones de inversión y estrategia. Este capítulo describe la clasificación de los trabajos y el marco genérico para la modelización de los efectos de los mismos en HDM-4. La lógica detallada de la modelización para los diferentes tipos de trabajo se describe, individualmente, para cada una de las tres clases de capa de rodadura (ver

Efectos de los trabajos de la Road Deterioration carretera Models

Tipos de Pavement trabajostypes capítulo D-1 Chapter C-1

Firmes bituminosos Bituminous capítulo D-2 Pavements Chapter C-2

FirmesConcrete de hormigón capítulo D-3 Pavements

Carreteras sin sellar Unsealed Roads capítulo D-4 Chapter C-4

Chapter C-3

Figura D1.1) de la siguiente manera: 1

Firmes bituminosos (ver capítulo D2)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D1-1

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

2

Firmes de hormigón (ver capítulo D3)

3

Carreteras sin sellar (ver capítulo D4)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D1 T IPOS DE TRABAJOS

D1-2

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D1 T IPOS DE TRABAJOS

Efectos de los trabajos de la Road Deterioration carretera Models

Tipos de Pavement trabajostypes capítulo D-1 Chapter C-1

Firmes bituminosos Bituminous capítulo D-2 Pavements Chapter C-2

FirmesConcrete de hormigón capítulo D-3 Pavements

Carreteras sin sellar Unsealed Roads capítulo D-4 Chapter C-4

Chapter C-3

Figura D1.1 Módulos de los efectos de los trabajos de la carretera

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D1-3

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

2

D1 T IPOS DE TRABAJOS

Clasificación Los trabajos en HDM-4, se consideran en una estructura jerárquica de categoría, clase y tipo. Cada tipo de trabajo comprende, a su vez, varias actividades u operaciones. Esta clasificación se representa en la Tabla D1.1. Tabla D1.1 Clasificación de los trabajos en HDM-4 Categoría

Clase

Rutina de conservación

Conservación

Conservación períodica

Especial

Tipo Rutina de firme

Bacheo, reparación del borde, sellado de fisuras, relleno puntual, reparación de los arcenes, etc.

Drenaje

Reparación de alcantarillas, limpieza de drenajes, etc.

Rutinas diversas

Control de la vegetación, pintura de bordes, señalización, etc.

Tratamiento preventivo

Sellado de humo, rejuvenecimiento, ajuste de pasadores de transferencia de carga, sellado de juntas, etc.

Renovación superficial

Tratamiento superficial, lechada bituminosa, sellado de la capa, recargo, reemplazo de la losa, molida de diamante, etc.

(o restauración)

Rehabilitación

Refuerzo fino, fresado y reemplazo, incrustación, refuerzo de hormigón aglutinado, refuerzo de hormigón sin aglutinar.

Reconstrucción

Reconstrucción parcial, reconstrucción total del firme.

Emergencia

Limpieza de escombros, limpieza y reparación de socavones, retirada de accidentes, etc.

Invierno

Retirada de nieve, adicción de sal/gravilla, etc.

Ensanchado

Ensanchado parcial, adicción de un carril.

Mejora del trazado

Mejoras geométricas verticales y horizontales, mejoras en la s juntas.

Fuera de la calzada

Adicción y mejora de arcenes, adicción de carril para TNM, mejora del drenaje lateral, etc.

Actualización

Por cambio de la clase de capa de la carretera

Nueva sección

Dualización de un tramo existente, nuevo tramo (itinerario)

Mejoras Desarrollo

Actividad/operación

Construcción

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D1-4

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

2.1

D1 T IPOS DE TRABAJOS

Categorías Los trabajos se dividen en dos categorías: 1

Conservación

La conservación del firme existente incluye la realización de trabajos necesarios para contrarrestar el deterioro de la carretera y para disminuir los costes de los usuarios al proveer una capa de rodadura más suave y cómoda y para poder mantener la carretera en condiciones óptimas para su utilización permanente. 2

Desarrollo

Los trabajos de desarrollo están dirigidos a expandir la capacidad de la red, a proveer un firme más resistente y a mejorar las características geométricas de la carretera con la intención de disminuir el coste total del transporte y mitigar los impactos medioambientales.

2.2

Clases Dentro de cada categoría, los trabajos de la carretera se estructuran en clases. Estas clases, consideran los trabajos de acuerdo a la frecuencia de su aplicación y al presupuesto general utilizado, Robinson (1995).

2.2.1 Conservación Existen tres clases de trabajos de conservación: 1

Rutina (ver sección 2.3.1)

Comprende trabajos que puede ser necesario realizar cada año. 2

Conservación períodica (ver sección 2.3.2)

Comprende trabajos que son planificados para ser realizados a intervalos de varios años. 3

Especial (ver sección 2.3.3)

Comprende trabajos cuya frecuencia no se define con anterioridad.

2.2.2 Desarrollo Estos trabajos se dividen en dos clases: 1

Mejora (ver sección 2.3.4)

Comprende trabajos dirigidos a proveer capacidad adicional cuando una carretera está cercana al final de su vida útil o cuando ha sufrido un cambio inesperado en su utilización. Estos trabajos incluyen medidas de mejora de la calidad del servicio de una carretera existente tales como, alivio de la congestión del tráfico, seguridad, transitabilidad, etc. 2

Construcción (ver sección 2.3.5)

Son los trabajos para la creación de un firme nuevo. Cada una de las clases de trabajo, descritas más arriba, se dividen a su vez en tipos de trabajo como se resumen en la sección 2.3.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D1-5

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

2.3

D1 T IPOS DE TRABAJOS

Tipos Los tipos de trabajo se clasifican en términos de su impacto (o efecto) sobre la infraestructura de la carretera. Dentro de cada tipo de trabajo existen diferentes operaciones o actividades de acuerdo al tipo de firme al que serán aplicados y la técnica utilizada. Cada tipo tiene una categoría de presupuesto predefinida (recurrente, capital o especial). Estos presupuestos se detallan en la sección 4.1. Los presupuestos recurrentes y generales se pueden, también, definir como presupuestos de rutina o periódicos, respectivamente.

2.3.1 Rutina de conservación Estos trabajos se dividen en los siguientes tipos: n

Rutina del firme

Son los trabajos que responden a defectos menores del firme causados por una combinación de efectos del tráfico y del medioambiente, por ejemplo, sellado de fisuras, bacheo, reparación del firme, reparación de los arcenes, reparación del carril del transporte no motorizado NMT, relleno puntual y perfilado. n

Drenaje

Limpieza de drenajes laterales, limpieza y reparación de alcantarillas. n

Rutinas diversas

Incluye todos los otros trabajos que no están internamente modelizados en HDM-4 como por ejemplo, control de la vegetación, pintura de las líneas, reparación de la señalización, reparación de las vallas, etc. Todas las rutinas de los trabajos se consideran bajo presupuesto recurrente (por definición).

2.3.2 Conservación periódica Estos trabajos se dividen en los siguientes tipos: n

Tratamientos preventivos

En los firmes bituminosos, esto consiste en la adicción de una fina capa de perfilado para mejorar la integridad y la resistencia al agua de la capa pero que no mejora la resistencia del firme. Este grupo incluye: ο

sellado de humo

ο

rejuvenecimiento

Los tratamientos preventivos en los firmes de hormigón, incluyen: ο

sellado de juntas

ο

ajuste de pasadores de transferencia de carga

ο

ajuste de drenajes longitudinales al borde

ο

ajuste de arcenes adyacentes de hormigón

Estos tratamientos preventivos están considerados bajo presupuesto capital (por defecto). n

Renovación superficial y restauración

La renovación superficial de los firmes bituminosos conlleva la adicción de perfilado fino para mejorar la integridad y la resistencia al agua de la capa o para mejorara el Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D1-6

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D1 T IPOS DE TRABAJOS

coeficiente de rozamiento. Esto no aumenta, significativamente, la resistencia del firme. En los firmes bituminosos, esto incluye:: ο

tratamiento superficial sencillo

ο

tratamiento superficial doble

ο

lechada bituminosa

ο

sellado de la capa

El recargo, en las carreteras sin sellar, se incluye dentro de la renovación superficial Los trabajos de restauración en los firmes de hormigón, incluyen: ο

reemplazo de la losa

ο

reparación profunda total

ο

reparación profunda parcial

ο

molida de diamante

La renovación superficial se considera bajo el presupuesto capital (por defecto). n

Rehabilitación

Es la adicción de perfilados finos, o la eliminación de parte del firme existente y la adicción de capas con el fin de restaurar o mejorar la integridad estructura y para aumentar la resistencia del mismo. Para los firmes bituminosos, este grupo incluye : ο

refuerzo de betún de grado abierto

ο

refuerzo de betún de grado denso

ο

refuerzo de betún engomado

ο

fresado y reemplazo

ο

incrustaciones

La rehabilitación de los firmes de hormigón incluye: ο

refuerzo de hormigón aglutinado

ο

refuerzo de hormigón sin aglutinar

La rehabilitación se considera dentro del presupuesto capital (por defecto). n

Reconstrucción

Es la eliminación de parte (capas unidas o no) o todas las capas del firme existente y la construcción de uno nuevo. Este grupo incluye: ο

Refuerzo de todas las capas más finas de 125 mm

ο

Refuerzos granulares

ο

Reciclado de la base

ο

Refuerzos de la membrana entre las capas

ο

Reconstrucción de los firmes de hormigón

La reconstrucción se considera dentro del presupuesto capital (por defecto).

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D1-7

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D1 T IPOS DE TRABAJOS

2.3.3 Especiales Estos trabajos se dividen en los siguientes grupos: n

Emergencia

Comprende los trabajos llevados a cabo para despejar una carretera que ha sido cortada o bloqueada. Este grupo incluye: ο

retirada de accidentes de tráfico

ο

limpieza de escombros

ο

reparación/limpieza de socavones

Estos trabajos se consideran dentro del presupuesto especial principal (por defecto). n

Invierno

Comprende los trabajos realizados para prevenir la formación de hielo o para eliminar la nieve del firme. Este grupo incluye: ο

adicción de sal o de gravilla

ο

retirada de nieve

Estos trabajos de incluyen dentro de presupuesto especial general (por defecto) Nota: Los trabajos de invierno no están modelizados interiormente en esta edición.

2.3.4 Mejora Estos trabajos se dividen en los siguientes tipos:: n

Reconstrucción total con ensanchado menor

La reconstrucción total del firme con la concesión de ensanchado menor se ha incluido dentro de los trabajos de mejora debido a que, es poco probable encontrarlo en un presupuesto de conservación. La reconstrucción total se considera dentro del presupuesto capital (por defecto). n

Ensanchado

Comprende los trabajos que, manteniendo el firme actual, aumentan su anchura a través de la longitud del tramo. Este grupo incluye: ο

ensanchado parcial

ο

adicción de carril

El ensanchado de considera dentro del presupuesto capital (por defecto). n

Mejora del trazado

Comprende los trabajos que cambian la geometría de una parte de un tramo, pero que retienen parte de la estructura del firme existente. Este grupo incluye: ο

mejoras a la geometría local

ο

mejoras en los cruces

La mejora del trazado se considera dentro del presupuesto capital (por defecto). n

Trabajos fuera de la calzada

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D1-8

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D1 T IPOS DE TRABAJOS

Incluye los trabajos de mejora que se realizan fuera de la calzada, por ejemplo en los arcenes, en los carriles para TNM y en la estructura de los drenajes. Este grupo incluye: ο

Adicción o actualización de arcenes

ο

Mejoras a los drenajes laterales

ο

Adicción o mejoras al TNM.

Estos trabajos se consideran dentro el presupuesto capital (por defecto).

2.3.5 Construcción Estos trabajos se divide en los siguiente tipos de trabajo: n

Actualización

Incluye los cambios de la clase de capa del firme y de las características de las mejoras geométricas de un tramo existente de la carretera. Este grupo incluye las siguientes actualizaciones: ο

de una carretera sin sellar a un firme bituminoso o de hormigón rígido

ο

de un firme bituminoso a uno de hormigón rígido

ο

de un firme bituminoso de baja calidad a una de alta calidad

ο

de una carretera de tierra a una de grava

Estas actualizaciones se consideran dentro del presupuesto capital (por defecto). n

Nuevo tramo

Comprende los trabajos necesarios para crear un nuevo firme en una nueva localidad nueva. Este grupo incluye: ο

dualización de los tramos existentes de la carretera

ο

construcción de un nuevo itinerario

Estos trabajos se consideran dentro del presupuesto capital (por defecto).

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D1-9

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

3

Marco de modelización

3.1

Características de la carretera

D1 T IPOS DE TRABAJOS

Una carretera se puede considerar como un número de características o elementos complementarios, a cada uno de los cuales se le puede aplicar una variedad de actividades relacionadas con los trabajos de la carretera. Estas diferentes actividades, consideradas en HDM-4, se pueden dividir en dos grupos: 1

Aquellos cuyos efectos están modelizados y sus costes se utilizan en los análisis económicos

2

Aquellos que no están modelizados pero que sus costes se pueden tener en cuenta en los análisis económicos

Todas las actividades modelizadas causan efectos sobre los siguientes tipos de características de la carretera: n

Calzada

n

Arcenes

n

Carriles para TNM

n

Intersecciones o cruces

n

Estructura del drenaje

La clasificación anterior provee un marco lógico que permite una modelización detallada de los efectos de los trabajos sobre cada uno de los tipos de característica, para que puedan ser realizadas separadamente.

3.2

Estándares de los trabajos Estos estándares fijan los objetivos relacionados con los niveles de condición y respuesta que la administración de la carretera desea alcanzar. Las administraciones fijan diferentes estándares, que se pueden aplicar en situaciones prácticas, con la intención de cumplir objetivos específicos relacionados con las características funcionales del sistema de la red de carreteras. Un estándar se define como un grupo de operaciones o actividades de trabajo, con un criterio de intervención que determina cuando serán llevados a cabo. En términos generales, los niveles de intervención definen el nivel mínimo de servicio permitido. Un estándar se puede definir por el usuario de acuerdo con la clase de capa de la carretera a la que se aplicará, a las características del tráfico en el tramo, y a la general práctica operacional del área del estudio, teniendo en cuenta la consideraciones de ingeniería, económicas y medioambientales, pertinentes. Los estándares de agrupan en dos tipos para efectos de la entrada de datos: 1

Estándares de conservación

2

Estándares de mejora / construcción

Solo será efectivo un tipo de estándar de conservación y/o mejora, para una característica específica de carretera, durante cualquier año del análisis. El tipo de operación más la siguiente información, define un estándar de trabajo:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D1-10

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS n

Criterio de intervención (ver sección 3.3)

n

Diseño de los trabajos (ver sección 3.4)

n

Duración de los trabajos (ver sección 3.5)

n

Coste unitario (y opcionalmente, uso de energía) (ver sección 3.6)

n

Efectos de los trabajos (ver sección 3.7)

D1 T IPOS DE TRABAJOS

Un estándar puede, por lo tanto, incluir varias operaciones, cada una de ellas con criterios de intervención definidos, que determinarán cuando serán llevados a cabo. Las siguientes secciones 3.3 a 3.7) explican brevemente la información requerida para definir un estándar de trabajo. Una más detallada explicación se ofrece en la Guía de aplicaciones.

3.3

Criterio de intervención Para cada actividad de trabajo, se usa un criterio de intervención, definido por el usuario, que determinará el curso y los límites de los trabajos a realizar. Este criterio se puede definir con uno de los siguientes métodos: n

Programándolo en intervalos de tiempo (por ejemplo, renovación superficial cada cuatro años, refuerzo cuando el firme alcance los siete años de edad) o por puntos en el tiempo para trabajos de conservación (no incluidos en esta edición); y en momentos específicos (por ejemplo, ensanchado en el año 2,005) para trabajos de mejora y construcción.

n

Como respuesta a los nivel críticos del umbral especificado por el usuario en términos de lo siguiente: ο

condición del firme

ο

estructura y resistencia del firme

ο

condición del drenaje

ο

velocidades de los vehículos

ο

volúmenes, cargas y flujos del tráfico

Límites En adicción a los criterios anteriores, el usuario puede especificar los límites con la intención de simular políticas reales, Watanatada et al. (1987). Por ejemplo, se acepta que las consideraciones prácticas incluirían, normalmente, la situación del periodo de conservación que se aplica inmediatamente antes de un refuerzo mayor o una reconstrucción. También, y debido a implicaciones económicas, se aplicarían distintos estándares de conservación a un tramo según los diferentes volúmenes de tráfico. Por lo tanto se puede especificar: n

Los intervalos máximos y mínimos entre los sucesivos trabajos con el propósito de cumplir con el presupuesto u otras obligaciones

n

La regularidad máxima, más allá de la cual, los trabajos de deberían realizar

n

Umbral máximo y mínimo de IMD entre los cuales se recomienda aplicar un estándar al tramo de la carretera

n

Último año de aplicación de los trabajos

n

Cantidad máxima anual de trabajos

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D1-11

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D1 T IPOS DE TRABAJOS

Una actividad de trabajo será programada inmediatamente que un criterio, o una combinación de varios, haya sido definida por el usuario..

3.4

Diseño de los trabajos Antes de la implantación de cualquier trabajo, es necesario llevar a cabo un diseño preliminar de la operación. El diseño preliminar se irá, poco a poco, refinando a través de análisis técnicos y económicos de las diferentes opciones alternativas, alcanzando, al final, un detallado diseño que pueda ser realizado. Estos diseños aluden a las especificaciones de los trabajos, definidas por el usuario, en los términos siguientes: n

Estructura del firme

Incluye el tipo del firme, la resistencia, el espesor de la capa y las propiedades del material. n

Geometría de la carretera

Longitud, ancho y número de carriles. n

Tipo y clase de carretera

Nota: No se han realizado opciones de alternativa de diseño o diseños externos.

3.5

Duración de los trabajos La duración de los trabajos determina cuando se deberían considerar sus efectos dentro de la lógica del proceso de análisis. Se pueden definir los siguientes: n

Para trabajos con una duración no mayor de un año (ver Figura D1.3)

Se asume que los trabajos se llevarán a cabo al final del año analizado, en el que se han programado, y que sus efectos comenzaran a ser efectivos al comienzo del siguiente año del análisis. Todos los trabajos de conservación se consideran dentro de esta categoría.

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D1-12

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D1 T IPOS DE TRABAJOS

Nota: Variable de la carretera

Cay = variable al comienzo del año y Cby = variable al final del año y

C b1

Intervención de respuesta

C bo = Ca1 C ao

C b4

C b2 = C a3

Ca2

0

1

2

3

2

3

4

Años

Intervención programada

Porcentaje de los costos totales

100

0

1

4

Años

Figura D1.3 Modelización de la condición de la carretera y de los costes de los trabajos de un año de duración

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D1-13

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS n

D1 T IPOS DE TRABAJOS

Para trabajos de una duración mayor de un año (ver Figura D1.4)

Se asume que las características de la carretera se mantendrán iguales al final del primer año de los trabajos hasta que finalice el año de terminación de los mismos. Los efectos de los trabajos tendrán efecto al comienzo del año analizado después de la terminación de los mismos.

Nota: Cay = variable al comienzo del año y Cby = variable al final del año y

Variable de la carretera Cb1 = Ca2 Intervención de respuesta

Cb3

Cb2 = C a3

Cbo = Ca1 Cao

Cb4 = Ca5

Ca4

0

1

3

2

4

Años

Intervención programada

Porcentaje de los costes totales

40 30

0

1

2

3

4

Años

Figura D1.4 Modelización de la condición de la carretera y de los costes de los trabajos con una duración mayor de 1 año (por ejemplo, 3 años)

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D1-14

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

3.6

D1 T IPOS DE TRABAJOS

Costes unitarios de los trabajos El usuario debe especificar los costes unitarios para cada operación en términos económicos y/o financieros, usando uno de los siguientes métodos: n

Coste por metro cuadrado (por ejemplo refuerzo)

n

Coste por metro cúbico (por ejemplo, renovación superficial de la grava)

n

Coste por kilómetro (por ejemplo, actualización de una carretera de grava a una de capa

bituminosa) n

Coste por kilómetro por año (por ejemplo, trabajos de drenaje)

n

Suma bruta de los costes por año (por ejemplo, mejoras en los cruces)

Los costes unitarios se usan para multiplicar las cantidades físicas (o el total) de los trabajos con la intención de obtener el coste total requerido para poder implantar la operación. El total de cada trabajo se calcula para cada año del período de análisis en el cual se aplicará.

3.7

Efectos de los trabajos Cuando se realiza un trabajo, el efecto inmediato sobre las características de la carretera y su uso se tendrán que especificar en los siguientes términos: n

Resistencia del firme

n

Condición del firme

n

Historial del firme

n

Factores de calibración del deterioro de la carretera

n

Patrones de uso de la carretera

El cambio de las características se puede especificar de diferentes formas, que se resume así: 1

El parámetro se ajusta a cero; por ejemplo, después de un relleno la fisuración comienza en cero.

2

El parámetro se reajusta a un valor absoluto que se define como parte de la operación; por ejemplo, la regularidad después del refuerzo se ajusta a 2 m/km IRI. El parámetro se reajusta usando una fórmula que puede incluir los parámetros de otros modelos; por ejemplo, la regularidad después de un relleno se reajusta como una función de la regularidad anterior y el espesor del refuerzo. El parámetro no se reajusta; por ejemplo, el ancho de la calzada no cambia después de un refuerzo.

3

4

Detalles de los métodos usados para reajustar los parámetros que describen las características de la carretera se ofrecen en los capítulos D2, D3 y D4. Los efectos a largo plazo de la operación de los trabajos se consideran a través de los modelos pertinentes; por ejemplo: n

Tasa de deterioro de la carretera (ver el modelo de Deterioro de la carretera en la parte C)

n

Cambios en los costes sobre los usuarios de la carretera (ver el modelo de los Efectos sobre los usuarios de la carretera en la parte E)

n

Cambios en el uso de la energía y en los impactos medioambientales (ver el modelo de los Efectos sociales y medioambientales en la parte F)

Así, ambos efectos, el inmediato y el largo plazo, se combinan para determinar los beneficios de la realización de diferentes grupos de trabajos en diferentes momentos a través del período analizado.

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D1-15

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D1 T IPOS DE TRABAJOS

4

Costes de la administración de la carretera

4.1

Costes anuales y categorías de presupuestos Los costes anuales sobre los que incurre la administración (o agencia de carreteras) por la implantación de los trabajos se calculará en términos financieros y/o económicos dependiendo del tipo de análisis que se vaya a realizar. Los costes de cada trabajo serán considerados bajo la correspondiente categoría de presupuesto especificada por el usuario, o bajo la categoría predefinida, es decir, capital, recurrente o especial, asignada a una operación en particular como se explicó en la sección 2.3. Los costes totales anuales de la administración, para cada opción de inversión f se calculará de la siguiente forma: RAC j = CAPj +REC j + SPEC j

...(4.1)

donde: RACj

coste total anual en el que incurre la agencia bajo de la opción de inversión j (moneda)

CAP j

coste capital o periódico anual en el que incurre la agencia bajo de la opción de inversión j (moneda)

RECj

coste recurrente o rutina anual en el que incurre la agencia bajo la opción de inversión j (moneda)

SPECj

coste especial anual en el que incurre la agencia bajo la opción de inversión j (moneda)

En cada opción de inversión o alternativa el coste total anual de la agencia será informado por actividad de trabajo y por presupuesto principal o categoría de presupuesto.

4.2

Distribución del coste a través del período de trabajo En los análisis económicos o análisis de flujo de dinero, los costes de la administración de la carretera se consideran los siguientes: n

Para trabajos con una duración menor de un año

El total de los costes de la agencia se asigna al año en el que el trabajo se planifica o se programa por un criterio de intervención específica. Se asume que todos los trabajos de conservación están dentro de esta categoría (ver Figura D1.3). n

Para trabajos con una duración mayor de un año

El total de los costes de la agencia se reparte en flujos de costes anuales de acuerdo a los porcentajes especificados por el usuario. El primer porcentaje del total de los costes se aplica en el año analizado en el que los trabajos se programan o planifican. Los costes anuales subsecuentes se distribuyen entre cada uno de los siguientes años (ver Figura D1.4). El total de los costes anuales, de la administración, se usa en los análisis económicos de las diferentes opciones de inversión. (ver parte G). Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D1-16

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

4.3

D1 T IPOS DE TRABAJOS

Valor remanente Es el valor de los beneficios pendientes de realizar al final del período analizado. Se puede especificar por el usuario para representar el porcentaje de los costes totales incurridos en estructuras permanentes, tales como, diques, alcantarillas, puentes y drenajes. El valor remanente de cada opción de inversión se calcula de la siguiente manera: S

SALVA j =

W

∑∑ SALVA

jsw

...(4.2)

s=1 w =1

donde: SALVAj

valor remanente de los trabajos realizados dentro de la opción de inversión j (moneda)

SALVAjsw

valor remanente de los trabajos w realizados en un tramo de la carretera s bajo la opción de inversión j (moneda) (ver los capítulos D2 y D4)

En los análisis económicos de los análisis de inversión el valor remanente parte G).

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D1-17

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

5

D1 T IPOS DE TRABAJOS

Referencias Paterson W.D.O., (1995) Classification of Road Works - ISOHDM Working Paper Communication to ISOHDM Secretariat, University of Birmingham, UK Riley M., (1995) Framework for Defining the Effects of Works on Road parameters in HDM-4 ISOHDM Working Paper Robinson R., (1995) Road Works Classification, RR002\6_35 University of Birmingham, UK Watanatada T., Harral C.G, Paterson W.D.O., Dhareshwar A.M., Bhandari A., and Tsunokawa K., (1987) The Highway Design and Maintenance Standards Model - Volume 1 Description World Bank, John Hopkins University Press Watanatada T., Harral C.G., Paterson W.D.O., Dhareshwar A.M., Bhandari A., and Tsunokawa K., (1987) The Highway Design and Maintenance Standards Model - Volume 2 User's Manual World Bank, John Hopkins University Press

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D1-18

PARTE D EFECTOS DE LOS TRABAJOS Part D

Efectos de los trabajos

D2 Firmes bituminosos 1

Introducción Este capítulo describe la modelización detallada de los Efectos de los trabajos en los firmes bituminosos (ver Figura D2.1). Efectos de los trabajos de la Road Deterioration carretera Models

Tipos de Pavement trabajostypes capítulo D-1 Chapter C-1

Firmes bituminosos Bituminous capítulo D-2 Pavements Chapter C-2

FirmesConcrete de hormigón capítulo D-3 Pavements

Carreteras sin sellar Unsealed Roads capítulo D-4 Chapter C-4

Chapter C-3

Figura D2.1Módulos de los efectos de los trabajos de la carretera Los métodos para la definición de las actividades de los trabajos y de los criterios de intervención, el cálculo de las cantidades físicas y los costes de la administración de la carretera así como, los efectos de los trabajos sobre las características y el uso de la carretera se clasifican en las siguientes clases: n

Rutina de conservación (ver sección 3)

n

Conservación periódica (ver sección 4)

n

Trabajos especiales (ver sección 5)

n

Trabajos de mejora (ver sección 6)

n

Trabajos de construcción (ver sección 0)

La lógica de modelización descrita comprende la visión general del procedimiento de cómputo, la escala de jerarquía de las actividades y los reajustes de los tipos de firme después de los trabajos. Los antecedentes de la lógica de modelización se ofrecen en Watanatada et al. (1987). Un listado de documentos relacionados con este capítulo se ofrece en la sección 8.

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D2-1

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

2

Lógica de la modelización

2.1

Visión general de procedimiento de cálculo

D2 FIRMES BITUMINOSOS

La visión general que se aplica en cada año analizado se puede resumir en los siguientes pasos: n

Determinar los estándares de trabajo que se aplicarán en cada año. Solamente un estándar de conservación y/o uno de mejora se puede aplicar a un tramo definido en cada año.

n

Verificar los criterios de intervención y los límites definidos para los trabajos en el siguiente orden: ο

primero, trabajos de mejora, entonces

ο

trabajos de conservación

Una operación programada tiene prioridad sobre una de respuesta del mismo tipo.

2.2

n

Trabajos de aplicación de drenaje (si se especifica).

n

Identificar y aplicar los trabajos dentro de la jerarquía.

n

Calcular las cantidades físicas de los trabajos.

n

Calcular los efectos de los trabajos y reajustar los valores de los parámetros de modelización para que reflejen la geometría, la estructura del firme, la resistencia, la condición, el historial y el uso de la carretera después de realizados los mismos.

n

Aplicar cualquier otro trabajo que tenga efectos sobre el rendimiento del firme y que puedan no estar modelizados internamente; por ejemplo, diferentes trabajos de rutina.

n

Calcular los costes de los trabajos aplicando costes unitarios a las cantidades físicas de los mismos.

n

Almacenar los resultados para los análisis económicos y para su uso en los próximos años del análisis.

Jerarquía de los trabajos Una actividad de trabajo, o una operación, se realiza cuando uno o varios criterios combinados, definidos por el usuario, se cumplen. Cuando más de una de las actividades de trabajo cumple el criterio para ser aplicada, en un año analizado, se selecciona la operación situada más arriba en la jerarquía, para la característica particular de la carretera. La Tabla D2.1 muestra la jerarquía de las actividades de trabajo que se pueden aplicar a la calzada. La operación de dualización de un tramo existente de la carretera se coloca en el primer lugar de la lista como número 1, y toma prioridad sobre todas las otras operaciones, mientras que los trabajos de rutina del firme, es decir, bacheo, reparación del borde y sellado de fisuras, se coloca al final obteniendo la mínima prioridad.

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D2-2

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Tabla D2.1 Jerarquía de los trabajos aplicables a la calzada Tipos

Actividad/operación

Jerarquía

Coste unitario

Nuevo tramo

Dualización de un tramo existente

1

por Km.

Actualización

Actualización a una nueva clase de capa

2

por Km.

Mejora del trazado

Mejora geométrica del trazado

3

por Km.

Ensanchado

Adición de carril

4

por m2 o por Km.

Ensanchado parcial

5

por m2 o por Km.

Reconstrucción del firme

6

por m2 o por Km.

Fresado y reemplazo

7

por m2

Refuerzo de betún engomado

8

por m2

Refuerzo de betún denso

9

por m2

Refuerzo de betún abierto

10

por m2

Incrustación

11

por m2

Refuerzo fino

12

por m2

Sellado de la capa con corrección de la forma

13

por m2

Sellado de la capa

14

por m2

Tratamiento superficial doble con corrección de capa

15

por m2

Tratamiento superficial doble

16

por m2

Tratamiento superfic ial sencillo con corrección de capa

17

por m2

Tratamiento superficial sencillo

18

por m2

Lechada bituminosa

19

por m2

Sellado con humo

20

por m2

Rejuvenecimiento

21

por m2

Reparación del borde 1

22

por m2

Bacheo1

22

por m2

Sellado de fisuración1

22

por m2

Reconstrucción

Rehabilitación

Renovación superficial (Resellado)

Tratamiento preventivo

Rutina del firme

Nota: 1

Los trabajos de rutina del firme, es decir, sellado de fisuras, bacheo y reparación del borde tienen el mismo valor en la jerarquía, y todos ellos se realizarán en el mismo año analizado.

Una mejora o un trabajo de construcción con una especificación fija se aplica a un tramo específico, solamente, durante el período del análisis. Esta regla aplica, particularmente, a los trabajos de mejora que se han definido con un criterio de intervención de respuesta, por el usuario, dentro de los parámetros de los efectos sobre el usuario de la carretera. Los trabajos de rutina del firme, definidos por el usuario, se pueden aplicar como operaciones separadas en cada año, o usarse para reparar algunos deterioros antes de aplicar los trabajos de mayor prioridad; por ejemplo, tratamiento preventivo, resellado, o refuerzos. En el caso anterior, estos trabajos se realizan en los años en los que no se han aplicado trabajos de

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D2-3

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

conservación periódica. En el caso siguiente, los trabajos de rutina se consideran como parte integral de los trabajos de conservación periódica y se clasifican como trabajos preparatorios. Aunque los trabajos preparatorios se proyectan automáticamente y se realizan junto con los de mantenimiento periódico, la cantidad y el coste de cada una de las operaciones implicadas se modeliza y se informa separadamente. Los trabajos de drenaje, si están especificados por el usuario, se aplican en cualquier año del análisis, independientemente de la jerarquía de las actividades de trabajo de la calzada ofrecidas en la Tabla D2.1. Las mejoras de los drenajes laterales obtienen prioridad sobre las rutinas de conservación de los mismos y ambas se deberían aplicar en el mismo año. Las operaciones que se aplican a los arcenes y a los carriles de transporte no motorizado (TNM), si están especificadas por el usuario, se realizan también en cualquier año del análisis sin importar la jerarquía de los trabajos descrita anteriormente. Los trabajos de mejora de los arcenes o del carril TNM obtienen prioridad sobre la reparación de los arcenes o la del carril TNM, respectivamente. En todos los tipos de características de la carretera, si más de uno de los trabajos del mismo tipo de operación, por ejemplo diferentes especificaciones de refuerzo, son aplicables en un año analizado, obtendrán prioridad los que tengan el mayor coste. Las actividades de trabajo que afectan al rendimiento del firme, que no están modelizadas internamente, por ejemplo, los trabajos de emergencia, las conservaciones de invierno y las diferentes rutinas, si están definidas por el usuario, se aplican en un año analizado independientemente de su jerarquía.

2.3

Reajuste del tipo de firme Los trabajos de conservación reajustan los tipos de firme según la clasificación del mismo (ver Tabla D2. y Tabla D2.) Tabla D2.2 Reajustes del tipo de firme después de los trabajos de conservación Actividad de trabajo

Tipo de firme existente AMGB

AMSB

AMAB

AMAP

STGB

STSB

STAB

Rutina

AMGB

AMSB

AMAB

AMAP

STGB

STSB

STAB

STAP

Tratamiento preventivo

AMGB

AMSB

AMAB

AMAP

STGB

STSB

STAB

STAP

STAP

STAP / STSB1

STAP

STAP

STGB

STSB

STAB

STAP

AMAP

AMAP / AMSB1

AMAP

AMAP

AMGB

AMSB

AMAB

AMAP

Incrustación

AMGB

AMSB

AMAB

AMAP

STGB

STSB

STAB

STAP

Fresado y reemplazo de la capa inmediata

**AP

**AP

**AP

**AP

N/A

**SB

**AB

**AP

Fresado y reemplazo de la base

**GB

**SB

**AB

**AP

**GB

**SB

**AB

**AP

Resellado Refuerzo

STAP

Fuente: NDLI (1995)

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D2-4

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Notas: 1

Los tipos de firme dependen del espesor crítico (Hmin) del perfilado bituminoso existente, que puede ser definido por el usuario en la Configuración HDM.

**

Indica que estos dos caracteres dependen de la actividad específica de los trabajos u operaciones y del material de la capa.

N/A

No aplicable.

Tabla D2.3 Efectos de la conservación sobre el material de la capa obtenida Trabajos de conservación

Opciones del material de la capa obtenida

Todos los resellados

SBSD, DBSD, CAPE, SL, PM

Todos los refuerzos, incluyendo el refuerzo fino

AC, HRA, PMA, RAC, CM, SMA, PA

Fresado y reemplazo

SBSD, DBSD, CAPE, SL, PM, AC, HRA, PMA, RAC, CM, SMA, PA

Notas:

Para la definición y completa descripción de las abreviaturas de los materiales de la capa refiérase al capítulo C2.

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D2-5

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

3

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Rutina de conservación Los trabajos de rutina de conservación de las carreteras bituminosas que afectan al rendimiento del firme se modelizan teniendo en cuenta las siguientes operaciones: n

Bacheo (ver sección 3.1)

n

Sellado de fisuras (ver sección 3.1.6)

n

Reparación del borde (ver sección 3.3)

n

Trabajos de drenaje (ver sección 3.4)

Otros trabajos de rutina de conservación, como por ejemplo control de la vegetación, reparación de las pertenencias de la carretera, etc, se consideran en el análisis solamente en términos de sus costes para la administración de la carretera.

3.1

Bacheo Se usa para reparar los siguientes deterioros de la capa: n

Área con baches

n

Fisuración estructural ancha

n

Desprendimiento del árido

El usuario puede especificar bacheo para reparar los deterioros individuales de la capa o como una combinación de los tres deterioros anteriores, a los cuales se referirá como área con severo deterioro (ADAMS). Si se puede aplicar, en cualquier año analizado, más de una clase de trabajo de bacheo, entonces, los especificados para tratar el ADAMS estarán por encima de los especificados para tratar los deterioros individualmente.

3.1.1 Area con severo deterioro Se define como la suma de las áreas con fisuración estructural ancha, con pérdida del árido y baches y se puede tratar especificando el bacheo de una de las siguientes formas: n

Opción 1: Programada

El usuario puede especificar un porcentaje fijo del área (Pdam) que será bacheada, así como una cantidad máxima de bacheo anual (en metros cuadrados por kilómetro). La cantidad fija podría, por ejemplo, reflejar los recursos máximos de financiación disponibles de la administración de la carretera, promediados para todas las carreteras dentro de la clase de las mismas. La cantidad de bacheo realizado se calcula como el mínimo de la cantidad máxima especificada y del área con severos deterioros que será reparada. n

Opción 2: Condición de respuesta

El usuario puede especificar el porcentaje del área con severos deterioros (Pdam) que será bacheada en cada año e imponer un límite máximo de cantidad de bacheo anual. El criterio de intervención para este caso será el nivel de ADAMS. El total del área bacheada se obtiene de la siguiente expresión: APAT = MIN[APATlim, ASP]

...(3.1)

ASP = Pdam * ADAMS bw * CW * 10 -1

...(3.2)

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D2-6

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

donde: APAT

área total bacheada (m2/Km.)

APAT lim

cantidad máxima de bacheo anual, entrado por el usuario (m2/Km.)

ADAMSbw

área con severos deterioros antes de los trabajos de bacheo (= ADAMSb) (% total del área de la calzada)

ADAMSb

área con severos deterioros al final del año (% del total de la calzada)

Pdam

porcentaje del área con severos deterioros que será bacheada, entrado por el usuario (predefinido = 100)

CW

ancho de la calzada (m)

Cuando se realiza el bacheo, el área con deterioro no bacheada se reduce por la cantidad bacheo como se describe por el seudo código obtenido de la siguiente ecuación más adelante. Se asume que el área con baches, la fisuración estructural ancha y el desprendimiento del árido mantienen este orden de prioridad, y no se realiza bacheo para arreglar las áreas con deterioro individual, hasta que las reparaciones con estas prioridades se hayan completado. El porcentaje reparado de cada deterioro se calcula como sigue:

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D2-7

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

INICIO Si APAT ≥ 10*APOTbw *CW Ppt = 100 LIMCW = APAT - 10*APOTbw *CW Si LIMCW ≥ 10*ACW bw *CW Pcw = 100 LIMRV = LIMCW - 10*ACW bw *CW Si LIMRV ≥ 10*ARVbw *CW Prv = 100 Pero Pr v =

10 * LIMRV ARVbw * CW

(si ARV bw = 0, set Prv = 0)

Termina si Pero Pcw =

10 * LIMCW ACWbw * CW

(si ACW bw = 0, set Pcw = 0)

Prv = 0 Termina si Pero Ppt =

10 * APAT APOT bw * CW

Pcw = 0 Prv = 0 Termina si FIN

...(3.3) donde: APOT bw

área con baches antes de los trabajos de bacheo (= APOT b) (% total del área de la calzada)

APOT b

área con baches al final del año (% total del área de la calzada)

ACWbw

área de fisuración estructural total antes de los trabajos de bacheo (= ACWb) (% total del área de la calzada)

ACWb

área de fisuración estructural total al final del año (% total del área de la calzada)

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D2-8

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

ARVbw

área de desprendimiento del árido antes de los trabajos de bacheo (= ARVb) (% total del área de la calzada)

ARVb

área de desprendimiento del árido al final del año (% total del área de la calzada)

Ppt

porcentaje de área con baches que debe ser bacheada (0 - 100%)

Pcw

porcentaje de área con fisuración estructural ancha que debe ser bacheada (0 100%)

Prv

porcentaje de área de desprendimiento que debe ser bacheada (0 - 100%)

3.1.2 Área con baches solamente El bacheo se puede especificar para reparar solamente área con baches en una de las siguientes formas: n

Opción 1: Programada

El usuario puede especificar un porcentaje fijo de área con baches (Ppt) a ser reparada e imponer un límite máximo de cantidad de bacheo anual. n

Opción 2: Condición de respuesta

El usuario puede especificar el porcentaje de área con baches (Ppt) a ser bacheada e imponer un límite máximo de cantidad de bacheo anual. El criterio de intervención a usar en este caso será, solamente, el área con baches. Para ambas opciones el total de área bacheada se deriva de ecuación anterior más atrás, y el parámetro ASP se calcula de la siguiente forma: ASP = Ppt * APOT bw * CW * 10 -1

...(3.4)

donde: Ppt

porcentaje de área de baches a ser bacheada, entrado por el usuario (predefinido = 100%)

Todos los demás parámetros se definieron anteriormente. Cuando se realiza el bacheo, el área de baches se reduce por la cantidad del mismo. Las áreas de fisuración estructural anchas y el desprendimiento del árido no cambian por el bacheo (es decir, Pcw = 0 y Prv = 0). El porcentaje reparado de área con baches se calcula de la siguiente manera: Si ASP > APATlim

entonces:  10 * APAT lim  Ppt =    APOT bw * CW 

...(3.5)

si no: Ppt

es igual al valor especificado por el usuario (o el valor predefinido = 100%)

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D2-9

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

3.1.3 Fisuración estructural ancha solamente El bacheo se puede especificar para tratar solamente la fisuración estructural ancha de una de las siguientes formas: n

Opción 1: Programada

El usuario puede especificar un porcentaje fijo del área con fisuración estructural ancha (Pcw) que será bacheado e imponer un límite máximo de cantidad de bacheo anual. n

Opción 2: Condición de respuesta

Bajo esta opción el usuario puede especificar el porcentaje del área con fisuración estructural ancha (Pcw) que será bacheada e imponer un límite máximo de cantidad de bacheo anual. El criterio de intervención que se usa en este caso es el nivel de fisuración estructural ancha, solamente. En ambas opciones, el área total bacheada se obtiene de la anterior ecuación más atrás, y el parámetro ASP se calcula de la siguiente forma: ASP = Pcw * ACW bw * CW * 10

-1

...(3.6)

donde: Pcw

porcentaje del área con fisuración estructural total que debe ser bacheada, entrado por el usuario (predefinido = 100%)

Todas las otras variables se definieron anteriormente. Cuando se realiza el bacheo, el área de fisuración estructural ancha se reduce por la cantidad del bacheo. Las áreas con baches y con desprendimiento del árido no cambian con el bacheo (es decir, que Ppt = 0 y Prv = 0). El porcentaje reparado de fisuración estructural ancha se calcula como sigue: Si ASP > APAT lim, entonces  10 * APATlim  Pcw =    ACWbw * CW 

...(3.7)

si no: Pcw

es igual al valor especificado por el usuario (o al valor predefinido = 100%)

3.1.4 Desprendimiento del árido solamente El bacheo se puede especificar para tratar solamente áreas con desprendimiento del árido en una de las siguientes formas: n

Opción 1: Programada

El usuario puede especificar un porcentaje fijo de área con desprendimiento (Prv) que será bacheada e imponer un límite máximo de cantidad de bacheo anual. n

Opción 2: Condición de respuesta

Bajo esta opción el usuario puede especificar el porcentaje del área con desprendimiento (Prv) que será bacheada e imponer un límite máximo de cantidad de bacheo anual. El criterio de intervención que se usa en este caso será el nivel de desprendimiento solamente.

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D2-10

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Para ambas opciones, el total del área bacheada se ofrece en la anterior ecuación más atrás y el parámetro ASP se calcula como sigue: ASP = Prv * ARV bw * CW * 10

-1

...(3.8)

donde: Prv

porcentaje de área con desprendimiento que debe ser bacheada, entrado por el usuario (predefinido = 100%)

Todas las otras variables se definieron anteriormente. Cuando se realiza el bacheo, el área con desprendimiento se reduce por la cantidad de bacheo. Las áreas con baches y la fisuración estructural ancha no cambian con el bacheo (es decir, Ppt = 0 y Pcw = 0). El porcentaje reparado de desprendimiento se obtiene: Si ASP > APAT lim, entonces:  10 * APATlim  Prv =    ARV bw * CW 

...(3.9)

si no: Prv

es igual al valor especificado por el usuario (o al valor predefinido = 100%)

3.1.5 Area total y coste del bacheo El área total bacheada (TAPAT), en metros cuadrados se obtiene del producto de APAT por la longitud del tramo (L), en kilómetros. El coste total del bacheo realizado en un tramo entero de una carretera se obtiene por el producto de TAPAT por el coste unitario, por metro cuadrado, especificado por el usuario.

3.1.6 Efectos del bacheo En todas las opciones que definen los trabajos de bacheo, los efectos del mismo, en la condición del firme, se calculan de la siguiente manera: Área con baches Ppt  NPTaw = NPTbw * 1  100 

...(3.10)

donde: NPT aw

número de baches por kilómetro después del bacheo

NPT bw

número de baches por kilómetro antes del bacheo (= NPTb)

NPT b

número de baches por kilómetro al final del año.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-11

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Los cambios en el número de baches por kilómetro debido a los trabajos (∆NPT w) se obtienen de: ∆NPT w = NPTbw - NPTaw

...(3.11)

Fisuración Pcw  ACW aw = ACWbw * 1  100 

...(3.12)

∆ACW w = ACWbw * ACW aw

...(3.13)

ACA aw = ACA bw * ∆ACW w

...(3.14)

ACX aw = 0.62 * ACA aw + 0.39 * ACWaw

...(3.15)

ACRA aw = ACA aw + ACTbw

...(3.16)

donde: ACWaw

área de fisuración estructural ancha después del bacheo (% total del área de la calzada)

ACAaw

área de fisuración estructural total después del bacheo (% total del área de la calzada)

ACAbw

área de fisuración estructural total antes del bacheo (= ACAb) (% total del área de la calzada)

ACAb

área de fisuración estructural total al final del año (% total del área de la calzada)

ACXaw

área de fisuración indexada después del bacheo (% total del área de la calzada)

ACRAaw

área total de fisuración después del bacheo (% total del área de la calzada)

ACT bw

área de fisuración termal transversal antes del bacheo (= ACT b) (% total del área de la calzada)

ACT b

área de fisuración termal transversal al final del año (% total del área de la calzada)

∆ACWw

reducción del área de fisuración estructural ancha debida al bacheo (= ∆ACWpat ) (% total del área de la calzada)

Desprendimiento del árido Prv  ARV aw = ACVbw * 1  100 

...(3.17)

donde: ARVaw

área de desprendimiento después del bacheo (% total del área de la calzada)

Regularidad La regularidad después del bacheo se calcula de la siguiente forma:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-12

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

RI aw = RI bw

D2 FIRMES BITUMINOSOS

    APAT  - MIN a0 * ∆CRX w + ∆RI t - a1 * MIN ,10 , (a2 - RI bw )  (10 * CW )      

...(3.18) y: ∆RI pat = RI bw - RI aw

...(3.19)

donde: RIaw

regularidad después del bacheo (IRI m/km)

RIbw

regularidad antes del bacheo (= RIb) (IRI m/km)

RIb

regularidad al final del año (IRI m/km)

APAT

área total bacheada (m2/Km.) (para el cálculo de aumento de regularidad debido a la depresión o protuberancia de baches)

∆CRXw

reducción del área de fisuración estructural indexada debida al bacheo (= ACXbw - ACXaw)

ACXbw

área de fisuración estructural indexada antes del bacheo (= ACXb) (% total del área de la calzada)

ACXb

área de fisuración estructural indexada al final del año (% total del área de la calzada)

∆RIt

reducción de la regularidad debida al bacheo (IRI m/km)

∆RIpat

reducción de la regularidad debida al bacheo

CW

ancho de la calzada (m)

a0 hasta a2

coeficientes del modelo definidos por el usuario (predefinidos = 0.0066, 0.01 y 16.0 respectivamente)

El coeficiente del modelo a1 en la anterior ecuación más atrás representa un promedio de depresión o protuberancia de aproximadamente 2 mm para los baches superficiales. Cuando el estándar de trabajo, observado en la conservación de bacheo, difiere significativamente de este, el coeficiente 0,01 se debería ajustar por el radio de promedio de depresión/protuberancia observado a 2 mm. La reducción de la regularidad debida al bacheo se calcula de la siguiente forma, basado en Watanatada et al. (1987):  0.1 * ∆NPTw ∆RI t = 0.378 *   10 * CW

  

...(E3.20)

donde: ∆RIt

reducción de la regularidad debida al bacheo (IRI m/km)

∆NPT w

reducción en número de baches por kilómetro debida al bacheo

CW

ancho de la calzada (m)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-13

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

3.2

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Sellado de fisuras El sellado de fisuras corrige las fisuraciones termal transversal y estructural ancha. No obstante, se asume que el sellado no se aplica para corregir la fisuración estructural ancha si el área de fisuración estructural total excede del 20% (es decir, ACWb>20). El usuario puede especificar el sellado de fisuras de una de las siguientes formas: n

Opción 1: Programada

El sellado se puede programar especificando un porcentaje fijo de la fisuración termal transversal y/o de la estructural ancha, y una cantidad máxima anual en metros cuadrados por kilómetro. n

Opción 2: Condición de respuesta

Especificando el porcentaje del área con fisuración termal transversal (Pcrt) y/o el porcentaje del área con fisuración estructural ancha (Pcrw) que serán selladas cada año, e imponiendo un límite del área máxima. El criterio de intervención que se usa, en este caso, será el nivel de fisuración termal transversal y/o estructural ancha. El área total sellada de la calzada se calcula de la siguiente forma: ACSL = MIN (ACSL lim , ASEAL )

...(3.23)

ASEAL = [(Pcrt * ACTbw ) + (Pcrw * ACW bw )] * CW * 10 -1

...(3.24)

donde: ACSL

área de sellado de fisuras (m2/Km.)

ACSLlim

cantidad máxima anual de sellado, entrada por el usuario (m2/Km.)

ACT bw

área de fisuración termal transversal antes del sellado (= ACT b) (% total del área de la calzada)

ACWbw

área de fisuración estructural ancha antes del sellado (% total del área de la calzada)

Pcrt

porcentaje del área de fisuración termal transversal que debe ser sellada, entrado por el usuario (%)

Pcrw

porcentaje del área de fisuración estructural ancha que debe ser sellada, entrado por el usuario (%)

Los valores de ACWbw, ACAbw, y RIbw que se usaran en las ecuaciones más atrás, más adelante, más adelante y más adelante se obtienen de la siguiente manera: si

el sellado de fisuras y el bacheo se especifican para que sean realizados en el año analizado, se asume que el bacheo tendrá prioridad sobre el sellado reduciendo el área de fisuración estructural ancha, de este modo: ACW bw = ACWb - ∆ACWpat

...(3.25)

ACA bw = ACA b - ∆ACWpat

...(3.26)

RI bw = RI b - ∆RI pat

...(3.27)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-14

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

donde: ∆ACWpat

reducción del área de fisuración estructural ancha debida al bacheo (% total del área de la calzada). Se calcula usando la ecuación más atrás, con el subíndice w remplazado por pat

ACAbw

área ajustada de toda la fisuración estructural antes del sellado (después del bacheo) (% total del área de la calzada)

RIbw

regularidad ajustada antes del sellado (después del bacheo) (IRI m/km)

∆RIpat

regularidad después del bacheo (IRI m/km). Se calcula usando la ecuación más atrás

si no: ACWbw = ACWb ACA bw = ACA b RI bw = RIb

El área total de sellado de fisuras (TACSL), en metros cuadrados, se obtiene del producto de ACSL por la longitud del tramo (L), en kilómetros. El coste total del sellado de fisuras realizado, en el tramo completo de la carretera, se obtiene multiplicando TACSL por el coste por metro cuadrado, especificado por el usuario.

3.2.1 Efectos del sellado de fisuras – Opción 1 Los efectos del sellado de fisuras sobre la condición del firme se reajustan de la siguiente forma: Fisuración Cuando se realiza un sellado de fisuras, se asume que el tratamiento de la fisuración termal transversal toma prioridad sobre el de la fisuración estructural ancha, y no se realiza sellado de fisuras, para corregir la fisuración estructural ancha, hasta que la fisuración termal transversal está, completamente, reparada. Las áreas de fisuración se reducen por la cantidad de sellado, a partir de lo siguiente: ACSL   ACTaw = ACTbw - MIN Pcrt * ACTbw * 10 - 2 , (10 * CW )  

...(3.28)

   ACSL  ∆ACW w = MAX0,   − [ACTbw − ACTaw ]   (10 * CW ) 

...(3.29)

ACW aw = ACWbw - ∆ACW w

...(3.30)

ACA aw = ACA bw - ∆ACW w

...(3.1)

ACX aw = 0.62 * ACA aw + 0.39 * ACWaw

...(3.2)

ACRA aw = ACA aw + ACTaw

...(3.3)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-15

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

donde: ACT aw

área de fisuración termal transversal después del sellado (% total del área de la calzada)

ACT bw

área de fisuración termal transversal antes del sellado (= ACT b) (% total del área de la calzada)

∆ACWw

reducción del área de fisuración estructural ancha debida al sellado (% total del área de la calzada)

ACWaw

área de fisuración estructural ancha después del sellado (% total del área de la calzada)

ACWbw

área ajustada de fisuración estructural ancha antes del sellado (% total del área de la calzada)

ACAbw

área ajustada de la fisuración estructural total antes del sellado (% total del área de la calzada)

ACAaw

área de la fisuración estructural total después del sellado (% total del área de la calzada)

ACXaw

área de la fisuración indexada después del sellado (% total del área de la calzada)

ACRAaw

área total de fisuración después del sellado (% total del área de la calzada)

Regularidad El sellado de fisuras tiene mínimos efectos sobre la regularidad, que se calculan de la siguiente forma: RI aw = RI bw - a0 * ∆ACRA

...(3.34)

∆ACRA w = ACRA bw - ACRA aw

...(3.35)

donde:

3.3

RIaw

regularidad después del sellado (IRI m/km)

RIbw

regularidad ajustada antes del sellado(IRI m/km)

∆ACRAw

reducción del área total de fisuración debida al sellado(% total del área de la calzada)

a0

coeficiente del modelo (predefinido = 0.0066)

Reparación de bordes El usuario puede especificar la reparación del borde de una de las siguientes formas: n

Opción 1: Programada

La reparación del borde se puede programar especificando un porcentaje fijo del área de rotura de borde, que será reparada, y una cantidad máxima anual, en metros cuadrados por kilómetro. La cantidad realizada se calcula como el mínimo de la cantidad máxima anual especificada y del área de rotura de borde que debe ser reparada.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-16

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS n

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Opción 2: Condición de respuesta

Especificando el porcentaje del área de rotura de borde, que debe ser reparada cada año, (Pver) e imponiendo un límite de la cantidad máxima anual de reparación de borde. El criterio de intervención será el nivel de rotura de borde. El área de reparación de bordes se calcula como sigue:

{

[

AVERP = MIN AVERP lim , Pver * AVEB bw * CW * 10 -1

]}

...(3.36)

donde: AVERP

área de reparación de borde (m2/Km.)

AVERP lim

cantidad máxima anual de reparación de borde, entrada por el usuario (m2/Km.)

AVEBbw

área total de rotura de borde antes de la reparación (= AVEBb) (% total del área de la calzada)

AVEBb

área total de rotura de borde al final del año (% total del área de la calzada)

Pver

porcentaje del área de rotura de borde que será reparada, entrada por el usuario, predefinido = 100 %

El producto de AVERP por la longitud del tramo (L), en kilómetros, da como resultado el área total de reparación de borde (TAVER) en metros cuadrados. El coste total de la reparación realizada en el tramo completo de la carretera se calcula multiplicando TAVER por el coste, por metro cuadrado, especificado por el usuario.

3.3.1 Efectos de la reparación del borde Cuando se realiza reparación del borde, el área del mismo se reduce por la cantidad reparada de la siguiente forma: AVERP   AVEB aw = AVEB bw (CW * 10 ) 

...(3.37)

donde: AVEBaw

área de rotura del borde después de la reparación (% total del área de la calzada)

Todos los demás parámetros han sido definidos previamente.

3.4

Drenaje La conservación de los drenajes es una importante actividad de trabajo que previene el deterioro acelerado del firme. Los trabajos de drenaje se modelizan dentro de sus efectos sobre la resistencia del firme. El usuario puede especificar los trabajos de drenaje de la siguiente forma: n

Opción 1: Programada

Los trabajos de drenaje se deberían programar en intervalos fijos de años entre los tratamientos sucesivos, por ejemplo un año, comenzando a partir del año de inicio del estándar de conservación dentro del cual está incluido. n

Opción 2: Condición de respuesta

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-17

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Los trabajos de drenaje se realizan cuando el nivel de deterioro del drenaje medido por el factor drenaje (DF) excede el criterio de intervención especificado por el usuario (ver capítulo C2). Los costes unitarios del drenaje se especifican en términos de moneda por Km. por año. El coste anual se obtiene multiplicando la longitud de la carretera por el coste unitario.

3.4.1 Efectos de los trabajos de drenaje Cuando se realizan trabajos de drenaje, el factor de drenaje (DFaw) después de los trabajos se reajusta de la siguiente forma: DFaw = MAX [DFdmin, (DFbw - ∆DFw )]

...(3.38)

∆DFw = (DFdmax - DFdmin ) * DMCF

...(3.39)

y:

donde: DFaw

factor de drenaje después de los trabajos de conservación

DFbw

factor de drenaje antes de los trabajos de conservación

DFdmax

factor de drenaje máximo, denotando una muy mala condición del drenaje tipo d

DFdmin

factor de drenaje mínimo, denotando una excelente condición del drenaje tipo d

∆DFw

cambio en el DF debido a la realización de los trabajos de drenaje

DMCF

factor de coste de la conservación del drenaje, definido como una relación del coste anual de los trabajos de drenaje realizados con el coste anual requerido para mantener el sistema de drenaje en condición excelente

El factor de drenaje después de los trabajos se utiliza para calcular el número estructural ajustado del firme (SNP).

3.5

Otros trabajos de rutina Los efectos de los siguientes trabajos de rutina en el rendimiento del firme no están modelizados internamente y por lo tanto solamente se consideran sus costes en un análisis: n

Reparación de los arcenes

n

Reparación de los carriles de TNM

n

Diferentes trabajos de rutina

Por ejemplo, control de la vegetación, reparación y reemplazo de señales, pintura de las líneas, reparación de las vallas, etc. Estas actividades se programan con un intervalo fijo de tiempo, mínimo de un año, y se realizan en una base anual. Si se especifica por el usuario, los trabajos se aplican en el año definido, no importa cual sea su jerarquía. El coste unitario se debería especificar en términos de moneda por Km. por año y el coste anual de la operación se obtiene multiplicando la longitud del tramo por el coste unitario. Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-18

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

4

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Conservación periódica Los trabajos de conservación periódica, en carreteras bituminosas, comprenden lo siguiente:

4.1

n

Tratamiento preventivo (ver sección 4.1)

n

Resellado (ver sección 4.2)

n

Refuerzo (ver sección 4.3)

n

Fresado y reemplazo (ver sección 4.4)

n

Incrustación (ver sección 4.5)

n

Reconstrucción (ver sección 4.6)

Tratamiento preventivo Incluye sellado de humo y rejuvenecimiento. Se puede definir de una de las siguientes formas: n

Opción 1: Programada

Se especifica un intervalo fijo entre sucesivos tratamientos, por ejemplo 3 años, y el tratamiento se aplica, aunque la edad del tratamiento preventivo del perfilado (EDAD1) exceda el intervalo. n

Opción 2: Condición de respuesta

Se aplica a los primeros síntomas de fisuración o desprendimiento y se limita por los márgenes especificados por un mínimo y un máximo intervalo de tratamiento preventivo, permitido por el usuario, en años. El tratamiento preventivo no se aplica si: ACRAb ≥ 5, ARVb ≥ 5, o NPT a > 0 incluso si el intervalo máximo permisible se ha excedido (como puede ocurrir en el primer año de análisis de un firme viejo).

4.1.1 Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad del tratamiento preventivo se obtiene por: APVT = 1000 * CW

...(4.1)

donde: APVT

área tratada de la carretera (m2/Km.)

ACRAb

área total de fisuración al final del año (% total del área de la calzada)

ARVb

área de desprendimiento al final del año (% total del área de la calzada)

El área total tratada (TAPVT), en metros cuadrados, se obtiene del producto de APVT por la longitud del tramo (L), en kilómetros. El coste total del tratamiento preventivo realizado se

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-19

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

calcula multiplicando TAPVT por el coste unitario por metro cuadrado especificado por el usuario.

4.1.2 Efectos del tratamiento preventivo Los efectos del tratamiento preventivo se ajustan de la siguiente forma: n

Deterioro de la capa

Cuando se realiza tratamiento preventivo, cualquier deterioro de la capa, aunque sea mínimo, se reajusta a cero. n

Resistencia del firme

La estructura del firme y su resistencia no se alteran. n

Edad del perfilado

La edad del tratamiento preventivo (EDAD1) se reajusta a cero.. n

Retraso en la fisuración y desprendimiento del árido

El tratamiento preventivo tiene el efecto de retrasar el comienzo de la fisuración y del desprendimiento. Estos efectos se consideran en los modelos a través de cambios en el tiempo de demora de la fisuración (CRT) y del factor de demora del desprendimiento del árido (RRF) como se explica a continuación: ο

El tiempo de demora de la fisuración después del tratamiento preventivo se reajusta de la siguiente forma: CRM CRTMAX CRTaw = MIN CRTbw + , , 8 YXK YXK  

...(4.2)

YXK = MAX (0.1, YAX)

...(4.3)

donde:

ο

CRT aw

tiempo de demora de la fisuración después del tratamiento preventivo (años)

CRT bw

tiempo de demora de la fisuración antes del tratamiento preventivo (años)

CRM

cambio en el tiempo de demora de la fisuración debido al tratamiento preventivo

CRTMAX

límite máximo del valor del tiempo de demora de la fisuración

YAX

número anual de ejes de todos los tipos de vehículo (millones por carril)

El factor de demora del desprendimiento después del tratamiento preventivo se reajusta como sigue: Para capas de rodadura tipo AM: RRF aw = 1

...(4.4)

Para capas de rodadura tipo ST:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-20

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

RRF aw = MIN[RRF bw * RRM, RRFMAX ]

...(4.5)

donde: RRFaw

factor de demora del desprendimiento después del tratamiento preventivo

RRFbw

factor de demora del desprendimiento antes del tratamiento preventivo

RRM

cambios en el factor de demora del desprendimiento debido al tratamiento preventivo

RRFMAX

límite máximo del valor del factor de demora del desprendimiento

Los valores predefinidos de CRM, CRTMAX, RRM y RRFMAX para rejuvenecimiento y sellado de humo se ofrecen en la Tabla D2.4 y en la Tabla D2.5, respectivamente. Tabla D2.4 Parámetros del modelo de rejuvenecimiento Tipo de firme

AMGB

Material de la capa

Valor HSOLD

Todos

0

Todos excepto CM

>0

CM

>0

CRM

CRTMAX

RRM

RRFMAX

1,5

3,0

1,15

2,0

1,5

3,0

1,15

2,0

0,75

1,5

1,15

2,0

AMAB

Todos

1,5

3,0

1,15

2,0

AMAP

Todos

1,5

3,0

1,15

2,0

AMSB

Todos

1,5

3,0

1,15

2,0

0

3,0

6,0

1,15

2,0

>0

1,5

3,0

1,15

2,0

0

1,5

3,0

1,15

2,0

Todos STGB STAB

Todos

STAP

Todos

1,5

3,0

1,15

2,0

STSB

Todos

1,5

3,0

1,15

2,0

Fuente: Watanatada et al. (1987)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-21

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Tabla D2.5 Parámetros del modelo de sellado de humo Tipo de firme

AMGB

Material la capa

Valor HSOLD

CRM

CRTMAX

RRM

RRFMAX

Todos

0

0,8

1,6

1,3

3,0

Todos excepto CM

>0

0,8

1,6

1,3

3,0

CM

>0

0,4

0,8

1,3

3,0

AMAB

Todos

0,8

1,6

1,3

3,0

AMAP

Todos

0,8

1,6

1,3

3,0

AMSB

Todos

0,8

1,6

1,3

3,0

0

1,6

3,2

1,3

3,0

>0

0,8

1,6

1,3

3,0

0

0,8

1,6

1,3

3,0

Todos STGB STAB

Todos

STAP

Todos

0,8

1,6

1,3

3,0

STSB

Todos

0,8

1,6

1,3

3,0

Fuente: Watanatada et al. (1987)

4.2

Resellado El resellado, sin corrección de la forma, puede reparar los deterioros de la capa pero causa pequeños cambios a la regularidad o a la resistencia del firme. No obstante, el resellado con corrección de la forma puede producir alguna reducción en la regularidad por el rellenado de depresiones y reparación de áreas deterioradas. Se asume que el material correctivo es bituminoso, con un promedio de espesor menor de 50 mm y aplicado con una calidad menor del nivelado automático del acabado del firme, Watanatada et al. (1987). Los trabajos de resellado se pueden definir como se describe en las opciones 1 y 2: n

Opción 1: Programada

Se especifica un intervalo entre los sucesivos resellados y se aplica siempre que la edad del perfilado (EDAD2) exceda este intervalo. n

Opción 2: Condición de respuesta

Se aplica el resellado cuando los niveles de deterioro del firme o de la regularidad excedan los valores definidos por el usuario. En ambas opciones, el resellado no se realiza si la edad del perfilado (AGE2) es menor que el intervalo mínimo aplicable especificado por el usuario. No obstante, el resellado se realiza siempre si la EDAD2 excede el intervalo máximo permitido entre resellados, especificado por el usuario. En todos los casos, no se realiza el resellado si se han excedido el último año de aplicación o la regularidad máxima aplicable, especificado por el usuario. Un trabajo de resellado se especifica usando lo siguiente: n

Espesor del nuevo perfilado

n

Coeficiente de resistencia de las capas

n

Material de la capa de rodadura, y

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D2-22

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS n

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Indicador de los defectos de la construcción de firmes bituminosos (CDS).

4.2.1 Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad del resellado se calcula como sigue: ARSL = 1000 * CW

...(4.6)

donde: área de la calzada resellada (m2/Km.)

ARSL

Trabajos preparatorios Si las áreas de fisuración estructural ancha es mayor de2 20% o si las áreas con baches, la fisuración termal transversal o la rotura de bordes no son cero al final del año, se asume que las siguientes cantidades de trabajos preparatorios serán llevadas a cabo junto al resellado: n

Bacheo APAT = 10 * CW * {MAX [0.1 * (ACWb - 20 ) , 0] + APOTb}

...(4.7)

donde:

n

APAT

área de bacheo preparatorio (m2/Km.)

ACWb

área de fisuración estructural ancha al final del año (% total del área de la calzada)

APOT b

área de baches al final del año (% total del área de la calzada)

Sellado de fisuras ACSL = 10 * CW * ACTb

...(4.8)

donde:

n

ACSL

área de sellado de fisuras (m2/Km.)

ACT b

área de fisuración termal transversal al final del año (% total del área de la calzada)

Reparación del borde AVERP = 10 * CW * AVEB b

...(4.9)

donde: AVERP

área de reparación del borde (m2/Km.)

AVEBb

área de rotura del borde al final del año (% total del área de la calzada)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-23

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

El total del área resellada (TARSL), en metros cuadrados, se obtiene del producto de ARSL por la longitud del tramo (L), en kilómetros. El coste total del resellado se obtiene multiplicando el TARSL por el coste unitario por metro cuadrado definido por el usuario. Las áreas adicionales y los costes del bacheo preparatorio, del sellado de fisuras y de la reparación de los bordes se presentan, separadamente, como bacheo, sellado de fisuras y reparación del borde, respectivamente.

4.2.2 Efectos del resellado Los ajustes del resellado de la estructura del firme se describen a continuación: n

Tipo del firme

El tipo de firme después de los trabajos de resellado se ajusta como se indica en la Tabla D2. y Tabla D2.. n

Espesor de la capa del perfilado

El espesor total de la capa después de los trabajos se obtiene: HS aw = HS bw + HSNEW aw

...(4.10)

donde: HSaw

espesor total de la capa después del resellado (mm)

HSbw

espesor total de la capa antes del resellado (mm)

HSNEWaw

espesor del resellado especificado por el usuario (mm)

El espesor del perfilado bituminoso sin sellar anterior, después de los trabajos se obtiene por:: HSOLD aw = HSNEW bw + HSOLD bw

...(4.11)

donde:

n

HSOLDaw

espesor del perfilado anterior después de los trabajos (mm)

HSOLDbw

espesor del perfilado bituminoso sin sellar anterior antes de los trabajos (mm)

HSNEWbw

espesor del perfilado más reciente antes de los trabajos (mm)

Resistencia del firme

Para tener en cuenta la resistencia neta del firme debida a la conservación y a la fisuración, los parámetros de resistencia del firme se actualizan a través de los siguientes pasos: ο

Cálculo del SNP en la estación seca después de los trabajos: SNPdaw = MAX[1.5, (SNP dbw + 0.0394 * a sw * HSNEW aw - dSNPK )]

...(4.12)

donde: SNP daw

número estructural ajustado del firme en la estación seca después de los trabajos de resellado

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-24

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

SNP dbw

número estructural ajustado del firme en la estación seca antes de los trabajos de resellado

dSNPK

reducción del número estructural ajustado del firme debido a la fisuración (existente antes del resellado)

asw

coeficiente de resistencia de la capa del resellado (ver Capítulo C2 Tabla D2.7)

ο

Cálculo del parámetro f, definido como la relación entre el SNP en la estación húmeda y el SNP en la estación seca usando DFaw y ACRAaw como se detalla en el capítulo C2

ο

Cálculo del parámetro fs especificado para los diferentes modelos de Deterioro de la carretera, ver capítulo C2

ο

Cálculo del promedio anual del número estructural ajustado (SNP)

El desvío del rayo Benkelman después de los trabajos se obtiene de:  SNP aw DEFaw = DEFbw *   SNP bw

  

− 1.6

...(4.13)

donde:

n

SNP aw

número estructural ajustado del firme después de los trabajos

SNP bw

número estructural ajustado del firme antes de los trabajos

DEFaw

desvío del rayo Benkelman después de los trabajos (mm)

DEFbw

desvío del rayo Benkelman antes de los trabajos (mm)

Indicadores de los defectos de la construcción

El indicador de los defectos de la construcción de los perfilados bituminosos (CDS) se reajusta a un valor especificado por el usuario. Si no se especifica, se asume entonces una calidad de construcción buena, con un valor de CDS ajustado a 1,0. n

Deterioros de la capa del firme

Los trabajos de resellado reajustan los deterioros de la capa a cero, y por lo tanto la condición del firme se considera nueva. n

Rodera

Las siguiente operaciones de resellado no tienen efecto sobre las roderas.: ο

tratamiento superficial sin corrección de la forma

ο

tratamiento superficial doble sin corrección de la forma

ο

sellado de capa sin corrección de la forma lechada bituminosa

ο

El efecto de los trabajos de resellado con corrección de la forma en la rodera se especifica por el usuario. Si no se especifica. La profundidad media de la rodera se calcula para cada actividad a partir de la siguiente expresión, como lo indica Riley (1995): RDMaw = a0 * RDMbw

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...(4.14)

D2-25

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

donde:

n

RDMaw

profundidad media de la rodera después de los trabajos (mm)

RDMbw

profundidad media de la rodera antes de los trabajos (= RDMb) (mm)

a0

coeficiente definible por el usuario (predefinido = 0.15)

Regularidad

Los efectos de los trabajos de resellado sobre la regularidad se especifican por el usuario. Si no se especifican, la regularidad se calcula, para cada actividad de trabajo, de la siguiente manera: Al principio, el valor de la regularidad al final del año, se ajusta para ser tomado en cuenta como trabajos preparatorios, de la siguiente manera: RI ap = RI b - MIN {[a0 * (∆CRX p + ∆ACTp ) + ∆RI t ], a1}

...(4.15)

donde: RIap

regularidad ajustada después del bacheo preparatorio (IRI m/km)

RIb

regularidad al final del año (IRI m/km)

∆CRXp

reducción del área de fisuración indexada, debida a los trabajos preparatorios (=ACXb - ACXap )

∆ACT p

reducción del área de fisuración termal transversal, debida a los trabajos preparatorios (= ACT b)

∆RIt

reducción de la regularidad debida al bacheo (IRI m/km)

a0 y a1

coeficientes del modelo definibles por el usuario (predefinidos = 0.0066 y 4.6, respectivamente)

El valor de ACXap se obtiene como sigue: ACX ap = 0.62 * ACA ap + 0.39 * ACWap

...(4.16)

ACA ap = ACA b - ∆ACWp

...(4.17)

ACW ap = ACWb - ∆ACW p

...(4.18)

∆ACWap = MAX [0.1 * (ACWb - 20 ), 0]

...(4.19)

El valor de ∆RIt se calcula usando las ecuaciones 3.20 a la 3.22, con un ∆NPT w tomado como un igual para NPTbw (= NPTb), puesto que todos los baches existentes deberían de ser bacheados. La regularidad ajustada después de los trabajos preparatorios (RIap ), se usa entonces, para calcular la regularidad final después de los trabajos de resellado, como se indica a continuación(NDLI, 1995): ο

Tratamiento superficial doble y sencillo sin corrección de la forma RI aw = RI ap - MAX {0, MIN [a0 * (RI ap - a1), a2 ]}

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...(4.20)

D2-26

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

donde:

ο

RIaw

regularidad después de los trabajos de resellado (m/km)

a0 hasta a2

parámetros definibles por el usuario (predefinidos = 0.3, 5.4, 0.5, respectivamente)

Lechada bituminosa y sellado de capa sin corrección de la forma RI aw = RI ap - MAX {0, MIN [a0 * (RI ap - a1), a2 * Hsl ]}

...(4.21)

donde:

ο

RIaw

regularidad después de los trabajos de resellado (m/km)

Hsl

espesor de la lechada bituminosa o del sellado de la capa en mm (es decir, HSNEWaw)

a0 hasta a2

parámetros definibles por el usuario (predefinidos = 0.3, 4.6, 0.09, respectivamente)

Sellado de la capa, SBSD y DBSD con corrección de la forma RI aw = RI ap - MAX { 0, MIN [a0 * Hsc * RI ap , a1 * Hsc * MAX (0, (RI ap - a2 ))]}

...(4.22) donde:

n

RIaw

regularidad después de los trabajos de resellado (m/km)

Hsc

Espesor del resellado incluyendo la corrección de la forma de la capa (es decir, HSNEWaw) (mm), Hsc = MIN(Hsc, 45)

a0 hasta a2

parámetros definibles por el usuario (predefinidos = 0,0075, 0,0225, 4,0, respectivamente)

Profundidad de la textura y coeficiente de rozamiento

El resellado reajusta la profundidad de la textura y el coeficiente de rozamiento a los valores especificados por el usuario. Si no se especifican, la profundidad de la textura después de los trabajos (TDaw) se reajusta a los valores predefinidos de la profundidad inicial ofrecidos en la Tabla ; el coeficiente de rozamiento después de los trabajos (SFCaw) se reajusta a 0,6 para todos los tipos de resellados.

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D2-27

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Tabla D2.6 Valores predefinidos para la Profundidad inicial de la textura (ITD)

Tipo de capa

Material de la capa

AM

ST

n

Profundidad inicial de la textura (ITD) en mm

AC

0,7

HRA

0,7

PMA

0,7

RAC

0,7

CM

0,7

SMA

0,7

PA

1,5

SBSD

2,5

DBSD

2,5

CAPE

0,7

SL

0,7

PM

1,5

Fisuración previa

El área de fisuración previa (PCRA y PCRW) se actualiza igualando la fisuración en el actual perfilado antes del resellado con una ponderación (w) de la fisuración del perfilado anterior, como sigue: ο

si CRAi bw ≥ PCRi bw PCRi aw ≥ PCRi bw

ο

...(4.23)

si CRAi bw < PCRi bw PCRi aw = w * CRAi bw + (1 - w ) * PCRi bw

...(4.24)

w = MIN (0.70 + 0.1* HSNEW aw, 1)

...(4.25)

donde: PCRiaw

área de fisuración anterior tipo i (i = fisuración estructural total o ancha) después de los trabajos (% total del área de la calzada)

CRAibw

área de fisuración tipo i antes de los trabajos (% total del área de la calzada)

PCRibw

área de fisuración anterior tipo i antes de los trabajos (% total del área de la calzada)

w

ponderación utilizada para promediar la fisuración en los perfilados nuevos y viejos

HSNEWaw

espesor del resellado (mm)

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D2-28

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

El número por kilómetro de la fisuración termal transversal previa (PNCT) se reajusta como fisuración estructural total y ancha al igual que en las ecuaciones más atrás, más atrás y más atrás, excepto por las siguientes definiciones:

n

PCRiaw

número de fisuración termal transversal previa después de los trabajos (por Km.)

CRAibw

número de fisuración termal transversal antes de los trabajos (por Km.)

PCRibw

número de fisuración termal transversal previa antes de los trabajos (por Km.)

Edad del firme

La edad del firme (EDAD2) y la edad del tratamiento preventivo (EDAD1) se reajustan a cero después de los trabajos de resellado.

4.3

Refuerzo Los trabajos de refuerzo se pueden definir en una de las siguientes maneras: n

Opción 1: Programada

El relleno de especificaciones fijas se aplica, independientemente, de que la edad de la rehabilitación (EDAD3) iguale o exceda un intervalo de tiempo fijo especificado por el usuario. n

Opción 2: Condición de respuesta

El refuerzo de especificaciones fijas se aplica cuando se cumplen los niveles del criterio de intervención, especificados por el usuario. En ambas opciones, el refuerzo no se realiza si la edad de la rehabilitación/refuerzo (EDAD3) es menor que el intervalo mínimo para la aplicación del refuerzo, especificado por el usuario. No se realiza tampoco, si la edad del tratamiento preventivo (EDAD1) o la del perfilado (EDAD2) es menor que el intervalo mínimo respectivo del tratamiento preventivo o de la renovación superficial. Si el intervalo mínimo no se ha definido, en cualquiera de los estándares que han sido asignados al tramo, se usan los siguientes valores predefinidos (en años): tratamiento preventivo, 2 años, resellado, 4 años. Se realiza un refuerzo siempre que la EDAD3 exceda el intervalo máximo de refuerzo permitido, especificado por el usuario. En todos los casos no se realizará un refuerzo si el año último de aplicación o la regularidad máxima aplicable han sido excedidos. El refuerzo se especifica usando lo siguiente: n

Espesor del nuevo perfilado.

n

Coeficiente de resistencia de la capa.

n

Material de la capa.

n

Indicador del defecto de la construcción del perfilado bituminoso (CDS).

4.3.1 Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad del relleno se obtiene por: AOVL = 1000 * CW

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(4.26)

D2-29

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

donde: AOVL

área de refuerzo (m2/Km.)

CW

ancho de la calzada (m)

Antes de realizar el refuerzo, es necesario, frecuentemente, realizar algunos trabajos preparatorios. Se asume que las siguientes cantidades de trabajos preparatorios se llevaran a cabo junto al refuerzo: n

Bacheo APAT = 10 * CW * APOTb

...(4.27)

donde: APAT n

área de bacheo preparatorio (m2/Km.)

Reparación del borde

Se calcula utilizando la ecuación más atrás. La cantidad total del refuerzo (TAOVL), en metros cuadrados se obtiene del producto de AOVL por la longitud del tramo (L), en kilómetros. El coste total del refuerzo se obtiene multiplicando TAOVL por el coste unitario por metro cuadrado especificado por el usuario. Las áreas adicionales y los costes del bacheo preparatorio y de la reparación del borde se presentan separadamente como bacheo y separación del borde, respectivamente.

4.3.2 Efectos del refuerzo El refuerzo reajusta la estructura del firme como se describe a continuación : n

Tipo de firme

El tipo del firme después del refuerzo se reajusta como se explica en la Tabla D2. y en la Tabla D2.. El material de la capa después de los trabajos se define por el usuario. n

Espesor de la capa de rodadura

El espesor total de la capa después de los trabajos se obtiene de la siguiente manera: HS aw = HS bw + HSNEW aw

...(4.28)

donde: HSaw

espesor total de la capa después de los trabajos de refuerzo (mm)

HSbw

espesor total de la capa antes de los trabajos de refuerzo (mm)

HSNEWaw

espesor del refuerzo especificado por el usuario (mm)

El espesor del perfilado bituminoso subyacente anterior, después de los trabajos, se calcula usando la ecuación más atrás. n

Resistencia del firme

Los parámetros de la resistencia del firme se actualizan, para ser tomados en cuenta en los cambios netos de la resistencia del firme debido al refuerzo nuevo y a las fisuras subyacentes, si existen, de la siguiente manera:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-30

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS ο

D2 FIRMES BITUMINOSOS

El número estructural ajustado del firme en la estación seca se obtiene de: SNPdaw = MAX [1.5, (SNPdbw + 0.0394 * a sw * HSNEW aw - dSNPK )]

...(4.29)

donde:

ο

SNP daw

número estructural ajustado del firme en la estación seca después de los trabajos de refuerzo

SNP dbw

número estructural ajustado del firme en la estación seca antes de los trabajos de refuerzo

dSNPK

reducción del número estructural ajustado del firme debida a la fisuración

HSNEWaw

espesor del refuerzo (mm)

asw

coeficiente de la resistencia de la capa del refuerzo

El número estructural ajustado del firme en la estación húmeda (SNP waw ) y el número estructural ajustado promedio del firme (SNP aw) después de los trabajos se calculan, entonces, como se explicó en la sección 4.2.

El desvío del rayo Benkelman después de los trabajos se calcula usando la ecuación más atrás. n

Indicadores de los defectos de la construcción

Este indicador de los perfilados bituminosos CDS se reajusta a un valor especificado por el usuario. Si no se especifica, se asume una calidad de construcción buena, cuyo valor CDS se ajusta a 1,0. n

Deterioro de la capa del firme

Los trabajos de refuerzo reajustan los deterioros de la capa a cero y después de eso la condición del firme se considera nueva. n

Rodera

Los efectos del refuerzo sobre la rodera se especifican por el usuario. Si no se especifican, la profundidad media de la rodera se calcula de la siguiente forma: RDMaw = a0 * RDMbw

...(4.30)

donde:

n

RDMaw

profundidad media de la rodera después de los trabajos (mm)

RDMbw

profundidad media de la rodera antes de los trabajos (= RDMb) (mm )

a0

coeficiente definible por el usuario (predefinido = 0,15)

Regularidad

Los efectos del refuerzo sobre la regularidad se definen por el usuario. Si no se especifican, el valor de la regularidad después de los trabajos se calcula de la siguiente forma: Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-31

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

El valor de la regularidad al final del año se ajusta, para ser tomado en cuenta, en los trabajos preparatorios, de la siguiente manera: RI ap = RIb - MIN (∆RI t , a0 )

...(4.31)

donde: RIap

regularidad ajustada después del bacheo preparatorio (IRI m/km)

RIb

regularidad al final del año (IRI m/km)

∆RIt

reducción de la regularidad debida al bacheo (IRI m/km)

a0

coeficientes del modelo definibles por el usuario (predefinido = 4,6)

El valor de ∆RIt se calcula utilizando las ecuaciones 3.20 hasta 3.22 con ∆NPT w tomado como un igual para NPTbw (= NPTb), ya que todos los baches existentes deberían ser bacheados. La regularidad ajustada después de los trabajos preparatorios (RIap ) se usa entonces para calcular la regularidad final después del refuerzo (NDLI, 1995): RI aw = = a0 + a1 * MAX [0, (RI ap - a0 )] * MAX [0, (a2 - HSNEW aw )]

...(4.32)

donde:

n

RIaw

regularidad después del refuerzo (IRI m/km)

RIap

regularidad ajustada después de los trabajos preparatorios (IRI m/km)

HSNEWaw

espesor del refuerzo (mm)

a0 hasta a2

parámetros definibles por el usuario (predefinidos = 2,0 - 0,01 - 80, respectivamente)

Profundidad de la textura y coeficiente de rozamiento

Después del refuerzo, la profundidad de la textura y el coeficiente de rozamiento se reajustan a valores especificados por el usuario. Si no se especifican, la profundidad de la textura después de los trabajos (TDaw) se reajusta al valor predefinido de la profundidad inicial de la textura ofrecido en la Tabla ; el coeficiente de rozamiento después de los trabajos (SFCaw) se reajusta a 0,5 para todos los refuerzos. n

Fisuración previa

Las cantidades de fisuración previa (PCRA, PCRW, y PNCT) se reajustan usando las ecuaciones más atrás y más atrás. El factor de ponderación (w) de la fisuración, en el perfilado anterior, se calcula de la siguiente forma: ο

En bases de betún (AB), en firmes bituminosos (AP) y en bases granulares (GB): HSNEW bw  w = MAX  , 0.6  HSOLD aw 

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(4.33)

D2-32

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS ο

D2 FIRMES BITUMINOSOS

En bases estabilizadas (SB): HSNEW bw   w = MAX  , 0.6 HSOLD + HBASE ( )   aw

...(4.34)

donde:

w

peso usado para promediar la fisuración en las capas del perfilado viejas y nuevas

HBASE

espesor de la capa de la base del firme original (requerido, solamente, para tipos de base SB) (mm)

HSOLDaw

espesor del perfilado anterior después de los trabajos (mm)

HSNEWbw

espesor del perfilado más reciente antes de los trabajos (mm)

Edad del firme

La edad de rehabilitación (EDAD3), la edad del perfilado (EDAD 2), y la edad del tratamiento preventivo (EDAD1) se reajustan a cero después de los trabajos de refuerzo.

4.4

Fresado y reemplazo Esta operación conlleva la retirada, parcial o total, del perfilado bituminoso existente y el reemplazo por un perfilado bituminoso nuevo. Se realiza, generalmente, para corregir los defectos que ocurren, principalmente, por una calidad pobre de construcción y por la calidad del material bituminoso que puede ser rica o frágil, o para cumplir los niveles de una carretera que necesite cumplir con requisitos relacionados con drenajes, puentes u otras estructuras. Los trabajos de fresado y reemplazo, que son un tipo de trabajos de rehabilitación, se pueden definir de una de las siguientes formas: n

Opción 1: Programada

El fresado y reemplazo, con especificaciones fijas, se aplica independientemente que la edad de rehabilitación (EDAD) iguale o supere el intervalo de tiempo fijo especificado por el usuario. n

Opción 2: Condición de respuesta

El fresado y reemplazo, con especificaciones fijas, se aplica cuando se cumplen los niveles de criterio de intervención especificados por el usuario. Para ambas opciones los trabajos de fresado y reemplazo no se realizan si la edad de rehabilitación (EDAD) es menor que el intervalo mínimo aplicable, especificado por el usuario, o si el último año de aplicación se ha sobrepasado. Los trabajos de fresado y reemplazo se realizan siempre cuando la edad EDAD3 excede el intervalo máximo permitido especificado por el usuario. La siguiente información se requiere para especificar los trabajos de fresado y reemplazo: n

Espesor del nuevo perfilado

n

Coeficiente de resistencia de la capa

n

Material de la capa

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-33

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS n

Profundidad del fresado

n

Indicador de defectos de la construcción de firmes bituminosos

D2 FIRMES BITUMINOSOS

4.4.1 Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad de fresado y reemplazo se obtiene de: ...(4.35)

AMR = 1000 * CW

donde: AMR

área de la calzada fresada y reemplazada (m2/Km.)

CW

ancho de la calzada (m)

La cantidad total del trabajo de fresado y reemplazo (TAMR), en metros cuadrados, se obtiene del producto de AMR por la longitud del tramo (L), en kilómetros. El coste total del trabajo de fresado y reemplazo se obtiene multiplicando TAMR por el coste unitario por metro cuadrado, especificado por el usuario.

4.4.2 Efectos del fresado y reemplazo Los trabajos de fresado y reemplazo reajustan la estructura del firme de la siguiente manera: n

Tipo de firme

Después del fresado y reemplazo, el tipo de firme se reajusta como se detalla en la Tabla D2. y en la Tabla D2.. El material de la capa después de los trabajos se especifica por el usuario. Las siguientes condiciones determinan el tipo de actividad de fresado y reemplazo que se aplicará:

n

si

MILLD ≥ HS bw

entonces es un fresado y reemplazo de la base

si

MILLD < HS bw

entonces es un fresado y reemplazo de la capa intermedia

Espesor de la capa

El espesor total de la capa, después de los trabajos, se obtiene de la siguiente forma: HS aw = HS bw + HSNEW aw - MILLD

...(4.36)

donde: HSaw

espesor total de la capa después de los trabajos (mm)

HSbw

espesor total de la capa antes de los trabajos (mm)

HSNEWaw

espesor de la nueva capa especificado por el usuario(mm)

MILLD

profundidad del fresado (mm)

El espesor del perfilado bituminoso subyacente anterior, después de los trabajos, es: HSOLD aw = MAX(HSNEW bw + HSOLD bw - MILLD, 0)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(4.37)

D2-34

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

donde:

n

HSOLDaw

espesor del perfilado anterior después de los trabajos (mm)

HSNEWbw

espesor del perfilado más reciente antes de los trabajos (mm)

HSOLDbw

espesor total, en mm, de las capas subyacentes del perfilado anterior antes de los trabajos

Resistencia del firme

Los parámetros de la resistencia del firme se actualizan, para ser tomados en cuenta los cambios netos en la resistencia del firme, debidos al perfilado bituminoso nuevo y a la profundidad del fresado, de la siguiente manera: ο

Si MILLD ≤ HSNEW bw , entonces el número estructural ajustado del firme en la estación seca se obtiene de: SNPdaw = MAX[1.5, (SNP dbw - 0.0394 * a hsn * MILLD + 0.0394 * a sw * HSNEW aw )]

...(4.38) ο

Si HSNEW bw < MILLD ≤ HS bw , entonces el número estructural ajustado del firme en la estación seca se obtiene de:  SNPdbw - 0.0394 * a hsn * HSNEW bw + 0.0394 * a sw   SNPdaw = MAX1.5,    * HSNEW aw − 0.0394 * a hso * (MILLD - HSNEW bw ) 

...(4.39) ο

Si MILLD > HS bw , entonces el número estructural ajustado del firme en la estación seca se obtiene de:  SNP dbw - 0.0394 * a hsn * HSNEW bw − 0.0394 * a hso * HSOLD bw  SNPdaw = MAX1.5,    − 0.0394 * a b * (MILLD - HS bw ) + a sw * HSNEW aw 

...(4.40) donde: SNP daw

número estructural ajustado del firme en la estación seca después de los trabajos

SNP dbw

número estructural ajustado del firme en la estación seca antes de los trabajos

ahsn

coeficiente de resistencia del perfilado más reciente antes de los trabajos coeficiente de resistencia del perfilado anterior antes de los trabajos

ahso asw ab

coeficiente de resistencia del perfilado anterior después de los trabajos coeficiente de resistencia de la capa de la base

El número estructural ajustado del firme en la estación húmeda (SNP waw ) y el promedio anual del número estructural ajustado del firme (SNP aw) después de los trabajos se calculan utilizando el mismo procedimiento que se explicó en la sección 4.2. El desvío del rayo Benkelman, después de los trabajos, se calcula con la ecuación más atrás.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-35

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS n

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Indicadores de los defectos de la construcción

Este indicador, en perfilados bituminosos (CDS), se reajusta a un valor especificado por el usuario. Si no se especifica, se asume una calidad de construcción buena con un valor CDS ajustado a 1,0. n

Deterioros de la capa del firme

Los trabajos de fresado y reemplazo reajustan los deterioros de la capa a cero, después de esto, se asume que la condición del firme se considera nueva. n

Rodera

El fresado y reemplazo reajusta, por defecto, la rodera a cero a no ser que se especifique, por el usuario, un valor diferente. n

Regularidad

Los efectos del fresado y reemplazo sobre la regularidad se especifican por el usuario. Si no están especificados se utilizaran los siguientes valores predefinidos:

n

Para superficies tipo AM

RIaw =

2,0 (IRI m/km)

Para superficies tipo ST

RIaw =

2,8 (IRI m/km)

Profundidad de la textura y coeficiente de rozamiento

Después del fresado y reemplazo, la profundidad de la textura y el coeficiente de rozamiento se reajustan a valores especificados por el usuario. Si no están especificados, la profundidad de la textura después de los trabajos (TDaw) se reajusta al valor predefinido de profundidad de textura inicial ofrecido en la Tabla ; el coeficiente de rozamiento, después de los trabajos (SFCaw) se reajusta a los siguientes valores predefinidos: Para capas tipo AM, SFCaw = 0.5 Para capas tipo ST, n

SFCaw = 0.6

Fisuración previa

Las cantidades de fisuración previa (PCRA, PCRW, y PNCT) se ajustan como sigue: Si MILLD < HSNEW bw , entonces las cantidades de fisuración previa se reajustan: si CRAi bw ≥ PCRi bw ...(4.41)

PCRi aw = wf * CRAi bw

si CRAi bw < PCRi bw PCRi aw = wf * CRAi bw + (1 − w ) * PCRi bw

...(4.42)

  MILLD wf = w * 1 -   HSNEW bw

...(4.43)

  

La ponderación (w) de la fisuración en el perfilado anterior se calcula de la siguiente manera: ο

En bases bituminosas (AB), en firmes bituminosos (AP) y en bases granulares (GB)  HSNEW bw  w = MAX , 0.6 HSOLD   aw

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(4.44)

D2-36

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS ο

D2 FIRMES BITUMINOSOS

En bases estabilizadas (SB) HSNEW bw   w = MAX  , 0.6 + ( HSOLD HBASE )   aw

...(4.45)

si MILLD ≥ HSNEW bw entonces: PCRi aw = wg * PCRi bw

...(4.46)

 HS bw − MILLD  wg = MAX 0, HSOLD bw  

...(4.47)

La ecuación más atrás asume que si MILLD = HSbw cualquier fisuración, en la base, se rectificará antes del perfilado. Todos los parámetros usados en las ecuaciones más atrás hasta la más atrás se definieron previamente en el resellado y en el refuerzo. n

Edad del firme

La edad de rehabilitación/refuerzo (EDAD3), la edad del perfilado (EDAD2) y la edad del tratamiento preventivo (EDAD1) se reajustan a cero después de los trabajos de fresado y reemplazo.

4.5

Incrustación La incrustación es una actividad de trabajo especial, considerada como rehabilitación que se aplica, normalmente, para el tratamiento de la rodera a lo largo de las rodadas y que conlleva algún fresado de las capas del firme existente. Por lo tanto, no está programada, aunque si definida, como un trabajo de condición de respuesta en el que se aplica una incrustación de especificaciones fijas cuando el nivel de deterioro del firme excede los valores especificados por el usuario. La incrustación no se realiza, si se ha sobrepasado el último año de aplicación especificado por el usuario o la regularidad máxima aplicable. Para definir un trabajo de incrustación, se deberán especificar el porcentaje del área total de la calzada, que deberá ser reparada, y el factor de calidad de la construcción.

4.5.1 Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad de incrustación se obtiene por: AINLY = 10 * Pin * CW

...(4.48)

donde: AINLY

área de incrustación (m2/Km.)

Pin

área a ser reparada (% del área total de la calzada) (0 < Pin < 100)

Es probable que el bacheo, el sellado de fisuras y la reparación del borde se lleven a cabo junto a los trabajos de incrustación. La lógica de la modelización asume, por lo tanto, que primero se realizará la incrustación y entonces, el bacheo y el sellado de fisuras, repararán las

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-37

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

áreas con baches y fisuras que puedan haber quedado. Las cantidades de bacheo, sellado de fisuras y reparación del borde, que se pueden realizar, se calculan de la siguiente manera: n

Bacheo Pin   APAT = 10 * CW * ∆ACW pat + APOT b * 1    100  

...(4.49)

   Pin    , 0  ∆ACW pat = MAX  0.1 * (ACWb − 20 ) * 1 −    100  

...(4.50)

donde:

n

APAT

área de bacheo (m2/Km.)

∆ACWpat

área de fisuración estructural ancha tratada con bacheo (% del área total de la calzada)

Sellado de fisuras

Se asume que el sellado de fisuras repara el área total restante con fisuración termal transversal o estructural total, de la siguiente forma:  ACSL = 10 * CW * Pacw * ACWbcs + Pact * ACTb 

 Pin   * 1  100 

Pin  ACW bcs = ACWb -  ∆ACW pat + ACWb * 1    100 

...(4.51)

...(4.52)

donde:

n

ACSL

área sellada (m2/Km.)

P acw

proporción de la fisuración estructural ancha que debe ser sellada (predefinido = 1,0)

P act

proporción de la fisuración termal transversal que debe ser sellada (predefinido = 1,0)

Reparación del borde

La cantidad de reparación del borde se calcula usando la ecuación más atrás. La cantidad total de incrustación (TAINLY), en metros cuadrados, se obtiene del producto de AINLY por la longitud del tramo (L), en kilómetros. El coste de incrustación se obtiene multiplicando TAINLY por el coste unitario por metro cuadrado, definido por el usuario. Las áreas adicionales y los costes del bacheo, del sellado de fisuras y de la reparación del borde, se presentan, separadamente, como bacheo, sellado de fisuras y reparación del borde, respectivamente..

4.5.2 Efectos de la incrustación La incrustación no altera el tipo de pavimento ni el espesor de la capa por lo que se asume que se utilizará el mismo material de la capa del firme existente en los trabajos de incrustación. Para que pueda ser tenido en cuenta en la resistencia neta del firme debido a la conservación, el número estructural del firme en la estación seca se actualiza de la siguiente forma:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-38

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

SNPdaw = MAX (1.5, SNP dbw )

...(4.53)

donde: SNP daw

número estructural ajustado del firme en la estación seca después de los trabajos

SNP dbw

número estructural ajustado del firme en la estación seca antes de los trabajos

El número estructural ajustado del firme en la estación húmeda (SNP waw ) y el promedio anual del número estructural ajustado del firme (SNP aw) después de los trabajos, se calcula como se explicó en la sección 4.2 en los trabajos de resellado. El desvío del rayo Benkelman después de los trabajos se calcula usando la ecuación más atrás. n

Indicadores de los defectos de la construcción

Este indicador en los perfilados bituminosos (CDS) se reajusta a un valor especificado por el usuario. Si no se especifica, se asume una calidad de construcción buena, cuyo valor CDS es 1,0. n

Deterioros de la capa del firme

Después de los trabajos de incrustación, los deterioros de la capa se reajustan como sigue: ο

Las áreas con baches se reajustan a cero, (es decir, NPTaw = 0), debido al bacheo adicional que se asume que se realizará durante los trabajos de incrustación.

ο

La fisuración se reajusta como sigue: ACW aw = MAX {[ ACW b - (∆ACW inlay + ∆ ACW pat + ∆ACW cs )] , 0}

...(4.54)

Pin  ∆ACWinlay = ACWb * 1   100 

...(4.55)

∆ACW cs = Pacw * [ACWb - (∆ACW inlay + ∆ACW pat )]

...(4.56)

ACA aw = ACA b - (ACWb - ACWaw )

...(4.57)

ACTaw = Pact * ACTb

...(4.58)

donde los parámetros Pacw y Pact se definen en la ecuación más atrás. Las cantidades de fisuración indexada (ACXaw) y el área total de fisuración (ACRAaw) se reajustan después de los trabajos de incrustación usando las ecuaciones más atrás y más atrás, respectivamente. ο

El desprendimiento se reajusta como sigue: Pin  ARV aw = ARV b * 1   100 

...(4.59)

donde: ARVaw

área de desprendimiento después de los trabajos (% del área total de la calzada)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-39

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

ARVbw ο

n

D2 FIRMES BITUMINOSOS

área de desprendimiento antes de los trabajos (= ARVb) (% del área total de la calzada)

La rotura del borde se reajusta a cero (es decir, AVEBaw = 0), debido a los trabajos de reparación del borde que se asume que serán realizados durante los trabajos de incrustación.

Rodera

Los efectos de la incrustación sobre la rodera se especifican por el usuario. Si no se especifican, la profundidad media de la rodera se calcula de la siguiente forma: RDMaw = a0 * RDMbw

...(4.60)

donde:

n

RDMaw

profundidad media de la rodera después de los trabajos (mm)

RDMbw

profundidad media de la rodera antes de los trabajos (= RDMb) (mm)

a0

coeficiente definible por el usuario (predefinido = 0,15)

Regularidad

La incrustación reduce la regularidad tratando la rodera, el área total de baches, la fisuración termal transversal y la estructural ancha. El efecto de la incrustación sobre la regularidad se especifica por el usuario. Si no se especifica los valores de la regularidad se calculan de la siguiente forma: RI aw = MAX[a0, RI bw - a1 * ∆RDS w - ∆RI t - a2 * (∆CRX w + ∆ACT w )]

...(4.61)

donde: RIaw

regularidad después de la incrustación (IRI m/km)

RIbw

regularidad antes de la incrustación (= RIb) (IRI m/km)

∆RDSw

reducción en la desviación estándar de la profundidad de la rodera debida a los trabajos de incrustación (mm) (=DSbw – RDSaw, donde RDSaw se calcula usando RDMaw)

∆RIt

reducción de la regularidad debida al bacheo (IRI m/km)

∆CRXw

reducción de la cantidad de fisuración indexada debida a los trabajos de incrustación (= ACXb - ACXaw)

a0 hasta a2

parámetros definibles por el usuario (predefinidos = 2,8 – 0,088 y 0,0066 respectivamente)

El valor de ∆RIt se calcula usando las ecuaciones 3.20 a la 3.22 con ∆NPT w tomado como igual para NPTbw (= NPTb), ya que todos los baches existentes deberían ser bacheados. n

Profundidad de la textura y coeficiente de rozamiento

La incrustación reajusta la profundidad de la textura y el coeficiente de rozamiento de la misma forma que se describió para fresado y reemplazo en la sección 4.3.2. n

Fisuración previa

Las cantidades de fisuración previa (PCRA, PCRW, y PNCT) se reajustan de la siguiente forma:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-40

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Pin  PCRi aw = 1  * PCRi bw 100  

...(4.62)

donde:

n

PCRiaw

cantidad del tipo de fisuración previa i (i = fisuración estructural total, ancha o termal transversal) después de los trabajos de incrustación.

PCRibw

cantidad del tipo de fisuración previa i antes de los trabajos de incrustación.

Edad del firme

La edad del perfilado después de la incrustación se reajusta como sigue: Pin  AGEi aw = 1  * AGEi bw  100 

...(4.63)

donde:

4.6

AGEiaw

tipo de EDAD i (i = 1, 2 o 3) después de los trabajos de incrustación (años). Este valor se debería ajustar como un entero.

AGEibw

tipo de EDAD i antes de los trabajos de incrustación (años).

Reconstrucción La reconstrucción del firme tiene relación con todos los trabajos que requieren la especificación de los tipos de perfilado y base. Se puede especificar como un estándar de mantenimiento o de mejora, si los trabajos conllevan ensanchado menor de la calzada. Nota: el último se permite, solamente, por motivos de conveniencia en la lógica de modelización como se explicó en la sección 6.1. La reconstrucción se puede especificar de una de las siguientes formas: n

Opción 1: Programada

Un trabajo de reconstrucción, con especificaciones fijas, se puede realizar aunque la edad de la construcción (EDAD4) iguale o exceda la edad máxima permitida especificada por el usuario. n

Opción 2: De respuesta

Un trabajo de reconstrucción, con especificaciones fijas, se aplica cuando se cumplen los niveles de criterio de intervención especificados por el usuario, basados en la condición del firme y en la carga del tráfico. No se realiza reconstrucción si se ha excedido del último año de aplicación. En ambas opciones, no se realiza reconstrucción si: La EDAD4 es menor que el intervalo mínimo de reconstrucción Si las edades EDAD1, EDAD2 y EDAD3 son menores que los respectivos intervalos mínimos Si es el año de inicio de la construcción

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-41

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

La reconstrucción se realiza siempre, si la EDAD4 excede del intervalo máximo permitido de reconstrucción, si ha sido especificada por el usuario. En todos los casos, no se realiza la reconstrucción si se ha sobrepasado el último año de aplicación. La reconstrucción, como un estándar de conservación, se especifica de la siguiente forma: n

Tipo del nuevo firme

n

Material de la capa

n

Espesor del perfilado

n

Número estructural del firme (SN) de las capas superiores a la explanada

n

Compactación relativa

n

Indicadores de los defectos de la construcción

En las bases estabilizadas se requieren también el espesor de la base y el módulo resilente.

4.6.1 Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad de la reconstrucción del firme se obtiene de: ...(4.64)

ARCON = 1000 * CW

donde: ARCON

área reconstruida de la carretera (m2/Km.)

CW

ancho de la calzada (m)

El área total reconstruida se obtiene de: ...(4.65)

TARCON = ARCON * L

donde: TARCON

área total de la calzada reconstruida (m2)

L

longitud del tramo (m)

El coste total de la reconstrucción del tramo completo de la carretera, se obtiene del producto de TARCON por el coste unitario por metro cuadrado, o del producto de la longitud del tramo (L) por el coste unitario por kilómetro.

4.6.2 Efectos de la reconstrucción Después de la reconstrucción el tipo de firme se reajusta a uno nuevo especificado por el usuario. Se permiten todos los tipos de firmes bituminosos, excepto STAP y AMAP. Los parámetros de modelización requeridos del perfilado y las capas de la base y la súbase se reajustan de la siguiente forma: n

Resistencia del firme

El número estructural ajustado del firme, en la estación seca, se calcula de la siguiente forma: SNPdaw = SN new + SNSG s

...(4.66)

SNSG s = 3.51 * log10 CBR - 0.85 * (log10CBR ) − 1.43 2

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(4.67)

D2-42

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

donde: SNP daw

número estructural ajustado del firme en la estación seca después de la reconstrucción

SNnew

nuevo número estructural del firme, en la estación seca, especificado por el usuario para las capas superiores a la explanada. Este valor se puede obtener por la suma SNBASU y SNSUBA como se describe en el capítulo C2

CBR

explanada CBR, in situ, en la estación seca. SNSGs es igual SNSUBGs (ver capítulo C2) asumiendo un espesor de la sub-base de aproximadamente 183 mm

El desvío del rayo Benkelman, después de la reconstrucción, se obtiene de: DEFaw = a0 * (SNPaw )

− 1.6

...(4.68)

donde:

n

SNP aw

número estructural ajustado del firme después de los trabajos de reconstrucción

DEFaw

desvío del rayo Benkelman, después de los trabajos de reconstrucción

a0

coeficiente dependiente del tipo de la base (a0 = 6,5 para GB, AB y AP; a0 = 3,5 para tipo de base SB)

Calidad de la construcción

Los indicadores de los defectos de la construcción de los perfilados bituminosos (CDS) y de la base (CDB), se reajustan a valores especificados por el usuario. Si no se especifica, se asume una calidad de la construcción buena con un valor CDS ajustado a 1,0 y un valor CDB ajustado a 0. n

Deterioros de la capa del firme

Estos deterioros, como rotura del borde, área con baches, fisuración y desprendimiento, se reajustan a cero. n

Rodada

Después de la reconstrucción, la profundidad media de la rodada se reajusta a cero. n

Regularidad

La reconstrucción del firme reajusta la regularidad a un valor especificado por el usuario. La regularidad después de los trabajos depende de la calidad de la construcción. Los siguientes valores se utilizan como predefinidos: Para tipos de capa AM, RIaw = 2,0 (IRI m/km) Para tipos de capa ST, RIaw = 2,8 (IRI m/km) n

Profundidad de la textura y coeficiente de rozamiento

La reconstrucción reajusta la profundidad de la textura y el coeficiente de rozamiento, de la misma forma que se explicó en el fresado y reemplazo de la sección 4.4.2.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-43

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS n

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Fisuración previa

El área de fisuración previa (PCRA, PCRW, y PNCT) se reajusta a cero.. n

Factores de deterioro de la carretera

El tiempo de demora de la fisuración, el factor de demora del desprendimiento y otros factores de deterioro se reajustan, también, a valores especificados por el usuario. n

Edad del firme

Las edades del firme EDAD1, EDAD2, EDAD3 y EDAD4 se reajustan también a cero.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-44

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

5

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Trabajos especiales Los efectos de los siguientes trabajos especiales sobre el rendimiento del firme no están modelizados internamente y, por lo tanto, se consideran, solamente, sus costes en el análisis: n

Trabajos de emergencia

Por ejemplo, reparación y limpieza de socavones, limpieza de escombros, retirada de accidentes de tráfico, etc. n

Conservación de invierno

Estos tipos de trabajo se programan en unos intervalos de tiempo fijos (mínimo de un año) y se realizan sobre una base anual. Si se especifican, las actividades de estos trabajos se aplican en el año analizado, independientemente de la jerarquía de los mismos, como se explicó en la Tabla D2.1. Los costes unitarios se especifican en términos de moneda por kilómetro por año y sus costes anuales se obtienen multiplicando la longitud del tramo (L) por el coste unitario.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-45

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

6

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Trabajos de mejora Los trabajos de mejora persiguen proveer capacidades adicionales e incluyen lo siguiente: n

Ensanchado parcial

n

Adición de carril

n

Mejora del trazado

n

Trabajos de mejora fuera de la calzada

Por ejemplo, mejoras o adición de arcenes, carriles de TNM y drenajes laterales. Aunque no es un trabajo de mejora, la reconstrucción que conlleva ensanchado menor de la calzada se modeliza utilizando el marco lógico de trabajos de mejora.

6.1

Reconstrucción con ensanchado menor La reconstrucción del firme con ensanchado menor (ver las notas ofrecidas en la sección 4.6) se puede especificar de una de las siguientes formas: n

Opción 1: Programada

Una reconstrucción con especificaciones fijas se realiza en un tiempo específico, definido por el año calendario. n

Opción 2: De respuesta

Una reconstrucción con unas especificaciones fijas se aplica cuando se cumplen los niveles del criterio de intervención, especificados por el usuario, basados en la condición del firme y en la carga del tráfico. La reconstrucción no se realiza si se ha sobrepasado el último año de aplicación. Los trabajos de reconstrucción se especifican usando lo siguiente: n

Nuevo tipo del firme

n

Material de la capa

n

Espesor del perfilado

n

Número estructural del firme (SNnew ) de las capas superiores de la explanada

n

Compactación relativa

n

Aumento del ancho de la calzada

n

Indicadores de los defectos de la construcción

n

En las bases estabilizadas se requieren también el espesor de la base y el modulo resilente

6.1.1 Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad de la reconstrucción del firme se obtiene de: ARCON = 1000 * CW aw

...(6.1)

donde:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-46

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

ARCON

área reconstruida de la carretera (m2/Km.)

CWaw

nuevo ancho de la carretera después de los trabajos de reconstrucción (m)

El área total reconstruida se obtiene de: TARCON = ARCON * L

...(6.2)

donde: TARCON

total del área de la calzada reconstruida (m2)

L

longitud del tramo de la carretera (Km.)

El coste total (CSTCON) de la reconstrucción del tramo entero de la carretera se obtiene del producto de TARCON por el coste unitario, por metro cuadrado, o del producto de la longitud del tramo por el coste unitario por kilómetro. El valor remanente se obtiene de: SALVA = PCTSAV * CSTCON

...(6.3)

donde: SALVA

valor remanente de los trabajos (moneda)

PCTSAV

porcentaje del coste total del remanente (%)

6.1.2 Efectos de la reconstrucción Después de la reconstrucción, el tipo de pavimento, la resistencia, la condición, la edad, los factores de deterioro y los indicadores de la calidad de la construcción se describen en la sección 4.6.2. Además, el nuevo ancho de la calzada después de la reconstrucción con ensanchado menor se obtiene de: CWaw = CWbw + ∆CW

...(6.4)

donde: CWaw

ancho de la calzada después de los trabajos de reconstrucción (m)

CWbw

ancho de la calzada antes de los trabajos de reconstrucción (m)

∆CW

aumento del ancho de la calzada especificado por el usuario (m)

El número efectivo de carriles después de los trabajos se reajusta al valor nuevo ELANESaw, que debería ser entrado por el usuario. Si no se especifica, ELANESaw se reajustará al valor de NLANES (es decir, al número de carriles del tramo de la carretera) ver parte B sección 5.2.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-47

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

6.2

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Ensanchado Hay dos operaciones incluidas dentro del ensanchado, la adición de carril y el ensanchado parcial. La mayor diferencia entre ambas es que en el ensanchado parcial no aumenta el número de carriles. Las dos operaciones de ensanchado no alteran el alineado de la carretera. Los trabajos de ensanchado se pueden especificar en una de las siguientes formas: n

Opción 1: Programada

Un trabajo de ensanchado con especificaciones fijas se aplica en un tiempo especificado definido por un año calendario. n

Opción 2: De respuesta

Un trabajo de ensanchado con especificaciones fijas se aplica cuando se cumplen los niveles del criterio de intervención, especificados por el usuario, basados en los parámetros de los efectos sobre los usuarios de la carretera. El ensanchado no se realiza si se ha sobrepasado el último año de aplicación. La siguiente información se requiere para especificar un trabajo de ensanchado: n

Tipo de la nueva carretera

n

Clase de carretera

n

Aumento del ancho de la calzada por ensanchado parcial

n

Número adicional de carriles y aumento del ancho de la calzada por adición de carril

n

Tipo de firme del tramo completo

n

Detalles del firme del área de la calzada ensanchada

n

Indicadores de la calidad de la construcción

n

Si se proveerá o no un nuevo perfilado a la calzada existente

6.2.1 Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad de trabajo de ensanchado se obtiene de: AWDN = 1000 * ∆ CW

...(6.5)

donde: AWDN

área ensanchada de la calzada (m2/Km.)

∆CW

aumento en el ancho de la calzada(m)

El área total del ensanchado sobre el tramo completo se obtiene por la expresión: TAWDN = AWDN * L

...(6.6)

donde: TAWDN

área total ensanchada de la calzada del tramo completo (m2)

L

longitud del tramo (Km.)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-48

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

El coste del ensanchado (CSTWDN) se obtiene del producto de TAWDN por el coste unitario, por metro cuadrado, o del producto de la longitud del tramo por el coste unitario por kilómetro. El valor remanente se obtiene de: SALVA = PCTSAV * CSTWDN

...(6.7)

donde: SALVA

Valor remante de los trabajos (moneda)

PCTSAV

Porcentaje del coste total del remanente (%)

Trabajos adicionales Es probable que los trabajos de ensanchado incluyan renovación superficial, o por lo menos, reparen las áreas con severos deterioros de la calzada existente. Los trabajos adicionales, que pueden ser requeridos, se modelizan como se describe a continuación.. Caso1: renovación superficial de la calzada existente Si a la calzada existente se le aplica una renovación superficial, bien sea a través de un refuerzo o de un resellado, determinada como un nuevo firme después de los trabajos y definidos por el usuario, la cantidad del trabajo de renovación superficial, del tramo completo de la carretera, se obtiene de: TANSF = 1000 * CWbw * L

...(6.8)

donde: TANSF

área total de la calzada con renovación superficial (m2)

L

longitud del tramo (Km.)

n

Aplicación de un refuerzo sobre la calzada existente

TANSF debería ser indicado como TAOVL, y el total del coste del refuerzo se obtiene del producto de TAOVL por el coste unitario del refuerzo por metro cuadrado. Antes de que se realice el refuerzo, es necesario llevar a cabo algunos trabajos preparatorios. Las cantidades de estos trabajos realizados en el tramo completo de la carretera se calculan de la siguiente forma: ο

Bacheo TAPAT = 10 * CWbw * APOT b * L

...(6.9)

donde: TAPAT

área total del bacheo preparatorio (m2)

El coste total del bacheo preparatorio se obtiene del producto de TAPAT por el coste unitario del bacheo por metro cuadrado.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-49

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS ο

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Reparación del borde TAVER = 10 * CWbw * AVEB b * L

...(6.10)

donde: TAVER

área total de reparación del borde (m2)

AVEBbw

área de rotura del borde antes de los trabajos de ensanchado (= AVEBb) (% total del área de la calzada)

El coste total de la reparación del borde se obtiene del producto de TAVER por el coste unitario de la reparación del borde por metro cuadrado. n

Resellado de la calzada existente

ANSF sería indicado por TARSF, y el coste total del resellado se obtiene del producto de TARSF por el coste unitario del resellado por metro cuadrado.

Antes de que se aplique el resellado, la cantidad de trabajos preparatorios que puede ser requerida para el tramo completo se calcula como sigue: ο

Bacheo TAPAT = 10 * CWbw * L * {MAX[0.1 * (ACWb - 20 ), 0] + APOTb}

...(6.11)

donde:

TAPAT

área total de bacheo preparatorio (m2)

Todos los demás parámetros han sido definidos previamente. El coste total del bacheo preparatorio se obtiene del producto de TAPAT por el coste unitario de bacheo por metro cuadrado. ο

Sellado de fisuras

Se asume que se sella el 100% de la fisuración termal transversal, y la cantidad de sellado de fisuras realizado se obtiene de TACSL = 10 * CWbw * ACTbw * L

...(6.12)

donde: TACSL

área total de sellado de fisuras (m2)

ACT bw

área de fisuración termal transversal antes de los trabajos de ensanchado (= ACT b) (% total del área de la calzada)

El coste total del sellado de fisuras se obtiene multiplicando TACSL por el coste unitario del sellado de fisuras por metro cuadrado.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-50

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS ο

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Reparación del borde

El área total de reparación del borde se calcula usando la ecuación más atrás. El coste total de la reparación del borde se obtiene del producto de TAVER por el coste unitario de la reparación del borde por metro cuadrado. Caso 2: no-renovación superficial de la calzada existente Si no se aplica renovación superficial a la calzada existente, se asume que las siguientes cantidades de bacheo, sellado de fisuras y reparación del borde se realizarán junto a los trabajos de ensanchado: n

Bacheo

Asumiendo que se ha bacheado el 100% del área con severos deterioros, la cantidad de bacheo se calcula de la siguiente forma : TAPAT = 10 * CWbw * L * ADAMS bw

...(6.13)

donde:

n

TAPAT

Área total de la calzaba bacheada (m2)

ADAMSbw

Área de la calzada con severos deterioros antes de los trabajos de ensanchado (= ADAMSb) (% total del área de la calzada)

Sellado de fisuras

La cantidad total de sellado de fisuras se calcula usando la ecuación más atrás. n

Reparación del borde

Asumiendo que toda el área con rotura de bordes se repara, la cantidad de trabajos de reparación del borde se obtiene de la ecuación más atrás. El coste total de los trabajos de ensanchado es la suma del coste del ensanchado de la calzada más el coste de los trabajos adicionales que comprenden el tratamiento superficial de la misma y los trabajos preparatorios. La cantidad y el coste de los trabajos de tratamiento superficial se presentan separadamente bajo resellado o refuerzo. Similarmente, las cantidades y los costes del bacheo, del sellado de fisuras y de la reparación de los bordes se presentan separadamente como bacheo, sellado de fisuras y reparación de los bordes, respectivamente. En el análisis económico se asume que se incurrirá, en el coste de todos estos trabajos adicionales, durante el último año de la construcción

6.2.2 Efectos del ensanchado Después del ensanchado, el tipo de firme se reajusta a uno nuevo especificado por el usuario. Los parámetros de modelización requeridos se reajustan también a valores especificados por el usuario o calculados internamente, como se explica a continuación: n

Ensanchado de la calzada

El nuevo ancho de la calzada, después de los trabajos de ensanchado: CWaw = CWbw + ∆CW

...(6.14)

donde:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-51

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

CWaw

ancho de la calzada después de los trabajos de ensanchado (m)

CWbw

ancho de la calzada antes de los trabajos de ensanchado (m)

∆CW

aumento del ancho de la calzada (m)

En el ensanchado parcial, el aumento del ancho de la calzada (∆CW) se especifica directamente por el usuario. En la adicción de carril, el aumento del ancho de la calzada se especifica por el usuario, y si no es el caso, el aumento se obtiene de: ∆CW =

ADDLN * CWbw

...(6.15)

NLANES bw

donde: ADDLN

número adicional de carriles, entrado por el usuario

NLANESbw

número de carriles antes de los trabajos de ensanchado

En la adición de carriles, el número de carriles después del ensanchado (NLANESaw) es igual al número de carriles después del ensanchado(NLANESbw) más el número de carriles adicionales especificado por el usuario (ADDLN). El número efectivo de carriles, después de los trabajos, se reajusta al nuevo valor ELANESaw, el cual debería de ser entrado por el usuario. Si no es el caso, ELANESaw se reajustará al valor de NLANESaw (es decir, al número de carriles por tramo de carretera después del ensanchado) ver parte B sección 5.2. n

Espesor de las capas del perfilado ο

Caso 1: Tratamiento superficial de la calzada existente

Si se le aplica tratamiento superficial a la calzada existente, el espesor del nuevo perfilado después de los trabajos de ensanchado, se obtiene de lo siguiente: HSNEW aw =

(CWbw * HRESF + ∆CW * HSNEW ww ) CWaw

...(6.16)

donde: HSNEWaw

espesor del nuevo perfilado después de los trabajos de ensanchado (mm)

HSNEWww

espesor del perfilado de la parte ensanchada de la calzada (mm)

HRESF

espesor, especificado por el usuario, de la capa tratada de una calzada existente (mm)

El espesor del perfilado anterior, después del ensanchado, se obtiene de: HSOLD aw =

(CWbw * HS bw ) CWaw

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(6.17)

D2-52

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

donde:

ο

HSOLDaw

espesor del perfilado anterior después de los trabajos de ensanchado (mm)

HSbw

espesor total del perfilado de la calzada existente antes de los trabajos de ensanchado (mm)

Caso 2: no-tratamiento superficial de la calzada existente

Si no se aplica tratamiento superficial a la calzada existente, el espesor del nuevo perfilado, después de los trabajos de ensanchado, se obtiene de: HSNEW aw =

(CWbw * HSNEW bw + ∆CW * HSNEW ww ) CW aw

...(6.18)

donde: HSNEWaw

espesor del nuevo perfilado después de los trabajos de ensanchado (mm)

HSNEWbw

espesor del nuevo perfilado después de los trabajos de ensanchado (mm)

HSNEWww

espesor del perfilado de la parte de la calzada ensanchada (mm)

El espesor del perfilado anterior, después del ensanchado, se obtiene de: HSOLD aw =

(CWbw * HSOLD bw ) CWaw

...(6.19)

donde:

n

HSOLDaw

espesor del perfilado anterior después de los trabajos de ensanchado (mm)

HSOLDbw

espesor del perfilado anterior antes de los trabajos de ensanchado (mm)

Resistencia del firme

El número estructural ajustado del firme en la estación seca se reajusta con el promedio ponderado de la calzada existente y de la parte ensanchada de la misma, de la siguiente manera: SNPdaw = SNPdexcw * SNP dww

  (CWbw + ∆CW ) *   (CWbw * [SNPdww ] 5 + ∆ CW * [SNP dexcw ] 5 )

0. 2

...(6.20) SNPdww = SN dww + SNSG s ο

...(6.21)

Si la calzada existente va a sufrir tratamiento superficial SNPdexcw = MAX[1.5, (SNPdbw + 0.0394 * a resf * HRESF - dSNPK )]

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(6.22)

D2-53

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS ο

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Si la calzada existente no va a sufrir tratamiento superficial SNPdexcw = MAX[1.5, (SNPdbw - dSNPK )]

...(6.23)

donde: SNP daw

número estructural ajustado del firme en la estación seca después de los trabajos de ensanchado

SNP dbw

número estructural ajustado del firme en la estación seca antes de los trabajos de ensanchado

SNP dww

número estructural ajustado del firme de la parte ensanchada de la calzada

SNdww

número estructural del firme, especificado por el usuario (de las capas superiores de la explanada) de la parte ensanchada de la calzada. Esto se puede calcular de una forma similar a la descrita para SNnew en la ecuación más atrás.

SNSGs

aportación de la explanada al número estructural del firme, calculado usando la ecuación más atrás.

dSNPK

reducción del número estructural del firme debida a la fisuración

aresf

coeficiente de resistencia de la capa tratada de la calzada existente

Todos los demás parámetros han sido definidos previamente. El desvío del rayo Benkelman, después de los trabajos de ensanchado, se obtiene:  SNP aw  DEFaw = DEFbw *    SNPbw 

− 1.6

...(6.24)

donde:

n

DEFaw

desvío del rayo Benkelman después de los trabajos (mm)

DEFbw

desvío del rayo Benkelman antes de los trabajos (mm)

SNP aw

número estructural ajustado del firme después de los trabajos

SNP bw

número estructural ajustado del firme antes de los trabajos

Material de la capa

Si la calzada existente va a ser tratada superficialmente, el material de la capa después de los trabajos se reajusta al especificado para los trabajos de ensanchado. Esto se basa en la admisión de que el mismo material de la capa se usará para el tratamiento superficial. Si la calzada existente no va a ser tratada superficialmente, el material de la capa, después de los trabajos, se reajusta de la siguiente manera: Si

CWbw es mayor que ∆CW, el material de la capa después de los trabajos de ensanchado se reajusta al de la calzada existente.

Si no

el material de la capa, después de los trabajos de ensanchado, se reajusta al de la parte ensanchada de la calzada.

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D2-54

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS n

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Calidad de la construcción

Los indicadores de los defectos de la construcción de los perfilados bituminosos (CDS) y el de la base (CDB) se reajustan, al promedio ponderado calculado de la siguiente manera:  (CDi bw * CWbw + CDi ww * ∆CW )  CDi aw =   CWaw  

...(6.25)

donde:

n

CDiaw

indicador del defecto de la construcción i (i=CDS o CDB) después del ensanchado

CDibw

indicador del defecto de la construcción i antes de los trabajos de ensanchado

CDiww

indicador del defecto de la construcción i especificado para los trabajos de ensanchado

Deterioros de la capa del firme

Si la calzada existente va a ser tratada superficialmente, las cantidades de todos los deterioros de la capa, después de los trabajos de ensanchado, se reajustan a cero. Si no va a ser tratada superficialmente, las áreas de rotura del borde, de áreas con baches , la fisuración termal transversal, la fisuración estructural ancha y el desprendimiento del árido, después de los trabajos de fisuración, se reajustan todos a cero. El área de fisuración estructural y el área total de fisuración se calculan de la siguiente forma:  (ACA b - ACWb ) * CWbw  ACA aw =   CWaw  

...(6.26)

ACRA aw = ACA aw

...(6.27)

donde:

n

ACAaw

área de fisuración estructural total, después de los trabajos de ensanchado (% total del área de la calzada)

ACRAaw

área total de fisuración, después de los trabajos de ensanchado (% total del área de la calzada)

Rodera

La profundidad media de la rodera se reajusta al valor especificado por el usuario. Si no se especifica, se calcula de la siguiente forma:  (CW bw * a0 * RDMbw )  RDMaw =   CWaw  

...(6.28)

donde: RDMaw

profundidad media de la rodera, después del ensanchado (mm)

RDMbw

profundidad media de la rodera, antes del ensanchado (mm)

a0

coeficiente definible por el usuario (predefinido = 0,15 si la calzada existente va a ser tratada superficialmente, si no a0 = 1,)

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D2-55

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

n

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Regularidad

Después de los trabajos de ensanchado, la regularidad se reajusta al valor especificado por el usuario. Si no se especifica, el valor de la regularidad se obtiene de: ο

ο

Si la calzada existente va a ser tratada superficialmente, se usan los siguientes valores como predefinidos: Para capas tipo AM:

RIaw =

2,0 (IRI m/km)

Para capas tipo ST :

RIaw =

2,8 (IRI m/km)

Si la calzada existente no va a ser tratada superficialmente, se asume que el bacheo y el sellado de fisuras que podría ser realizado en la calzada existente, afectaría a la regularidad, después del ensanchado, de la siguiente forma:  (RI n * ∆ CW + CWbw * RI ap ) RI aw =   CWaw  

...(6.29)

RI ap = RI bw - MIN {[a0 * (∆CRX w + ∆ ACTw ) + ∆RI t ], a1}

...(6.30)

donde: RIaw

regularidad después de los trabajos de ensanchado (IRI m/km)

RIbw

regularidad antes de los trabajos de ensanchado (= Rib) (IRI m/km)

RIn

regularidad especificada por el usuario para una nueva construcción (predefinido = 2,0 para AM, y 2,8 para ST)

RIap

regularidad después del bacheo y del sellado de fisuras (IRI m/km)

∆CRXw

reducción del área de fisuración estructural indexada, (= ACXb - ACXaw)

∆ACT w

reducción del área de fisuración termal transversal (= ACT b)

∆RIt

reducción de la regularidad debida al bacheo (IRI m/km)

a0 y a1

coeficiente del modelo definido por el usuario (predefinido = 0,0066 y 4,6 respectivamente)

El valor de ∆RIt se calcula usando las ecuaciones 3.20 a la 3.22 tomando ∆NPT w como un igual para NPTbw (= NPTb), ya que todos los baches existentes serán bacheados. n

Profundidad de la textura y coeficiente de rozamiento

Después del ensanchado, la profundidad de la textura y el coeficiente de rozamiento se reajustan a valores especificados por el usuario. Si no se especifican los valores de la profundidad de la textura y coeficiente de rozamiento, después de los trabajos, se obtienen de la siguiente manera: ο

Si la carretera existente va a ser tratada superficialmente La profundidad de la textura después de los trabajos (TDaw) se reajusta a los valores predefinidos de la profundidad de la textura inicial, ofrecidos en la Tabla ; y el coeficiente de rozamiento, después de los trabajos (SFCaw) se reajustan, a los siguientes valores predefinidos: Para capas tipo AM:

SFCaw = 0,5

Para capas tipo ST:

SFCaw = 0,6

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D2-56

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS ο

D2 FIRMES BITUMINOSOS

La calzada existente no va a ser tratada superficialmente. Los valores de la profundidad de la textura y del coeficiente de rozamiento después de los trabajos, se calculan de la siguiente manera:  (TD bw * CWbw + ITD * ∆CW ) TD aw =   CW aw  

...(6.31)

 (SFC bw * CWbw + SFC n * ∆ CW )  SFC aw =   CWaw  

...(6.32)

donde: TDaw

profundidad de la textura después de los trabajos de ensanchado (mm)

TDbw

profundidad de la textura antes de los trabajos de ensanchado (mm)

ITD

profundidad predefinida inicial de la textura, ofrecida en la Tabla

SFCaw

coeficiente de rozamiento después de los trabajos de ensanchado, SCRIM

SFCbw

coeficiente de rozamiento antes de los trabajos de ensanchado, SCRIM coeficiente de rozamiento predefinido a 50 km/h (= 0.5 para AM, y 0.6 para ST)

SFCn

n

Fisuración previa ο

Si se va aplicar tratamiento superficial a la calzada existente: Las cantidades de fisuración previa (PCRA, PCRW, y PNCT) se reajustan de la siguiente manera: si CRAib ≥ PCRibw  (CW bw * CRAi bw )  PCRi aw =   CW aw  

...(6.33)

si CRAi b < PCRi bw  CWbw * [w * CRAi b + (1 − w ) * PCRi bw ] PCRi aw =   CWaw  

...(6.34)

El factor de ponderación (w) se obtiene de la siguiente manera: Si el tratamiento superficial es un refuerzo, es decir, una capa tipo AM, se consideran los siguientes tipos de base: para bases tipo AB, AP, GB:  HSNEW bw   w = MAX   , 0.6 HSOLD   aw 

...(6.35)

para bases tipo SB: HSNEW bw    w = MAX    , 0.6 ( HSOLD + HSBASE )    aw

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(6.36)

D2-57

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Si el tratamiento superficial es un resellado, es decir, una base tipo ST: w = MIN(0.70 + 0.1 * HSNEW aw , 1)

...(6.37)

donde:

ο

PCRiaw

cantidad de fisuración previa tipo i (i = fisuración estructural total, ancha o transversal termal) después de los trabajos.

CRAib

cantidad de fisuración tipo i al final del año

PCRibw

cantidad de fisuración previa tipo i antes de los trabajos de ensanchado

w

ponderación usada para promediar la fisuración de las capas viejas y nuevas del perfilado

HBASE

espesor de la capa de la base en el firme original (requerido solamente para las bases tipo SB) (mm)

HSOLDaw

espesor del perfilado viejo después de los trabajos de ensanchado (mm)

HSNEWbw

espesor del perfilado más reciente antes de los trabajos (mm)

HSNEWaw

espesor del perfilado más reciente después de los trabajos (mm)

Si no se va a aplicar tratamiento superficial a la calzada existente, el área de fisuración previa (PCRA, PCRW, y PNCT) se reajusta como sigue:  (CW bw * PCRi bw )  PCRi aw =   CWaw  

...(6.38)

Todos los demás parámetros se definieron anteriormente. n

Edad del firme

Las edades del firme después del ensanchado se reajustan como sigue: ο

Si la calzada existente se va a tratar superficialmente con un refuerzo, la EDAD1, la EDAD2 y la EDAD3 se reajustan a cero. La EDAD 4 se calcula por la expresión:  (CWbw * EDAD4 bw )  EDAD4 aw =   (se convierte en un valor entero) CW aw  

ο

Si la calzada existente se va a tratar superficialmente con un resellado, la EDAD1 y la EDAD2 se reajustan a cero. La EDAD3 y la EDAD 4 se calculan por la expresión: EDADi aw =

ο

...(6.39)

(CW bw * EDADi bw ) CWaw

(para i = 3 o 4)

...(6.40)

Si la calzada existente no se va a tratar superficialmente las edades del firme se calculan de la siguiente manera: AGEi aw =

(CWbw * AGEi bw ) CW aw

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(6.41)

D2-58

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

donde:

n

EDADiaw

tipo de EDAD i (i = 1, 2, 3 o 4) después de los trabajos de ensanchado (años)

EDADibw

tipo de EDAD i antes de los trabajos de ensanchado (años)

Factores de deterioro de la carretera

El tiempo de demora de la fisuración, del desprendimiento y de otros factores de deterioro de la carretera, es decir, los factores K, se reajustan también a factores especificados por el usuario. n

Factores de velocidad

Son el del límite de la velocidad, el factor de cumplimiento de la velocidad, los factores de reducción de la velocidad del transporte motorizado y no motorizado y del ruido de la aceleración, los cuales dependen, principalmente, del tramo específico de la carretera. n

Patrón del flujo de tráfico (uso de la carretera)

Datos que describen la distribución horaria del flujo del tráfico y que se reajustan también al tipo especificado por el usuario.

6.3

Mejora del trazado Hace referencia a las mejoras geométricas locales de los tramos, que pueden resultar también en una reducción de la longitud de la carretera. Se asume que, el ancho de la calzada permanece inalterado después de realizar los trabajos de mejora del trazado. Estos trabajos se pueden catalogar de una de estas dos maneras: n

Opción 1: Programada

Los trabajos de mejora del trazado con especificaciones fijas se aplican en un momento especifico, definido por el año calendario. n

Opción 2: De respuesta

Los trabajos de mejora del trazado con especificaciones fijas se aplican cuando se cumplen los niveles del criterio de intervención especificados por el usuario, basados en los parámetros de los efectos sobre los usuarios de la carretera. Estos trabajos no se realizan si se ha sobrepasado el último año de aplicación.. Los trabajos de mejora del trazado se especifican de la siguiente manera: n

Tipo de la nueva carretera

n

n

Clase de carretera Proporción de la nueva construcción, definida como una relación de la longitud de la nueva construcción y la longitud del tramo después de los trabajos de mejora del trazado. Factor de ajuste de la longitud

n

Geometría de la carretera del tramo entero

n

Detalles del firme de los nuevos tramos mejorados Indicadores de la calidad de la construcción

n

n n

Aplicación o no, de un nuevo perfilado (es decir, tratamiento superficial) a los segmentos o partes de la calzada existente, no mejorados en su trazado.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-59

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

6.3.1 Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad total de los trabajos de mejora del trazado se obtienen de: REAL = Pconew * L aw

...(6.42)

L aw = L bw * LF

...(6.43)

donde: REAL

longitud mejorada de la carretera (Km.)

Law

longitud del tramo después de los trabajos (Km.)

Lbw

longitud del tramo antes de los trabajos (Km.)

LF

factor de ajuste de la longitud, (LF > 0)

Pconew

proporción de la nueva construcción, (0 < Pconew < 1)

El coste de la mejora del trazado (CSTREAL) se obtiene del producto de REAL por el coste unitario por kilómetro, definido por el usuario. El valor remanente se obtiene de: SALVA = PCTSAV * CSTREAL

...(6.44)

donde: SALVA

valor remanente de los trabajos (moneda)

PCTSAV

porcentaje del coste total del remanente (%)

Trabajos adicionales Es probable que los trabajos de mejora del trazado, incluyan tratamiento superficial o, al menos, reparación de las áreas severamente deterioradas de los segmentos de la calzada existente que no se hayan mejorado. Estos trabajos adicionales se modelizan de la siguiente manera: Caso1: tratamiento superficial de segmentos no mejorados en su trazado Si estos segmentos van a ser tratados superficialmente por un refuerzo o un resellado, la cantidad de trabajo de tratamiento superficial para el tramo completo de la carretera, se obtiene de: TANSF = 1000 * CW * L aw * (1 - Pconew )

...(6.45)

donde: TANSF n

área total de la carretera con tratamiento superficial (m2)

Si se aplica un refuerzo sobre las partes no mejoradas en su trazado, de la calzada, TANSF debería identificarse como TAOVL, y el total de los costes del refuerzo se obtiene del producto de TAOVL por el coste unitario, por metro cuadrado, del refuerzo.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-60

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Antes de realizar el refuerzo, la cantidad de trabajos preparatorios que se deben realizar para el tramo entero de la carretera, se calculan de la siguiente forma: ο

Bacheo TAPAT = 10 * CW * APOT b * L aw * (1 - Pconew )

...(6.46)

donde: TAPAT

área total de bacheo preparatorio (m2)

El coste total del bacheo preparatorio se obtiene del producto de TAPAT por el coste unitario de bacheo. ο

Reparación del borde TAVER = 10 * CW * AVEB b * Law * (1 - Pconew )

...(6.47)

donde: TAVER

área total de reparación del borde (m2)

AVEBbw

área de rotura del borde antes de los trabajos de mejora del trazado (= AVEBb) (% total del área de la calzada)

El coste total de la reparación del borde se obtiene del producto de TAVER por el coste unitario de la reparación del borde. n

Si las partes no mejoradas en su trazado de la calzada existente, se resellan, ANSF se debería identificar como TARSF, y el coste total del resellado se obtiene del producto de TARSF por el coste unitario por metro cuadrado del resellado. Antes de aplicar el resellado, las cantidades de trabajos preparatorios que se deberán realizar en el tramo entero de la carretera, se calculan de la siguiente forma: ο

Bacheo TAPAT = 10 * CW * Law * (1 - Pconew ) * {MAX [0.1 * (ACWb − 20 ), 0] + APOTb }

...(6.48) donde: TAPAT

área total de bacheo preparatorio (m2)

El coste total del bacheo preparatorio se obtiene del producto de TAPAT por el coste unitario por metro cuadrado de bacheo. ο

Sellado de fisuras

Se asume que ha sellado el 100% de la fisuración termal transversal de las partes no mejoradas en el trazado, de la calzada existente, y la cantidad de sellado de fisura realizado se obtiene de:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-61

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

TACSL = 10 * CW * L aw * (1 - Pconew ) * ACTbw

...(6.49)

donde: TACSL

área total del sellado de fisuras (m2)

ACT bw

área de fisuración termal transversal antes de los trabajos de mejora de trazado (=ACT b) (% total del área de la calzada)

El coste total del sellado de fisuras se obtiene del producto de TACSL por el coste unitario por metro cuadrado del sellado de fisuras. ο

Reparación del borde

El área total de reparación del borde se calcula usando la ecuación más atrás. El coste total se obtiene del producto de TAVER por el coste unitario por metro cuadrado de reparación del borde. Caso 2: no-tratamiento superficial de segmentos no mejorados en su trazado Si las partes no mejoradas en su trazado, de la calzada existente, no van a ser tratadas superficialmente, se asume que las cantidades siguientes de bacheo, sellado de fisuras y reparación del borde se realizarán junto a los trabajos de mejora del trazado: n

Bacheo

Asumiendo que el 100% del área con severos desperfectos está bacheada, la cantidad de bacheo se calcula de la siguiente forma: TAPAT = 10 * CW * L aw * (1 - Pconew ) * ADAMS bw

...(6.50)

donde:

n

TAPAT

área total de la calzada bacheada (m2)

ADAMSbw

área de la calzada con severos desperfectos después de los trabajos de mejora de trazado (=ADAMSb) (% total del área de la calzada)

Sellado de fisuras

La cantidad total se calcula usando la ecuación más atrás. n

Reparación del borde

Asumiendo que toda la rotura del borde ha sido reparada, la cantidad de los trabajos de reparación del borde se obtienen de la ecuación más atrás. El coste total de los trabajos de mejora del trazado es la suma del coste de mejora del trazado de la calzada más el coste de los trabajos adicionales que comprenden tratamiento superficial de la calzada existente y trabajos preparatorios. La cantidad y el coste de los trabajos de tratamiento superficial se informan separadamente dentro de resellado o refuerzo. De igual forma las cantidades y los costes de bacheo, sellado de fisuras y reparación del borde se informan dentro de bacheo, sellado de fisuración y reparación del borde, respectivamente. En el análisis económico, se asume que se incurrirá en los costes de los trabajos adicionales durante el último año de la construcción.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-62

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

6.3.2 Efectos de la mejora del trazado Después de la mejora del trazado, el tipo del firme se reajusta a uno nuevo especificado por el usuario. Los parámetros de modelización requeridos se reajustan también a valores predefinidos por el usuario, o se calculan internamente como se describe a continuación: n

Nueva longitud

La nueva longitud de tramo de la carretera, después de la mejora del trazado, se obtiene de la ecuación 6.43. n

Espesor de las capas del perfilado ο

Caso 1: tratamiento superficial de segmentos no mejorados en su trazado

Si las partes no mejoradas en su trazado no reciben tratamiento superficial, el espesor del nuevo perfilado después de los trabajos de mejora del trazado se obtienen de la siguiente manera: HSNEW aw = [(1 - Pconew ) * HRESF + Pconew * HSNEW rw ]

...(6.51)

donde: HSNEWaw

espesor del nuevo perfilado después de los trabajos de mejora del trazado (mm)

HSNEWrw

espesor del perfilado de las partes de nueva construcción de la calzada (mm)

HRESF

espesor de la capa tratada superficialmente de la calzada existente, especificado por el usuario (mm)

El espesor del perfilado anterior después de los trabajos de mejora del trazado, se obtiene de: HSOLD aw = (1 - Pconew ) * HS bw

...(6.52)

donde:

ο

HSOLDaw

espesor del perfilado anterior después de los trabajos de mejora del trazado (mm)

HSbw

espesor total del perfilado de la calzada existente, antes de la mejora del trazado (mm)

Caso 2: no-tratamiento superficial de segmentos no mejorados en su trazado

Si no se realizan trabajos de tratamiento superficial a las partes de la calzada no mejoradas en su trazado, el espesor del nuevo perfilado después de los trabajos de mejora se obtiene de: HSNEW aw = [(1 - Pconew ) * HSNEW bw + Pconew * HSNEW rw ]

...(6.53)

donde: HSNEWaw

espesor del nuevo perfilado después de los trabajos de mejora (mm)

HSNEWbw

espesor del nuevo perfilado antes de los trabajos de mejora (mm)

HSNEWrw

espesor del perfilado de las partes de nueva construcción de la calzada (mm)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-63

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

El espesor del perfilado anterior después de los trabajos, se obtiene de: HSOLD aw = (1 - Pconew ) * HSOLD bw

...(6.54)

donde:

n

HSOLDaw

espesor del perfilado anterior después de los trabajos de mejora del trazado (mm)

HSOLDbw

espesor del perfilado después de los trabajos de mejora del trazado (mm)

Resistencia del firme

El número estructural ajustado del firme en la estación seca se reajusta al promedio ponderado del número estructural de las partes no mejoradas en su trazado de la calzada existente y de los segmentos de nueva construcción, de la siguiente manera: SNPdaw = [(1 - Pconew ) * SNP dexcw + Pconew * SNP drw ]

...(6.55)

SNPdrw = SN drw + SNSG s

...(6.56)

Si las partes no mejoradas en su trazado de la calzada existente se van a tratar superficialmente: SNPdexcw = MAX [1.5, (SNP dbw + 0.0394 * a resf * HRESF - dSNPK )]

...(6.57)

Si las partes no mejoradas en su trazado de la calzada existente no se van a tratar superficialmente: SNPdexcw = MAX [1.5, (SNP dbw + 0.0394 * a resf * HRESF - dSNPK )]

...(6.58)

donde: SNP daw

número estructural ajustado del firme en la estación seca después de los trabajos

SNP dbw

número estructural ajustado del firme en la estación seca antes de los trabajos

SNP drw

número estructural ajustado del firme de las partes de la calzada de nueva construcción número estructural ajustado del firme (de las capas superiores de la explanada) de las partes de la calzada mejoradas en su trazado. Esto puede ser calculado de forma parecida a la descrita para SNnew en la ecuación más atrás aportación de la explanada al número estructural del firme, calculado usando la ecuación más atrás reducción del número estructural ajustado del firme debido a la fisuración

SNdrw

SNSGs dSNPK HRESF

Espesor de la capa tratada superficialmente de las partes no mejoradas en su trazado de la calzada existente

aresf

Coeficiente de resistencia de la capa tratada superficialmente de las partes no mejoradas en su trazado de la calzada existente

El desvío del rayo Benkelman, después de los trabajos de mejora del trazado, se obtiene:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-64

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

 SNP aw DEFaw = DEFbw *   SNP bw

  

− 1.6

...(6.59)

donde:

n

DEFaw

desvío del rayo Benkelman después de los trabajos (mm)

DEFbw

desvío del rayo Benkelman antes de los trabajos (mm)

SNP aw

número estructural ajustado del firme después de los trabajos

SNP bw

número estructural ajustado del firme antes de los trabajos

Material de la capa

Si la calzada existente va a ser tratada superficialmente, el material de la capa, después de los trabajos, se reajusta al especificado para los trabajos de mejora del trazado. Esto se basa en la aceptación de que se utilizará, para el tratamiento superficial, el mismo material del perfilado. Si la calzada existente no se va a tratar superficialmente, el material de la capa, después de los trabajos, se reajusta como sigue

n

si

Pconew es menor del 0,5, el material de la capa, después de los trabajos, se reajusta al de la calzada existente.

si no

el material de la capa, después de los trabajos, se reajusta al de las partes mejoradas en su trazado de la calzada.

Calidad de la construcción

El indicador de los defectos de la construcción de los firmes bituminosos (CDS) y el de la base (CDB) se reajustan, al promedio ponderado calculado como sigue: CDi aw = [CDi bw * (1 - Pconew ) + CDi rw * Pconew ]

...(6.60)

donde:

n

CDiaw

indicador de los defectos de la construcción i (i=CDS o CDB) después de los trabajos

CDibw

indicador de los defectos de la construcción i antes de los trabajos

CDirw

indicador de los defectos de la construcción i especificado para los trabajos de mejora del trazado

Deterioros de la capa del firme

Si las partes no mejoradas en su trazado de la calzada existente van a ser tratadas superficialmente, los deterioros de la capa como rotura del borde, áreas con baches, fisuración y desprendimiento, se reajustan a cero. Si las partes no mejoradas en su trazado de la calzada existente no van a ser tratadas superficialmente, el área de rotura del borde, las áreas con baches, la fisuración termal transversal, la fisuración estructural ancha y el desprendimiento, se ajustan a cero. El área de fisuración estructural total y el área total de fisuración después de los trabajos de mejora del trazado, se ajustan de la siguiente manera: ACA aw =

[(1- Pconew ) * (ACA b - ACWb )] LF

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(6.61)

D2-65

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

...(6.62)

ACRA aw = ACA aw

donde: ACAaw

área de la fisuración estructural total después de los trabajos de mejora del trazado

ACRAaw

área de fisuración total después de los trabajos de mejora del trazado (% de área total de la calzada)

Todos los demás parámetros han sido definidos previamente. n

Rodera

La profundidad media de la rodera se ajusta a un valor predefinido por el usuario. Si no se especifica, la profundidad media de la rodera se especifica como sigue: RDMaw = [(1 - Pconew ) * a0 * RDMbw ]

...(6.63)

donde:

n

RDMaw

profundidad media de la rodera después de los trabajos (mm)

RDMbw

profundidad media de la rodera antes de los trabajos (mm)

a0

coeficiente definible por el usuario (predefinido = 0.15 si las partes de la calzada existente no mejoradas en su trazado van a ser tratadas superficialmente, si no a0 = 1,0)

Regularidad

Después de los trabajos de mejora del trazado, la regularidad de reajusta a un valor especificado por el usuario. Si no se especifica, el valor de la regularidad se obtiene como sigue: ο

ο

Si las partes de la calzada existente no mejoradas en su trazado van a ser tratadas superficialmente, se usan los siguientes valores como predefinidos: Para capas tipo AM:

RIaw =

2,0 (IRI m/km)

Para capas tipo ST:

RIaw =

2,8 (IRI m/km)

Si las partes de la calzada existente no mejoradas en su trazado no van a ser tratadas superficialmente, se usan los siguientes valores como predefinidos: RI aw = [RI n * Pconew + (1 - Pconew ) * RI ap ]

...(6.64)

RI ap = RI bw - MIN {[a0 * (∆CRX w + ∆ACT w ) + ∆RI t ], a1}

...(6.65)

donde: RIaw

regularidad después de los trabajos de mejora del trazado (IRI m/km)

RIbw

regularidad antes de los trabajos de mejora del trazado (= RIb) (IRI m/km)

RIn

regularidad especificada por el usuario para la mejora del trazado de nueva construcción (predefinida = 2,0 para AM, y 2,8 para ST)

RIap

regularidad después del bacheo y del sellado de fisuras (IRI m/km)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-66

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

∆CRXw

reducción del área de fisuración estructural indexada, (= ACXb - ACXaw)

∆ACT w

reducción del área de fisuración termal transversal (= ACT b)

∆RIt

reducción de la regularidad debida al bacheo (IRI m/km)

a0 y a1

coeficientes del modelo definibles por el usuario (predefinidos = 0,0066 y 4,6 respectivamente)

El valor de ∆RIt se calcula usando las ecuaciones 3.20 a la 3.22, tomando ∆NPT w como igual para NPTbw (= NPTb), ya que todos los baches serán reparados. n

Profundidad de la textura y coeficiente de rozamiento

Después de la mejora del trazado, la profundidad de la textura y el coeficiente de rozamiento se reajustan a valores especificados por el usuario. Si no se especifican, se obtienen de las siguientes formas: ο

Si los segmentos no mejorados en su trazado, de la calzada existente, no van a ser tratados superficialmente, la textura superficial después de los trabajos (TDaw) se reajusta al valor predefinido de profundidad de textura inicial, ofrecido en la tabla Tabla ; y el coeficiente de rozamiento después de los trabajos (SFCaw ) se reajusta a los siguientes valores predefinidos: Para capas tipo AM:

ο

SFCaw = 0.5

Para capas tipo ST: SFCaw = 0.6 Si los segmentos no mejorados en su trazado, de la calzada existente, no van a ser tratados superficialmente, los valores de la profundidad de la textura y del coeficiente de resistencia, después de los trabajos, se calculan de la siguiente manera: TD aw = TD bw * (1 - Pconew ) + ITD * Pconew

...(6.66)

SFC aw = SFC bw * (1 - Pconew ) + SFC n * Pconew

...(6.67)

donde:

n

TDaw

profundidad de la textura después de los trabajos de mejora del trazado (mm)

TDbw

profundidad de la textura antes de los trabajos de mejora del trazado (mm)

ITD

profundidad inicial de la textura predefinida de la Tabla

SFCaw

coeficiente de resistencia después de los trabajos, SCRIM

SFCbw

coeficiente de resistencia antes de los trabajos, SCRIM

SFCn

coeficiente de resistencia predefinido a 50 km/h (= 0,5 para AM, y 0,6 para ST)

Fisuración previa

Si los segmentos no mejorados en su trazado, de la calzada existente, van a ser tratados superficialmente, la cantidad de fisuración previa (PCRA, PCRW, y PNCT) se reajusta como sigue: ο

si CRAi b ≥ PCRi bw

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-67

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

PCRi aw = ο

D2 FIRMES BITUMINOSOS

[(1- Pconew ) * CRAi b ] LF

...(6.68)

si CRAi b < PCRi bw PCRi aw =

{(1 - Pconew ) * [w * CRAi b + (1 − w ) * PCRi bw ]} LF

...(6.69)

El factor de ponderación (w) se obtiene de la siguiente manera: Si el tratamiento superficial es un refuerzo, es decir, un tipo de capa AM, el valor de w se obtiene de la siguiente forma: ο

para bases tipo AB, AP, GB  HSNEW bw  w = MAX  , 0.6 HSOLD   aw

ο

...(6.70)

para bases tipo SB HSNEW bw   w = MAX  , 0.6 HSOLD + HBASE ( )   aw

...(6.71)

Si el tratamiento superficial es un resellado, es decir, un tipo de capa ST, el valor de w es obtenido por: w = MIN (0.70 + 0.1 * HSNEW aw , 1)

...(6.72)

donde: PCRiaw CRAib

cantidad del tipo de fisuración previa i (i = fisuración estructural total, ancha o termal transversal) después de los trabajos cantidad de fisuración tipo i al final del año

PCRibw

cantidad de fisuración previa tipo i antes de los trabajos de mejora del trabajo

LF

factor de ajuste de la longitud

w

HSNEWbw

ponderación utilizada para promediar la fisuración en las capas del perfilado nuevo y viejo espesor de la capa de la base en el firme original (requerido solamente para bases tipo sb) (mm) espesor del perfilado anterior después de los trabajos de mejora del trazado (mm) espesor del perfilado más reciente antes de los trabajos (mm)

HSNEWaw

espesor del perfilado más reciente después de los trabajos (mm)

HBASE HSOLDaw

Si no se va a realizar tratamiento superficial a las partes de la calzada existente no mejoradas en su trazado, la cantidad de la fisuración previa (PCRA, PCRW, y PNCT) se reajusta como sigue:  [(1 - Pconew ) * PCRi bw ] PCRi aw =   LF  

...(6.73)

Todos los otros parámetros se definieron anteriormente.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-68

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS n

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Edad del firme

Las edades del firme después de los trabajos de mejora del trazado se ajustan de la siguiente manera: ο

Si las partes no mejoradas en su trazado, de la calzada existente, van a ser tratadas superficialmente con un refuerzo, la EDAD1, EDAD2 y EDAD3 se reajustan a cero. La EDAD4 se calcula de la siguiente forma: EDAD4 aw = (1 - Pconew ) * EDAD4 bw (se convierte en un valor entero)

ο

Si las partes no mejoradas en su trazado, de la calzada existente, van a ser tratadas superficialmente con un resellado, la EDAD1 y la EDAD2 se reajustan a cero. La EDAD3 y la EDAD4 se calculan por la siguiente expresión:

AGEiaw = (1- Pconew) * AGEibw (i = 3 o 4) ο

...(6.74)

...(6.75)

Si las partes no mejoradas en su trazado, de la calzada existente, no van a ser tratadas superficialmente, las edades del firme se calculan como sigue: AGEi aw = (1 - Pconew ) * AGEi bw

...(6.76)

donde:

n

EDADiaw

EDAD tipo i (i = 1, 2, 3 o 4) después de los trabajos de mejora del trazado (años)

EDADibw

EDAD tipo i antes de los trabajos de mejora del trazado (años)

Factores de deterioro

El tiempo de demora de la fisuración, el factor de demora del desprendimiento del árido y otros factores de deterioro de la carretera, es decir, los factores K, se reajustan también a valores especificados por el usuario. n

Factores de velocidad

Son el límite de velocidad, el factor de cumplimiento de la velocidad, el factor de rozamiento de la carretera, los factores de reducción de la velocidad del transporte motorizado y no motorizado y el ruido de la aceleración, que dependen principalmente del tramo específico de la carretera. n

Patrón de flujo de tráfico (uso de la carretera)

Es el dato que describe la distribución horaria del flujo del tráfico y que se reajusta, también, a un valor especificado por el usuario.

6.4

Mejora a los cruces Esta operación está relacionada con la mejora a una intersección de la carretera de un tipo a otro, por ejemplo, de un cruce prioritario a una rotonda. Esto es requerido para el análisis de efectos de la seguridad. Nota: No está incluido en la presente versión del software. Una trabajo de mejora de los cruces, se define de la siguiente forma: n

Opción 1: Programada

Un trabajo de mejora de cruce con especificaciones fijas se aplica en un momento específico, definido por un año calendario. Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-69

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS n

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Opción 2: De respuesta

Un trabajo de mejora del cruce de especificaciones fijas se aplica cuando el número previsto de accidentes alcanza un nivel crítico especificado por el usuario. Estos trabajos no se realizan si se ha sobrepasado el último año de aplicación. Se especifica por el nuevo tipo de cruce, al que aplica un grupo diferente de escala de accidentes, y por la duración de los trabajos y los costes incurridos en términos de moneda por año.

6.5

Mejoras no relacionadas con la calzada La mayoría de las mejoras no relacionadas con la calzada están relacionadas a los arcenes, los carriles TNM y los drenajes laterales.

6.5.1 Arcenes La modelización de los trabajos de mejora de los arcenes no se incluyen en esta edición. Se implantarán cuando las especificaciones se definan. Los trabajos de mejora para los arcenes incluyen: n

Adición de arcenes

n

Actualización de los arcenes

6.5.2 Carriles TNM Los efectos de la actualización y de la adición de los carriles de transporte no motorizado se modelizan de la siguiente manera: Actualización de carriles TNM Incluyen la actualización del tipo de firme existente de los carriles TNM a un nuevo tipo. La actualización de estos carriles se define de esta manera: n

Opción 1: Programada

Un trabajo de actualización de carril TNM con especificaciones fijas, se realiza en un momento específico, definido por un año calendario. n

Opción 2: De respuesta

Un trabajo de actualización de carril TNM con especificaciones fijas, se realiza cuando se cumplen los criterios de intervención especificados por el usuario y basados en los parámetros de los efectos sobre el usuario de la carretera. No se realiza la actualización si el último año de aplicación se ha sobrepasado. La información siguiente se requiere para la especificación de la actualización de los carriles TNM: n

Tipo de la nueva carretera

n

Tipo de la nueva capa

Se asume que los detalles de la geometría son los mismos para todos los tramos existentes. Si se realiza, la cantidad total de los trabajos se obtiene, en términos de la longitud total de los carriles TNM construidos, de la siguiente manera: NMTL aw = L * NMTLN

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(6.77)

D2-70

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

donde: NMTLaw

longitud total de los carrille TNM actualizados (Km.)

L

longitud del tramo de la carretera (Km.)

NMTLN

número de carriles TNM existentes

El coste total de la actualización del carril TNM se obtiene del producto de NMTLaw por el coste unitario por carril por kilómetro, especificado por el usuario. Los efectos de la actualización del carril TNM se refleja especificando valores nuevos para los factores de reducción de la velocidad y reajustando los datos que describen el patrón resultante de flujo del tráfico. Adición de un carril TNM Incluye la adición de carriles TNM de todos los tipos, y se puede definir como sigue: n

Opción 1: Programada

Un carril(es) TNM con especificaciones fijas, se construye en un momento específico definido por el año calendario. n

Opción 2: De respuesta

Un carril(es) TNM con especificaciones fijas, se construye cuando se cumplen los criterios de intervención, especificados por el usuario, basados en los parámetros de los efectos sobre los usuarios de la carretera. No se realiza esta construcción si se ha sobrepasado el último año de aplicación. La adición de carriles TNM nuevos se especifica por el número de carriles, el tipo de carretera y el tipo de capa del firme. Se asume que los detalles de la geometría son los mismos para todos los tramos de la carretera. Si se realiza, la cantidad total de los trabajos se obtiene en términos de la longitud total de los carriles TNM construidos, de la siguiente forma: NMTL aw = L * NEWLN

...(6.78)

donde: NMTLaw

longitud total de los tramos TNM construidos (Km.)

L

longitud del tramo de la carretera (Km.)

NEWLN

número de carriles TNM nuevos construidos

El coste total de la construcción del carril TNM se obtiene del producto de NMTLaw por el coste unitario por carril por kilómetro, especificado por el usuario. Los efectos de la adición de un carril TNM se debería reflejar especificando los valores nuevos de los factores de reducción de la velocidad y reajustando los datos que describen el patrón resultante del flujo del tráfico.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-71

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

6.5.3 Mejoras de los drenajes laterales El efecto del drenaje sobre el rendimiento del firme depende, en alguna medida, del tipo de drenajes laterales que se hayan provisto. Por ejemplo, un tipo de drenaje totalmente alineado y vinculado ofrecería un mejor rendimiento (si se mantiene en buena condición) que uno superficial. Un trabajo de mejora del drenaje lateral, con especificaciones fijas, se define como programado y se aplica en un momento específico, definido por el año calendario. Este trabajo se especifica por el nuevo tipo de drenaje (con un grupo diferente de factores de drenaje y al que se aplican unos factores de deterioro anual) y por la duración de los mismos. El coste total de la mejora del drenaje lateral se obtiene del producto de la longitud del tramo de la carretera y el coste unitario ofrecido por kilómetro por año, en términos de moneda.

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D2-72

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

7

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Construcción Los trabajos de construcción comprenden lo siguiente:

7.1

n

Actualización (ver sección7.1)

n

Dualización (ver sección7.2)

n

Construcción de un nuevo tramo (o itinerario) (ver sección7.3)

Actualización Esta operación conlleva la actualización del firme y las mejoras geométricas de una carretera existente. Normalmente, la actualización del firme debería cambiar la clase de la capa existente a otra con un mayor grado de rendimiento. Por ejemplo, una carretera de firme bituminoso se podría actualizar a una de firme de hormigón rígido. El marco de modelización permite, también, la actualización de un firme bituminoso de baja calidad a otro de alta calidad. Los trabajos de actualización se pueden especificar de una de las siguientes maneras: n

Opción 1: Programada

Un trabajo de actualización con especificaciones fijas se aplica en un momento preciso, definido por el año calendario. n

Opción 2: De respuesta

Un trabajo de actualización con especificaciones fijas se aplica cuando des cumplen los criterios de intervención especificados por el usuario, basados en los parámetros de los efectos sobre los usuarios de la carretera. No se realiza si se sobrepasa el último año de aplicación. Un trabajo de actualización se especifica por: n

Tipo de carretera

n

Clase de carretera

n

Características geométricas de la carretera

n

Detalles del firme

n

Factor de ajuste de la longitud

n

Aumento en el ancho

n

Número adicional de carriles

n

Indicadores de la calidad de la construcción

7.1.1 Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad total de los trabajos de actualización se ofrecen por: LUPGRD = L aw

...(7.1)

L aw = LF * L bw

...(7.2)

donde:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-73

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

LUPGRD

cantidad de trabajos de actualización (Km.)

Law

longitud de la carretera después de los trabajos de actualización (Km.)

Lbw

longitud de la carretera antes de los trabajos de actualización (Km.)

LF

factor de ajuste de la longitud (LF > 0)

El coste total de la actualización (CSTUPGRD) se obtiene del producto de LUPGRD por el coste por kilómetro, especificado por el usuario. El valor remanente se obtiene de: SALVA = PCTSAV * CSTUPGRD

...(7.3)

donde: SALVA

valor remanente de los trabajos (moneda)

PCTSAV

porcentaje remanente del coste total (%)

7.1.2 Efectos de la actualización Después de la actualización, los parámetros requeridos para la modelización se reajustan a los valores definidos por el usuario, o se calculan internamente como se describe a continuación: n

Nueva longitud

La longitud nueva del tramo de la carretera, después de la actualización, se obtiene por la ecuación más atrás. n

Ancho de la calzada

El nuevo ancho de la calzada, después de la actualización, se obtiene como sigue: CWaw = CWbw + ∆CW

...(7.4)

donde: CWaw

ancho de la calzada después de los trabajos de actualización (m)

CWbw

ancho de la calzada antes de los trabajos de actualización (m)

∆CW

aumento del ancho de la calzada (m)

El número de carriles después de la actualización (NLANESaw ) es igual al número de carriles antes de los trabajos(NLANESbw) más el número de carriles adicionales especificado por el usuario (ADDLN). El número efectivo de carriles después de los trabajos se reajusta a un valor nuevo ELANESaw, que debería ser especificado por el usuario. Si no se especifica, ELANESaw se reajustará al valor de NLANESaw (es decir, el número de carriles del tramo de la carretera después de la actualización), ver parte B sección 5.2. n

Características del firme

Las características del nuevo firme se reajustan de acuerdo a la nueva clase de capa de la carretera, especificada por el usuario como se describe en las secciones 7.1.3 y7.1.4.

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D2-74

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D2 FIRMES BITUMINOSOS

7.1.3 Firmes bituminosos Si la nueva clase de capa de la carretera es bituminosa, el tipo del firme, la estructura, la resistencia y las propiedades del material de la capa se reajustan a valores especificados por el usuario o calculados internamente. Nota: En este caso no se permiten opciones en los pavimentos tipo STAP y AMAP. n

Resistencia del firme

El número estructural ajustado del firme en la estación seca (SNP daw ) se calcula usando el número estructural del firme (SNnew ) especificado de las ecuaciones más atrás y más atrás. El desvío del rayo Benkelman después de los trabajos de actualización, se obtiene de: DEFaw = a0 * (SNPaw )

− 1.6

...(7.5)

donde:

n

DEFaw

desvío del rayo Benkelman, después de los trabajos (mm)

SNP aw

número estructural ajustado del firme, después de los trabajos

a0

coeficiente dependiente del tipo de la base (a0 = 6,5 para los tipos GB y AB; a0 = 3,5 para el tipo de base SB)

Deterioros de la capa del firme

Después de la actualización, la condición del firme es nueva y todos los valores de deterioro se ajustan, por lo tanto, a cero. n

Roderas

Después de la actualización, la profundidad media de la rodera se ajusta a cero. n

Regularidad

La regularidad después de la actualización se ajusta a un valor especificado por el usuario. Si no se especifica, se utilizan los siguientes valores predefinidos: Para tipos de capa AM: RIaw = 2,0 (IRI m/km) Para tipos de capa ST: RIaw = 2,8 (IRI m/km) n

Profundidad de la textura y coeficiente de rozamiento

Después de la actualización, la profundidad de la textura y el coeficiente de rozamiento se reajustan a valores especificados por el usuario. Si no se especifican, la profundidad de la textura después de los trabajos (TDaw) se reajusta al valor predefinido de profundidad inicial de la textura que se ofrece en la Tabla ; y el coeficiente de rozamiento después de los trabajos (SFCaw) se reajusta a los siguientes valores predefinidos: Para tipos de capa AM: SFCaw = 0,5 Para tipos de capa ST: SFCaw = 0.6 n

Edades del firme

Después de la actualización, todos los parámetros de la edad del firme (es decir, EDAD1, EDAD2, EDAD3 y EDAD4) se reajustan a cero. n

Fisuración previa

Las cantidades de fisuración previa se reajustan todas a cero. Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-75

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS n

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Factores de deterioro de la carretera

Los factores de deterioro, para modelizar el rendimiento de un firme nuevo, se reajustan a valores especificados por el usuario. n

Factores de la velocidad

Son el límite de velocidad, el factor de cumplimiento de la velocidad, el ruido de la aceleración, el factor de rozamiento de la carretera, el factor de transporte no motorizado y el factor de reducción de la velocidad debido al transporte motorizado, y dependen, principalmente, de cada tramo individual de la carretera. n

Patrón de flujo del tráfico (uso de la carretera)

Los datos que describen la distribución horaria del flujo del tráfico se reajustan, también, a valores especificados por el usuario.

7.1.4 Firmes de hormigón rígido Si la clase de la capa es hormigón rígido, se usan los parámetros requeridos para la modelización de los firmes de hormigón. La condición del firme se ajusta como nueva y los datos del historial se reajustan para reflejar una construcción completamente nueva. Los tramos de la nueva sección, el ancho de la carretera, el número de carriles, los factores de la velocidad y el patrón de flujo del tráfico se reajustan igual que se describió para los firmes bituminosos.

7.2

Dualización La dualización de un tramo de una carretera existente se puede programar con un criterio de intervención de respuesta. Nota: La modelización de la dualización no se ha incluido en esta edición.

7.3

Nuevo tramo La construcción de un nuevo tramo se puede programar, solamente, con un criterio de intervención de respuesta. En un análisis de proyecto se puede especificar un tramo nuevo de carretera, es decir, un nuevo itinerario, como un tramo alternativo dentro de la alternativa de proyecto seleccionada. Los componentes requeridos para definir un nuevo tramo son los siguientes: n

Todos los datos que se requieren para definir un tramo de carretera en HDM-4. El usuario puede especificar estos datos usando datos añadidos. Los tipos de firme STAP y AMAP no son opciones válidas.

n

Datos del tráfico ο

tráfico inducido – tráfico que se capta de rutas cercanas o de otras formas de transporte.

ο

tráfico generado – tráfico adicional que ocurre como respuesta a una inversión nueva.

n

Costes de la construcción, de la duración y valor remanente

n

Beneficios y costes externos

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-76

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS n

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Estándares de conservación y futuras mejoras que se aplicarán después de la apertura al tráfico del nuevo tramo

La cantidad de nueva construcción se puede expresar en términos del número de kilómetros construidos (NEWCON) lo que es igual a la longitud del nuevo tramo. El coste total de la construcción (CSTNEW) se obtiene del producto del NEWCON por el coste unitario por kilómetro, especificado por el usuario. El valor remanente se obtiene de: SALVA = PCTSAV * CSTNEW

...(7.6)

donde: SALVA

valor remanente de los trabajos (moneda)

PCTSAV

porcentaje remanente del coste total (%)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-77

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

8

D2 FIRMES BITUMINOSOS

Referencias NDLI, (1995) Modelling Road Deterioration y Maintenance Effects in HDM-4. Final Report Asian Development Bank Project RETA 5549. N.D. Lea International, Vancouver, Canada Riley M., (1995) Framework for Defining the Effects of Works on Road parameters in HDM-4. Communication to the ISOHDM Watanatada T., Harral C.G., Paterson W.D.O., Dhareshwar A.M., Bhyari A., y Tsunokawa K., (1987a) The Highway Design y Maintenance Styards Model: Volume-1 Description. The World Bank, John Hopkins University Press Watanatada T., Harral C.G., Paterson W.D.O., Dhareshwar A.M., Bhyari A., y Tsunokawa K., (1987b) The Highway Design y Maintenance Styards Model: Volume- 2 User's Manual World Bank, John Hopkins University Press

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D2-78

PARTE D EFECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 Firmes de hormigón 1

Introducción Este capítulo describe la modelización detallada de los efectos de los trabajos en las carreteras de hormigón rígido, en HDM-4 (ver Figura D3.1). Está basado en las especificaciones de los documentos preparados por el Latin American Study Team en Chile (LAST, 1995; y LAST, 1996).

Efectos de los trabajos de la Road Deterioration carretera Models

Tipos de Pavement trabajostypes capítulo D-1 Chapter C-1

Firmes bituminosos Bituminous capítulo D-2 Pavements Chapter C-2

FirmesConcrete de hormigón capítulo D-3 Pavements

Carreteras sin sellar Unsealed Roads capítulo D-4 Chapter C-4

Chapter C-3

Figura D3.1 Módulos de los efectos de los trabajos de la carretera Los métodos que definen las actividades de los trabajos y los criterios de intervención, el cálculo de las cantidades físicas de los trabajos y los costes de la administración de la carretera y los efectos de los trabajos sobre las características y el uso de la carretera se explican para las siguientes clases de trabajo: n

Rutina de conservación

n

Conservación periódica

n

Trabajos especiales

n

Trabajos de construcción

La lógica de la modelización descrita, comprende la visión general del procedimiento de cálculo, la escala jerárquica de las actividades de los trabajos y los reajustes del tipo del firme después de los trabajos. Los antecedentes de la lógica de la modelización se ofrecen en LAST (1996). La Tabla D3.1 muestra las actividades de los trabajos de conservación para los diferentes tipos de capa del firme considerados en HDM-4.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-1

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

Tabla D3.1 Trabajos de conservación para firmes de hormigón

Clases de trabajo Rutina

Tipo de capa del firme

Tipos de trabajo Rutina de conservación

Tratamiento preventivo

Periódico

Actividad del trabajo JP Control de la vegetación, pintura de las líneas, limpieza de drenajes, etc.

a

Capacitación de los pasadores de transferencia de carga

a

Capacitación de arcenes adyacentes de hormigón

a

a

Capacitación de drenajes con bordes longitudinales

a

a

Sellado de juntas

a

a

Reemplazo de la losa

a

a

a

Reparación total de la profundidad Restauración

CR a

a

Reparación de la profundidad parcial

a

Pulido de diamante

a

a

Refuerzo de hormigón aglutinado

a

a

a

Refuerzo de hormigón no aglutinado

a

a

a

Reconstrucción del firme

a

a

a

Rehabilitación Reconstrucción

JR

Notas: a

Indica que la actividad del trabajo se puede aplicar al tipo de capa del firme

JP

Junta plana

JR

Junta reforzada

CR

Continuamente reforzada

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D3-2

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

2

D3 FIRMES DE HORMIGON

Lógica de la modelización La modelización de la resistencia de los firmes de hormigón se considera en dos fases separadas: n

Fase 1

Relacionada con el tiempo anterior a cualquier conservación o reconstrucción mayor periódica. n

Fase 2

Relacionada con el tiempo después de que el firme haya recibido una conservación mayor o haya sido reconstruido. Este capítulo explica la lógica de la modelización de la fase 2. La de la fase 1 se describe en el capítulo C3.

2.1

Visión general del procedimiento del cálculo El procedimiento que se aplica en cada año de análisis se puede resumir por los siguientes pasos; 1

Determinar el estándar(es) de trabajo de la carretera que se pueden aplicar en el año estudiado. Solamente un estándar de conservación y/o uno de mejora se puede aplicar a la característica de la carretera en cualquier año analizado.

2

3

Verificar el criterio de intervención y los límites definidos para los trabajos incluidos dentro de un estándar. Una operación programada toma prioridad sobre una de respuesta del mismo tipo. Identificar y aplicar las prioridades de las actividades de los trabajos.

4

Calcular las cantidades físicas de los trabajos.

5

Calcular los efectos de los trabajos y los valores de ajuste de los parámetros de la modelización para reflejar la geometría de la carretera, la estructura del firme, la resistencia, la condición, el historial y el uso de la carretera después de realizados los trabajos. Verificar el criterio de intervención, identificando y aplicando las actividades de trabajo de acuerdo a su jerarquía.

6 7

Repetir (4), (5) y (6).

8

Aplicar cualquier otro trabajo que tenga efectos sobre la resistencia del firme y que no esté modelizado internamente en HDM-4, por ejemplo trabajos de rutina de conservación. 9 Calcular el coste de los trabajos aplicando costes unitarios a las cantidades físicas de los mismos. 10 Guardar los resultados para los análisis económicos y para su uso en próximos años de análisis.

2.2

Jerarquía de los trabajos Una actividad de trabajo (o una operación) puede ser originada cuando se cumple un criterio o una combinación de ellos, especificado por el usuario. Cuando más de una actividad de trabajo cumple el criterio de aplicación, en un año analizado, la operación con la mayor prioridad para esa característica especifica de la carretera, se aplicará en primer lugar, y sus efectos se calcularán para reajustar las características de la carretera.

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D3-3

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

La mayoría de las intervenciones sobre firmes de hormigón requieren una combinación de varias actividades de trabajo preventivo y de restauración. Las actividades definidas dentro de un estándar deberían, por lo tanto, dirigirse apropiadamente a las causas del deterioro del firme y corregirlas. La Tabla D3.2 muestra la jerarquía de las actividades de los trabajos que son aplicables a la calzada de los firmes de hormigón JP. Tabla D3.2 Trabajos de conservación aplicables a las calzadas de hormigón JP Tipos Reconstrucción

Actividad/ operación

Código ID

Jerarquía

Reconstrucción del firme

REC

1

por m2

Refuerzo de hormigón sin aglutinar

UOL

2

por m2

Refuerzo de hormigón aglutinado

BOL

3

por m2

Reemplazo de la losa

SLR

4

por m2

Reparación parcial de la profundidad

PDR

5

por m (longitud de la junta)

Pulido de diamante*

DGR

6

por m2

Capacitación de los pasadores de transferencia de carga*

DWL

7

por m (longitud de la junta)

Capacitación de los arcenes adyacentes de hormigón*

TCS

7

por Km.

Capacitación de los drenajes del borde longitudinal*

RED

7

por Km.

Sellado de las juntas*

SLJ

7

por m (longitud de la junta)

Rehabilitación

Restauración

Tratamiento preventivo

Coste unitario

Nota: *

Se pueden aplicar junto con el reemplazo de la losa o la reparación parcial de la profundidad en el mismo año analizado

La Tabla D3.3 muestra la jerarquía de las actividades de los trabajos aplicables a la calzada de los firmes de hormigón JR. Tabla D3.3 Trabajos de conservación aplicables a la calzada de hormigón JR Tipos Reconstrucción

Actividad/operación

Código ID

Jerarquía

Reconstrucción del firme

REC

1

por m2

Refuerzo de hormigón sin aglutinar

UOL

2

por m2

Refuerzo de hormigón aglutinado

BOL

3

por m2

Reparación total de la profundidad

FDR

4

por m2

Pulido de diamante*

DGR

5

por m2

Capacitación de los arcenes adyacentes de hormigón*

SLJ

6

por Km.

Capacitación de los drenajes longitudinales del borde*

RED

6

por Km.

Sellado de juntas*

SLJ

6

por m (longitud de la junta)

Rehabilitación

Restauración

Tratamiento preventivo

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

Coste unitario

D3-4

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

Nota: *

Se pueden aplicar junto con la reparación total de la profundidad en el mismo año del análisis.

La Tabla D3.4 muestra la jerarquía de las actividades de los trabajos que se pueden aplicar a la calzada de los firmes de hormigón CR.. Tabla D3.4 Trabajos de conservación aplicables a la calzada de hormigón CR Tipos Reconstrucción

Código ID

Jerarquía

Coste unitario

Reconstrucción del firme

REC

1

por m2

Refuerzo de hormigón sin aglutinar

UOL

2

por m2

Refuerzo de hormigón aglutinado

BOL

3

por m2

Reparación total de la profundidad

FDR

4

por m2

Actividad/operación

Rehabilitación Restauración

Las actividades de los trabajos que afectan al rendimiento del firme, que no se modelizan internamente en HDM-4 (por ejemplo, los trabajos de emergencia, los de invierno y los de rutina de conservación) si lo especifica el usuario, se aplicarán en el año analizado, independientemente de su jerarquía.

2.3

Ajuste de las características de la carretera Cuando se realiza una actividad de trabajo en una carretera, se tienen en cuenta dos clases de efectos sobre las características de la misma: 1

El efecto inmediato sobre la geometría, el tipo de firme, la resistencia, la condición, la edad o historial, el estatus, etc.

2

El efecto a largo plazo sobre el rendimiento del firme.

Los parámetros del modelo RD se reajustan para reflejar los efectos de las actividades de los trabajos y se usan, subsecuentemente, para predecir el rendimiento a largo plazo del firme. Este capítulo explica en detalle los efectos inmediatos de las diferentes actividades de los trabajos. El efecto a largo plazo sobre el rendimiento del firme está modelizado usando los modelos de la fase 1 descritos en el capítulo C3, con algunos ajustes introducidos para cambiar la curva de rendimiento más verticalmente, más horizontalmente, o ambas con la intención de mantener continuidad, en el momento de la intervención en el que sea aplicado.

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D3-5

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

3

D3 FIRMES DE HORMIGON

Rutina de conservación Las actividades de rutina de conservación sobre carreteras de hormigón incluyen el control de la vegetación, la limpieza de drenajes, la pintura de líneas, la reparación de las pertenencias de la carretera y de las señales verticales. Se consideran en los análisis, solamente, en términos de los costes de la administración de la carretera. El efecto del drenaje sobre la resistencia del firme está influenciado por el coeficiente del drenaje (Cd) y se define como AASHTO (1993). Los trabajos de rutina de conservación deberían ser programados a intervalos de tiempo fijos (mínimo de un año), y se realizarán en una base de un año. Si se especifican por el usuario, los trabajos de rutina de conservación se aplicarán en cualquier año del análisis independientemente de su jerarquía. El coste unitario se debería especificar en términos de moneda por kilómetro por año y el coste anual se obtiene del producto de la longitud del tramo de la carretera por el coste unitario.

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D3-6

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

4

D3 FIRMES DE HORMIGON

Tratamiento preventivo Estos trabajos sobre los firmes de hormigón comprenden lo siguiente:

4.1

n

Capacitación de los pasadores de transferencia de carga (ver sección4.1).

n

Capacitación de los arcenes adyacentes de hormigón (ver sección4.2).

n

Capacitación de los drenajes longitudinales al borde (ver sección4.3).

n

Sellado de juntas (ver sección4.4).

Capacitación de los pasadores de transferencia de carga Esta es una técnica que se utiliza para aumentar la eficiencia de la transferencia de carga de los firmes de hormigón JP haciendo ranuras e insertando pasadores en las juntas sin pasadores (y fisuras). Los pasadores de transferencia de carga capacitados se pueden programar en un momento fijo definido por el año calendario. Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad de los trabajos se obtienen de: LDOW =

5280 * CW 1.6093 * JTSPACE

...(4.1)

donde: LDOW

longitud de la junta reforzada con pasadores de transferencia de carga (m/km)

CW

área de la calzada (m)

JTSPACE

promedio de espacio de separación entre las juntas transversales (pies)

El producto de LDOW por la longitud del tramo (L) en kilómetros, ofrece la longitud total de las juntas reforzadas con pasadores (TLDOW) en metros. El coste total de los pasadores de transferencia de carga capacitados se calcula multiplicando TLDOW por el coste unitario por metro lineal, especificado por el usuario. Los efectos La restauración de la transferencia de carga tiene la propiedad de aumentar la capacidad estructural del firme Después de los trabajos, el tipo del firme se reajusta a firme de hormigón JP con pasadores, y el aumento de fisuración, desconchado y resaltos se calculará usando los modelos de los firmes de hormigón JP con pasadores. Si el diámetro del pasador es menor de 20 mm, se usará el modelo de firme de hormigón JP sin pasadores. El usuario debería especificar, también, si los pasadores reparados están protegidos contra la corrosión o no. La Figura D3. muestra el efecto de los pasadores de transferencia de carga capacitados sobre los resaltos en los firmes de hormigón JP sin pasadores.

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D3-7

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

0.40

Promedio de resaltos en las juntas pulgadas) (

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

Original Colocación de pasadores

0.05

0.00 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

ESAL acumulativo (millones por carril)

Figura D3.2 Efecto de los pasadores de transferencia de carga capacitados sobre las juntas con resalto en los firmes de hormigón JP sin pasadores

4.2

Capacitación de los arcenes unidos de hormigón Consiste en la adición de arcenes unidos de hormigón a un firme de hormigón JP o JR. La capacitación de estos arcenes se puede programar a un punto fijo en el tiempo definido por el año calendario. Cantidades y costes Si se realizan, la cantidad de trabajos se obtiene de: TCS = L

...(4.2)

donde: TCS

cantidad de arcenes unidos de hormigón capacitados (Km.)

L

longitud del tramo de la carretera (Km.)

El coste total de la capacitación de estos arcenes se calcula multiplicando TCS por el coste unitario por kilómetro, especificado por el usuario. Los efectos La capacitación de estos arcenes puede aumentar la capacidad estructural del firme, disminuyendo la presión crítica en el borde del hormigón y en los desvíos hacia las esquinas. El valor del parámetro LTEsh usado en las ecuaciones para predecir fisuración y resaltos se actualizará como se describe en la Tabla D3.5.

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D3-8

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

Tabla D3.5 Valores de los parámetros del modelo de fisuración y resaltos Parámetro Estatus de la construcción del firme WIDENED

LTEsh (%)

0

0

1

Carril no ensanchado o arcenes unidos de hormigón

2

Provisión de carriles exteriores ensanchados

1.0

20

3

Colocación de arcenes de hormigón durante la construcción inicial del firme

1.0

20

4

Colocación de arcenes de hormigón después de la construcción inicial del firme

0.5

10

La Figura muestra el efecto de los arcenes unidos de hormigón capacitados sobre la fisuración en los firmes de hormigón sin pasadores.

100%

Fisuración que atraviesa la losa [%]

90%

Eficiencia de la transferencia de carga (fuerza) LTEsh = 10 %

80% 70% 60% 50% 40% 30%

Original Arcén de hormigón, LTEsh = 10

20% 10% 0% 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

ESAL acumulativo (millones por carril)

Figura D3.3 Efecto de los arcenes unidos de hormigón capacitados sobre la fisuración transversal La Figura D3. muestra el efecto de los arcenes unidos de hormigón capacitados sobre los resaltos en los firmes de concreto JP sin pasadores.

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D3-9

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

0.40

0.35

Promedio de resalto de las juntas (in)

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

.....

Original Arcenes de hormigón

0.05

0.00 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

ESAL acumulativo (millones por carrill)

Figura D3.4 Efecto de los arcenes unidos de hormigón capacitados sobre el resalto de las juntas en los firmes de hormigón sin pasadores La Figura D3. muestra el efecto de estos arcenes sobre los resaltos en los firmes de hormigón JP con pasadores.

Pormedio de resaltos en las juntas (pulgadas)

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

Original Molida de diamante

0.05

0.00 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

ESAL acumulativo (millones por carril)

Figura D3.5 Efecto de los arcenes unidos de hormigón capacitados sobre el resalto de las juntas en los firmes de hormigón con pasadores

4.3

Capacitación de los drenajes longitudinales al borde Hace referencia a la técnica usada para añadir drenajes (o drenajes laterales) a un sistema de firme con la intención de retirara rápidamente el agua del sistema.

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D3-10

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

Estos drenajes se pueden programar en punto fijo del tiempo, definido por el año calendario. Cantidades y costes Si se realiza, la longitud del tramo de la carretera define la cantidad de los trabajos, de la siguiente manera: RED = L

...(4.3)

donde: RED

cantidad de arcenes unidos de hormigón capacitados (Km.)

L

longitud del tramo de la carretera(Km.)

El coste total de la capacitación de estos drenajes se calcula multiplicando RED por el coste unitario por kilómetro, especificado por el usuario. Los efectos Puesto que la mayoría de los deterioros del firme se pueden atribuir al agua, su retirada disminuye la posibilidad del deterioro, aumentando así la vida del firme. Después de capacitar estos drenajes, el parámetro CD (coeficiente del drenaje) usado en la ecuación para calcular los resaltos, se debería reajustar al valor especificado por el usuario. El valor máximo de CD es 1,25. La Figura D3. muestra el efecto de la capacitación de estos drenajes sobre los resaltos en los firmes de hormigón JP sin pasadores.

Promedio de resaltos en las juntas (pulgadas)

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

Original, Cd = 0.5 0.05

0.00 0.00

Drenajes laterales, Cd =1.0

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

ESAL acumulativo (millones por carril)

Figura D3.6 Colocación de los drenajes laterales sobre los resaltos de las juntas en los firmes de hormigón JP sin pasadores

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-11

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

La Figura D3. muestra el efecto de estos drenajes sobre los resaltos en los firmes de hormigón JP con pasadores.

0.40

Promedio de resaltos en las juntas

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

Original, Cd = 0.5 0.05

Drenajes laterales, Cd =1.0

0.00 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

ESAL acumulativo (millones por carril)

Figura D3.7 Efectos de la colocación de drenajes laterales en las juntas con resaltos del firme de hormigón JP con pasadores

4.4

Sellado de juntas El sellado de juntas se aplica para disminuir la infiltración de agua de la superficie y materiales incomprimibles en las juntas del sistema. Esta disminución de la cantidad de agua en sobre y bajo el firme, reduce el potencial de reblandecimiento de la explanada, de bombeo y de erosión de las bases y las explanadas finas. Reducir la cantidad de los materiales incomprimibles, disminuye el potencial de desconchado y bultos. Los trabajos de sellado de juntas se puede definir en una de las siguientes maneras: n

Opción 1: Programada

El sellado de juntas se aplica en un momento fijado, definido por el año calendario n

Opción 2: Programada

Se especifica un intervalo fijo entre los años sucesivos, y se aplica en el año t del análisis, definido de la siguiente forma: t = interval + tprev

...(4.4)

tprev = max(tstart, tlast) - tstart

...(4.5)

donde: t

año del análisis, definido en relación con el año de inicio del periodo de análisis

interval tprev tstart

intervalo fijo entre los sellados sucesivos Número de años desde el último detallado o inicio del año del periodo analizado año de inicio del periodo analizado, definido por el año calendario

tlast

último año en el que se aplico sellado, definido por el año calendario

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D3-12

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad de sellado de juntas se calcula como sigue: LJSL =

5280 * CW + (1000 * NLNGJTS ) 1.6093 * JTSPACE

...(4.6)

donde: LJSL

cantidad de sellado de juntas (m/km)

CW

ancho de la calzada (m)

NLNGJTS

número de juntas longitudinales

JTSPACE

promedio del espacio de las juntas transversales (pies)

El producto de LJSL por la longitud del tramo (L) en kilómetros da la longitud total de las juntas selladas (TLJSL) en metros. El coste total del sellado de juntas se calcula multiplicando TLJSL por el coste unitario por metro lineal, especificado por el usuario. Los efectos El sellado de juntas afecta, solamente, a la progresión del desconchado. Este efecto se modeliza a través de los parámetros EDAD y del tipo de sellado usado en la ecuación del desconchado. Después de realizado, el tipo de sellado se reajusta al especificado por el usuario y la EDAD se reajusta a cero. La Figura D3. muestra el efecto del sellado de juntas sobre el desconchado en los firmes de hormigón sin pasadores.

16.00

14.00

Desconchado de las juntas [%]

12.00

10.00

8.00

6.00

4.00

Las juntas deben estar debidamente limpias para obtener estos efectos

2.00

Original, sellado líquido Sellado líquido Sellado realizado

0.00 0

5

10

15

20

25

30

Edad (años)

Figura D3.8 Efecto del sellado de juntas sobre el desconchado de las juntas en los firmes de hormigón JP

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-13

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

La Figura D3. muestra el efecto del sellado de juntas sobre el desconchado en los firmes de hormigón JP.

100

90

Desconchado de las juntas (%)

80

70

60

50

40

30

20

Original 80% Juntas selladas

10

0 0

5

10

15

20

25

30

Edad (años)

Figura D3.9 Efecto del sellado de juntas sobre el desconchado en los firmes de hormigón JP

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-14

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

5

D3 FIRMES DE HORMIGON

Trabajos de restauración Se modelizan los siguientes cuatro tipos genéricos de trabajos de restauración:

5.1

1

Reemplazo de la losa

2

Reparación total de la profundidad

3

Reparación de la profundidad parcial

4

Pulido de diamante

Reemplazo de las losas Las losas que están amplia y gravemente deterioradas necesitan ser reemplazadas. Estas actividades de trabajo conllevan generalmente, la estabilización de la losa para restaurar el soporte de las losas de hormigón, rellenando los huecos pequeños que se producen en la parte inferior de la losa, cerca del las juntas, de las fisuras o de los bordes del firme. Estos huecos, con no más de 3 mm de profundidad, son causados, generalmente, por efectos del agua, de la consolidación y de las roturas de la explanada por los desvíos excesivos de las juntas, de las fisuras y del borde del firme. Los trabajos de reemplazo de losa se pueden definir de una de las siguientes maneras: n

Opción 1: Programada

Se realiza en un momento fijo definido por el año calendario. n

Opción 2: Programada

Se especifica un intervalo fijo entre los sucesivos trabajos de reemplazo, y se aplican dentro de un año calendario t definido por las ecuaciones más atrás y más atrás. n

Opción 3: Condición de respuesta

Se realiza cuando el nivel de deterioro del firme (fisuración) excede del valor especificado por el usuario. En todos los casos, el reemplazo de la losa no se realiza si se ha sobrepasado el último año de aplicación de la regularidad máxima aplicable, especificado por el usuario. Un trabajo de reemplazo de la losa se especifica usando el porcentaje de losas deterioradas que serán reemplazadas. Cantidades y costes Si se realiza la cantidad de los trabajos de reemplazo de losa se calcula como sigue: SLB =

0.3048 * JTSPACE * CW * REPSLBS 1.6093 * ( NLNGJTS + 1)

...(5.1)

PCRACK * PCTREP * NTSLBS ( 100 * 100 )

...(5.2)

REPSLBS =

NTSLBS =

5280 * ( NLNGJTS + 1) JTSPACE

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(5.3)

D3-15

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

donde: SLB

área de reemplazo de losas (m2/Km.)

JTSPACE

promedio de espacio entre las juntas transversales (pies)

CW

ancho de la calzada (m)

REPSLBS

numero de losas reemplazadas por milla

PCRACK

porcentaje de losas fisuradas

PCTREP

porcentaje de losas fisuradas que deben ser reemplazadas, definido por el usuario

NTSLBS

número de losas por milla

NLNGJTS

número de juntas longitudinales

El producto de SLB por la longitud del tramo (L) en kilómetros, ofrece el área total de reemplazo de losas (TSLB) en metros cuadrados. El coste total del reemplazo se calcula multiplicando TSLB por el coste unitario por metro cuadrado, especificado por el usuario. Los efectos Los efecto inmediatos del reemplazo de losas sobre la fisuración, el desconchado y los resaltos se calculan como se indica a continuación. El coste total del reemplazo de losas se calcula multiplicando TSLB por el coste unitario por metro cuadrado especificado por el usuario. Fisuración La cantidad de fisuración que queda después de los trabajos se calcula por: PCRACK aw =

100 * ( CRKSLBS - REPSLBS ) NTSLBS

...(5.4)

donde: PCRACKaw

porcentaje de losas fisuradas después de los trabajos

CRKSLBS

número de losas fisuradas por milla

REPSLBS

número de losas reemplazadas por milla

NTSLBS

número de losas por milla

El número de losas fisuradas antes del trabajo se obtiene por: CRKSLBS =

PCRACK bw * NTSLBS 100

...(5.5)

donde: CRKSLBS

número de losas fisurada por milla

PCRACKbw

porcentaje de losas fisuradas antes de los trabajos

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-16

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

NTSLBS

D3 FIRMES DE HORMIGON

número de losas por milla

La Figura D3. muestra el efecto del reemplazo de losa sobre la fisuración en los firmes de hormigón JP sin pasadores.

100%

Fisuración transversal de las losas [%]

90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20%

Original 40% Reemplazo de losas

10% 0% 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

ESAL acumulativo [millones por carril]

Figura D3.10 Efecto del reemplazo de losa sobre la fisuración transversal de las losas en los firmes de hormigón JP Desconchado La cantidad del desconchado que queda después de los trabajos se obtiene de: SPALL aw =

SPALL bw * ( NTSLBS - REPSLBS ) NTSLBS

...(5.6)

donde: SPALLaw

porcentaje de juntas transversales desconchadas, después de los trabajos

SPALLbw

porcentaje de juntas transversales desconchadas, antes de los trabajos

NTSLBS

número de losas por milla

REPSLBS

número de losas reemplazadas

Resaltos La cantidad de resaltos después de los trabajos se obtiene de: FAULT aw =

FAULTbw * ( NTSLBS - REPSLBS ) NTSLBS

...(5.7)

donde:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-17

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

FAULT aw

porcentaje de juntas transversales con resaltos, después de los trabajos (pulgadas)

FAULT bw

porcentaje de juntas transversales con resaltos, antes de los trabajos (pulgadas)

NTSLBS

número de losas por milla

REPSLBS

número de losas reemplazadas por milla

La Figura D3.4 muestra el efecto del reemplazo de losa sobre los resaltos en los firmes de hormigón JP sin pasadores.

0.40

0.35

Promedio de juntas con resaltos (in)

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

Original Reemplazo de la losa

0.05

0.00 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

ESAL acumulativo [millones por carril]

Figura D3.4 Efecto del reemplazo de la losa sobre los resaltos en las juntas en los firmes de hormigón JP sin pasadores La Figura D3.5 muestra el efecto del reemplazo de la losa sobre los resaltos en los firmes de hormigón JP con pasadores.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-18

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

0.40

0.35

Promedio de resaltos en las juntas (in)

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

Original

0.05

Reemplazo de la losa 0.00 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

ESAL acumulativo [millones por carril]

Figura D3.5 Efecto del reemplazo de la losa sobre los resaltos en las juntas de los firmes de hormigón JP con pasadores

5.2

Reparación de profundidad total Esta técnica es la más usada en los firmes de hormigón JR para reparar el deterioro de las juntas que se extienden más de un tercio de la profundidad de la losa. Consiste en retirar y reemplazar una porción de la losa existente desde la parte de arriba hasta la parte de abajo. El deterioro de la junta incluye fisuración, rotura y desconchado de los bordes de la losa o de otra cualquier parte de la junta transversal o longitudinal, o de la fisura. La reparación se aplica también para arreglar losas destruidas o los agujeros en los firmes de hormigón CR. La reparación se puede definir en una de las siguientes formas: n

Opción 1: Programada

Se realiza en un momento fijo determinado por el año calendario. n

Opción 2: Programada

Se especifica un intervalo fijo entre las sucesivas reparaciones y se aplica en el año analizado t definido por las ecuaciones más atrás y más atrás. n

Opción 3: Condición de respuesta

Se realiza cuando el nivel de defectos del firme (fisuración, desconchado y roturas) excede los valores especificados por el usuario. En todos los casos no se realiza la separación si se ha sobrepasado el último año de aplicación definido por el usuario o la regularidad máxima aplicable. La cantidad de los trabajos y los efectos de la reparación se calculan dependiendo del tipo de capa del firme, como se describió anteriormente.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-19

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

5.2.1 Firmes de hormigón JP Cantidades y costes La cantidad de las reparaciones de profundidad total en los firmes de hormigón JR, se calcula como sigue: FDR =

( CKAREA + SPAREA )

1.6093

...(5.8)

donde: FDR

área de reparación total de la profundidad (m2/Km.)

CRAREA

área de fisuración transversal reparada (m2)

SPAREA

área de desconchado reparado (m2)

El área de fisura transversal reparada se obtiene de: CRAREA =

CW * PCTCKS * DCRACK bw * 2 * CKWDTH 100

...(5.9)

donde: CRAREA

área de fisuras transversales reparada (m2)

CW

ancho de la calzada (m)

PCTCKS

porcentaje de fisuras transversales que deben ser reparadas, definido por el usuario

DCRACKbw

número de fisuras transversales por milla, antes de los trabajos

CKWDTH

ancho considerado para cada lado de la fisura transversal (m)

El área de desconchado reparado se obtiene de: SPAREA =

CW * PCTSPL * SPALL bw * NJTS * 2 * JTWDTH 100 * 100

...(5.10)

donde: SPAREA

área de desconchado reparada (m2)

CW

ancho de la calzada (m)

PCTSPL

porcentaje de las juntas transversales desconchadas que deben ser reparadas, definido por el usuario

SPALLbw

porcentaje de las juntas transversales desconchadas, antes de los trabajos

NJTS

número de juntas transversales por milla

JTWDTH

ancho considerado para cada lado de la fisura transversal (m)

El número de juntas transversales por milla (NJTS) se obtiene de:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-20

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

NJTS =

D3 FIRMES DE HORMIGON

1.5 * 5280 JTSPACE

...(5.11)

donde: NJTS

número de juntas transversales por milla

JTSPACE

promedio de espacio de las juntas transversales (pies)

El producto de FDR por la longitud del tramo (L) en kilómetros, ofrece el área total de reparación total de la profundidad (TFDR) en metros cuadrados. El coste total de la reparación se calcula multiplicando TFDR por el coste unitario por metro cuadrado, especificado por el usuario. Los efectos Después de la reparación total de la profundidad, los deterioros del firme se reducen como se detalla a continuación: n

Fisuración

La cantidad de fisuración que queda después de los trabajos, se obtiene de: PCTCKS  DCRACK aw = 1  * DCRACK bw  100 

...(5.12)

donde: DCRACKaw

número de fisuras transversales por milla, después de los trabajos

PCTCKS

porcentaje de las fisuras transversales que deben ser reparadas, definido por el usuario

DCRACKbw

número de fisuras transversales por milla antes de los trabajos

La Figura D3.6 muestra el efecto de la reparación total de la profundidad sobre la fisuración en los firmes de hormigón JR.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-21

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

JRCP – deterioro de la fisuración: reparación de la profundidad total

30.00

Fisuración transversal [Nº/ mi]

25.00

20.00

15.00

10.00

Original

5.00

50 % Reparación de la profundidad total 0.00 0.00

10.00

20.00

30.00 Edad [años]

40.00

50.00

60.00

Figura D3.6 Efecto de la reparación total de la profundidad de la fisuración transversal deteriorada de los firmes de hormigón JR n

Desconchado

La cantidad de desconchado que queda después de los trabajos, se obtiene de: PCTSPL  SPALL aw = 1  * SPALL bw  100 

...(5.13)

donde: SPALLaw

porcentaje de las juntas transversales desconchadas, después de los trabajos

PCTSPL

porcentaje de las juntas transversales desconchadas que deben ser reparadas, especificadas por el usuario

SPALLbw

porcentaje de las juntas transversales desconchadas, antes de los trabajos

La Figura D3.7 muestra el efecto de la reparación total de la profundidad sobre el desconchado en los firmes de hormigón JR.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-22

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

100 90

Fisuración transversal (%)

80 70 60 50 40 30 20

Original 50% Reparación de la profundidad total

10 0 0

5

10

15

20

25

30

Edad[años]

Figura D3.7 Efecto de la reparación total de la profundidad de las fisuras transversales deterioradas en los firmes de hormigón JR n

Resaltos

La cantidad de los resaltos después de los trabajos, se obtiene de: FAULT aw =

FAULTbw * ( NJTS - REPJTS ) NJTS

...(5.14)

donde: FAULT aw

promedio de desconchado de las juntas transversales, después de los trabajos (pulgadas)

FAULT bw

promedio de desconchado de las juntas transversales, antes de los trabajos (pulgadas)

NJTS

número de juntas transversales por milla

REPJTS

número de juntas transversales reparadas por milla

El número de juntas transversales reparadas se obtiene de: REPJTS =

PCTSPL * SPALL bw * NJTS 100

...(5.15)

donde: REPJTS

número de juntas transversales reparadas por milla

PCTSPL

porcentaje de juntas transversales desconchadas que deben ser reparadas, especificadas por el usuario

SPALLbw

porcentaje de juntas transversales desconchadas antes de los trabajos (%)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-23

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

NJTS

D3 FIRMES DE HORMIGON

número de juntas transversales por milla

La Figura D3.8 muestra el efecto de la reparación de la profundidad total sobre los resaltos en los firmes de hormigón JR.

0.25

Promedio de desconchado [pul gadas

0.20

0.15

0.10

Original

0.05

Reparación de la profundidad total 0.00 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

ESAL acumulativo [millones por carril]

Figura D3.8 Efecto de la reparación total de la profundidad sobre el resalto en los firmes de hormigón JR

5.2.2 Firmes de hormigón CR Cantidades y costes La cantidad de la reparación en los firmes de hormigón CR, se calcula de la siguiente forma: FDR =

PCTFAIL * FAILbw * FRESA 1.6093 * 100

...(5.16)

donde: FDR

área de reparación total de la profundidad (m2/Km.)

PCTFAIL

porcentaje de roturas que deben ser reparadas, especificadas por el usuario

FAILbw

número de roturas por milla, antes de los trabajos

FRESA

promedio del área de restauración de cada rotura (m2)

El producto de FDR por la longitud del tramo (L) en kilómetros, da como resultado el área total de reparación total de la profundidad (TFDR) en metros cuadrados. El coste total de la reparación se calcula multiplicando TFDR por el coste unitario por metro cuadrado, especificado por el usuario. Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-24

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

Los efectos Después de la reparación, los deterioros del firme se calculan como sigue: Roturas

n

La cantidad de las roturas que quedan después de los trabajos se obtienen de: PCTFAIL  FAIL aw = 1  * FAILbw  100 

...(5.17)

donde: FAILaw

número de roturas por milla que quedan después de los trabajos

PCTFAIL

porcentaje de roturas que deben ser reparadas, especificado por el usuario

FAILbw

número de roturas por milla, antes de los trabajos

La Figura D3.9 muestra el efecto de la reparación total de la profundidad sobre las roturas en los firmes de hormigón CR.

35.00

30.00

Roturas [Nº/mi ]

25.00

20.00

15.00

10.00

Original 50% Reparación de la profundidad total

5.00

0.00 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

ESAL acumulativo (millones por carril)

Figura D3.9 Efecto de la reparación total de la profundidad sobre las roturas en los firmes de hormigón CR

5.3

Reparación parcial de la profundidad Esta técnica se usa en los firmes de hormigón JP para reparar el deterioro de la capa en el tercio superior de la losa. Si el deterioro se extiende más profundamente de un tercio, la losa debe ser reemplazada. Generalmente, la reparación parcial de la profundidad se realiza en las juntas transversales, aunque puede ser, también, aplicada en cualquier parte de la losa en la que ocurra deterioro de la capa. La reparación parcial de la profundidad se puede definir de una de las siguientes formas: n

Opción 1: Programada

Estos trabajos se realizan en un momento fijo del tiempo, definido por el año calendario.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-25

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS n

D3 FIRMES DE HORMIGON

Opción 2: Programada

Se especifica un intervalo fijo entre las reparaciones parciales sucesivas y se aplica en el año de análisis t definido por las ecuaciones más atrás y más atrás. n

Opción 3: Condición de respuesta

Se realiza cuando el nivel de deterioros del firme (fisuración) sobrepasa el valor especificado por el usuario. En todos los casos, el resellado no se realiza si se ha sobrepasado del último año de aplicación, especificado por el usuario o de la regularidad máxima aplicable. Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad de los trabajos se calcula de la siguiente forma: PDR =

0.6214 * CW * PREPJTS * SPALL bw * NJTS 100 * 100

...(5.18)

donde: PDR

cantidad de la reparación parcial de la profundidad (m/km)

CW

ancho de la calzada (m)

PREPJTS

porcentaje de las juntas transversales desconchadas que deben ser reparadas, especificado por el usuario

SPALLbw

porcentaje de juntas transversales desconchadas antes de los trabajos

NJTS

número de juntas transversales por milla

El producto de PDR por la longitud del tramo (L) en kilómetros, da como resultado la longitud total de la reparación parcial de la profundidad (TPDR) en metros. El coste total de la reparación se calcula multiplicando TPDR por el coste unitario por metro, especificado por el usuario. Los efectos Después de la reparación parcial, el desconchado se reduce de la siguiente forma: PREPJTS SPALL aw = 1  100

 * SPALL bw 

...(5.19)

donde: SPALLaw

porcentaje de las juntas transversales desconchadas, después de los trabajos

PREPJTS

porcentaje de las juntas transversales desconchadas que deben ser reparadas, especificado por el usuario

SPALLbw

porcentaje de las juntas transversales desconchadas, antes de los trabajos

La Figura D3.10 muestra el efecto de la reparación parcial de la profundidad sobre el desconchado en los firmes de hormigón JP sin pasadores.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-26

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

16.00

14.00

12.00

Deconchado de las juntas [%]

10.00

8.00

6.00

4.00

Original, líquido 60% Reparación parcial de la profundidad

2.00

0.00 0

5

10

15

20

25

30

Edad (años)]

Figura D3.10 Efecto de la reparación parcial de la profundidad sobre el desconchado de las juntas en los firmes de hormigón JP

5.4

Pulido de diamante Se usa para restaurar o mejorar la transitabilidad de un firme proveyendo un nivel de superficie más suave. Remueve los resaltos en las juntas, el arqueamiento de la losa, y las deformaciones de la capa causadas por los neumáticos con clavos. Se puede usar también para corregir los declives inadecuados, debidos al drenaje y al pulido excesivo de la capa, y para mejorar el rozamiento de la capa creando una capa más rugosa capaz de drenar el agua y reducir el riesgo de derrapaje a causa del agua. Estos trabajos se pueden definir en una de las siguientes formas: n

Opción 1: Programada

Se realiza en un punto fijo del tiempo definido por el año calendario. n

Opción 2: Programada

Se especifica un intervalo fijo entre los pulidos sucesivos y se realiza en el año del análisis t definido por las ecuaciones más atrás y más atrás. n

Opción 3: Condición de respuesta

Se realiza cuando el nivel de deterioro del firme (resaltos y regularidad) sobrepasa los valores especificados por el usuario. En todos los casos, el pulido de diamante no se realiza si se excede del último año de aplicación especificado por el usuario o de la regularidad máxima aplicable. Cantidades y costes Si se realiza, estos trabajos se calculan de la siguiente manera: DGR = 1000 * CW

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(5.20)

D3-27

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

donde: DGR

área de pulido de diamante (m2/Km.)

CW

ancho de la calzada (m)

El producto de DGR por la longitud del tramo (L) en kilómetros, da como resultado el área total de pulido de diamante (TDGR) en metros cuadrados. El coste total del pulido se calcula multiplicando TDGR por el coste unitario por metro cuadrado, especificado por el usuario. Los efectos Se considera que la primera aplicación de pulido de diamante no reducirá el espesor de la losa. No obstante, cuando se realiza por segunda vez tendrá un efecto de reducción de la losa especificado como sigue: SLABTHK

aw

= SLABTHK

bw

- GRIND

...(5.21)

donde: SLABTHKaw

espesor de la losa después del pulido (mm)

SLABTHKbw

espesor de la losa antes del pulido (mm)

GRIND

profundidad del pulido (mm)

El pulido de diamante retira todos los resaltos por lo que los mismos se reajustan a cero y luego las formas de deterioros del firme se modelizarán usando el espesor reducido de la losa. La regularidad después del pulido se calcula usando el modelo de la fase 1, basado en la cantidad de deterioros que quedan. La Figura D3.11 muestra el efecto del pulido de diamante sobre los resaltos en los firmes de hormigón JP con pasadores.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-28

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

0.40

Promedio delresalto en las juntas (pulgadas)

0.35 0.30

0.25

0.20 0.15

0.10

Original Pulido de diamante

0.05

0.00 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

ESAL acumulativo [millones por carril]

Figura D3.11 Efecto del pulido de diamante sobre los resaltos de las juntas en los firmes de hormigón JP sin pasadores La Figura D3.12 muestra el efecto del pulido de diamante sobre los resaltos en los firmes de hormigón JP con pasadores

0.40

Promedio de resaltos en las juntas (pulgadas)

0.35

0.30 0.25

0.20 0.15

0.10

Original 0.05

0.00 0.00

Pulido de diamante

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

ESAL acumulativo (millones por carril)

Figura D3.12 Efecto del pulido de diamante sobre los resaltos de las juntas en los firmes de hormigón con pasadores

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-29

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

6

D3 FIRMES DE HORMIGON

Rehabilitación Un firme de hormigón puede requerir una nueva capa de perfilado porque la calidad de la transitabilidad se ha vuelto inaceptable o para fortalecer su estructura. Hay dos tipos básicos de refuerzo de hormigón modelizados en HDM-4 como trabajos de rehabilitación:

6.1

n

Refuerzos de hormigón aglutinado

n

Refuerzos de hormigón no aglutinado

Refuerzos de hormigón aglutinado Las técnicas utilizadas para la aplicación de estos refuerzos, aseguran que el nuevo refuerzo se adherirá al hormigón existente. Estos refuerzos aumentan la capacidad estructural, del firme existente, creando un tramo monolítico más fino. El espesor de estos refuerzos depende principalmente de la condición del firme existente, del nivel del tráfico y de la vida requerida. Típicamente, los refuerzos de hormigón no aglutinado son menores de 100 mm de espesor. Debido a su naturaleza monolítica, el hormigón subyacente es el que soporta la carga principal de la estructura del firme y, por lo tanto, deberá estar en buenas condiciones. Los refuerzos aglutinados se pueden usar también para mejorar el coeficiente de rozamiento de un firme existente. Estos trabajos se pueden definir de una de las siguientes maneras: n

Opción 1: Programada

Este refuerzo con especificaciones fijas se aplica en un punto fijo del tiempo, definido por el año calendario. n

Opción 2: Programada

Se especifica un intervalo fijo entre los refuerzos sucesivos y se aplica en el año analizado t definido por las ecuaciones más atrás y más atrás. n

Opción 3: Condición de respuesta

El refuerzo se realiza cuando el nivel de deterioros del firme (fisuración, roturas y/o regularidad) sobrepasa los valores especificados por el usuario. En todos los casos no se realiza el refuerzo si se ha sobrepasado el último año de aplicación, especificado por el usuario, o la regularidad máxima aplicable.

6.1.1 Firmes de hormigón JP Cantidades y costes Si el refuerzo se realiza sobre un firme de hormigón JP, la cantidad de los trabajos se calcula como sigue: BOL = 1000 * CW

...(6.1)

donde: BOL

área de refuerzo de hormigón aglutinado (m2/Km.)

CW

ancho de la calzada (m)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-30

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

Anterior a la aplicación del refuerzo, en ocasiones, es necesario llevar a cabo algunos trabajos preparatorios. En los firmes de hormigón JP esto es igual a la cantidad de reemplazo de las losas que se realiza (SLB), calculado usando las ecuaciones más atrás a la más atrás. La cantidad total de refuerzo de hormigón aglutinado (TBOL) por metro cuadrado, se obtiene del producto de BOL por la longitud del tramo (L) en kilómetros. El coste total del refuerzo se obtiene multiplicando TBOL por el coste unitario por metro cuadrado, especificado por el usuario. Las áreas adicionales y los costes de los trabajos preparatorios se presentan separadamente como reemplazo de la losa. Los efectos El tipo del firme después del refuerzo, no cambia. El tipo de sellado para los firmes de hormigón JP cambiará al tipo especificado por el usuario. n

Espesor de la losa

El refuerzo reajusta el espesor de la losa de hormigón, como sigue: SLABTHK

aw

= SLBATHK

bw

+ OVLTHK

...(6.2)

donde:

n

SLABTHKaw

espesor de la losa después del refuerzo de hormigón aglutinado (mm)

SLABTHKbw

espesor de la losa antes del refuerzo de hormigón aglutinado (mm)

OVLTHK

espesor del refuerzo del hormigón aglutinado (mm)

Fisuración

La cantidad de fisuración, después del refuerzo, se calcula usando la ecuación más atrás. A continuación, se pronostica el progreso de la fisuración usando el la fase 1 del modelo RD con un nuevo espesor de la losa (SLABTHKaw) y los valores nuevos del número máximo permisible de repeticiones de los ejes equivalentes durante cada gradiente de temperatura (Ntg). El deterioro acumulativo del agotamiento (FD) se mantiene y se usa en el cálculo de los nuevos valores Ntg (ver sección 4 del capítulo C3). La Figura D3.13 muestra el efecto del refuerzo de hormigón aglutinado sobre la fisuración en los firmes de hormigón JP.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-31

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

90% 80%

Mismo agotamiento

Fisuración transversal [%]

70% 60%

Cambios en el espesor de la losa Determinación del número de ejes admisibles N

50% 40% 30% 20%

Original Refuerzo

10% 0% 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

ESAL acumulativo [millones por carril]

Figura D3.13 Efecto del refuerzo de hormigón aglutinado sobre la fisuración de los firmes de hormigón JP Resaltos

n

Los resaltos después del refuerzo se reajustan a cero. A continuación, el progreso de los resaltos de calculan utilizando el la fase 1 del modelo RD. El valor de NE4 (carga acumulativa del tráfico en ejes estándares) se reajusta a cero.

Promedio de resaltos en las juntas (pulgadas)

La Figura D3.14 muestra el efecto del refuerzo sobre los resaltos en los firmes de hormigón JP sin pasadores. 0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04

Original Refuerzo

0.02 0.00 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

ESAL acumulativo [millones por carril]

Figura D3.14 Efecto del refuerzo de hormigón aglutinado sobre el resalto de las juntas en los firmes de hormigón JP sin pasadores La Figura D3.15 muestra el efecto del refuerzo sobre los resaltos en los firmes de hormigón JP con pasadores.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-32

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

]

Promedio de resaltos en las juntas [pulgadas]

0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04

Original Refuerzo aglutinado

0.02 0.00 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

ESAL acumulativo [millones por carril]

Figura D3.15 Efecto del refuerzo de hormigón aglutinado sobre los resaltos en los firmes de hormigón JP con pasadores Desconchado

n

Después del refuerzo, se reajusta a cero. A continuación, el progreso del desconchado se calcula usando el la fase 1 del modelo RD con el parámetro de la edad del firme (EDAD) definido a partir de la aplicación del refuerzo. La Figura D3.16 muestra el efecto del refuerzo sobre el desconchado en los firmes de hormigón JP con pasadores.

16.00

Original Refuerzo

Desconchado de las juntas [Nº/mi]

14.00

12.00

10.00

8.00

6.00

4.00

2.00

0.00 0

5

10

15

20

25

30

Edad [años]

Figura D3.16 Efecto del refuerzo de hormigón aglutinado sobre el desconchado de las juntas en los firmes de hormigón JP con pasadores

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-33

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS n

D3 FIRMES DE HORMIGON

Regularidad

La regularidad después del refuerzo se reajusta a un valor nuevo y su progreso se calcula usando el la fase 1 del modelo RD, basado en la cantidad restante de fisuración, de desconchado y de resaltos.

6.1.2 Firmes de hormigón JR Cantidades y costes Si se realiza el refuerzo de hormigón aglutinado sobre un firme de hormigón JR, la cantidad de los trabajos (BOL), en metros cuadrados por kilómetro, se calcula utilizando la ecuación más atrás. La cantidad de trabajos preparatorios requeridos, se obtiene de la cantidad de reparación total de la profundidad realizada (FDR) que se calcula usando las ecuaciones más atrás y más atrás. La cantidad total de refuerzo (TBOL) en metros cuadrados se obtiene del producto de BOL por la longitud del tramo (L) en kilómetros. El coste total del refuerzo se obtiene multiplicando TBOL por el coste unitario por metro cuadrado, especificado por el usuario. Las áreas adicionales y los costes de los trabajos preparatorios se presentan separadamente bajo reparación total de la profundidad. Los efectos n

Espesor de la losa

El espesor de la nueva losa, después de los trabajos, se calcula por: SLABTHK

aw

= SLABTHK

adj

+ OVLTHK

...(6.3)

donde:

n

SLABTHKaw

espesor de la losa después del refuerzo (mm)

SLABTHKadj

espesor ajustado de la losa a ser tenido en cuenta por el efecto de la fisuración restante (mm)

OVLTHK

espesor del refuerzo de hormigón aglutinado (mm)

Fisuración

El espesor ajustado de la losa, a ser tenido en cuenta por el efecto de la fisuración restante, se obtiene de: SLABTHK

adj

= SLABTHK

bw

DCRACK aw * 1 - 0.5 *    MAXCKS

  

...(6.4)

donde: SLABTHKadj

espesor ajustado de la cara, a ser tenido en cuenta por el efecto de la fisuración restante (mm)

SLABTHKbw

espesor de la losa antes del refuerzo (mm)

DCRACKaw

número de fisuras transversales deterioradas por milla, después del refuerzo (mm)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-34

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

MAXCKS

D3 FIRMES DE HORMIGON

número máximo de fisuras transversales deterioradas por milla

El número máximo de fisuras transversales deterioradas (MAXCKS) se obtiene de: 3 * 5280 JTSPACE

MAXCKS =

...(6.5)

donde: MAXCKS

número máximo de fisuras transversales deterioradas por milla

JTSPACE

promedio de espacio entre las juntas transversales (pies)

Si DCRACKaw en mayor que MAXCKS, entonces DCRACKaw se iguala a MAXCKS. La cantidad de fisuración restante después de los trabajos, se calcula usando la ecuación más atrás. A continuación, el progreso de la fisuración se calcula usando el la fase 1 del modelo RD con un nuevo espesor de la losa (SLABTHKaw) y una nueva edad del firme (AGE) a partir de la realización del refuerzo de hormigón.. La Figura D3.17 muestra el efecto del refuerzo sobre la fisuración en los firmes de hormigón JR.

Deterioro de las fisuras transversales [Nº/ mi]

25.00

20.00 Original Refuerzo aglutinado 15.00

10.00

5.00

0.00 0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

ESAL acumulativo [millones por carril]

Figura D3.17 Efecto del refuerzo de hormigón aglutinado sobre la fisuración en los firmes de hormigón JR n

Resaltos

Los resaltos se ajustan a cero. A continuación, el progreso de los resaltos se calcula usando el la fase 1 del modelo RD. El valor de NE4 (carga acumulativa del tráfico en ejes equivalentes) se reajusta, también, a cero.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-35

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

La Figura D3.18 muestra el efecto del refuerzo sobre los resaltos en los firmes de hormigón JR.

Promedio de resaltos [pulgadas]

0.18 0.16 Original

0.14

Refuerzo aglutinado

0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

ESAL acumulativo (millones por carril)

Figura D3.18 Efecto del refuerzo de hormigón aglutinado sobre los resaltos en los firmes de hormigón JR n

Desconchado

El desconchado después de los trabajos, se reajusta a cero. Luego, el progreso del desconchado se calcula usando el la fase 1 del modelo RD con el parámetro de la edad del firme (EDAD) definido a partir de la aplicación del refuerzo. La Figura D3.19 muestra el efecto del refuerzo sobre el desconchado en los firmes de hormigón JR.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-36

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

50 45

Original Refuerzo

Desconchado de las juntas[%]

40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

5

10

15 Edad [años]

20

25

30

Figura D3.19 Efecto del refuerzo de hormigón aglutinado sobre el desconchado de las juntas en los firmes de hormigón JR n

Regularidad

La regularidad después del refuerzo se reajusta a un nuevo valor, y su progreso se calcula usando el la fase 1 del modelo RD, basado en el valor de PSR.

6.1.3 Firmes de hormigón CR Cantidades y costes Si se realiza un refuerzo de hormigón aglutinado sobre un firme de hormigón CR, la cantidad de los trabajos (BOL), en metros cuadrados por kilómetro, se calcula usando la ecuación más atrás. La cantidad de trabajos preparatorios requeridos se obtiene de la cantidad de la reparación total profunda (FDR) que se debe realizar, y que se calcula usando la ecuación más atrás. La cantidad total del refuerzo (TBOL) en metros cuadrados se obtiene del producto de BOL por la longitud del tramo (L) en kilómetros. El coste total del refuerzo se obtiene multiplicando TBOL por el coste unitario por metro cuadrado, especificado por el usuario. Las áreas adicionales y los costes de los trabajos preparatorios se presentan separadamente dentro de la reparación total profunda. Los efectos Después del refuerzo, el espesor de la losa se reajusta como se expresa en la ecuación más atrás. n

Roturas

El número de roturas después del refuerzo se reajusta a cero.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-37

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

La Figura D3.20 muestra el efecto del refuerzo sobre las roturas en los firmes de hormigón CR.

160.00

140.00

Original Refuerzo aglutinado

Roturas [Nº/mi]

120.00

100.00

80.00

60.00

40.00

20.00

0.00 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

ESAL acumulativo (millones por carril)

Figura D3.20 Efecto del refuerzo de hormigón aglutinado sobre las roturas en los firmes de hormigón CR n

Regularidad

La regularidad después del refuerzo se reajusta a un nuevo valor, y su progreso se calcula usando la fase 1 del modelo RD, basado en el valor PSR.

6.2

Refuerzos de hormigón no aglutinado Las técnicas usadas para la construcción de refuerzos de hormigón no aglutinado aseguran que la nueva capa de hormigón no se adherirá al hormigón existente. Esto conlleva la colocación de un una capa de separación intermedia, generalmente de hormigón asfáltico, sobre el hormigón existente para después construir un nuevo firme de hormigón sobre le capa intermedia. Este tipo de refuerzo, en carreteras con tráfico excesivo, son usualmente mayores de 150 mm, mientras que en carreteras menos tráfico no hace de más de 100 mm. Debido a que las dos capas de hormigón están separadas y actúan independientemente una de la otra, el refuerzo se comporta como un firme nuevo de hormigón sobre un soporte muy rígido. La capa de separación intermedia ayuda a retrasar el comienzo de la fisuración reflejada. Un relleno de este tipo se puede definir de una de las dos siguientes formas: n

Opción 1: Programada

Se realiza en un momento fijo de tiempo, definido por el año calendario. n

Opción 2: Programada

Se especifica un intervalo fijo de tiempo entre los sucesivos refuerzos y se realiza en un año t del análisis definido por las ecuaciones más atrás y más atrás. n

Opción 3: Condición de respuesta

Se realiza cuando el nivel de deterioro del firme (fisuración, resaltos y/o regularidad) excede los valores especificados por el usuario. Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D3-38

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

En todos los casos, el refuerzo no se realiza si se sobrepasa el último años de aplicación, especificado por el usuario o la regularidad máxima aplicable. Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad de los trabajos de refuerzo, se calculan de la siguiente manera: UOL = 1000 * CW

...(6.6)

donde: UOL

área del refuerzo de hormigón no aglutinado (m2/Km.)

CW

ancho de la calzada (m)

La cantidad total del refuerzo (TUOL) en metros cuadrados se obtiene del producto de UOL por la longitud del tramo (L) en kilómetros. El coste total del refuerzo se obtiene multiplicando TUOL por el coste unitario por metro cuadrado, especificado por el usuario. Los efectos Después del refuerzo, el tipo de la base cambia a base rígida de hormigón (RB). El tipo de sellado de los firmes de hormigón JP y JR cambia a valores especificados por el usuario. Se considera que el firme se comportará como nuevo y el rendimiento se modelizará usando la fase 1 de los modelos RD. La regularidad después del refuerzo se reajusta a un valor especificado por el usuario.

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D3-39

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

7

D3 FIRMES DE HORMIGON

Reconstrucción Incluye los trabajos que requieren la especificación de parte o del total de la estructura del firme y de sus características, lo que conlleva la eliminación y el reemplazo del perfilado, de la base y de las sub-bases. La especificación de la reconstrucción del firme de hormigón permite, también, el ajuste de la geometría de la carretera y de las características de la seguridad, así como la mejora o adicción de estructuras de drenaje. Se puede especificar de una de las siguientes formas: n

Opción 1: Programada

Se realiza en un punto fijo del tiempo, definido por el año calendario. n

Opción 2: De respuesta

Una reconstrucción con especificaciones fijas, se aplica cuando se cumples los niveles del criterio de intervención especificado por el usuario. No se realiza si se ha sobrepasado el último año de aplicación. Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad de reconstrucción del firme se obtiene de: REC = 1000 * CWaw

...(7.1)

donde: REC

área de reconstrucción del firme (m2/Km.)

CWaw

ancho de la calzada después de los trabajos (m)

El área total de reconstrucción (TREC), en metros cuadrados, se obtiene del producto de REC por la longitud del tramo (L) en kilómetros. El coste total de la reconstrucción se obtiene multiplicando TREC por el coste unitario por metro cuadrado, especificado por el usuario. Los efectos Después de la reconstrucción, el tipo del firme se reajusta a un nuevo tipo especificado por el usuario. El firme se comporta, entonces, como uno nuevo y el rendimiento se modeliza usando la fase 1 de los modelos RD. La regularidad se reajusta a un valor especificado por el usuario. Los factores de calibración del deterioro del firme se reajustan, también, a valores especificados por el usuario.

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D3-40

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

8

D3 FIRMES DE HORMIGON

Trabajos especiales Los efectos de estos trabajos sobre el rendimiento del firme no se modelizan internamente en HDM-4 y, por lo tanto, solamente se consideran sus costes en el análisis: n

Trabajos de emergencia

Por ejemplo, reparación y limpieza de los socavones, limpieza de escombros, retirada de accidentes del tráfico, etc. n

Trabajos de invierno

Se programan a un intervalo fijo (mínimo de un año) y se realizan en una base de una año. Si se especifican, estas actividades de los trabajos se aplican en el año del análisis, independientemente de su jerarquía. Los costes unitarios se especifican en términos de moneda por kilómetro por año, y los costes anuales se obtienen multiplicando la longitud del tramo (L) por el coste unitario.

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D3-41

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

9

D3 FIRMES DE HORMIGON

Nueva construcción La construcción de un nuevo tramo puede ser solamente programada y no puede ser originada por un criterio de intervención de respuesta. En un análisis de proyecto, un nuevo tramo (es decir, un nuevo itinerario) se puede especificar como un tramo alternativo dentro de una alternativa de proyecto seleccionada. Los componentes requeridos para definir un tramo nuevo son los siguientes: n

Datos del tramo de la carretera

Son todos los datos requeridos para definir un tramo de la carretera en HDM-4. El usuario los puede especificar usando datos agregados. n

Datos del tráfico ο

Tráfico inducido tráfico inducido al nuevo tramo (itinerario) desde rutas cercanas y de otros modos de transporte.

ο

Tráfico generado tráfico adicional que se origina como respuesta a la nueva inversión

n

Costes y duración de la construcción

n

Beneficios y costes externos

n

Estándares de conservación

Aplicados después de la apertura al tráfico del nuevo tramo. La cantidad de la nueva construcción se puede expresar en términos del número de kilómetros construidos (NEWCON) lo que es igual a la longitud del nuevo tramo. El coste total de la construcción se obtiene multiplicando NEWCON por el coste unitario por kilómetro, especificado por el usuario. El nuevo firme se modeliza usando la fase 1 de los modelos explicados en el capítulo C3.

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D3-42

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D3 FIRMES DE HORMIGON

10 Referencias AASHTO, (1993) American Association of State Highway y Transportation Officials Guide for Design of Pavement Structures Washington D.C., USA LAST, (1995) Concrete pavement performance equations Latin American Study Team International Study of Highway Development y Management Tools Santiago, Chile LAST, (1996) Modelling road design y maintenance effects for pavements in HDM-4 Final Report, FICEM, Latin American Study Team International Study of Highway Development y Management Tools Santiago, Chile

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D3-43

PARTE D EFECTOS DE LOS TRABAJOS Part D

Efectos de los trabajos

D4 Carreteras sin sellar 1

Introducción Este capítulo describe la modelización detallada de los Efectos de los trabajos de la carretera, en las carreteras sin sellar (ver Figura D4.1).

Efectos de los trabajos de la Road Deterioration carretera Models

Tipos de Pavement trabajostypes capítulo D-1 Chapter C-1

Firmes bituminosos Bituminous capítulo D-2 Pavements Chapter C-2

FirmesConcrete de hormigón capítulo D-3 Pavements

Carreteras sin sellar Unsealed Roads capítulo D-4 Chapter C-4

Chapter C-3

Figura D4.1 Módulos de los efectos de los trabajos de la carretera Los métodos de definición de las actividades de los trabajos y de los criterios de intervención, el cálculo de las cantidades físicas y los efectos de los trabajos en las características y el uso de la carretera se especifican dentro de las siguientes clases: n

Conservación (ver sección 3)

n

Mejora (ver sección 4)

n

Construcción (ver sección 5)

La lógica de la modelización descrita incluye la visión general del procedimiento del cálculo, la escala de jerarquía de las actividades de los trabajos y los reajustes del tipo del firme después de los trabajos. Una lista de documentos relacionados con este capítulo se ofrece en la sección 6.

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D4-1

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

2

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

Lógica de la modelización Se considera que una carretera sin sellar incluye dos capas, un perfilado de grava y una explanada. Una carretera de grava tiene ambas capas, mientras que una de tierra tienen cero espesor de perfilado de grava y las características de su capa de rodadura son las de la explanada. Cuando una carretera de grava pierde todo su perfilado, entonces se reclasifica como carretera de tierra. Al aplicarse una renovación superficial de grava, todas las carreteras sin pavimentar se convierten en carreteras de grava por la definición de la nueva capa de su perfilado. Los antecedentes de la lógica de modelización se ofrecen en Watanatada et al. (1987) y Paterson (1987).

2.1

Visión general del procedimiento del cálculo Se resume en los siguientes pasos:

2.2

n

Determinar los estándares de trabajo aplicables en el año analizado. Solo se puede aplicar, a cada tramo, un estándar de conservación y/o de mejora durante el año analizado.

n

Verificar los criterios de intervención y los límites definidos para los trabajos, en el siguiente orden: ο

trabajos de mejora y de conservación

ο

una operación programada toma prioridad sobre una, del mismo tipo, de condición de respuesta.

n

Identificar y aplicar las actividades de los trabajos más altos en la escala

n

Calcular las cantidades físicas de los trabajos.

n

Calcular los efectos de los trabajos y los valores de ajuste de los parámetros de modelización para que reflejen la geometría, la estructura del firme, la resistencia, el historial y el uso de la carretera, después de los trabajos.

n

Aplicar cualquier otra actividad de trabajo que afecte al firme que nos esté modelizadas internamente, por ejemplo, rutinas de conservación varias.

n

Calcular los costes de los trabajos aplicando costes unitarios a las cantidades físicas de los trabajos.

n

Guardar los resultados para su uso en los análisis económicos y en los próximos años del análisis..

Jerarquía de los trabajos Una actividad de trabajo, o una operación, se origina cuando se cumplen uno o varios de los criterios especificados por el usuario. Cuando son varios los que cumplen el criterio de aplicación en un año analizado, se selecciona el que ocupa el primer lugar, indicado para una característica particular de la carretera. . La Tabla D4.1 muestra la jerarquía de las actividades de los trabajos aplicables a la calzada. La operación de dualización de un tramo existente se coloca al principio de la lista con el número 1 y toma prioridad sobre todas las otras actividades, mientras que los trabajos de rutina del firme (es decir, recargo puntual y perfilado) tienen la menor prioridad.

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D4-2

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

Tabla D4.1 Jerarquía de los trabajos aplicables a la calzada Tipo

Actividad del trabajo/operación

Jerarquía

Coste unitario

Nuevo tramo

Dualización de un tramo existente

1

por km

Actualización

Actualización a una nueva clase de capa

2

por km

Mejora del trazado

Mejora geométrica del trazado

3

por km

Ensanchado

Adición de un carril

4

por m2 o por km

Ensanchado parcial

5

por m2 o por km

Renovación superficial

Recargo

6

por m3

Rutina

Recargo puntual 1

7

por m3

Firme

Perfilado 1

7

por km

Notas: 1

El recargo puntual y el perfilado tiene la misma prioridad y ambos se pueden realizar en el mismo año analizado

Un trabajo de mejora o de construcción con especificaciones fijas se aplica a un tramo, solamente una vez durante el periodo analizado. Esta regla aplica, particularmente, a los trabajos de mejora que se han definido como de tipo de respuesta, por el criterio de intervención especificado por el usuario, basado en los parámetros de los efectos sobre el usuario de la carretera. El recargo puntual y el perfilado se pueden definir por el usuario para que sean aplicados como actividades de trabajo separadas en cada año, o indicados para reparar áreas con depresiones severas, reduciendo la regularidad antes de aplicar los trabajos de más alto rango como, por ejemplo, recargo o ensanchado. En el primer caso, el recargo puntual o el perfilado, se realizan cada año que no tenga asignado conservación periódica o trabajos mayores. En el último caso, se consideran como parte integral de la conservación periódica o de los trabajos mayores y se catalogan como trabajos preparatorios. Aunque los trabajos preparatorios se originan automáticamente y se realizan junto a los trabajos principales, la cantidad y los costes de cada una de sus actividades relacionadas, se modelizan y se informan separadamente. Si están especificadas por el usuario, las actividades de los trabajos que se aplican a los arcenes y a los carriles de transporte no motorizado (TNM) se aplican en cualquier año del análisis, independientemente de la jerarquía ofrecida en la Tabla D4.1. Los trabajos de mejora en los arcenes o los carriles TNM, toman prioridad sobre los de reparación de los mismos. En todos los tipos de carretera, si se identifican mas de una actividad de trabajo del mismo tipo de operación, por ejemplo, diferentes especificaciones de recargo, en el mismo año del análisis, toma prioridad sobre las otras, la que tenga el mayor coste. Las siguientes actividades de los trabajos no tienen sus efectos modelizados internamente: n

Trabajos de emergencia

n

Trabajos de invierno

n

Rutinas de conservación varias

Si están especificadas por el usuario, se aplican en el año del análisis, independientemente de la jerarquía de los otros trabajos.

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D4-3

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

3

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

Trabajos de conservación Incluyen las siguientes operaciones: n

Perfilado periódico (ver sección 3.1)

n

Recargo puntual (ver sección 3.2)

n

Tratamiento superficial de grava (ver sección 3.3)

n

Rutinas varias de conservación de los drenajes y de las orillas (ver sección 3.4)

La conservación de los perfilados de grava se especifica, para cada año analizado, a partir de su espesor y de cambio neto debido a la pérdida de su material, con recargo puntual y tratamiento superficial. La pérdida del material, en las carreteras de tierra, aunque calculada, se tiene en cuenta, solamente, con el propósito de pronosticar las cantidades de recargo puntual, de otro modo se ignora, Watanatada et al. (1987).

3.1

Perfilado periódico El perfilado periódico, ya sea con un perfilador motorizado o de torre, para recuperar la grava de los arcenes y reponerla en la calzada, y para reducir la regularidad, es una de las rutinas principales de conservación de las carreteras sin sellar. Generalmente, se realiza con una puntualidad más o menos regular con propósitos de conservación, suele ser suficiente como para mantener la regularidad dentro de unos límites tolerables. El perfilado se puede especificar por el usuario de una de las tres siguientes formas: n

Opción 1: Programada

Se realiza con un intervalo fijo de días, entre cada uno. n

Opción 2: De respuesta al tráfico

Se realiza con un intervalo de tiempo definido por la cantidad de veces que pasa un vehículo. n

Opción 3: De respuesta a la regularidad

Se realiza cuando se ha sobrepasado el valor máximo permisible de regularidad.

3.1.1 Cantidades y costes Cuando se realiza, la cantidad de trabajos de perfilado (LGRD) es igual a la longitud del tramo de la carretera en kilómetros. El coste se obtiene del producto de LGRD por el coste unitario por kilómetro. El coste anual se obtiene multiplicando este producto por el número de perfilados realizados en el año.

3.1.2 Efectos En todas las opciones, el promedio de la regularidad entre los sucesivos perfilados(Qiavg) se calcula como una función del número de días entre cada perfilado (DG) y se describe en la parte C del capítulo C4. En la opción programada, DG se especifica directamente por el usuario. En las opciones de respuesta al tráfico y a la regularidad, DG se determina de la siguiente forma: Si DGMAX < DG' DG = DGMAX

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...(3.1)

D4-4

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

Si DGMIN < DG' ≤ DGMAX

...(3.2)

DG = DG' Si DG' ≤ DGMIN

...(3.3)

DG = DGMIN

donde: DGMAX

intervalo de tiempo máximo permisible entre perfilados sucesivos, en días, especificado por el usuario como una opción o igual al valor predefinido de 10,000 días

DG'

número de días entre los sucesivos perfilados determinado por el parámetro del tráfico o de la regularidad

DGMIN

intervalo de tiempo mínimo de aplicación entre perfilados sucesivos, en días, especificado por el usuario como una opción o igual al valor predefinido de 5 días

El parámetro DG' se determina como sigue: en la opción de respuesta al tráfico: DG' =

VEHG AADT

...(3.4)

en la opción de respuesta a la regularidad:

(QIMAX j − QIMAX 0 )    1 DG' =   * log e   c   [QIMAX j − (1 − a ) * QIMIN j − a * QIMAX 0 ]

...(3.5)

donde: VEHG

intervalo de tráfico entre perfilados sucesivos, en vehículos, especificado por el usuario

QIMAX j

regularidad máxima del material j (QI)

QIMINj

regularidad mínima del material j (QI)

QIMAX O

regularidad máxima permisible especificada por el usuario (QI)

ayc

parámetros del modelo definidos en el capítulo C4, secciones 3.2, 3.4 y 3.5.

Si no se especifica perfilado, el promedio de regularidad a largo plazo (QIlta) es igual a la regularidad máxima, como se explica a continuación: QI lta = QIMAX

j

...(3.6)

Si la conservación general del tramo por varios años ha sido ningún perfilado, entonces la regularidad existente es el mejor estimado del promedio de la misma y el usuario puede proveerlo especificando QIMAX internamente con un valor igual al de la regularidad existente.

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D4-5

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

3.2

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

Recargo puntual Repara las áreas con depresiones severas (pérdida de grava, roderas, etc.) y puede especificarse, por el usuario, de la siguiente manera: n

Opción 1: Programada

Se aplica un número fijo de metros cúbicos por kilómetro (VGS). n

Opción 2: Condición de respuesta

Sujeto a un límite máximo por año, se reemplaza un porcentaje de la grava o del material perdido en el año analizado. En esta opción VGS se calcula de la siguiente forma: VGS = Pmla * MLA * (CW + SW ) * 10 −2

...(3.7)

donde:

VGS

volumen en origen del material añadido por el recargo puntual (m3/km)

Pmla

porcentaje de la pérdida anual del material que se debe reemplazar, especificado por el usuario (%)

MLA

pérdida anual del material (mm)

CW

ancho de la calzada (m)

SW

ancho de los arcenes (m)

3.2.1 Cantidades y costes Cuando se realiza recargo puntual, se asume que, el material añadido es del mismo tipo del existente. La cantidad total del recargo se obtiene de: TVGS = VGS * L

...(3.8)

donde: TVGS

cantidad total de recargo en el tramo de la carretera (m3)

L

longitud del tramo (km)

El coste del recargo se calcula multiplicando TVGS por el coste unitario del material por metro cúbico.

3.2.2 Efectos del recargo puntual n

Espesor de la grava

En las carreteras de grava, se aumenta el espesor de la capa de grava para reflejar el volumen del material añadido, de acuerdo a la siguiente fórmula (regla trapezoidal): ∆THGS =

VGS (CW + SW )

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...(3.9)

D4-6

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

THG aw = THG bw + ∆THGS

...(3.10)

donde:

∆THGS

aumento del espesor de la grava por causa del recargo (mm)

THGaw

espesor de la grava después de los trabajos (mm)

THGbw

espesor de la grava antes de los trabajos (mm)

Todos los demás parámetros se definieron anteriormente. n

Regularidad

El recargo puntual se especifica para reducir el promedio de regularidad bajo la presunción de que la grava se aplica sobre las mayores depresiones y baches que se han producido los niveles superiores de la capa de rodadura. Los niveles de regularidad por encima de 190 QI (15 m/km IRI) están, invariablemente, asociados con la presencia visible de depresiones o baches mínimos, que se pueden hacer más grandes o más frecuentes según el nivel de regularidad aumente y que pueden ser efectivamente bacheados, con grandes beneficios, a través del recargo puntual. En la escala de regularidad entre 150 y 190 QI, es decir, entre 11 y 15 IRI m/km, estas depresiones mínimas se observan frecuentemente, pero se entiende que, en esta escala, el recargo puntual no siempre sería efectivo. Por ejemplo, en ondulaciones o erosiones de la capa, cuyas condiciones, generalmente, producen niveles de regularidad en esta escala, el recargo puntual no sería una conservación efectiva. En los niveles de regularidad por debajo de 150 QI, es decir, 11 IRI m/km, se considera que el refuerzo no tendrá ningún efecto sobre la regularidad. Esta lógica se define por el siguiente algoritmo, adoptando, para la regularidad, el volumen de la proporción de la depresión de 2 QI por m3/carril/km, permitiendo al recargo puntual una efectividad del 60%, es decir, 1,2 QI por m3/carril/km y adoptando un promedio de anchura efectiva del carril de 3 m:

[

   QI avg(bw) - 150 QI avg (aw ) = MAX150, QI avg (bw) − MIN1, 40   

] * 3.6 * VGS   

CW

 

...(3.11)

donde:

QIavg(aw)

promedio de regularidad después del recargo puntual (QI)

QIavg(bw)

promedio de regularidad antes del recargo puntual (QI)

Todos los demás parámetros se definieron anteriormente. Los efectos del recargo puntual se ilustran en Watanatada et al. (1987). Se debería observar que el recargo puntual proporciona solamente reparaciones temporales de las depresiones, y que el más efectivo es el perfilado o, en casos severos el raspado, el perfilado y el recompactado.

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D4-7

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

3.3

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

Tratamiento superficial de grava Se realiza para reemplazar o aumentar la capa del perfilado de grava en respuesta a la pérdida del material. Se especifica de una de las siguientes formas: n

Opción 1: Programada

Se aplica cuando la edad de la grava (GAGE) iguala o excede el intervalo fijo de tiempo especificado por el usuario. n

Opción 2: De respuesta

Se aplica cuando: q

el espesor actual de la grava (THG) está por debajo del mínimo permisible especificado por el usuario, por lo que la GAGE iguala o excede el intervalo mínimo de aplicación de renovación superficial, en años, o

q

la edad de la grava (GAGE) iguala o excede el intervalo máximo permisible de aplicación de renovación superficial, en años.

No obstante, la renovación superficial no se realiza si: n

Se ha sobrepasado el último año de aplicación especificado, o

n

El año del análisis es un año de construcción, o

n

El espesor final especificado, en una política programada, antes de una aplicación de renovación superficial, es menor del pronosticado al final del año del análisis.

3.3.1 Cantidades y costes Cuando se realiza, la cantidad de recargo se obtiene de: TVGR = VGR * L

...(3.12)

donde: TVGR

cantidad de recargo en el tramo entero de la carretera (m3)

VGR

volumen en origen de la grava añadida por el recargo (m3/km)

El volumen por km se calcula según las siguiente fórmula trapezoidal: VGR = (THG aw - THG bw ) * (CW + SW )

...(3.13)

Todos los demás parámetros se calcularon anteriormente. El coste del recargo se obtiene multiplicando TVGR por el coste unitario por metro cúbico. Trabajos preparatorios Si la regularidad antes de los trabajos (RIbw) es mayor de 11,6 IRI m/km, se presupone que se realizará la siguiente cantidad de recargo antes del tratamiento superficial de grava: VGS =

(QI bw - 150) * CWbw 3.6 * {MIN [1, (QIbw - 150)/40 ]}

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(3.14)

D4-8

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

donde:

VGS

volumen del recargo puntual (m3/km)

QIbw

regularidad antes de los trabajos (= QIb) (QI)

Los costes adicionales del recargo puntual se obtienen multiplicando el producto de VGS por la longitud del tramo (L) por el coste unitario por metro cúbico definido por el usuario.

3.3.2 Efectos del tratamiento superficial de grava n

Tipo de firme

Cuando se realiza el tratamiento superficial, el tipo del firme se ajusta a grava (GRUP) independientemente del tipo de capa anterior. n

Edad de la grava

Después del recargo, la edad de la grava (GAGE) se reajusta a cero. n

Espesor de la grava

El espesor del perfilado de grava aumenta de acuerdo a la siguiente fórmula: Si se ha especificado el espesor final: THG aw = THG 0

...(3.15)

Si se ha especificado un aumento en el espesor: THG aw = THG bw + ∆THG

...(3.16)

donde:

n

THG0

espesor final de la grava después del tratamiento superficial, especificado por el usuario (mm)

∆THG

aumento del espesor por efecto del tratamiento superficial, especificado por el usuario (m)

Propiedades de los materiales

El material de la capa existente cambia al especificado por el usuario, que puede conservar los mismos atributos que el anterior. Estos atributos (P075, P425, P02, D95, PI, Y QIMAX) se reemplazan todos por los nuevos valores provistos por el usuario, o por los predefinidos para los atributos anteriores. n

Regularidad

Después del recargo, se reajusta al valor especificado por el usuario. Si no se ha especificado, se reajusta al valor mínimo permisible (QIMIN) convertido en unidades de IRI m/km.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D4-9

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

3.4

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

Rutinas diversas de conservación Incluyen conservaciones de los drenajes, control de la vegetación, instalaciones de seguridad y otras no modelizadas que afectan a la calidad de la transitabilidad del firme. Una suma global de sus costes por kilómetro por año se usa como base para estimar los costes de las mismas. Debido a que, las relaciones de deterioro de una carretera sin sellar empleadas, se basan en la presunción de que existe un drenaje adecuado, los costes de conservación de los mismos, deberían estar incluidos, lo que ocurre generalmente. Si no, se deberían considerar, algunas cantidades en el análisis económico, debido por ejemplo, a la carencia de drenaje en forma de cierres frecuentes de la carretera, limpiezas, etc. Cuando lo especifica el usuario, el coste total anual de las rutinas diversas de conservación se obtiene del producto de la longitud del tramo por el coste unitario por kilómetro por año.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D4-10

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

4

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

Trabajos de mejora Estos trabajos en carreteras sin sellar, incluyen los siguiente:

4.1

n

Ensanchado (ver sección 4.1)

n

Mejora del trazado (ver sección 4.2)

Ensanchado Estas operaciones son la adición de carriles y el ensanchado parcial. La diferencia entre ambas en que en el ensanchado parcial no aumenta el número de carriles. Se considera que estas operaciones no alteran el alineado de la carretera, por lo que no se producen cambios en la longitud del tramo. Estos trabajos se pueden definir de una de las siguientes formas: n

Opción 1: Programada

Un trabajo de ensanchado con especificaciones fijas se aplica en un momento específico, definido por un año calendario. n

Opción 2: De respuesta

Un trabajo de ensanchado con especificaciones fijas se aplica cuando se cumplen los criterios de intervención definidos por el usuario, basados en los efectos sobre los usuarios de la carretera. No se realiza si se ha sobrepasado el último año de aplicación. Se requiere la siguiente información para especificar un trabajo de ensanchado: n

Tipo de carretera.

n

Clase de carretera.

n

Aumento del ancho por efectos del ensanchado parcial.

n

Número adicional de carriles y aumento en el ancho de la calzada por efectos de la adición de carriles.

n

Tipo de firme del tramo completo.

n

Detalles del firme del área ensanchada de la calzada.

n

Si se ha realizado, o no, a la calzada existente un tratamiento superficial.

4.1.1 Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad de trabajos de ensanchado, se obtiene de: AWDN = 1000 * ∆CW

...(4.1)

donde: AWDN

área total de la calzada ensanchada (m2/km)

∆CW

aumento del ancho de la calzada (m)

El área total de ensanchado sobre el tramo entero, se obtiene de: Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D4-11

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

TAWDN = AWDN * L

...(4.2)

donde: TAWDN

área de la calzada ensanchada (m2)

L

longitud del tramo de la carretera (km)

El coste del ensanchado del tramo (CSTWDN) se obtiene del producto de TAWDN por el coste unitario por metro cuadrado, especificado por el usuario, o multiplicando la longitud del tramo (L) por el coste unitario por kilómetro. El valor remanente se obtiene de: SALVA = PCTSAV * CSTWDN

...(4.3)

donde:

SALVA

valor remanente de los trabajos (moneda)

PCTSAV

porcentaje total del remanente del coste (%)

Trabajos adicionales Es probable que los trabajos de ensanchado requieran tratamiento superficial o reparación de las áreas severamente deterioradas de la calzada existente. Los trabajos adicionales requeridos se modelizan, como se indica a continuación: n

Caso 1: Aplicación de tratamiento superficial sobre la calzada existente

La cantidad de tratamiento superficial de grava, se obtiene de: VGR = (THG aw - THG bw ) * (CWbw + SW )

...(4.4)

donde:

VGR

volumen del recargo (m3/km)

THGaw

espesor de la grava después de los trabajos (mm)

THGbw

espesor de la ante de los trabajos (mm)

CWbw

anchura de la calzada antes de los trabajos (m)

SW

anchura de los arcenes (m)

La cantidad total de recargo de la calzada existente, se obtiene de: TVGR = VGR * L

...(4.5)

donde:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D4-12

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

TVGR

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

volumen total de recargo de la calzada existente (m3)

El coste del relleno se obtiene del producto de TVGR por el coste unitario por metro cúbico, especificado por el usuario. n

Caso 2: No aplicación de tratamiento superficial sobre la calzada existente

En este caso, se asume que el recargo puntual y el perfilado de la longitud total de la calzada existente se realizan a la vez que los trabajos de ensanchado. Si la regularidad RIbw, antes de los trabajos, es mayor de 11,6 IRI m/km, la cantidad del recargo puntual y la del perfilado se calculan usando la ecuación más atrás. Los costes adicionales del recargo se obtienen multiplicando, el producto de VGS por la longitud del tramo (L), por los costes unitarios por metro cúbico, especificados por el usuario. La cantidad de perfilado (LGRD) realizado, es igual a la longitud del tramo (L) en kilómetros, y los costes adicionales se obtienen del producto de LGDR por el coste unitario por metro cúbico, especificado por el usuario. El coste total de los trabajos de ensanchado, es la suma de coste del ensanchado de la calzada más los costes de los trabajos adicionales que incluyen el recargo de la calzada existente, o el perfilado y cualquier recargo puntual realizado. Los costes y las cantidades de los trabajos adicionales se presentan, separadamente, como recargo, perfilado o recargo puntual. En los análisis económicos, se presume que se incurrirá en estos costes adicionales, dentro del último año de la construcción

4.1.2 Efectos del ensanchado Se considera que los trabajos de ensanchado no alteran la clase de la capa de la carretera. Después de realizados, los parámetros de la modelización requeridos, se reajustan como se describe a continuación: n

Ancho de la calzada

El ancho después de los trabajos, se obtiene de: CWaw = CWbw + ∆CW

...(4.6)

donde: CWaw

ancho de la calzada después de los trabajos (m)

CWbw

ancho de la calzada antes de los trabajos (m)

∆CW

aumento del ancho de la calzada (m)

En el ensanchado parcial, el aumento del ancho de la calzada (∆CW) se especifica directamente por el usuario. El la adición de carril, el aumento del ancho de la calzada está especificado por el usuario. Si no se especifica, el aumento se obtiene de: ∆CW =

(ADDLN * CW bw )

...(4.7)

NLANES bw

donde:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D4-13

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

ADDLN

número adicional de carriles, especificado por el usuario

NLANESbw

número de carriles, antes de los trabajos

En la adición de carriles, el número de los mismos, después del ensanchado (NLANESaw) es igual al de antes (NLANESbw) más el número adicional (ADDLN) especificado por el usuario. n

Espesor de la grava ο

Después del ensanchado, se calcula como un promedio ponderado, de la siguiente forma: THG aw =

(CWbw * THG excw + ∆CW * THG ww )

...(4.8)

CWaw

donde: THGaw

espesor de la grava después de los trabajos de ensanchado (mm)

THGww

espesor de la grava de la parte ensanchada de la calzada (mm)

THGbw

espesor de la grava antes de los trabajos de ensanchado (mm)

THGexcw

espesor de la grava sobre la calzada existente, después del ensanchado (mm)

Todos los demás parámetros se definieron anteriormente. ο

El espesor de la grava sobre la calzada existente, después del ensanchado (THGexcw) se obtiene de: Si la calzada existente va a ser recargada: THG excw = THG bw + ∆THG gr

...(4.9)

y el tipo del firme se ajusta a grava (GRUP), independientemente del tipo de firme anterior Si la calzada existente no va a ser recargada: THG excw = THG bw + ∆THGS

...(4.10)

donde:

ο

∆THGgr

aumento del espesor de la grava sobre la calzada existente debido al recargo (mm)

∆THGS

aumento del espesor de la grava sobre la calzada existente debido al recargo puntual (mm)

El aumento del espesor de la grava sobre la calzada existente, debido al recargo puntual (∆THGS) se obtiene de: Si el tipo de firme es de grava (GRUP):

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D4-14

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

∆THGS se calcula usando la ecuación más atrás Si el tipo de firme es de tierra (EAUP): ∆THGS se ajusta a cero n

Propiedades de los materiales de la capa

Después del ensanchado, las propiedades de los materiales de la capa (SMPi) se ajustan de la siguiente manera: ο

Si la calzada existente va a ser recargada, todas las propiedades de los materiales de la capa se reajustan a los del material de la nueva capa.

ο

Si la calzada existente no va a ser recargada:  (CWbw * SMPi bw + ∆CW * SMPi ww )  SMPi aw =   CWaw  

...(4.11)

donde:

n

SMPiaw

propiedad del material de la capa i, después de los trabajos (i = P075, P425, P02, PI, D95)

SMPibw

propiedad del material de la capa i, antes de los trabajos (i = P075, P425, P02, PI, D95)

SMPiww

propiedad del material de la capa i de la parte ensanchada de la calzada (i = P075, P425, P02, PI, D95)

Regularidad

La regularidad después del ensanchado (RIaw) se reajusta a un valor especificado por el usuario. Si no se especifica, RIaw se reajusta a la regularidad mínima permitida (QIMIN) convertida en unidades IRI m/km. n

Edad de la grava

La edad de la grava (GAGE) después de los trabajos de ensanchado, se obtiene de: ο

Si la calzada existente va a ser recargada, GAGE se reajusta a cero.

ο

Si la calzada existente no va a ser recargada, GAGE se calcula como sigue:  (CWbw * GAGE bw )  GAGE aw =   CWaw  

...(4.12)

donde:

n

GAGEaw

edad de la grava después del ensanchado (años). (Nota: se convierte en un valor entero)

GAGEbw

edad de la grava antes del ensanchado (años).

Factores de calibración de la pérdida del material

Después de los trabajos de ensanchado, estos factores, es decir, Kgl y Kkkkttt, se reajustan a los valores especificados por el usuario.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D4-15

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS n

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

Factores de la velocidad

Son el factor del límite de la velocidad, el del cumplimiento de la velocidad, el del rozamiento y el del ruido de la aceleración y dependen, principalmente, del tramo específico de la carretera. n

Patrón del flujo del tráfico (uso de la carretera)

Los datos que describen la distribución horaria del flujo del tráfico se reajustan también a los especificados por el usuario.

4.2

Mejoras del trazado Están relacionados con las mejoras geométricas locales de la carretera existente que pueden, también, desembocar en una reducción de la longitud de la carretera. Se asume que el ancho de la calzada permanece inalterado cuando se realizan trabajos de mejora del trazado. Los trabajos de mejora del trazado se pueden definir de la siguiente manera: n

Opción 1: Programada

Se realiza en un momento fijo del tiempo, definido por un año calendario. n

Opción 2: De respuesta

Se realiza cuando se cumplen los criterios de intervención, definidos por el usuario, basados el los parámetros de los efectos sobre los usuarios de la carretera. No se realiza, si se ha sobrepasado el último año de aplicación. Se especifica con la siguiente información: n

Tipo de carretera.

n

Clase de carretera.

n

Proporción de la nueva construcción, definida como la proporción de la longitud de la nueva construcción de la longitud del tramo, antes de los trabajos.

n

Factor de ajuste de la longitud..

n

Detalles de la geometría.

n

Tipo de firme del tramo entero.

n

Detalles del firme de los segmentos construidos nuevos.

n

Si se ha realizado, o no, a los segmentos nos mejorados en su trazado de la calzada existente, un recargo.

4.2.1 Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad total de la mejora al trazado, se obtiene de: REAL = Pconew * L aw

...(4.13)

L aw = L bw * LF

...(4.14)

donde: REAL

longitud de la carretera mejorada en su trazado (km)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D4-16

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

Pconew

proporción de la nueva construcción (0 < Pconew < 1)

Law

longitud del nuevo tramo, después de los trabajos de mejora del trazado (km)

Lbw

longitud del nuevo tramo, antes de los trabajos de mejora del trazado (km)

LF

factor de ajuste de la longitud (LF > 0)

El coste de las mejoras del trazado (CSTREAL) se obtiene del producto de REAL por el coste unitario por kilómetro de la mejora, especificado por el usuario. El valor remanente se ofrece por: SALVA = PCTSAV * CSTREAL

...(4.15)

donde: SALVA

valor remanente de los trabajos (moneda)

PCTSAV

porcentaje del remanente del coste (%)

Trabajos adicionales Se asume que las siguientes cantidades de trabajos adicionales se llevarán a cabo junto a los trabajos de mejora del trazado: n

Caso 1: Tratamiento superficial de los segmentos no mejorados en su trazado

Si los segmentos no mejorados en su trazado de la calzada existente, van a ser tratados superficialmente, la cantidad del recargo se obtiene de:

(

)

VGR = THG aw - THG bw * (CW + SW )

...(4.16)

donde: VGR

volumen del recargo (m3/km)

THGaw

espesor de la grava después de los trabajos de mejora del trazado (mm)

THGbw

espesor de la grava antes de los trabajos de mejora del trazado (mm)

CW

ancho de la calzada (m)

SW

ancho de los arcenes (m)

La cantidad total del recargo en los segmentos no mejorados en su trazado de la calzada existente, se obtiene de:: TVGR = VGR * (1 - Pconew ) * L aw

...(4.17)

donde: TVGR

volumen total de recargo de los segmentos no mejorados en su trazado de la calzada existente (m3)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D4-17

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

El coste del recargo de los segmentos no mejorados en su trazado de la calzada existente se obtiene del producto de TVGR por el coste unitario por metro cúbico, especificado por el usuario. n

Caso 1: No tratamiento superficial de los segmentos no mejorados en su trazado

Si los segmentos no mejorados en su trazado de la calzada existente, no van a ser tratados superficialmente, se asume que las siguientes cantidades de perfilado y recargo puntual se realizan junto con los trabajos de mejoras al trazado: ο

Perfilado LGRD = (1 - Pconew ) * L aw

...(4.18)

donde: LGRD

Longitud total de carretera perfilada (km)

Todos los demás parámetros de definieron anteriormente. El coste del perfilado de los segmentos no mejorados en su trazado de la calzada existente, se obtiene del producto de LGRD por el coste unitario por kilómetro, especificado por el usuario. ο

Recargo puntual

Si la regularidad antes de los trabajos (RIbw) es mayor de 11.6 IRI m/km, la cantidad de recargo puntual realizada se calcula de la siguiente manera: TVGS = VGS * (1 - Pconew ) * Law

...(4.19)

donde: TVGS

volumen del recargo puntual realizado en los segmentos no mejorados en su trazado, de la calzada existente (m3)

VGS

volumen del recargo puntual calculado usando la ecuación 3.14 (m3/km)

El coste del recargo puntual realizado en los segmentos no mejorados en su trazado, de la calzada existente se obtiene del producto de TVGS por el coste unitario por metro cúbico, especificado por el usuario. El coste total de los trabajos de mejora del trazado es la suma del coste de la construcción de las mejoras del trazado más el coste de los trabajos adicionales, incluyendo el recargo puntual realizado en los segmentos no mejorados en su trazado, de la calzada existente, o el perfilado y cualquier recargo puntual realizado. Los costes adicionales de los trabajos se deberían presentar separadamente bajo recargo, perfilado o recargo puntual. En los análisis económicos, se presume que se incurrirá en estos costes adicionales, durante el último año de construcción.

4.2.2 Efectos de las mejoras del trazado Se considera que estos trabajos no alteran la clase de capa de la carretera. Los parámetros de modelización requeridos se reajustan como se describe a continuación:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D4-18

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS n

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

Longitud del nuevo tramo

Después del trabajos, se obtiene de la ecuación más atrás. n

Espesor de la grava ο

Después de los trabajos, se obtiene de: THG aw = [(1 - Pconew ) * THG excw + Pconew * THG rw ]

...(4.20)

donde:

ο

THGaw

espesor de la grava después de los trabajos de mejora del trazado (mm)

THGexcw

espesor de la grava de los segmentos no mejorados en su trazado, de la calzada existente, después de los trabajos (mm)

THGrw

espesor de la grava de los segmentos mejorados en su trazado, de la calzada (mm)

THGbw

espesor de la grava antes de los trabajos de mejora del trazado (mm)

El espesor de la grava sobre los segmentos no mejorados en su trazado, de la calzada existente, después de los trabajos, se obtiene de: Si los segmentos no mejorados en su trazado, de la calzada existente, van a ser recargados THG excw = THG bw + ∆THG gr

...(4.21)

y el tipo del firme se ajusta a grava (GRUP) independientemente del tipo del firme anterior Si los segmentos no mejorados en su trazado, de la calzada existente, no van a ser recargados THG excw = THG bw + ∆ THGS

...(4.22)

donde:

ο

∆THGgr

aumento del espesor de la grava sobre los segmentos no mejorados en su trazado, de la calzada existente, debido al recargo (mm)

∆THGS

aumento del espesor de la grava sobre los segmentos no mejorados en su trazado, de la calzada existente, debido al recargo puntual (mm)

El aumento del espesor de la grava sobre los segmentos no mejorados en su trazado, de la calzada existente, debido al recargo puntual (∆THGS) se obtiene de: Si el tipo de firme es de grava (GRUP): ∆THGS se calcula por la ecuación más atrás Si el tipo de firme es de tierra (EAUP): ∆THGS se ajusta a cero

n

Propiedades del material de la capa

Después de los trabajos, las propiedades del material de la capa (SMPi) se reajustan como sigue:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D4-19

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

ο

Si los segmentos no mejorados en su trazado, de la calzada existente van a ser recargados, todas las propiedades del material de la capa se reajustan a los del material nuevo.

ο

Si los segmentos mejorados en su trazado, de la calzada existente no van a ser recargados: SMPi aw = [(1 - Pconew ) * SMPi bw + Pconew * SMPi rw ]

...(4.23)

donde:

n

SMPiaw

propiedad del material de la capa i después de los trabajos de mejora del trazado, (i = P075, P425, P02, PI, D95)

SMPibw

propiedad del material de la capa i antes de los trabajos de mejora del trazado, (i = P075, P425, P02, PI, D95)

SMPirw

propiedad del material de la capa i para los segmentos mejorados en su trazado, después de los trabajos, (i = P075, P425, P02, PI, D95)

Regularidad

La regularidad después de los trabajos (RIaw) se reajusta a un valor especificado por el usuario. Si no se especifica, RIaw se reajusta a la regularidad mínima permisible (QIMIN) convertida a unidades IRI m/km. n

Edad de la grava

La edad de la grava (GAGE) después de los trabajos, se reajusta a: ο

Si los segmentos mejorados en su trazado, de la calzada existente van a ser recargados, GAGE se reajusta a cero.

ο

Si los segmentos mejorados en su trazado, de la calzada existente no van a ser recargados, GAGE se calcula de la siguiente forma: GAGE aw = [(1 - Pconew ) * GAGE bw ]

...(4.24)

donde:

n

GAGEaw

edad de la grava después de los trabajos (se convierte en un valor entero, en años)

GAGEbw

edad de la grava antes de los trabajos (años)

Factores de calibración de la pérdida del material

Después de la mejora del trazado, estos factores, es decir, Kgl y Kkt , se reajustan a valores especificados por el usuario. n

Factores de la velocidad

Son el factor de la velocidad, el del cumplimiento de la velocidad, el del rozamiento, los de reducción de la velocidad de los transportes motorizados y no motorizados y el del ruido de la aceleración, que dependen, principalmente, del tramo específico de la carretera. n

Patrón del flujo del tráfico (uso de la carretera)

Los datos que describen la distribución horaria del flujo del tráfico, se reajustan también, a los especificados por el usuario.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D4-20

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

5

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

Trabajos de construcción Incluyen los siguiente:

5.1

n

Actualización (ver sección 5.1)

n

Dualización (ver sección 5.2)

n

Nuevo tramo (ver sección 5.3

Actualización Una carretera sin sellar se puede actualizar a un firme bituminoso o de hormigón. También es posible actualizar una carretera de tierra a una de grava, aunque ambas tienen la misma clase de capa. Estos trabajos se pueden definir de la siguiente manera: n

Opción 1: Programada

Se realiza en un momento fijo del tiempo, definido por un año calendario. n

Opción 2: De respuesta

Se realiza cuando se cumplen los criterios de intervención, definidos por el usuario, basados en los parámetros de los efectos sobre los usuarios de la carretera. No se realiza, si se ha sobrepasado el último año de aplicación. Un trabajo de actualización se especifica con la siguiente información: n

Tipo de carretera.

n

Clase de carretera.

n

Factor de ajuste de la longitud.

n

Aumento en la anchura.

n

Número adicional de carriles.

n

Detalles de la geometría del tramo entero de la carretera.

n

Detalles del nuevo firme (según el tipo del nuevo firme).

n

Otros parámetros de modelización que dependen del tipo del nuevo firme, como por ejemplo, los indicadores de la calidad de la construcción de las carreteras bituminosas.

5.1.1 Cantidades y costes Si se realiza, la cantidad de estos trabajos, en kilómetros de la longitud de la carretera, se obtiene de: LUPGRD = L aw

...(5.1)

donde: LUPGRD

cantidad de trabajos de actualización (km)

Law

longitud del nuevo tramos, después de los trabajos (= Lbw*LF) (km)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D4-21

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

El coste total de la actualización (CSTUPGRD) se obtiene del producto de LUPGRD por el coste unitario por kilómetro, especificado por el usuario. El valor remanente se obtiene de: SALVA = PCTSAV * CSTUPGRD

...(5.2)

donde: SALVA

valor remanente de los trabajos (moneda)

PCTSAV

porcentaje del remanente total (%)

5.1.2 Efectos de la actualización Después de la actualización, el tipo del firme se reajusta a uno nuevo especificado por el usuario. Dependiendo del tipo del nuevo pavimento, los parámetros de modelización requeridos, se obtienen de la siguiente forma: n

La estructura del firme, la resistencia, las propiedades del material de la capa y la calidad de la construcción se reajustan a valores especificados por el usuario.

n

La condición del firme, después de los trabajos, se reajusta a nueva.

n

Los datos del historial del firme se reajusta para reflejar la nueva construcción

n

Los factores de calibración son especificados por el usuario.

n

Ancho de la calzad y número de carriles

El nuevo ancho de la calzada después de los trabajos, se calcula usando la ecuación más atrás. El aumento del ancho de la calzada se especifica por el usuario, o se calcula usando la ecuación más atrás. El número de carriles después de la actualización (NLANESaw) es igual al número de carriles antes de la actualización (NLANESbw) más el número de carriles adicionales (ADDLN), especificado por el usuario. n

Factores de la velocidad

Son el factor de la velocidad, el del cumplimiento de la velocidad, el del rozamiento, los de reducción de la velocidad de los transportes motorizados y no motorizados y el del ruido de la aceleración, que dependen, principalmente, del tramo específico de la carretera. n

Patrón del flujo del tráfico (uso de la carretera)

Los datos que describen la distribución horaria del flujo del tráfico, se reajustan también, a los especificados por el usuario.

5.2

Dualización La dualización de un tramos existente de la carretera puede ser programada u originada por un criterio de intervención de respuesta. Nota: La modelización de los trabajos de dualización no se incluyen en esta versión.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D4-22

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

5.3

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

Nuevo tramo La construcción de un nuevo tramo puede ser solamente programada, es decir, no se puede originar con un criterio de intervención de respuesta. En un análisis de proyecto, un tramo nuevo, es decir, un nuevo itinerario, se puede especificar como un tramo alternativo dentro de una alternativa de proyecto, como se describe en la Guía de aplicaciones. Los componentes requeridos para la construcción de un nuevo tramo se definen usando la siguiente información: n

Datos del tramo

Todos los datos requeridos para definir un tramo de carretera en HDM-4. El usuario puede especificar estos datos como en términos agregados. n

Datos del tráfico ο

tráfico inducido, es el inducido desde rutas cercanas y otras formas de transporte

ο

tráfico generado, es el tráfico adicional que se origina como respuesta a la nueva inversión

n

Costes, duración y valor remanente de la construcción

n

Beneficios y costes externos

n

Estándares de conservación y mejora

Que se aplicarán después de la apertura al tráfico del nuevo tramo. La cantidad de nueva construcción se puede expresar en términos del número de kilómetros construidos (NEWCON) lo que es igual a la longitud del nuevo tramo de carretera. El coste total de la construcción se obtiene del producto de NEWCON por el coste unitario por kilómetro, especificado por el usuario.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D4-23

PARTE D E FECTOS DE LOS TRABAJOS

6

D4 CARRETERAS SIN SELLAR

Referencias Paterson W.D.O., (1987) Road Deterioration and Maintenance Effects World Bank Publications, Washington D.C. Watanatada T., Harral C.G., Paterson W.D.O., Dhareshwar A.M., Bhandari A., and Tsunokawa K., (1987) The Highway Design and Maintenance Standards Model - Volume 1 Description World Bank, John Hopkins University Press Watanatada T., Harral C.G., Paterson W.D.O., Dhareshwar A.M., Bhandari A., and Tsunokawa K., (1987) The Highway Design and Maintenance Standards Model - Volume 2 User's Manual World Bank, John Hopkins University Press

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

D4-24

Part E

Contenidos

Volumen 4 – Marco analítico y descripciones de modelos: Parte E E1

E2

Visión general 1

Introducción

E1-1

2

Sistema de clasificación de los vehículos

E1-2

3

Costes de las velocidades y la circulación de los vehículos

E1-5

4

Transporte no motorizado

E1-6

5

Seguridad en la carretera

E1-7

6

Costes totales sobre los usuarios de la carretera

E1-8

7

Referencias

E1-9

Costes de las velocidades y de la circulación de los vehículos 1

Introducción

E2-1

2

Lógica y conceptos de la modelización

E2-2

2.1

Vehículos representativos

E2-2

2.2

Parámetros principales de la modelización

E2-2

2.3

Procedimiento del cálculo

E2-3

3

4

5

Velocidades libres

E2-7

3.1

Modelo de la velocidad libre

E2-7

3.2

Restricciones de la velocidad

E2-10

3.3

Secciones con tráfico en una dirección

E2-22

Modelización de la congestión del tráfico

E2-23

4.1

Marco de la modelización

E2-23

4.2

Velocidades de congestión del tráfico

E2-24

4.3

Velocidad operativa de los vehículos

E2-27

4.4

Promedio anual de la velocidad operativa de los vehículos

E2-27

4.5

Promedio anual de la velocidad

E2-28

4.6

Efectos de la aceleración

E2-28

Consumo de combustible

E2-34

5.1

E2-34

Modelización

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

i

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

CONTENIDOS

5.2

Requisitos de potencia

E2-35

5.3

Factor de eficiencia

E2-45

5.4

Consumo adicional de combustible

E2-45

5.5

Consumo de combustible por cada 1000 vehículos/km

E2-46

5.6

Promedio anual de consumo de combustible

E2-47

6

Consumo de lubricantes

E2-48

7

Consumo de neumáticos

E2-50

7.1

Modelización

E2-50

7.2

Tasa de desgaste de la banda de rodadura

E2-51

7.3

Consumo de neumáticos por cada 1000 vehículos/km

E2-54

7.4

Modificación del modelo de consumo de neumáticos

E2-55

7.5

Promedio anual del consumo de neumáticos

E2-56

8

9

10

11

12

13

14

Utilización y vida útil del vehículo

E2-57

8.1

Utilización

E2-57

8.2

Vida útil

E2-58

Consumo de repuestos

E2-60

9.1

Modelización

E2-60

9.2

Efectos de la regularidad

E2-61

9.3

Efectos de la edad de los vehículos

E2-62

9.4

Efectos de la aceleración

E2-63

9.5

Promedio anual de consumo de repuestos

E2-63

Horas de mantenimiento

E2-65

10.1

El modelo

E2-65

10.2

Promedio anual de horas de trabajo

E2-66

Costes de financiación

E2-67

11.1

Modelización

E2-67

11.2

Depreciación

E2-68

11.3

Intereses

E2-69

11.4

Promedio anual del coste de financiación

E2-70

Horas del conductor/chófer

E2-71

12.1

El modelo

E2-71

12.2

Promedio anual del número de horas del conductor/chófer

E2-71

Costes generales

E2-72

13.1

El modelo

E2-72

13.2

Promedio anual de los costes generales

E2-72

Tiempo de viaje de los pasajeros

E2-73

14.1

Horas/pasajero en gestiones de trabajo

E2-73

14.2

Horas/pasajero en gestiones de no-trabajo

E2-73

14.3

Promedio anual del número de horas/pasajero

E2-74

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

ii

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

15

Tiempo de acarreo de carga

E2-75

16

Costes de la intransitabilidad de la carretera

E2-76

17

Cálculo de los costes de los componentes de los vehículos

E2-77

17.1

Costes unitarios

E2-77

17.2

Costes del tránsito de los vehículos sobre el tramo de la carretera

E2-77

17.3

Flujos de costes anuales

E2-78

17.4

Kilómetros-vehículo anuales

E2-78

18

E3

Referencias

E2-79

Transporte no motorizado 1

Introducción

E3-1

2

Lógica y conceptos de la modelización

E3-2

2.1

Tipos de vehículos TNM

E3-2

2.2

Detalles de la modelización

E3-3

2.3

Requerimiento de datos

E3-4

2.4

Lógica del cálculo

E3-4

3

4

5

E4

CONTENIDOS

Impacto del TNM sobre el transporte motorizado

E3-6

3.1

Impacto sobre la velocidad del TM

E3-6

3.2

Impacto sobre los costes de la circulación de TM

E3-6

Velocidades del TNM

E3-7

4.1

Factores que influencian las velocidades en el TNM

E3-7

4.2

Modelo de la velocidad

E3-7

4.3

VROUGH

E3-8

4.4

VGRAD

E3-9

4.5

Resistencia al movimiento

E3-10

Costes de los tiempos y la circulación de TNM

E3-14

5.1

Coste del tiempo de viaje

E3-14

5.2

Coste de la circulación

E3-15

5.3

Coste de la financiación

E3-15

5.4

Coste de la reparación y conservación

E3-16

5.5

Coste de los conductores/choferes

E3-17

5.6

Coste de energía

E3-17

5.7

Costes generales

E3-18

6

Estimado de los beneficios económicos

E3-19

7

Referencias

E3-20

Seguridad en la carretera 1

Introducción

E4-1

2

Lógica de la modelización

E4-2

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

iii

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

3

4

CONTENIDOS

2.1

Tipos de accidentes

E4-2

2.2

Tasas de accidentes

E4-2

2.3

Datos principales

E4-3

2.4

Procedimiento del cálculo

E4-3

2.5

Número de accidentes

E4-4

2.6

Costes de los accidentes

E4-4

Análisis económico y comparaciones

E4-5

3.1

Análisis económico

E4-5

3.2

Cambio neto en el número de accidentes

E4-5

3.3

Datos de salida

E4-5

Referencias

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E4-6

iv

Parte E Organigrama Marco analítico y descripciones and Model de modelos Descriptions

Introducción Introduction Parte A Part A

Tráfico Traffic Parte B Part B

Modelo RD RD Model Parte C Part C

Modelo WE WE Model Parte D Part D

RD = Deterioro de la carretera

WE = Efectos de los trabajos en la carretera

RUE = Efectos sobre los usuarios de la carretera SEE = Efectos sociales y medioambientales

Modelo RUE RUE Model Parte E Part E

Análisis económico Economic Analysis Parte G Part G

Modelo SEE SEE Model Parte F Part F

Nomenclatura Nomenclature Parte H Part H Glosario Glossary Parte I Part I

Figura E Organigrama del Marco analítico y descripciones de modelos

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

1

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E1 Visión general 1

Introducción La modelización de los Efectos sobre los usuarios (RUE) en HDM-4 (ver Figura E1.1) comprende el análisis de lo siguiente: n

Velocidad del vehículo motorizado (MT), costes de su circulación y tiempo de trayecto (ver Figura E1.2)

n

Velocidad del transporte no motorizado (NMT) y los costes de su circulación (ver

Figura E1.3) n

Seguridad en la carretera (ver capítulo E4)

Este capítulo ofrece una visión general del sistema de clasificación de vehículos de HDM-4, y describe los diferentes componentes RUE que se consideran en HDM-4.

Efectos sobre los User usuarios Road Effects

Visión general Overview Capítulo E1 Chapter E1

Costes de la velocidad Vehicle Speeds de los y de andvehículos Operating la circulación Costs Capítulo E2 Chapter E2

Transporte no Non -Motorised motorizado Transport Capítulo E3 Chapter E3

Seguridad en la carretera Road Safety Capítulo E4 Chapter E4

Figura E1.1 Módulos de los efectos sobre los usuarios

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E1-1

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

2

VISIÓN GENERAL

Sistema de clasificación de los vehículos Utiliza un acercamiento flexible en el que los vehículos se dividen en categorías de motorizados y no motorizados, y cada categoría a su vez en clases de vehículos (Kerali et al., 1994). Una clase comprende varios tipos de vehículos o vehículos representativos, que el usuario puede especificar basándose en uno de los varios tipos de vehículos estándar. Esto permite cumplir las necesidades de los diferentes países y satisfacer todos los requerimientos analíticos del sistema. Así, los vehículos se definen en una jerarquía de tres niveles: 1

Categorías

Diferencia el transporte motorizado del no motorizado. 2

Clases

Forma grupos de vehículos similares, por ejemplo de pasajeros, camiones, etc. 3

Tipos

Identifica tipos representativos de vehículos para los cuales se proveen grupos de relaciones de RUE. La Figura E1.2 muestra la representación jerárquica de los vehículos motorizados en categorías, clases y tipos (NDLI, 1995). La Figura E1.3 muestra la misma jerarquía para la representación del transporte no motorizado (PADECO, 1996).

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E1-2

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

VISIÓN GENERAL

Motorizado Motorised

Ciclomotores Motor cycles

Ciclomotores Motor cycles (1) (1)

Coches de pasajeros Passenger cars

Pequeños Small car (2) (2)

Furgonetas Utilities

Medianos Medium car (3) (3)

Categories

Ligeros Light truck (8) (8)

Grandes Large car (4) (4)

Types

Articulados Articulated truck (11) (11)

De reparto Light goods mediano vehicle (6) (6)

Mini -bus Mini-bus (12) (12)

Ligeros Light bus (13) (13)

Pesados Heavy bus (15) (15)

Medianos Medium bus (14) (14)

Tracción a las Four wheel cuatro drive ruedas (7) (7)

Autocares Coach (16) (16)

Fuente: NDLI (1995)

Figura E1.2 Definición de categorías, clases y tipos de vehículos motorizados Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

Classes

Medianos Medium truck (9) (9)

Pesados Heavy truck (10) (10)

De Light reparto ligero delivery vehicle (5) (5)

Autobuses Buses

Camiones Trucks

E1-3

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

VISIÓN GENERAL

Representación del parque Fleet representation

Categorías

Transporte no Non-motorised motorizado (NMT) transport (NMT)

Transporte motorizado Motorised transport (MT) (MT)

Peatones Pedestrian

Bicicletas Bicycle

Carromatos Cycle rickshaw

De tirar Pull type

Peatones Pedestrian

Carros de animales Animal cart

De empujar Push type

Caballos Horse cart

Bicicletas Bicycle

Tractores Farm tractor

Bueyes Ox cart

Tipos

Pequeños Small

Grandes Large

Fuente: PADECO (1996)

Figura E1.3 Definición de categorías, clases y tipos de vehículos no motorizados

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E1-4

Clases

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

3

VISIÓN GENERAL

Costes de las velocidades y la circulación de los vehículos Estos costes de los vehículos motorizados se determinan como funciones de las características de cada tipo de vehículo y de la geometría, tipo de capa de rodadura y condición actual de la carretera, ambos bajo condiciones de tráfico congestionado o no. Los costes de circulación se obtienen multiplicando las cantidades de los diferentes componentes por sus costes unitarios que se especifican, por el usuario, en términos de financiación o económicos. Los costes de financiación representan a aquellos en los que incurre el operador del transporte al comprar u operar vehículos sobre la carretera. Los costes económicos representan los que afectan, realmente, a la economía de los propietarios u operadores de los vehículos, cuyos ajustes se hacen de acuerdo a los cambios del precio del mercado, tales como impuestos, subvenciones, restricciones de cambio de moneda, leyes laborales, etc. (Watanatada et al., 1987). Se consideran los siguientes componentes de los costes de la circulación de los vehículos (VOC) (ver capítulo E2): n

Consumo de combustible

n

Consumo de lubricantes

n

Neumáticos

n

Consumo de accesorios

n

Horas de trabajo de conservación

n

Depreciación

n

Interés

n

Horas de conductor/chófer

n

Gastos generales

El tiempo de trayecto se considera en términos de hora/pasajero, durante el tiempo de trabajo, de no trabajo y horas de transporte de carga. Estos costes se expresan más adecuadamente, solamente en términos económicos. Los costes adicionales debidos a la intransitabilidad de carreteras sin sellar, severamente deterioradas se incluyen también en la cantidad total de los costes sobre los usuarios de las carreteras con transporte motorizado.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E1-5

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

4

VISIÓN GENERAL

Transporte no motorizado Los módulos de transporte no motorizado TNM, como bicicletas, carromatos, carros de animales y peatones, juegan un papel importante en el transporte de pasajeros y carga en muchos países (ver capítulo E3). El uso de TNM aumenta en algunas regiones debido a su comodidad, flexibilidad y efectividad en sus costes, proveyendo transporte a bajo coste. Además, este aumento está enfocado en el uso efectivo de la energía y en los impactos medioambientales, que provoca el, siempre creciente, transporte motorizado (TM), y que ha despertado la necesidad de crear mejores recursos para el TNM. Las conclusiones anteriores han demostrado que las necesidades del transporte general, en muchos países, no son, necesariamente, las del transporte motorizado. Es por esto, que las políticas de inversión en el sector del transporte en la carretera, deberían incluir al transporte no motorizado. Un método correcto se ha desarrollado para calcular los costes de circulación en los que incurre el TNM sobre las carreteras estimando los beneficios obtenidos por el TNM a partir de las mejoras a la carretera (Odoki and Kerali, 1999). La presencia de TNM puede influenciar la velocidad del transporte motorizado, afectando, por esto, los costes de la circulación de los vehículos motorizados. En adicción, políticas, tales como las mejoras a la carretera, influencian los costes y los beneficios de los usuarios de los transportes motorizados y no motorizados.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E1-6

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

5

VISIÓN GENERAL

Seguridad en la carretera El sistema HDM-4 permite a los usuarios definir una serie de tablas de cotejo de escalas de accidentes. Estas tablas son, básicamente, descripciones generales de las tasas previstas de accidentes definidas de acuerdo a un grupo particular de atributos del tráfico y de la carretera, por ejemplo tipo de carretera, nivel del tráfico y patrón del flujo, presencia de TNM y clase de geometría. Estas tablas permiten la implantación de un análisis de seguridad en la carretera, como lo recomienda (ISOHDM, 1995), seguido de una revisión detallada de varios métodos de estudios, de modelización y de análisis de seguridad de la carretera. Para cada tipo de carretera o de intersección, se requiere a los usuarios especificar la tasa de accidentes por su gravedad, es decir, fatal, con heridos o, solamente, con daños, en términos del número de accidentes por 100 millones de vehículos-kilómetros. Cuando se mejora una carretera, por ejemplo añadiendo carriles separados para TNM y ensanchado de los arcenes, se puede especificar un nuevo grupo de tasas de accidentes, basado en los datos observados para carreteras con intensidad de tráfico y características geométricas parecidas. Por eso, es posible analizar los cambios y los costes del número total de accidentes que resultan de la mejora a la carretera.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E1-7

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

6

VISIÓN GENERAL

Costes totales sobre los usuarios de la carretera Comprenden: n

Coste de la circulación de vehículos de transporte motorizado TM

n

Coste del tiempo de trayecto del TM

n

Coste de la circulación de vehículos de transporte no motorizado TNM

n

Coste de los accidentes

El coste anual sobre los usuarios de la carretera en las diferentes opciones de inversión se obtiene de: RUC j = VOC j + TTC j + NMTOC j + AC j

...(6.1)

donde: RUCj

coste sobre los usuarios bajo la opción de inversión j (moneda)

VOCj

coste de la circulación de los vehículos TM, bajo la opción de inversión j (moneda)

TTCj

coste del tiempo de trayecto del TM, bajo la opción de inversión j (moneda)

NMTOCj

coste del tiempo de trayecto y la circulación del TNM, bajo la opción de inversión j (moneda)

ACj

coste anual de los accidentes, bajo la opción de inversión j (moneda)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E1-8

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

7

VISIÓN GENERAL

Referencias ISOHDM, (1995) Predicting changes in accident rates in developing countries following modifications in road design International Study of Highway Development and Management School of Civil Engineering, The University of Birmingham Kerali H.G.R., Odoki J.B., and Wightman D.C., (1994) Vehicle Fleet Representation, Draft Working Paper International Study of Highway Development and Management Tools School of Civil Engineering, The University of Birmingham NDLI, (1995) Modelling Efectos sobre los usuarios in HDM-4 - Final Report Asian Development Bank Project RETA 5549. International Study of Highway Development and Management Tools N.D. Lea International, Vancouver Odoki J.B., and Kerali H.G.R., (1999) Modelling Non-motorised Transport in HDM-4 - TRB, Paper No. 991129 Transportation Research Board, 78th Annual Meeting, Washington D.C., USA PADECO Co. Ltd., (1996) Non-Motorised Transport (NMT) Modelling in HDM-4 - Draft Final Report (second Version) International Study of Highway Development and Management Tools. Transport Division, The World Bank, Washington D.C., USA Watanatada T., Harral C.G., Paterson W.D.O., Dhareshwar A.M., Bhandari A., and Tsunokawa K., (1987) The Highway Design and Maintenance Standards Model - Volume 1 Description The World Bank, John Hopkins University Press

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E1-9

PARTE E EFECTOS SOBRE LOS USUARIOS Part E

E2 Costes de las velocidades y de la circulación de los vehículos 1

Introducción Este capítulo describe la implantación de los modelos de los Efectos sobre los usuarios (RUE) a partir del cálculo de las velocidades de los vehículos motorizados, de los costes de circulación y del tiempo del trayecto (ver Figura E2.1). Se ofrece una visión general de la lógica y de los conceptos de la modelización y una descripción de las relaciones y de los valores predefinidos de los parámetros para cada componente de los RUE y de los vehículos estándar representativos de HDM-4. Para mayor información y antecedentes de las ecuaciones ver NDLI (1995) y Watanatada et al. (1987a).

Efectos sobre los User usuarios Road Effects

Visión general Overview Capítulo E1 Chapter E1

Costes de la velocidad Vehicle Speeds de los y de andvehículos Operating la circulación Costs Capítulo E2 Chapter E2

Transporte no Non -Motorised motorizado Transport Capítulo E3 Chapter E3

Seguridad en la carretera Road Safety Capítulo E4 Chapter E4

Figura E2.1 Módulo de los efectos sobre los usuarios Además de describir los conceptos de la lógica y de la modelización, el capítulo está dividido en cuatro módulos, de la siguiente forma: n

Módulo A (secciones 3 y 4 )

Describe los métodos para calcular los diferentes componentes de la velocidad de los vehículos n

Módulo B (secciones 5 - 13)

Describe los modelos de los componentes de la circulación de los vehículos. n

Módulo C (secciones 14 - 16)

Describe el tiempo del trayecto y la intransitabilidad de las carreteras sin sellar. n

Módulo D (sección 17)

Los componentes de los costes de los vehículos. La sección 18 ofrece un detallado listado de documentos relacionados con este capítulo.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-1

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

2

Lógica y conceptos de la modelización

2.1

Vehículos representativos HDM-III no permitía más de 10 vehículos representativos en un análisis sencillo Watanatada et al., 1987a). HDM-4 es más flexible con respecto al número de vehículos representativos que se pueden usar. El usuario puede definir cualquier cantidad de vehículos basada en los 16 tipos representativos de vehículos motorizados. Esto permite al usuario definir, por ejemplo, varios camiones pesados con diferentes patrones de carga. Los vehículos estándar representativos de HDM-4 se ofrecen en la Tabla E2.1. En la modelización de RUE, es necesario asignar ciertas características clave a los vehículos representativos. Esto incluye: n

Atributos físicos de los vehículos

Por ejemplo, número de ejes, número de ruedas, etc. n

Características de rendimiento, tales como potencia y poder de frenado

n

Uso y vida de servicio útil del vehículo

Los datos básicos para cada uno de los 16 tipos representativos de vehículos se ofrecen, también, en la Tabla E2.1. Estos valores se estimaron de diferentes fuentes, como se indica en NDLI (1995).

2.2

Parámetros principales de la modelización Los datos principales que se requieren junto a las características clave de los vehículos en la modelización de RUE, se pueden agrupar de la siguiente forma: n

Geometría de la carretera

Incluye los datos del trazado de la carretera, de los límites de la velocidad, del factor de coeficiente de rozamiento, de la longitud del tramo, de su anchura y del número de carriles. n

Relación capacidad-velocidad

Incluye la capacidad de la carretera y los parámetros que determinan las velocidades de la circulación de los vehículos, así como las características de la intensidad a diferentes niveles de tráfico. n

Patrón de la intensidad del tráfico

Incluye los parámetros que describen el uso de la carretera en términos de la distribución horaria de la intensidad del tráfico y se utilizan para determinar la intensidad en espacio equivalente de pasajero por coche por hora (PCSE/h) en cada período del tráfico. n

Condición de la carretera

Incluye los datos del promedio anual de la regularidad del perfilado y de la profundidad de la textura del tramo de la carretera. Se obtienen de los datos de salida del módulo de Deterioro de la carretera. n

Tráfico

Incluye los volúmenes del tráfico especificados en términos de IMD (intensidad media diaria), la composición y el crecimiento del tráfico para cada tramo de la carretera. Estos datos se deberían obtener de los modelos del tráfico. Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-2

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS n

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Costes unitarios

Incluye los costes de los componentes de los vehículos, por ejemplo coste de combustible por litro, salario de los conductores/choferes, precio de los vehículos nuevos, coste de los neumáticos, etc, y el valor del tiempo del trayecto. Los datos de los componentes de los vehículos se deberían definir en términos económicos y de financiación, mientras que el valor del tiempo del trayecto se debería especificar, solamente, en términos económicos.

2.3

Procedimiento del cálculo El procedimiento general del cálculo para la modelización de las velocidades de los vehículos motorizados y de los costes de la circulación y del tiempo de trayecto, para cada alternativa de tramo, por tipo de vehículo en un año analizado, se puede resumir en los siguientes pasos: 1

Calcular las velocidades de los vehículos

Para cada tramo de la carretera, se calculan los siguientes componentes: (a) Velocidad libre de cada tipo de vehículo (b) Velocidades de congestión del tráfico por tipo de vehículo, que son las velocidades de circulación a diferentes intensidades del tráfico (c) Promedio anual de la velocidad de la circulación de cada tipo de vehículo (d) Promedio anual de velocidad del tráfico, que es el promedio ponderado de velocidad para todos los vehículos en el flujo del tráfico 2

Calcular las cantidades de los componentes de la circulación de los vehículos

en el siguiente orden: (a) Combustible (b) Lubricante (c) Neumáticos (d) Repuestos (e) Horas de trabajo de conservación (e) Costes de financiación (depreciación e intereses) (f)

Horas de conductor/chófer

(g) Gastos generales 3

Calcular el tiempo del trayecto

en términos de pasajero/hora en actividad de trabajo o no y horas de tránsito de carga 4

Calcular los costes del tiempo del trayecto y de los componentes de los vehículos

aplicando costes unitarios a las cantidades proyectadas de consumo de componentes 5

Calcular el aumento de los costes de la circulación

debido a la intransitabilidad de las carreteras sin sellar seriamente deterioradas 6

Resumir y guardar los datos

para su uso en próximos análisis y para los informes

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-3

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Tabla E2.1 Clases y características básicas de los vehículos representativos predefinidos

Vehículo número 1 2 3 4 5

Tipo

7

Motocicleta Coche pequeño Coche mediano Coche grande Furgoneta de reparto ligera Furgoneta de reparto mediana Tracción 4 ruedas

8

Camión ligero

9

Camión mediano

10 11 12

Camión pesado Camión articulado Mini-bus

13 14 15 16

Autobús ligero Autobús mediano Autobús pesado Autocar

6

Descripción

Abreviatura

Tipo de combustible

Motocicleta o scooter Coche pequeño de pasajeros Coche mediano de pasajeros Coche grande de pasajeros Furgoneta o pick-up

MC PC-S PC-M PC-L LDV

P P P P P

Camión muy ligero para reparto de artículos (4 ruedas) Tipo de vehículo Land Rover/Jeep Camión pequeño de dos ejes rígidos (aprox. < 3.5 T) Camión mediano de dos ejes rígidos (> 3.5 T) Camión de varios ejes rígidos Camión articulado o con trailer Autobús/furgoneta pequeño (usualmente 4 ruedas) Autobús ligero (aprox. < 3.5 T) Autobús mediano (3.5 - 8.0 T) Varios ejes o dos ejes grandes Autobús grande para trayectos de largas distancias

LGV

P

4WD

P

LT

D

MT

D

HT AT MNB

D D P

LB MB HB COACH

D D D D

Número de ejes

Número de ruedas

2

La clasificación de los tipos de los vehículos se ofrecen en el capítulo E1

Carga

(T)

(T)

(m )

0,70 0,40 0,42 0,45

0,8 1,8 1,9 2,0

0,1 0,8 1,0 1,2

0,2 1,0 1,2 1,4

2

4

0,50

2,0

1,3

1,5

2

4

0,50

2,8

0,9

1,5

2

4

0,50

2,8

1,5

1,8

2

4

0,55

4,0

1,8

2,0

2

6

0,60

5,0

4,5

7,5

3 5

10 18

0,70 0,80

8,5 9,0

9,0 11,0

13,0 28,0

2

4

0,50

2,9

1,1

1,5

2 2 3

4 6 10

0,50 0,55 0,65

4,0 5,0 6,5

1,75 4,5 8,0

2,5 6,0 10,0

3

10

0,65

6,5

P=Gasolina, D=Diesel

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

2

Tara

2 4 4 4

Notas: Tipo de combustible

Area frontal definida

2 2 2 2

Fuente: NDLI (1995)

1

Coef. de resistencia aerodinámica

E2-4

10,0

15,0

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Módulo A: Velocidades de los vehículos El promedio de velocidad de cada tipo de vehículo se requiere para calcular los costes de la circulación, del tiempo del trayecto, del uso de la energía y de las emisiones. Las velocidades de los vehículos TM están influenciadas por un número de factores que incluyen: n

Características del vehículo

n

Características de la carretera, como trazado, condición del firme, etc.

n

La presencia de transporte no motorizado (TNM) (ver sección 3.2.5)

n

El rozamiento de la carretera, por ejemplo paradas de autobuses, frenadas, puntos de acceso al desarrollo de la carretera, etc. (ver sección 3.2.5)

n

Volumen total del tráfico TM (ver sección 4)

Los métodos para calcular los diferentes componentes de la velocidad de los vehículos se describen a continuación: n

Velocidad libre (ver sección 3)

n

Promedio de las velocidades de la circulación a los diferentes niveles de intensidad del tráfico (ver sección 4)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-5

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

3

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Velocidades libres Se define como la velocidad a la cual transitan los vehículos, en tramos anchos sin congestión de la carretera, en el ambiente que se estudia. Se requieren para determinar las velocidades de la circulación, de cada tipo de vehículo, en un tramo de la carretera definido bajo diferentes características de intensidad. La modelización de las velocidades libres, descritas en esta sección, está enfocada en los tipos de los vehículos representativos individuales.

3.1

Modelo de la velocidad libre Se calculan usando un modelo de mecanismo/comportamiento que pronostica que la velocidad de viaje para cada tipo de vehículo k es una probabilidad mínima, de las cinco restricciones de la velocidad, basada en potencia, capacidad de frenado, arqueamiento de la carretera, regularidad de la capa de rodadura y de la velocidad deseada. La expresión velocidad de viaje implica, que no se consideran los efectos de las variaciones o de los ciclos de cambio de la velocidad a lo largo del tramo de la carretera. Las restricciones de la velocidad, generadas por la interacción de los factores de la carretera y de las características relevantes del vehículo, se describen en la sección 3.2. En Watanatada et al. (1987) se ofrece una representación más detallada de la metodología y de su validación. El análisis de velocidad libre de un tramo de la carretera se realiza separadamente para cada una de las dos posibles direcciones del tráfico, conocidas como el sentido de ida y el sentido de vuelta y los resultados se promedian para el viaje de ida y vuelta. Ambos segmentos tienen las mismas características, excepto que el de sentido de ida tiene un grado positivo y el de sentido de ida un grado negativo. La modelización de la velocidad del tramo sentido de ida, del de sentido de vuelta y del promedio de ida y vuelta se describe en las secciones 3.1.1, 3.1.2 y 3.1.3, respectivamente.

3.1.1 Velocidad del tramo sentido de ida Se obtiene de la siguiente expresión:

VS ku =

 σ2  exp    2 1 1 1  1 β  1 β  1 β  1   +   +   +    VBRAKEu   VCURVE   VROUGH  VDRIVEu  

1

1 β

β  1 β   +      VDESIR   

...(3.1) donde: VSku

velocidad del viaje pronosticada del sentido de ida (m/s)

VDRIVEu

velocidad limitada por la pendiente y la potencia en el sentido de ida (m/s) (ver sección 3.2.1)

VBRAKEu

velocidad limitada por la pendiente y la potencia del frenado en el sentido de ida (m/s) (ver sección 3.2.2)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-6

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

VCURVE

velocidad limitada por el arqueamiento (m/s) (ver sección 3.2.3)

VROUGH

velocidad limitada por la regularidad (m/s) (ver sección 3.2.4)

VDESIR

velocidad deseada bajo condiciones ideales (m/s) (ver sección 3.2.5)

σ

SPEED_SIG parámetro del modelo Weibull (ver Tabla E2.2)

β

SPEED_BETA parámetro del modelo Weibull (ver Tabla E2.2)

El parámetro del modelo β determina la forma de la distribución asumida Weibull de las restricciones de la velocidad. Cuando β se acerca a cero, la velocidad media debería ser igual al mínimo de las cinco restricciones de la velocidad. El valor máximo de β es el más lejano de la velocidad media proyectada de la restricción de la velocidad. Como se describe en Watanatada et al. (1987), el parámetro del modelo σ es un estimado del error estándar de los residuales, que implica una transformación logarítmica. El numerador de la ecuación más atrás ofrece el valor del factor de corrección parcial.

3.1.2 Velocidad del sentido de vuelta Se obtiene de:

VS kd =

 σ2  exp    2   1    VDRIVEd

1

1

1

β  β  β  1 1 1  +   +   +    VBRAKEd   VCURVE   VROUGH

1

β  1  +    VDESIR

1 β

β     

...(3.2) donde: VSkd

velocidad del viaje pronosticada del sentido de vuelta (m/s)

VDRIVEd

velocidad limitada por la pendiente y la potencia en el sentido de vuelta (m/s)

VBRAKEd

velocidad limitada por la pendiente y la potencia del frenado en el sentido de vuelta (m/s)

Todos los otros parámetros han sido definidos, anteriormente, en la sección 3.1.1.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-7

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Tabla E2.2 Parámetros predefinidos del modelo de velocidad de viaje

Vehículo número

Parámetros del modelo

VDRIVE

VBRAKE

PDRIVE

PBRAKE

(kW)

(kW)

SPEED_ SIGMA σ

SPEED_B ETA β

1

0

0,151

12

2

0

0,151

3

0

4

CGR_a0

CGR_a1

CGR_a2

5

94,9

0,85

2,80

26

20

94,9

0,85

2,80

0,151

33

20

94,9

0,85

2,80

0

0,151

36

20

94,9

0,85

2,80

5

0

0,151

40

25

94,9

0,85

2,80

6

0

0,151

40

20

94,9

0,85

2,80

7

0

0,151

45

25

94,9

0,85

2,80

8

0

0,191

50

45

94,9

0,85

2,80

9

0

0,164

87

70

94,9

0,85

2,80

10

0

0,110

227

255

94,9

0,85

2,80

11

0

0,110

227

255

94,9

0,85

2,80

12

0

0,151

40

26

94,9

0,85

2,80

13

0

0,191

50

45

94,9

0,85

2,80

14

0

0,191

65

70

94,9

0,85

2,80

15

0

0,110

120

120

94,9

0,85

2,80

16

0

0,110

180

180

94,9

0,85

2,80

Fuente: Bennett and Greenwood (1996)

3.1.3 Velocidad de ida y vuelta La velocidad promedio se calcula estableciendo una relación espacio-tiempo entre las velocidades de los dos segmentos, es decir, la distancia de ida y vuelta entre el tiempo de la ida y vuelta: Sk =

7.2 1    1  VS  +  VS ku kd

  

...(3.3)

donde: Sk

promedio de la velocidad libre del tiempo de viaje en (km/h) k por tipo de vehículo

Todos los demás parámetros se han definido anteriormente.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-8

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

3.2

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Restricciones de la velocidad Las siguientes sub-secciones describen cómo se calculan las restricciones (limites) de la velocidad.

3.2.1 Límite de la velocidad basado en la pendiente de la carretera y la fuerza del motor (VDRIVE) La limitación debida a la fuerza se relaciona con la usada en la conducción y la pendiente que producen fuerzas de equilibrio en la ausencia de aceleración. 1000 * PDRIVE = z0 * VDRIVE 3 + z1 * VDRIVE

...(3.4)

donde: PDRIVE

fuerza usada en la conducción (kW)

z0 y z1

funciones de las fuerzas opuestas a la dirección (ver a continuación)

La fuerza usada es, generalmente, menor que la de la potencia del motor. Las fuerzas opuestas a la dirección, bajo la hipótesis ofrecida anteriormente, son la resistencia aerodinámica, la resistencia de la pendiente y la resistencia del rozamiento (ver sección5.2). Los parámetros z0 y z1 se calculan de la siguiente forma: z0 = 0.5 * RHO * CDmult * CD * AF + b13 * CR1 * CR2 * FCLIM b11 * CR2 * FCLIM * NUM_WHEELS  z1 =   + b12 * CR1 * CR2 * FCLIM * WGT_OPER + WGT_OPER * g * GR 

donde: RHO

densidad de la masa del aire (kg/m3) (valor predefinido = 1.20)

Cdmult

multiplicador CD

CD

coeficiente de arrastre aerodinámico

AF

área frontal del vehículo, proyectada (m2)

CR1

coeficiente de la resistencia a la rodada, dependiente del tipo de neumático

CR2

coeficiente de la resistencia a la rodada, dependiente del firme

FCLIM

factor de ajuste climático

NUM_WHEELS

número de ruedas por vehículo

WGT_OPER

peso de circulación del vehículo (kg)

g

aceleración debida a la gravedad tomada como 9,81 m/s2

GR

promedio de la pendiente del tramo de la carretera (como una fracción)

b11, b12 y b13

parámetros de la resistencia a la rodada

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-9

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

La densidad de la masa del aire se requiere para calcular la resistencia aerodinámica y se ofrece por St. John et al. (1978) como: RHO = 1.225 * (1 - 2.26 * ALT * 10 -5 )

4.255

...(3.5)

donde: ALT

altitud de la carretera, definida como la elevación del tramo de la carretera por encima del nivel del mar (m)

La resistencia a la rodada se calcula como una función de las características de los neumáticos, del firme y de los factores climáticos. El factor de neumáticos CR1 depende del tipo de neumático como e indica a continuación: CR1 = 1.0

si TIPO DE NEUMATICO = Radial

CR1 = 1.3

si TIPO DE NEUMATICO = De cámara

El coeficiente de resistencia a la rodada dependiente del firme CR2 se calcula como:

CR2 = Kcr2 * (CR_CR2_a0+ CR_CR2_a1* TDav + CR_CR2_a2* RIav ) ...(3.6) donde: Kcr2

factor de resistencia a la rodada

TDav

promedio de la profundidad de la textura de mancha de arena (mm) (TD se ajusta a cero en las carreteras sin sellar o de hormigón)

RIav

regularidad promedia (IRI m/km)

La Tabla E2.3 ofrece los valores predefinidos de los diferentes parámetros del modelo de resistencia a la rodada.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-10

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Tabla E2.3 Parámetros del modelo de resistencia a la rodada WGT_OPER < = 2500 kg Clases de capa

Tipos de capa

WGT_OPER > 2500 kg

CR_ CR2_ a0

CR_ CR2_ a1

CR_ CR2_ a2

Kcr2

CR_ CR2_ a0

CR_ CR2_ a1

CR_ CR2_ a2

Kcr2

Bituminosa

AM o ST

0,90

0,022

0,022

1

0,84

0,03

0,03

1

Hormigón

JP, JR o CR

0,90

0,022

0,022

1

0,64

0,03

0,03

1

Sin sellar

GR

1,00

0,00

0,075

1

1,00

0,00

0,075

1

Sin sellar

EA

0,80

0,00

0,10

1

0,80

0,00

0,10

1

Sin sellar

SA

7,50

0,00

0,00

1

7,50

0,00

0,00

1

Bloques

CB, BR o SS

2,00

0,00

0,00

1

2,00

0,00

0,00

1

Fuente: NDLI (1995)

Notas:

Se usan las siguientes abreviaturas:

AM = Mezcla bituminosa, ST = Tratamiento superficial, JP = Juntas planas, JR = Juntas reforzadas, CR = Continuamente reforzadas, CB = Bloque de hormigón, BR = Adoquinado, SS = De piedra.

Para ver la definición de los tipos de capa ir al capítulo C1. El diámetro y el número de ruedas tienen influencia sobre la resistencia a la rodada, de la siguiente manera: b11 = CR_B_a0 * WHEEL_DIA b12 =

b13 =

CR_B_a1 WHEEL_DIA CR_B_a2 * NUM_WHEELS

(WHEEL_DIA )2

donde:

WHEEL_DIA

diámetro de la rueda (m)

NUM_WHEELS

número de ruedas por vehículo

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-11

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

CR_B_a0 a

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

coeficientes del modelo

CR_B_a2 Los valores predefinidos de los parámetros de los neumáticos CR_B_a0 - CR_B_a2 se ofrecen en la Tabla E2.4. La resistencia a la rodada depende del porcentaje de tiempo viajado sobre carreteras cubiertas de nieve (PCTDS) o de agua (PCTDW): FCLIM = 1 + 0.003 * PCTDS + 0.002 * PCTDW

El promedio de pendiente del tramo de la carretera GR, se estima a partir de la siguiente expresión tomada de Watanatada et al. (1987a): GR ±

RF 1000

...(3.7)

donde: RF

promedio de rampa + pendiente de la carretera (m/km)

Así, resolviendo la ecuación cúbica con GR = + [RF/1000] produciría el valor de VDRIVEu, y resolviéndola con GR = - [RF/1000] produciría el valor de VDRIVEd. La solución de la ecuación cúbica según la regla de los signos de Descartes: z2 =

z1 (3 * z0 )

z3 =

1000 * PDRIVE (2 * z0 )

DT = z2 3 + z3 2

si

DT > 0 :

VDRIVE = 3 DT + z3 − 3 DT - z3

si

si

(√DT - z3) < 0,

set (√DT - z3) = 0

si

(√DT + z3) < 0,

set (√DT + z3) = 0

DT ≤ 0 :

 2π  4π     VDRIVE = MAX r * cos(z ), r * cos  z + , r * cos z +  3  3     donde: z=

1  − 2 * z3  arccos   3  z2 * r 

r = 2 * − z2 Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-12

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Los valores predefinidos para los parámetros del modelo VDRIVE se ofrecen en la Tabla E2.2.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-13

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Tabla E2.4 Parámetros del cálculo de la resistencia a la rodada, de la inercia y aerodinámica Parámetros de resistencia aerodinámica Número de vehículo

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Parámetros de resistencia a la rodada

Multiplicador CD

Aero. Drag Coef.

Area protección frontal (m2)

Número de ruedas

Diámetro de las ruedas (m)

Tipo de neumatico

CDMULT

CD

AF

NUM_ WHEELS

WHEEL_ DIA

TYRE_ TYPE

1,10 1,10 1,10 1,10 1,11 1,11 1,11 1,13 1,13 1,14 1,22 1,11 1,13 1,14 1,14 1,14

0,70 0,40 0,42 0,45 0,50 0,50 0,50 0,55 0,60 0,70 0,80 0,50 0,50 0,55 0,65 0,65

0,8 1,8 1,9 2,0 2,8 2,8 2,8 4,0 5,0 8,5 9,0 2,9 4,0 5,0 6,5 6,5

2 4 4 4 4 4 4 4 6 10 18 4 4 6 10 10

0,55 0,60 0,60 0,66 0,70 0,70 0,70 0,80 1,05 1,05 1,05 0,70 0,80 1,05 1,05 1,05

Bias Radial Radial Radial Radial Bias Bias Bias Bias Bias Bias Radial Bias Bias Bias Bias

Parámetros de los neumáticos

CR_B_a0

CR_B_a1

CR_B_a2

EMRAT_a0

37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37

0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064 0,064

0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012

1,10 1,14 1,05 1,05 1,10 1,10 1,10 1,04 1,04 1,07 1,07 1,10 1,10 1,04 1,04 1,04

Fuente: Bennett and Greenwood (1996)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

Parámetros de resistencia a la inercia

E2-14

EMRAT_a1 0 1,010 0,213 0,213 0,891 0,891 0,891 0,830 0,830 1,910 1,910 0,891 0,891 0,830 0,830 0,830

EMRAT_a2 0 399,0 1260,7 1260,7 244,2 244,2 244,2 12,4 12,4 10,1 10,1 244,2 244,2 12,4 12,4 12,4

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

3.2.2 Límite de la velocidad basado en la pendiente de la carretera y en la capacidad de frenado (VBRAKE) En los segmentos sentido de ida el valor de VBRAKE es infinito, es decir, que la velocidad en la subida no está limitada por la capacidad de frenado. VBRAKEu = ∞

...(3.8)

La velocidad en la sentido de vuelta depende de la longitud de la pendiente. Una vez la longitud de la pendiente(GL) excede del valor crítico, se utilizan los frenos para reducir la velocidad. Por debajo de esta pendiente crítica no hay efecto de sentido de vuelta en la velocidad. La longitud crítica de la pendiente CGL se calcula de la siguiente forma: CGL = CGR_a0 * exp ( CGR_a1 * GR ) + CGR_a2

...(3.9)

donde: CGL

longitud crítica de la pendiente (km)

GR

promedio de la pendiente del tramo de la carretera (valor absoluto como una fracción)

a0 a a2

coeficientes de regresión

Por esto, se necesita analizar estas dos condiciones en el sentido de vuelta: Si GL < CGL VBRAKEd = ∞

...(3.10)

Si GL > CGL, VBRAKEd se obtiene resolviendo la siguiente ecuación cúbica que se formula usando el principio mecánico de balance de fuerzas: - 1000 * PBRAKE = z0 * VBRAKEd 3 + z1 * VBRAKEd

...(3.11)

donde: PBRAKE

capacidad del frenado del vehículo (kW) z0 = 0.5 * RHO * Cdmult * CD * AF + b13 * CR1 * CR2 * FCLIM b11 * CR2 * FCLIM * NUM_WHEELS  z1 =  + b12 * CR1 * CR2 * FCLIM * WGT_OPER + WGT_OPER * g * GR 

Todos los otros parámetros han sido definidos, anteriormente, en la sección5.2.1. El promedio de la longitud de la pendiente de la carretera, GL, (km) se estima a partir de la siguiente expresión:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-15

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

GL =

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

1 NUM_RF

...(3.12)

donde: NUM_RF

Promedio del número de rampa + pendiente por km (valor mínimo = 0,1)

La solución de la anterior ecuación cúbica se obtiene de la regla de los signos de Descartes: z2 =

z1 3 * z0

z3 =

-1000 * PBRAKE 2 * z0

DT = z2 3 + z3 2

si DT ≥ 0 VBRAKEd = ∞

pero si DT < 0 z=

1 −2 * z3  arccos  3  z2 * r 

r = 2 * - z2 4π  VBRAKEd = r * cos z +  3  

Los valores predefinidos de los parámetros del modelo VBRAKE se ofrecen en la Tabla E2.2 (ver sección 5.1.2).

3.2.3 Límite de la velocidad determinado por el arqueamiento de la carretera (VCURVE) Se calcula como una función del radio del arqueamiento. Está basado en el postulado que afirma que seleccionar su curva de velocidad como la generada por el rozamiento, evitaría que las ruedas patinasen. La velocidad limitada por el arco, basada en los trabajos llevados a cabo por McLean (1991), se ofrecen en: VCURVE = VCURVE_ a0 * R VCURVE_a1

...(3.13)

donde: R

promedio del radio de arqueamiento de la carretera (m)

VCURVE_a0 y VCURVE_a1

parámetros de regresión

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-16

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

El promedio del radio del arqueamiento de la carretera, R, se estima con la siguiente expresión tomada de Watanatada et al. (1987a): 180,000 π * MAX (18 , C ) π

R=

...(3.14)

donde: C

promedio horizontal del arqueamiento de la carretera (grados/km)

Los valores predefinidos de los parámetros de límite de velocidad por el arco se ofrecen en la Tabla E2.5. Tabla E2.5 Parámetros predefinidos de los modelos VCURVE y VROUGH VCURVE Vehículo número

VROUGH ARVMAX

VCURVE_a0

VCURVE_a1

VROUGH_a0 (mm/s)

1

3,9

0,34

203

1,15

2

3,9

0,34

203

1,15

3

3,9

0,34

203

1,15

4

3,9

0,34

203

1,15

5

3,9

0,34

203

1,15

6

3,9

0,34

200

1,15

7

3,9

0,34

200

1,15

8

4,8

0,29

200

1,15

9

4,8

0,29

200

1,15

10

4,6

0,28

180

1,15

11

4,2

0,27

160

1,15

12

3,9

0,34

203

1,15

13

4,8

0,29

200

1,15

14

4,8

0,29

200

1,15

15

4,6

0,28

180

1,15

16

4,6

0,28

180

1,15

Fuente: Bennett and Greenwood (1996)

3.2.4 Límite de la velocidad basado en la regularidad (VROUGH) Esta es una restricción de la velocidad que corresponde a la máxima suspensión permitida del vehículo, la que maneja las irregularidades de la carretera. Se mide por la tasa de desplazamientos absolutos del eje trasero del vehículo en relación al mismo, conocido como promedio de la pendiente rectificada (ARS). Generalmente, se expresa en unidades de m/km o mm/m. Está relacionada con la velocidad del vehículo y con la regularidad de la carretera de la siguiente forma: Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-17

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

ARV = V * ARS

...(3.15)

donde: ARV

velocidad rectificada promedio de la suspensión, del medidor de vehículos estándar Opala-Mays, en respuesta a la regularidad (mm/s)

V

velocidad del vehículo (m/s)

ARS

promedio de pendiente rectificada (mm/m)

El límite de velocidad debido al efecto de la regularidad, se calcula como sigue: VROUGH =

ARVMAX VROUGH a0 * R1av

...(3.16)

donde: ARVMAX

velocidad rectificada promedio máxima permitida de la suspensión, del medidor de vehículos estándar Opala-Mays, en respuesta a la regularidad (mm/s)

VROUGH_a0

parámetro de regresión

RIav

promedio de regularidad de la carretera (m/km)

Los valores predefinidos de los parámetros de los efectos de la regularidad, se ofrecen en la Tabla E2.5 (ver Sección5.1.2).

3.2.5 Velocidad deseada (VDESIR) Es la velocidad a la que se asume que circulará un vehículo en ausencia de restricciones basadas en la verticalidad, el arqueamiento, la intransitabilidad y la congestión del tráfico, es decir, la velocidad deseada sobre un tramo de carretera llano, recto, suave y no congestionado. Esta velocidad está influenciada por el comportamiento del conductor en respuesta a consideraciones psicológicas, de seguridad, culturales y económicas, además de factores tales como: n

Ancho de la carretera

n

Rozamiento de la carretera

n

Presencia de transporte no motorizado

n

Límites de velocidad

La velocidad deseada en ausencia de señales indicativas del límite de velocidad, se calcula: VDESIR0 = VDES * XFRI * XNMT * VDESMUL

...(3.17)

donde: VDESIR0

velocidad deseada en ausencia de indicadores de límite (m/s)

VDES

velocidad deseada ajustada por efectos del ancho de la calzada (m/s)

XFRI

factor de reducción de la velocidad debido al rozamiento en el tramo (sin medida, en la escala de 0,6 - 1; predefinido = 1,0)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-18

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

XNMT

factor de reducción de la velocidad en el tramo, debido al transporte no motorizado (sin medida, en la escala 0,6 - 1; predefinido = 1,0)

VDESMUL

factor de multiplicación de la velocidad deseada (sin medida, en la escala de 0,85 – 1,3; predefinido = 1,0). El modelo básico es para carreteras de dos carriles. Este factor se usa para adaptar el modelo de carreteras de un carril o autopistas de varios carriles.

Puesto que las velocidades deseadas están afectadas por el ancho de la carretera, los valores de las mismas (VDES) necesitan ajustarse a estos efectos. El ajuste se basa en el trabajo llevado a cabo por Hoban et al. (1994), quién asume que existe un ancho crítico (CW1) por debajo del cual las velocidades no se afectarán por el ancho de la calzada. Entre esta velocidad mínima (VDESMIN) y la velocidad deseada en una carretera de dos carriles (VDES2), existe un aumento lineal en la velocidad. En las carreteras más anchas de dos carriles, Yuli (1996) demostró que hay un aumento continuo en la velocidad, pero con una tasa mucho más baja. Los valores de VDES se ajustan de la siguiente forma: si

CW ≤ CW1

VDES = VDESMIN

si

CW1 < CW ≤ CW2

VDES = VDESMIN + VDES_a3 * (CW - CW1)

si

CW > CW2

VDES = VDES2 + VDES_a1 * (CW - CW2)

donde: CW

ancho de la calzada (m)

CW1

ancho mínimo de la calzada en una carretera de un solo carril (m)

VDESMIN

velocidad mínima deseada en una carretera recta muy estrecha (un carril) (m/s)

CW2

ancho mínimo de una carretera de dos carriles (m)

VDES2

velocidad deseada en una carretera de dos carriles (m/s)

VDES_a3

tasa de aumento de la velocidad deseada en una carretera de uno o dos carriles (ms/m por m de ancho de carretera)

VDES_a1

tasa de aumento de la velocidad deseada en una carretera de dos o más carriles (ms/m por m de ancho de carretera) (ver Tabla E2.6)

La relación velocidad/ancho entre CW1 y CW2 se calcula en la siguiente expresión: VDES_a3 =

( VDES2 - VDESMIN) ( CW2 - CW1)

La relación entre la velocidad mínima deseada y la velocidad deseada en una carretera de dos carriles, se obtiene: VDESMIN = VDES_a2 * VDES2

donde: VDES_a2

radio entre la velocidad deseada en una carretera de carril sencillo y la velocidad deseada en una de dos carriles

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-19

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Los valores predefinidos de los parámetros del modelo de velocidad deseada se ofrecen en la Tabla E2.6. Tabla E2.6 Parámetros predefinidos del modelo VDESIR Velocidad deseada Número de vehículo

(Carreteras de capa bituminosa) VDES2 VDES_a0

VDES_a1

VDES_a2

CW1

CW2

(m/s) 1

40,0

0,0020

2,9

0,75

4

6,8

2

40,1

0,0020

2,9

0,75

4

6,8

3

34,8

0,0020

2,9

0,75

4

6,8

4

34,4

0,0020

2,9

0,75

4

6,8

5

42,0

0,0020

2,9

0,75

4

6,8

6

40,0

0,0020

2,9

0,75

4

6,8

7

39,2

0,0020

2,9

0,75

4

6,8

8

35,6

0,0028

0,7

0,75

4

6,8

9

29,3

0,0028

0,7

0,75

4

6,8

10

24,6

0,0033

0,7

0,75

4

6,8

11

29,1

0,0039

0,7

0,75

4

6,8

12

46,1

0,0020

0,6

0,75

4

6,8

13

34,4

0,0028

0,6

0,75

4

6,8

14

39,4

0,0028

0,6

0,75

4

6,8

15

24,8

0,0033

0,6

0,75

4

6,8

16

24,5

0,0033

0,6

0,75

4

6,8

Fuente: Bennett and Greenwood (1996)

Se requiere para cada una de las cuatro clases de capa de la carretera, bituminosa, adoquinada, de hormigón o sin sellar, un grupo completo de parámetros de velocidad deseada. La velocidad deseada actual es el mínimo de la velocidad deseada y el límite de velocidad: PLIMIT * ENFAC  VDESIR = MINVDESIR0,   3.6

...(3.18)

donde: PLIMIT

límite de velocidad (km/h)

ENFAC

factor de cumplimiento de la velocidad (predefinido = 1,10)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-20

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

3.3

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Secciones con tráfico en una dirección En el análisis de las secciones con tráfico en una dirección, el usuario tiene que definir si la dirección del flujo del tráfico es, generalmente, sentido de ida o sentido de vuelta. En las secciones sentido de ida, la velocidad de viaje VS ku se calcula como se explicó en la sección 5.1.1. El promedio de velocidad libre de viaje (km/h) se obtiene de: S k = 3.6 * VS ku

...(3.19)

En las secciones sentido de vuelta, la velocidad de viaje VS kd se calcula como se explicó en la sección 5.1.2. El promedio de velocidad libre de viaje (km/h) se obtiene de: S k = 3.6 * VS kd

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(3.20)

E2-21

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

4

Modelización de la congestión del tráfico

4.1

Marco de la modelización El modelo de capacidad-velocidad adoptado para el transporte motorizado (TM) es el de tres zonas propuesto por Hoban et al. (1994). Este modelo se ilustra en la Figura E2.2.

S1

Velocidad km/h

S2

S3 Snom

Sult

Qo

Qnom

Qult

Flujo en PCSE/h Figura E2.2 Modelo de capacidad-velocidad Las siguientes abreviaturas se aplican a la Figura E2.2: Qo

nivel del flujo por debajo del cual las interacciones del tráfico son insignificantes en PCSE/h

Qnom

capacidad nominal de la carretera (PCSE/h)

Qult

capacidad máxima de la carretera con un flujo estable (PCSE/h)

Sult

velocidad a capacidad máxima, también llamada velocidad de atasco (km/h)

Snom

velocidad a capacidad nominal (km/h)

S1 a S3

velocidades libres de los diferentes tipos de vehículo (km/h)

PCSE

equivalentes de espacio pasajero/coche (ver parte B)

El modelo predice que por debajo de un cierto volumen no habrá interacciones en el tráfico y todos los vehículos viajarán a sus velocidades libres. Una vez comienza la interacción del tráfico las velocidades individuales de los vehículos disminuyen hasta la capacidad nominal cuando todos los vehículos viajarán a la misma velocidad, lo que se estima en un 85% de la

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-22

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

velocidad libre del tipo de vehículo más lento. Las velocidades pueden disminuir aún más hasta la capacidad máxima alcanzando, entonces, flujos inestables. Los valores de los parámetros clave que definen la relación capacidad-velocidad varían dependiendo del tipo y ancho de la carretera (ver parte B) y se especifican por el usuario. Las velocidades libres de los diferentes tipos de vehículo (S1, S2, etc.) y la velocidad a la capacidad nominal (Snom) se calcula internamente como se describe en las secciones 3 y 4.2, respectivamente. En un tramo específico y dentro de un año analizado, la modelización de la congestión del tráfico se realiza para cada período de flujo. Esto se hace separadamente para el sentido de ida y para el sentido de vuelta, y los resultados se combinan para ofrecer un promedio de ida y vuelta. Se realiza una mayor adicción de resultados para obtener valores promedios anuales para cada tipo de vehículos y para todos los vehículos que usan el tramo de la carretera. El procedimiento de cálculo se puede resumir de la siguiente forma: 1

Definir la relación capacidad-velocidad

determinando la velocidad a la capacidad nominal y usando las velocidades libres calculadas para: (a) Sentido de ida (b) Sentido de vuelta 2

Calcular para cada tipo de vehículo k y para cada período de intensidad el tráfico p:

(a) Velocidad congestionada de viaje para el sentido de ida, el sentido de vuelta y para la ida y vuelta (ver sección 4.2) (b) Velocidad operativa de viaje (ver sección 4.3) (c) Ruido de aceleración – es una medida de la rudeza de los cambios en la velocidad (ver sección 4.6) 3

Calcular el promedio anual de la velocidad operativa para cada tipo de vehículo k

(ver sección 4.4) 4

Calcular el promedio anual de la velocidad del tráfico (ver sección 4.5)

(a) Para todos los vehículos (b) Para los vehículos comerciales pesados, solamente

4.2

Velocidades de congestión del tráfico Cuando aumenta la intensidad del tráfico aumentan también las interacciones entre los vehículos, culminando en una reducción de la velocidad. La velocidad reducida resultante se modeliza como una velocidad congestionada de viaje, lo que hace que no se consideren los efectos de las variaciones de la velocidad a través del tramo. Esta velocidad se modeliza para un periodo de intensidad de tráfico, en los segmentos sentido de ida y sentido de vuelta, y los valores se utilizan para calcular el consumo de combustible (ver sección 5) y el consumo de neumáticos (ver sección 7).

4.2.1 Velocidad en el sentido de ida La velocidad a la capacidad nominal es igual al 85% de la velocidad libre del tipo de vehículo más lento: VSnomu = 0.85 * MIN(VS ku )

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(4.1)

E2-23

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

donde: VSnomu

velocidad a la capacidad nominal en el sentido de ida (m/s)

VSku

velocidad libre del tipo de vehículo k en el sentido de ida (m/s)

La velocidad en el sentido de ida, VU, en cada período de intensidad de tráfico p y flujo Qp se calcula de la siguiente forma: n

para Qp < Qo VU kp = VS ku

n

para Qo ≤ Qp ≤ Qnom  (VSku - VSnomu) * (Qp - Qo)  VU kp = VSku −     (Qnom - Qo)

n

...(4.2)

...(4.3)

para Qnom < Qp ≤ Qult  (VSnomu - VSult) * (Q p - Qnom)  VU kp = VSnomu −   (Qult - Qnom)  

...(4.4)

La velocidad de viaje en cada período de intensidad del tráfico, se ajusta de la siguiente forma: VU kp = MAX (VU kp * CALBFAC, VSult )

...(4.5)

donde: VUkp

velocidad congestionada de viaje del tipo de vehículo k durante el periodo p en el sentido de ida (m/s)

Qp

intensidad del tráfico durante el período p (PCSE/h)

CALBFAC

factor de calibración de la velocidad, (predefinido = 1,0, escala 0,1 a 10). Este es un factor de traslación dependiente del tipo de carretera del modelo de capacidad-velocidad

Aquí, las velocidades Sult (km/h) se convierten en VSult (m/s) dividiéndolas entre 3,6. Las velocidades del sentido de ida calculadas (VU kp ) se usan en el cálculo del consumo de combustible (ver sección 5).

4.2.2 Velocidad en el sentido de vuelta La velocidad a la capacidad nominal se calcula como sigue: VSnomd = 0.85 * MIN(VS kd )

...(4.6)

donde: VSnomd

velocidad a la capacidad nominal en el sentido de vuelta (m/s)

VSkd

velocidad libre del tipo de vehículo k en el sentido de vuelta (m/s)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-24

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

La velocidad del sentido de vuelta, VD, (m/s) en cada período p de la intensidad del tráfico y flujo Qp (PCSE/h) se calcula de la siguiente forma: n

para Qp < Qo

...(4.7)

VD kp = VD kd n

para Qo ≤ Qp ≤ Qnom  (VS kd - VSnomd) * (Q p - Qo) VD kp = VS kd −   (Qnom - Qo)

n

  

...(4.8)

para Qnom < Qp ≤ Qult  (VSnomd - VSult) * (Q p - Qnom)  VD kp = VSnomd −     (Qult - Qnom)

...(4.9)

Estas velocidades (VD kp) se usan en el cálculo del consumo de combustible (ver sección 5). La velocidad de viaje en cada período de la intensidad del tráfico, se ajusta de la siguiente forma: VD kp = MAX (VD kp * CALBFAC, VSult )

...(4.10)

donde: VDkp

velocidad congestionada de viaje del tipo de vehículo k durante el periodo p del sentido de vuelta (m/s)

Qp

intensidad del tráfico durante el período p (PCSE/h)

CALBFAC

factor de calibración de velocidad (predefinido = 1,0 escala 0,1 a 10)

4.2.3 Velocidad congestionada de ida y vuelta El promedio de la velocidad de viaje congestionada de ida y vuelta (km/h) en cada período p de la intensidad del tráfico y flujo Qp se calcula de la siguiente forma:

S kp

   =    1   VU kp  

7.2   1 +   VD kp  

          

...(4.11)

donde: Skp

Promedio de la velocidad de viaje congestionada (km/h) del tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-25

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

4.3

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Velocidad de circulación de los vehículos Para considerar la conmutación introducida en el análisis a través del uso de la velocidad media en el tiempo, en lugar de la velocidad media en el espacio, las velocidades congestionadas individuales, calculadas anteriormente en la sección 4.1, se ajustan multiplicándolas por un factor de conmutación de la velocidad. Las velocidades en un punto son medidas cuando un vehículo pasa por un punto. La velocidad media en el tiempo es el promedio aritmético de la velocidad de todos los vehículos pasando por un punto de la carretera en un período de tiempo específico. La velocidad media en el espacio (también llamada velocidad de viaje) es la velocidad promedio de todos los vehículos que ocupan un tramo indicado de la carretera en un período de tiempo específico. Así, la velocidad ajustada, aquí llamada velocidad estable de circulación del vehículo, se calcula de la siguiente forma: SS kp = S kp * SPEEDBIAS

...(4.12)

donde: SSkp

velocidad de circulación del vehículo (km/h) en el período p de la intensidad del tráfico velocidad congestionada de viaje (km/h) en el período p de la intensidad del tráfico

Skp SPEEDBIAS

factor de ajuste de la velocidad considerando la conmutación introducida a través del uso de la velocidad media en el tiempo en lugar de velocidad media en el espacio

El factor de ajuste de la velocidad SPEEDBIAS se obtiene de la expresión: SPEEDBIAS = 1.0000 + 0.0122 * COV - 0.8736 * COV 2

...(4.13)

donde: COV

coeficiente de la variación de la velocidad dentro del flujo del tráfico (predefinido = 0,15)

Estos valores de la velocidad (SSkp ) se usan para calcular el uso del vehículo, las horas del conductor/chófer, el tiempo de viaje del pasajero y el tiempo de traslado de carga y para propósitos de informes.

4.4

Promedio anual de la velocidad de circulación de los vehículos Este promedio se calcula de la siguiente forma:

SS kav

   =     

n

∑ p=1

 HRYR p * HV p * SS kp    n   HRYR p * HV p  p=1 

∑

...(4.14)

donde: SSkav

promedio anual de la velocidad de circulación del tipo de vehículo k (km/h)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-26

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

SSkp

velocidad de circulación del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico (m/h)

HRYRp

número de horas en el período p de la intensidad del tráfico

HVp

intensidad horaria del tráfico en el período p expresada como una proporción de IMD

Estas velocidades (SSkav) se utilizan para propósitos de informes.

4.5

Promedio anual de la velocidad del tráfico El promedio anual de la velocidad del tráfico, para un tramo de la carretera, se requiere para la modelización del deterioro del firme (rotura del borde, coeficiente de resistencia y rodadas producidas por neumáticos con clavos) y se calcula de la siguiente forma: K

∑ SS S=

kav

k =1

...(4.15)

K

donde: S

promedio anual de la velocidad del tráfico (km/h)

SSkav

promedio anual de la velocidad operativa del tipo de vehículo k (para k = 1, 2, ..., K) (km/h)

El promedio anual de la velocidad de los vehículos pesados se requiere para la modelización de la producción de roderas en el firme debidas a la deformación plástica y se calculan de la siguiente forma: KH

Sh =

∑ SS

kav

kH=1

KH

...(4.16)

donde:

4.6

Sh

promedio anual de la velocidad de los vehículos pesados (km/h)

kH

vehículos pesados (WGT_OPER > 3500 kg) (para kH = 1, 2, ..., KH)

Efectos de la aceleración

4.6.1 Conceptos El modelo de capacidad-velocidad ofrecido en la Figura E2.2 muestra que, cuando el flujo aumenta, se produce un incremento de las interacciones de los vehículos y un descenso en las velocidades. Éstas interacciones están acompañadas por un aumento en la frecuencia y en la magnitud de las aceleraciones y deceleraciones de los vehículos. Bajo condiciones ideales los conductores mantendrían una velocidad de viaje sin aceleraciones ni deceleraciones. No obstante, esto, realmente, no es posible ya que los conductores se ven forzados a ajustar sus velocidades en respuesta a la congestión del tráfico, al trazado, a la condición de la capa del firme, a la presencia de TNM y a otras actividades de la carretera. Las fluctuaciones estándar de las aceleraciones, identificadas como ruido de la aceleración es un indicativo de los cambios bruscos en la velocidad. Los valores bajos de los ruidos de la

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-27

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

aceleración, indican que hay cambios menores y los valores altos indican lo contrario. Para cada tramo de la carretera, se considera que los costes operacionales adicionales de los vehículos debidos a los cambios en los ciclos de la velocidad, es proporcional a la magnitud del ruido de la aceleración. El ruido total de la aceleración para el tipo de vehículo k operando en un tramo de la carretera durante el período p de la intensidad del tráfico se considera en dos componentes: 1

Ruido de la aceleración normal

2

Ruido de aceleración del tráfico inducido

Ambos se combinan para obtener el ruido total de la aceleración, de la siguiente forma: σa kp =

(σan

2 k

+ σat kp 2

)

...(4.17)

donde: σakp

ruido total de la aceleración (m/s2) del tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico

σank

ruido de la aceleración normal del tipo de vehículo k (m/s2)

σatkp

ruido de la aceleración del tráfico inducido del tipo de vehículo k en el periodo p de la intensidad del tráfico (m/s2)

4.6.2 Ruido de la aceleración normal El total del ruido de la aceleración normal depende de los siguientes factores: 1

Comportamiento normal del conductor (en un tramo descongestionado, recto y liso de

la carretera sin TNM ni otras actividades) 2

Trazado de la carretera

3

Rozamiento

4

Transporte no motorizado

5

Regularidad de la capa de rodadura

El ruido total de la aceleración normal (σank) para cada tipo de vehículo k se obtiene de la siguiente expresión:

[

σan k = MAX 0.1, MAX(σ adral k , σ asfk , σanmt k , σ airik 2

2

2

2

)]

...(4.18)

donde: σadralk

ruido de la aceleración normal debido al comportamiento del conductor y al trazado de la carretera (m /s2) (valor predefinido = 0,1)

σasfk

ruido de la aceleración debido al rozamiento

σanmtk

ruido de la aceleración debido al transporte no motorizado

σairik

ruido de la aceleración debido a la regularidad

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-28

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

El ruido de la aceleración, debido al comportamiento del conductor (σadr), y el debido al trazado (σaal) se combinan en un valor sencillo (σdral) por la dificultad de diferenciar estos dos componentes. Los otros tres componentes, del ruido normal, se modelizan como funciones lineales. Esto se hace usando las siguientes ecuaciones: σasf k = 2.5 * ( 1.0 - XFRI ) * FRIAMAX k

...(4.19)

σanmt k = 2.5 * (1.0 - XNMT ) * NMTAMAX k

...(4.20)

RIAMAX k   σairik = MINRIAMAX k , RI av * AMAXRI k  

...(4.21)

  

donde: XFRI

factor de reducción de velocidad debido al rozamiento de la carretera en el tramo (0,6 a 1)

FRIAMAX k

ruido de la aceleración máxima debido al rozamiento (valor predefinido = 0,20 m/s2 para todos los tipos de vehículos)

XNMT

factor de reducción de la velocidad debido al transporte no motorizado en el tramo (0,6 a 1)

NMTAMAX k

ruido de la aceleración máxima debido al transporte no motorizado (valor predefinido = 0,40 m/s2 para todos los tipos de vehículos)

RIAMAXk

ruido de la aceleración máxima debido a la regularidad (valor predefinido = 0,30 m/s2 para todos los tipos de vehículos)

RIav

promedio de regularidad del tramo de la carretera (IRI m/km)

AMAXRIk

Regularidad a la cual se produce el ruido de la aceleración máxima RIAMAXk (valor predefinido = 20 para todos los tipos de vehículos ) (IRI m/km)

4.6.3 Ruido de la aceleración del tráfico El ruido de la aceleración, debido a las interacciones del tráfico, se modelizan como una función sigmoidal que depende de la relación volumen/capacidad (VCR) y del nivel del flujo (Qo) en el que comienzan las interacciones en el modelo de capacidad-velocidad ilustrado en la Figura E2.2. Así, cuando la intensidad del tráfico en cualquier período de flujo (Qp ) es menor que Qo, solo hay ruido de aceleración normal y cuando Qp supera Qo entonces existe una combinación de ruido de aceleración normal y del tráfico. El ruido de aceleración del tráfico inducido del tipo de vehículo k durante el período p del flujo del tráfico, se calcula de la siguiente forma:   1.04  σat kp = σatmax k  1 + exp (a0 + a1 * VCR p )  

...(4.22)

donde: σatmaxk

ruido de la aceleración máxima del tráfico (m/s2) del tipo de vehículo k

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E2-29

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

VCRp

relación volumen/capacidad (o flujo relativo) en el período p

a0 y a1

coeficientes de regresión

El flujo relativo en el período p de la intensidad del tráfico, se obtiene de la expresión: VCR p =

Qp

...(4.23)

Qult

Los coeficientes de regresión a0 y a1 se calculan de la siguiente forma: a0 = 4.2 + 23.5 * XQ12

...(4.24)

a1 = - 7.3 - 24.1 * XQ12

...(4.25)

donde: XQ1

relación de Qo con Qult

El ruido de la aceleración máxima del tráfico, de cada tipo de vehículo, se puede determinar tomando medidas del ruido de la aceleración total bajo condiciones de mucha congestión. Esto ofrece el ruido total de la aceleración máxima en el tramo, que incluye el ruido de la aceleración normal y el de la aceleración máxima del tráfico inducido. El ruido de la aceleración máxima del tráfico para cada tipo de vehículo k se calcula de la siguiente forma: σatmax k =

(

2

σamax k − σan k

2

)

...(4.26)

donde: σamaxk

ruido total de la aceleración máxima, del tipo de vehículo k (m/s2)

σank

ruido de la aceleración normal, del tipo de vehículo k (m/s2)

El ruido total de la aceleración máxima se obtiene de la expresión: σamax k = MAX [0.1, MIN (0.75, σamaxv k , σa maxgr )]

...(4.27)

donde: σamaxv k

ruido de la aceleración máxima del tipo de vehículo k, entrado por el usuario en el Parque de vehículos (predefinido = 0,75 m/s2 para todo tipo de vehículos, en una escala de 0,1 – 0,75)

σamaxgr

ruido de la aceleración máxima ajustado a la pendiente de un tramo de la carretera (m/s2)

Para definir los cambios en el comportamiento del conductor, debidos a los efectos de la pendiente, el ruido de la aceleración máxima del tipo de carretera (σamaxr) se ajusta usando la siguiente expresión:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-30

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

σamaxgr = σamaxr {1 - 0.05 * ABS[MIN(GRAN, 10 )]}

...(4.28)

donde: GRAN

si GR ≤ 0,02 GRAN=0 si GR > 0,02 GRAN=100*GR

σamaxr

ruido de la aceleración máxima de un tipo de carretera (m/s2) (en una escala de 0,1 a 0,75, ver parte B)

GR

promedio de la pendiente del tramo de la carretera (como una fracción)

La sección 5.4 describe la aplicación del ruido de la aceleración dentro de los modelos RUE.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-31

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Módulo B: Componentes de la circulación de los vehículos Los ahorros en el coste de la circulación de los vehículos son el principal beneficio para la justificación de las mejoras a la carretera. Los usuarios de la carretera perciben estos beneficios en términos de menores gastos. Estos costes dependen de lo siguiente: n

Tipos de vehículos que usan la carretera

n

Volumen del tráfico en el tramo de la carretera

n

Geometría de la carretera (particularmente, el arqueamiento, la pendiente y el ancho)

n

Condición de la capa de rodadura (principalmente, regularidad y profundidad de la

textura) n

Comportamiento del conductor

Los cambios en cualquiera de estos parámetros, como resultado de un proyecto, producirán cambios en estos costes. En un tramo seleccionado y en cada año analizado, el consumo de los componentes de los vehículos, se modeliza considerando la circulación de cada tipo de vehículo, bajo las condiciones de cada período de intensidad del tráfico y los resultados se añaden a los totales anuales. La proyección del consumo se hace, para cada tipo de vehículo, en el siguiente orden: 1

Consumo de combustible (ver sección 5)

2

Consumo de lubricantes (ver sección 6)

3

Consumo de neumáticos (ver sección7)

4

Utilización del vehículo (ver sección 8)

5

Consumo de repuestos (ver sección 9)

6

Horas de trabajo de mantenimiento (ver sección 10)

7

Costes generales (ver sección 11)

8

Horas del conductor/chófer (ver sección 12)

9

Costes generales (ver sección 13)

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E2-32

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

5

Consumo de combustible

5.1

Modelización El consumo de combustible contribuye, significativamente, a los costes totales de la circulación de los vehículos. El modelo de consumo de combustible, de HDM-4, está basado en el modelo de combustible mecánico ARFCOM (Biggs, 1988). Este modelo proyecta que el consumo de combustible es proporcional a los requisitos totales de potencia del motor y está construido a partir de estos tres componentes: n

Potencia de tracción – es la potencia requerida para contrarrestar las fuerzas opuestas al

movimiento n

Arrastre del motor – es la potencia requerida para contrarrestar el arrastre interno del

motor (o fricción) n

Potencia accesoria – es la potencia requerida para mover los accesorios del vehículo,

tales como el ventilador, la dirección asistida, el aire acondicionado, el alternador, etc. Para cada tipo de vehículo, el consumo de combustible se calcula, separadamente, en el sentido de ida y en el segmento cuesta debajo de cada período de intensidad del tráfico y los resultados se promedian en la ida y vuelta en todo el tramo. El procedimiento de cálculo se resume de la siguiente forma: 1

2

Calcular para cada tipo de vehículo k y en cada período p de la intensidad del tráfico:

(a) Requisitos de potencia total del motor, en el sentido de ida y en el sentido de vuelta (ver sección 5.2) (b) Factor de eficiencia de potencia de combustible, en el sentido de ida y en el sentido de vuelta (ver sección 5.3) (c) Consumo de combustible instantáneo, en el sentido de ida y en el sentido de vuelta. Esto combina el consumo de combustible en viaje con el consumo adicional debido a los ciclos de cambio de la velocidad (ver sección 5.4). (d) Especificar el consumo de combustible, en una ida y vuelta, sobre el tramo de la carretera (ver sección 5.5) Calcular para cada tipo de vehículo k el promedio anual de consumo de combustible

(ver sección 5.6)

5.1.1 Consumo de combustible instantáneo en el sentido de ida En el sentido de ida, el consumo de combustible instantáneo, de cada tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico, se obtiene de: IFC kpu =

MAX[IDLE_FUEL k , ZETA kpu * PTOT kpu * (1 + dFUEL kpu )]

...(5.1)

donde: IFCkpu

consumo de combustible instantáneo del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico (ml/s)

IDLE_FUELk

tasa de consumo de combustible, en la marcha en vacío, del tipo de vehículo k (ml/s)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-33

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

ZETAkpu

factor de eficiencia de la potencia del combustible, en el sentido de ida, del tipo de vehículo k (ml/kW/s)

PTOT kpu

requisito de la potencia total en el sentido de ida, del movimiento de viaje (kW)

dFUELkpu

factor de consumo de combustible adicional debido a los ciclos de cambio de la velocidad del vehículo (aceleraciones y deceleraciones) explicado en la sección 5.4.

La expresión de viaje implica que los ciclos de cambio de la velocidad no están considerados. Así, el consumo de combustible instantáneo de viaje, en el sentido de ida, se calcula usando la ecuación más atrás con el valor de dFUEL ajustado a cero.

5.1.2 Consumo de combustible instantáneo en el sentido de vuelta En este segmento, el consumo de combustible instantáneo de cada tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico, se obtiene de: IFC kpd =

MAX[IDLE_FUEL k , ZETA kpd * PTOT kpd * (1 + dFUEL kpd )]

...(5.2)

donde: IFCkpd IDLE_FUELk ZETAkpd

consumo de combustible instantáneo del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico(ml/s) tasa de consumo de combustible, en la marcha en vacío, del tipo de vehículo k (ml/s) factor de eficiencia del combustible, en el sentido de vuelta, del tipo de vehículo k (ml/kW/s)

PTOT kpd

requisito de potencia total en el sentido de vuelta, para el movimiento de viaje (kW)

dFUELkpd

factor de consumo de combustible adicional, debido a los ciclos de cambios de la velocidad del vehículo

El consumo de combustible instantáneo de viaje, en el sentido de vuelta, se calcula usando la ecuación más atrás con el valor de dFUEL ajustado a cero.

5.1.3 Intensidad del tráfico en una dirección En el análisis de la intensidad del tráfico en una dirección, el consumo de combustible instantáneo, se calcula de la siguiente forma: n

Segmentos sentido de ida

IFCkpu se calcula usando la ecuación más atrás n

Segmentos sentido de vuelta

IFCkpd se calcula usando la ecuación más atrás

5.2

Requisitos de potencia Los requisitos de potencia total del motor, incluyen la potencia de tracción necesaria para contrarrestar las fuerzas opuestas al movimiento y la potencia para contrarrestar el arrastre del motor y para mover los accesorios del vehículo. Se calculan separadamente para los segmentos sentido de ida y sentido de vuelta.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-34

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

5.2.1 Potencia de tracción En cualquier momento del movimiento del vehículo a través de un tramo de la carretera, la potencia de tracción puede ser positiva, negativa o cero, dependiendo de las características del vehículo y de la carretera. La potencia de tracción requerida para cada tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico (PTR), se obtiene de la expresión:  (FTR kp * Vkp ) PTR kp =   1000  

...(5.3)

donde: PTRkp

potencia de tracción del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico (kW)

FTRkp

resistencia total al movimiento de viaje, experimentada por el tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico (N)

Vkp

velocidad del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico (m/s)

n

Para calcular la potencia de tracción (PTRkpu) en el sentido de ida

El uso de Vkp = VUkp , y FTRkpu se ofrece en la ecuación más adelante. n

Para calcular la potencia de tracción (PTRkpd) en el sentido de vuelta

El uso de Vkp = VDkp , y FTRkpd se ofrece en la ecuación más adelante. La resistencia total en el movimiento de viaje comprende la resistencia aerodinámica, la resistencia de la pendiente, la resistencia de la rodada y la resistencia del arqueamiento. La resistencia de la inercia se considera, solamente, bajo el régimen de ciclos de cambios de la velocidad. La resistencia total del movimiento de viaje se calcula como sigue: n

En el sentido de ida FTR kpu = FA u + FG u + FR u + FCVu

n

...(5.4)

En el sentido de vuelta FTR kpd = FA d + FG d + FR d + FCV d

...(5.5)

donde: FA

resistencia aerodinámica al movimiento (N)

FG

resistencia de la pendiente al movimiento (N)

FR

resistencia de la rodada al movimiento (N)

FCV

resistencia del arqueamiento al movimiento (N)

Los subíndices u y d indican los segmentos sentido de ida y sentido de vuelta, respectivamente. Los componentes de la resistencia total, en el movimiento de viaje, se calculan de la siguiente forma: n

Resistencia aerodinámica

Se calcula: Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-35

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

FA = 0.5 * RHO * CDmult * CD * AF * Vkp

2

...(5.6)

Todos los otros parámetros se han definido previamente.

Los valores predefinidos de los parámetros, para calcular la resistencia aerodinámica de cada tipo de vehículo, se ofrecen en la Tabla E2.4. n

Resistencia de la pendiente

Se calcula separadamente, para los segmentos sentido de ida y sentido de vuelta, usando la siguiente expresión: FG = WGT_OPER * g * GR

...(5.7)

donde: Todos los otros parámetros se han definido previamente. En el sentido de ida FGu se usa el valor positivo de GR, y en el sentido de vuelta FGd se usa el valor negativo de GR. n

Resistencia de la rodada

Se calcula:

(

FR = FCLIM * CR2 * b11 * NUM_WHEELS + CR1 * b12 * WGT_OPER + CR1 * b13 * Vkp

...(5.8) Todos los otros parámetros se han definido previamente. Los valores predefinidos de los parámetros para calcular la resistencia de la rodada, de cada tipo de vehículo, se ofrecen en la Tabla E2.4. n

Resistencia del arqueamiento

Se calcula: 2     WGT_OPER * V 2     kp   − WGT_OPER * g * e     MAX 0,    R         FCV =   (NUM_WHEELS * CS)     1000       

...(5.9)

donde: e

súper elevación de la carretera (como una fracción)

CS

rigidez de los bordes de los neumáticos

Se calcula: 2  CS_a1 * WGT_OPER WGT_OPER   CS = Kcs * CS_a0 + + CS_a2 *    NUM_WHEELS  NUM_WHEELS   

...(5.10)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-36

2

)

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

donde: Kcs

factor de rigidez del neumático

CS_a0 hasta CS_a2

parámetros del modelo

Todos los demás parámetros se definieron anteriormente. La Tabla E2.7 ofrece los valores de los parámetros del modelo de rigidez de los bordes. Tabla E2.7 Parámetros del modelo de rigidez de los bordes WGT_OPER < =2500 kg

WGT_OPER > 2500 kg

Coeficiente Con cámara

Radial

Con cámara

CS_a0

30

43

8,8

0

CS_a1

0

0

0,088

0,0913

CS_a2

0

0

Kcs

1

1

-0,0000225 1

Radial

-0,0000114 1

Fuente: NDLI (1995) n

Resistencia de la inercia

La resistencia de la inercia no se incluye en la potencia total de la tracción del movimiento de viaje. Se considera en la modelización de los efectos de los ciclos de cambios en la velocidad, descritos en la sección 5.4. Se calculan de la siguiente forma:

FI = WGT_OPER * EMRAT * ACC

...(5.11)

El parámetro EMRAT se calcula como sigue:   EMRAT_a2  EMRAT = EMRAT_a0 + EMRAT_a1 * atan    3 Vkp  

...(5.12)

donde: EMRAT_a0 hasta EMRAT_a2

parámetros de la resistencia de la inercia

ACC

aceleraciones del vehículo en m/s2

La resistencia de la inercia al movimiento se considera cero, bajo las condiciones de viaje. Los valores predefinidos del parámetro para calcular la resistencia de la inercia de cada tipo de vehículo, se ofrecen en la Tabla E2.4.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-37

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

5.2.2 Potencia del motor y accesorios La potencia total requerida para contrarrestar el arrastre del motor y para hacer funcionar los accesorios (PENGACCS) de cada tipo de vehículo, se calcula como una función de la velocidad del motor y de la velocidad del vehículo: 

PENGACCS kp = Kpea * PRATk * PACCS_a1 +



(PACCS_a0 - PACCS_a1) * (RPMkp - RPM_IDLE )  (RPM100 - RPM_IDLE )  ...(5.13)

donde: PENGACCSkp

potencia total del motor y los accesorios del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico (kW)

Kpea

factor de calibración de la potencia total del motor y los accesorios (predefinido 1,0)

PRAT k

tasa máxima de la potencia del motor del tipo de vehículo k (kW)

RPMkp

velocidad del motor (rev/min)

RPM_IDLE

velocidad del motor en marcha en vacío (rev/min)

RPM100

velocidad del motor calculada a 100 km/h (rev/min)

PACCS_a0

relación entre el arrastre del motor y los accesorios, de un motor a 100 km/h

PACCS_a1

parámetro del modelo

El parámetro PACCS_a1 está a relacionado con la tasa de consumo de combustible de la marcha en vacío. Se calcula, a partir del valor especificado por el usuario de IDLE_FUEL, de la siguiente forma: a = ZETAB * EHP * Kpea 2 * PRAT *

(100 - PCTPENG ) 100

b = ZETAB * Kpea * PRAT c = - IDLE_FUEL

PACCS_a1 =

(- b +

b 2 - 4ac 2a

)

...(5.14)

donde: ZETAB

factor básico de la eficiencia del combustible (ml/kW/s) (ver Tabla E2.8)

EHP

descenso de la eficiencia del motor cuando desarrolla alta potencia

PCTPENG

porcentaje de la potencia total del motor y los accesorios producido por el motor (predefinido = 80)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-38

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

La velocidad del motor (RPM) depende de la velocidad del vehículo y se calcula usando las ecuaciones más adelante hasta la más adelante con Vkp = VUkp en el sentido de ida y Vkp = VDkp en el sentido de vuelta. n

si Vkp ≤ 5.6 m/s RPMkp = RPM_a0 + 5.6 * RPM_a1 + 31.36 * RPM_a2

n

si Vkp ≤ RPM_a3 RPMkp = RPM_a0 + RPM_a1 * Vkp + RPM_a2 * Vkp

n

...(5.15)

2

...(5.16)

si Vkp > RPM_a3 RPM kp =

(RPM_a0 + RPM_a1 * RPM_a3 + RPM_a2 * RPM_a3 2 ) * Vkp RPM_a3

...(5.17)

La velocidad del motor RPM100 a 100 km/h, se calcula de la siguiente forma: si 27.8 ≤ RPM_a3 RPM100 = RPM_a0 + RPM_a1 * 27.8 + RPM_a2 * 27.8 2

...(5.18)

pero si RPM100 =

(RPM_a0 + RPM_a1 * RPM_a3 + RPM_a2 * RPM_a3 2 ) * 27.8 RPM_a3

...(5.19)

Los valores del modelo anterior se ofrecen en la Tabla E2.8.

5.2.3 Requisito de potencia total El requisito de potencia total del motor (PTOT) se calcula, según la potencia de tracción total sea o no negativa, de la siguiente forma: si PTR kp ≥ 0   PTR kp PTOT kp =  + PENGACCS kp   EDT 

...(5.20)

PTOT kp = (PTR kp * EDT + PENGACCS kp )

...(5.21)

pero si

donde:

PTOT kp

requisito de potencia total en el movimiento de viaje del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico (kW)

PTRkp

potencia total de tracción del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico(kW)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-39

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

EDT

eficiencia de la destreza del conductor

PENGACCSkp

potencia total de arrastre del motor y los accesorios (kW)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-40

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Tabla E2.8 Parámetros predefinidos del modelo del combustible

Parámetros del modelo de la velocidad del motor Número de vehículo

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Velocidad del motor en vacío

Tasa de combustible en vacío

Eficiencia básica del combustible

Descenso en la eficiencia

Potencia tasada del motor

Eficiencia de la destreza del conductor

EHP

PRAT

EDT

PACCS_ a0

PCTPENG

0,95 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,86 0,86 0,86 0,86 0,90 0,86 0,86 0,86 0,86

0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20

80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80

RPM_a0

RPM_a1

RPM_a2

RPM_a3

RPM_ IDLE

IDLE_ FUEL

ZETAB

RPM

RPM/ (m/s)

RPM/ (m/s)2

m/s

RPM

ml/s

ml/kW/s

2790 2280 2280 1709 2490 2574 2490 1214 1214 1167 1167 2490 1214 1214 1167 1167

94,0 17 17 7,16 -30,4 -27,8 -30,4 17,6 17,6 -24,0 -24,0 -30,4 17,6 17,6 -24,0 -24,0

2,83 0,83 0,83 0,99 2,25 2,46 2,25 2,32 2,32 1,76 1,76 2,25 2,32 2,32 1,76 1,76

31 42 42 42 34 32 34 22 22 22 22 34 22 22 22 22

800 800 800 800 800 800 800 500 500 500 500 800 500 500 500 500

0,12 0,25 0,36 0,48 0,48 0,37 0,48 0,37 0,37 1,12 1,12 0,48 0,37 0,37 1,12 1,12

0,067 0,067 0,067 0,067 0,067 0,067 0,057 0,057 0,057 0,056 0,055 0,067 0,057 0,057 0,057 0,057

Fuente: Bennett and Greenwood (1996)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-41

Potencia del motor y los accesorios

kW 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,25 0,10 0,10 0,10 0,10

15 60 70 90 60 55 60 75 100 280 300 60 75 100 130 150

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

5.3

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Factor de eficiencia El factor de eficiencia del combustible ZETA detalla el consumo de combustible instantáneo del requisito total del motor, expresado por las ecuaciones más atrás y más atrás. Para cada tipo de vehículo y para cada intensidad de tráfico, el período ZETA se calcula, separadamente, en el sentido de ida y en el sentido de vuelta, como se detalla a continuación.

5.3.1 Factor de eficiencia en el sentido de ida ZETA kpu =

 PTOT kpu - PCTPENG * PENGACCS kpu     100  ZETAB * 1 + EHP *   PRATk     

...(5.22)

5.3.2 Factor de eficiencia en el sentido de vuelta ZETA kpd =

  PTOT kpd - PCTPENG * PENGACCS kpd    100   ZETAB * 1 + EHP *   PRATk      

...(5.23) Todos los otros parámetros se han definido previamente. Los valores del modelo anterior se ofrecen en la Tabla E2.8.

5.4

Consumo adicional de combustible

5.4.1 Modelo simulado de aceleración-combustible El consumo de combustible adicional debido a los ciclos de cambios de la velocidad de los vehículos, se estima usando un modelo simulado llamado ACCFUEL. Este modelo se detalla en Bennett (1996c). El modelo calcula el factor del consumo de combustible adicional como una función del ruido de la aceleración total y de la velocidad media del vehículo. Estos factores se utilizan, entonces, en la calibración del consumo de combustible, del consumo de neumáticos y del consumo de repuestos, como se detalla en este documento. Los altos niveles de ruido, de la aceleración total, juegan un papel importante en el consumo de combustible, de neumáticos y de repuestos. El método es el siguiente: 1

El usuario ejecuta una rutina de calibración externa a HDM-4 ( es decir, ACCFUEL) que genera una matriz de valores para dFUEL como una función de la velocidad media y del ruido de aceleración de cada tipo de vehículo.

2

HDM-4 lee estas matrices. HDM-4 contiene un grupo predefinido de matrices de los diferentes tipos de vehículos estándar. Los valores de dFUEL están interpolados linealmente, para las velocidades intermedias y ruido de aceleración y se aplican en el análisis.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-42

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

5.4.2 Velocidades medias y ruido de aceleración Las velocidades medias (km/h) que se usan para determinar los valores correspondientes a dFUEL, en los segmentos sentido de ida y sentido de vuelta, se obtienen de la siguiente manera: n

En los segmentos sentido de ida

La velocidad media de cada tipo de vehículo k en el periodo p de la intensidad del tráfico, se obtiene de: SUkp = 3.6 * VU kp n

...(5.24)

En los segmentos sentido de vuelta

La velocidad media de cada tipo de vehículo k en el periodo p de la intensidad del tráfico, se obtiene de: SD kp = 3.6 * VD kp

...(5.25)

El ruido de la aceleración total (σakp ) de cada tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico, usado para determinar dFUEL se calcula como se explica en la sección 4.6.

5.5

Consumo de combustible por cada 1000 kms-vehículo Este consumo (ml) por km-vehículo en el tramo, se calcula a partir de la expresión: IFC kpu IFC kpd  + SFC kp = 500   VD kp   VUkp

...(5.26)

donde: SFCkp

consumo de combustible específico (ml/km)

IFCkpu

consumo de combustible instantáneo, en el viaje sentido de ida (ml/s)

VUkp

velocidad sentido de ida (m/s) del tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico

IFCkpd

consumo de combustible instantáneo, en el viaje sentido de vuelta (ml/s)

VDkp

velocidad sentido de vuelta (m/s) de cada tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico

En el tráfico en una dirección, el consumo de combustible específico se calcula de la siguiente forma: n

En los segmentos sentido de ida SFC kp =

n

1000 * IFC kpu VU kp

...(5.27)

En los segmentos sentido de vuelta SFC kp =

1000 * IFC kpd VD kp

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(5.28)

E2-43

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

El consumo de combustible (litros por cada 1000 kms-vehículo) se obtiene de la expresión: FC kp = SFC kp * FUELBIAS

...(5.29)

donde: FCkp

consumo de combustible de cada tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico (l/1000 km-veh)

FUELBIAS

factor de ajuste del combustible a tener en cuenta por la conmutación introducida por el uso de la velocidad media en el tiempo en lugar de velocidad media en el espacio

El flujo del tráfico incluye los vehículos viajando a diferentes velocidades, por lo tanto, con diferentes tasas de consumo de combustible. Puesto que el consumo de combustible no es lineal con la velocidad, el consumo medio de combustible no corresponde al consumo de la velocidad media. El factor de ajuste del combustible (FUELBIAS) se aplica, por lo tanto, para corregir la conmutación introducida en el análisis, por el uso de la velocidad media en lugar de la velocidad individual de los vehículos. Esto se obtiene de la siguiente expresión: MAX (dFUEL, 1.0000 - 0.0182 * COV + 0.7319 * COV 2 )

FUELBIAS =

5.6

...(5.30)

Promedio anual de consumo de combustible Este promedio en litros por cada 1000 kilómetros-vehículo, de cada tipo de vehículo, se requiere para efectos de informes y se calcula de la siguiente forma: n

∑ HRYR FC kav =

p

* HV p * FC kp

p=1

...(5.31)

n

∑ HRYR

p

* HV p

p=1

donde: FCkav

promedio anual de consumo de energía del tipo de vehículo k (km/h)

HRYRp

número de horas del período p de la intensidad del tráfico

HVp

horario de la intensidad del tráfico, en el período p expresado como una proporción de IMD

FCkp

consumo de combustible del tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-44

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

6

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Consumo de lubricantes El modelo utilizado para la predicción del consumo de lubricantes se basa en el desarrollado por Pienaar (1984), presentado en inglés por du Plessis, editor (1989). Estos modelos tienen dos componentes: pérdida de aceite debido a la contaminación y a la circulación. La pérdida debida a la contaminación es una función del tiempo entre los cambios de aceite. La debida a la circulación se calcula como una función del consumo de combustible. Así, el consumo de aceite de cada tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico, se calcula por la siguiente expresión: OIL kp = OILCONT + OILOPER * FC kp

...(6.1)

donde: OILkp

consumo de aceite (l/1000 km)

OILCONT

pérdida de aceite debida a la contaminación (l/1000 km)

OILOPER

pérdida de aceite debida a la circulación (l/1000 km)

FCkp

consumo de combustible (l/1000 km) en el período p de la intensidad el tráfico

La pérdida debida a la contaminación se determina de la siguiente forma: OILCONT =

OILCAP DISTCHNG

...(6.2)

donde: OILCAP

capacidad de aceite del motor (litros)

DISTCHNG

distancia entre cambios de aceite (1000s kilómetros)

Los valores de la Tabla E2.9 son los predefinidos del modelo de consumo de aceite.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-45

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Tabla E2.9 Valores predefinidos del modelo de consumo de aceite

Tipo de vehículos

Distancia entre los cambios de aceite

Capacidad de aceite del motor

Pérdida de aceite debida a la circulación

(km)

(l)

OILOPER

Motocicleta

5000

2,0

0,0014

10000

4,0

0,0028

Furgonetas y vehículos de reparto, mini-bus, 4WD

7500

5,0

0,0028

Camiones ligeros y medianos

9000

14,0

0,0021

10000

31,0

0,0021

Autobuses ligeros y medianos

8000

14,0

0,0021

Autobuses pesados y autocares

8000

20,0

0,0021

Coche de pasajeros

Camiones pesados y articulados

Fuente: Bennett and Greenwood (1996)

El promedio anual de consumo de aceite (litros por 1000 kilómetros-vehículo) se obtiene de: OIL kav = OILCONT + OILOPER * FC kav

...(6.3)

donde: OILkav

consumo de aceite (l/1000 km)

OILCONT

pérdida de aceite debida a la contaminación (l/1000 km)

OILOPER

pérdida de aceite debida a la circulación (l/1000 km)

FCkav

promedio anual del consumo de combustible (l/1000 km)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-46

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

7

Consumo de neumáticos

7.1

Modelización El modelo de consumo de neumáticos se basa en la teoría de energía de deslizamiento usado en el modelo de HDM-III. Como se describe en Watanatada et al. (1987a), el consumo de neumáticos de un vehículo es proporcional a los requisitos de energía. Estos requisitos se calculan como una función de las fuerzas circunferenciales, laterales y normales que actúan sobre cada rueda. La tasa de consumo de neumáticos se expresa en términos del número de neumáticos nuevos equivalentes consumidos por cada 1000 kilómetros-vehículo para cada rueda del vehículo. Se calcula, separadamente, en los segmentos sentido de ida y sentido de vuelta. Los resultados se promedian para representar el consumo de neumáticos en ida y vuelta en cada tramo. El procedimiento del cálculo se puede resumir de la siguiente forma: 1

Calcular para cada tipo de vehículo k y en cada período p de la intensidad del tráfico:

(a) Las fuerzas circunferenciales, laterales y normales que actúan sobre un neumático, en los segmentos sentido de ida y sentido de vuelta idóneos (ver sección 7.2.2) (b) La energía del neumático en el sentido de ida y sentido de vuelta (ver sección 7.2.1) (c) El consumo por cada 1000 kilómetros-vehículo en la ida y vuelta sobre el tramo de la carretera (ver sección 7.3) 2

Calcular para cada tipo de vehículo k el promedio anual de consumo de neumáticos

(ver sección 7.5)

7.1.1 Consumo de neumáticos en el sentido de ida El número de neumáticos nuevos equivalentes consumidos por cada 1000 kilómetros-vehículo por cada rueda del tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico se calcula: EQNT kpu =

1 + 0.01 * RREC k * NR k + 0.0027 DISTOT k pu

...(7.1)

donde: EQNT kpu

número de neumáticos nuevos equivalente, consumidos por cada 1000 kilómetros-vehículo por cada rueda durante el período p de la intensidad del tráfico

RRECk

coste de recauchutado como un porcentaje del coste de neumáticos nuevos (predefinido = 15 para todos los tipos de vehículos)

NRk

número de recauchutado por cubierta de neumático

DISTOT kpu

distancia total viajada en la dirección sentido de ida, por neumático (1000s de kilómetros) durante el periodo p de la intensidad del tráfico

El número de recauchutados por cubierta de neumático, se obtiene de:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-47

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

NR k = MAX[0, NR0 k * exp (-0.03224 * RI mod ) − 1]

...(7.2)

donde: NR0k

número básico de recauchutado especificado por el usuario (predefinido = 1,30 para todos los tipos de vehículos)

RImod

valor modificado del promedio de regularidad de la carretera (m/km), ver sección 7.4

La distancia total viajada por la cubierta de un neumático durante el período p de la intensidad del tráfico se obtiene de: DISTOT kpu = (1 + NR k )

VOL k TWTkpu

...(7.3)

donde: TWT kpu

tasa de desgaste de la banda de rodadura (dm3/1000 km-veh) durante el período p de la intensidad del tráfico

VOLk

volumen desgastable de la goma (dm3), ver Tabla E2.10

7.1.2 Consumo de neumáticos en el sentido de vuelta El número de neumáticos nuevos equivalente, consumidos por cada 1000 kilómetros-vehículo por cada rueda del tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico, se calcula: EQNT kpd =

1 + 0.01 * RREC k * NR k + 0.0027 DISTOT k pd

...(7.4)

donde: EQNT kpd

número de neumáticos nuevos equivalente, consumidos por cada rueda, durante el período p de la intensidad del tráfico

DISTOT kpd

distancia total viajada en la dirección sentido de vuelta por el neumático (1000s de kilómetros) durante el período p de la intensidad del tráfico

La distancia total viajada por la cubierta de un neumático, durante el período p de la intensidad del tráfico, se obtiene de: DISTOT kpd = (1 + NR k )

7.2

VOL k TWTkpd

...(7.5)

Tasa de desgaste de la banda de rodadura Esta tasa, durante cada período de la intensidad del tráfico, se calcula como una función de energía tangencial. Esto se hace, individualmente, para los segmentos sentido de ida y sentido de vuelta, de la siguiente forma:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-48

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

TWTkp = C0tc + Ctcte * TE kp

...(7.6)

donde: TEkp

energía tangencial de cada neumático (J-m)

C0tc

condición constante del modelo de desgaste de la banda de rodadura del neumático (dm3).

Ctcte

coeficiente de desgaste del modelo de desgaste de la banda de rodadura del neumático (dm3/J-m)

Los valores predefinidos de C0tc y Ctcte se ofrecen en la Tabla E2.10. Tabla E2.10 Valores predefinidos del modelo de consumo de neumáticos Número de vehículo

VOL Tipo de vehículo

NR0

C0tc

Ctcte

3

(dm )

1

Motocicleta

1,30

0,00639

0,00050

0,35

2

Coche pequeño

1,30

0,02616

0,00204

1,40

3

Coche mediano

1,30

0,02616

0,00204

1,40

4

Coche grande

1,30

0,02616

0,00204

1,40

5

Furgoneta ligera

1,30

0,02400

0,00187

1,60

6

Furgoneta de reparto

1,30

0,02400

0,00187

1,60

7

Tracción a las cuatro ruedas

1,30

0,02400

0,00187

1,60

8

Camión ligero

1,30

0,02400

0,00187

1,60

9

Camión mediano

1,30

0,02585

0,00201

6,00

10

Camión pesado

1,30

0,03529

0,00275

8,00

11

Camión articulado

1,30

0,03988

0,00311

8,00

12

Mini-bus

1,30

0,02400

0,00187

1,60

13

Autobús ligero

1,30

0,02173

0,00169

1,60

14

Autobús mediano

1,30

0,02663

0,00207

6,00

15

Autobús pesado

1,30

0,03088

0,00241

8,00

16

Autocar

1,30

0,03088

0,00241

8,00

Fuente: Bennett (1996)

7.2.1 Energía tangencial La energía tangencial de cada neumático se calcula, como una función de las fuerzas que actúan sobre cada uno. Se realiza, independientemente, en el sentido de ida y en el sentido de vuelta, usando la expresión general: TE kp =

(CFT

kp

2

+ LFTkp 2

)

...(7.7)

NFT

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-49

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

donde: CFT kp

fuerza circunferencial que actúa sobre un neumático (N)

LFT kp

fuerza lateral que actúa sobre un neumático (N)

NFT

fuerza normal por neumático (N)

7.2.2 Fuerzas que actúan sobre un neumático Hay tres tipos de fuerza que actúan sobre un neumático: la circunferencial, la lateral y la normal. Se calculan para cada segmento idóneo de la carretera (sentido de ida y sentido de vuelta). n

Fuerza circunferencial

Esta fuerza CFT kp se calcula de la siguiente manera:

(1 + CTCON k * dFUEL kp ) (FA kp + FG kp + FR kp )

CFTkp =

NUM_WHEELS

...(7.8)

donde: CTCONk

cambio incremental de consumo de neumáticos relacionado con el combustible adicional, dFUEL, (predefinidos = 0,1)

dFUELkp

factor de consumo de combustible adicional debido a los efectos del ciclo de cambios de la velocidad(ver sección 5.4)

FAkp

resistencia aerodinámica al movimiento (N) (ver sección 5.2.1)

FGkp

resistencia de la pendiente al movimiento (N) (ver sección 5.2.1)

FRkp

resistencia de la rodada al movimiento (N) (ver sección 5.2.1)

Todos los otros parámetros han sido definidos previamente. Puesto que los efectos de la aceleración inciden en el desgaste longitudinal adicional de los neumáticos, el componente circunferencial se aumenta basado en el factor de combustible adicional (dFUEL). n

Fuerza lateral

La fuerza lateral LFT kp se calcula de la siguiente forma: LFTkp =

FCVkp

...(7.9)

NUM_WHEELS

donde:

n

FCVkp

resistencia del arqueamiento al movimiento (N) (ver sección 5.2.1)

NUM_WHEELSk

número de ruedas por cada tipo de vehículo k

Fuerza normal

La fuerza normal por rueda NFT se obtiene de la siguiente expresión: Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-50

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

NFT =

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

WGT_OPER * g NUM_WHEELS

...(7.10)

donde:

7.3

WGT_OPER

peso del vehículo en circulación (kg)

g

aceleración debida a la gravedad tomada como 9l,81 m/s2

Consumo de neumáticos por cada 1000 kilómetros-vehículo

7.3.1 Tramos con tráfico en dos direcciones El consumo total de neumáticos, expresado en términos de número equivalente de neumáticos nuevos por cada 1000 kilómetros-vehículo de cada tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico, se calcula a partir de la expresión: TC kp =

[0.5 * (EQNT kpu + EQNT kpd ) * NUM_WHEELS ] MODFAC kp

MODFAC kp = VEHFAC k * TYPEFAC * CONGFAC kp

...(7.11) ...(7.12)

donde: TCkp

número de neumáticos consumidos por cada 1000 kilómetros-vehículo de cada tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico

MODFAC kp

factor de modificación de la vida del neumático de cada tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico

VEHFACk

factor de modificación del tipo de vehículo (ver Tabla E2.11)

TYPEFAC

factor de modificación del tipo de neumático (ver Tabla E2.12)

CONGFAC kp

factor de modificación de los efectos de la congestión de cada tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico

Los valores predefinidos de estos factores de modificación, se ofrecen en la sección 7.4. La vida de un neumático sencillo en un tipo de vehículo k circulando en el período p de la intensidad del tráfico, TLIFE, (1000s kilómetros) se obtiene de:: TLIFE kp =

1000 0.5 * (EQNT kpu + EQNT kpd )

...(7.13)

7.3.2 Tramos con tráfico en una dirección En los segmentos sentido de ida, el consumo total de neumáticos, expresado en términos del número equivalente de neumáticos nuevos por cada 1000 kilómetros-vehículo de cada tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico, se calcula a partir de la expresión:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-51

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

TC kp =

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

[EQNT kpu * NUM_WHEELS ]

...(7.14)

MODFAC kp

En los segmentos sentido de vuelta, el consumo total de neumáticos, expresado en términos del número equivalente de neumáticos nuevos por cada 1000 kilómetros-vehículo de cada tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico, se calcula a partir de la expresión: TC kp =

[EQNT kpd * NUM_WHEELS ]

...(7.15)

MODFAC kp

La vida del neumático (TLIFEkp ) se calcula usando la ecuación más atrás con el denominador reemplazado por EQNT kpu en el sentido de ida y por EQNT kpd en el sentido de vuelta.

7.4

Modificación del modelo de consumo de neumáticos Harrison and Aziz (1998) recomienda los siguientes ajustes al modelo de consumo de neumáticos: n

Efectos de la regularidad de la carretera

Los valores del promedio ajustado de la regularidad (RImod) usado en la ecuación más atrás, y de VEHFAC usado en la ecuación más atrás se ofrecen en la Tabla E2.11. Tabla E2.11 Factor de modificación de los efectos de la regularidad y del tipo de vehículos Número de vehículo

Regularidad ajustada VEHFAC (RImod )

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 12, 13

= RIav

2.0

10, 11, 15, 16

= min[7, RIav]

1.0

9, 14

=7

1.0

Fuente: Harrison and Aziz (1998) Nota: El número de vehículo hace referencia al tipo de vehículo ofrecido en la Tabla E2.10 n

Efectos del tipo de neumático

Los valores del factor de modificación del tipo de neumático TYREFAC, usados en la ecuación más atrás se ofrecen en la Tabla E2.12. Tabla E2.12 Factor de modificación del tipo de neumático (TYREFAC) Tipo de neumático

Carreteras pavimentadas

Carreteras sin pavimentar IRI ≤ 6 m/km

IRI > 6 m/km

De cámara

1,00

1,00

1,00

Radial

1,25

1,20

1,00

Fuente: Harrison and Aziz (1998)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-52

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS n

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Efectos de la congestión del tráfico (o aceleración)

Estos valores (CONGFAC kp ) usados en la ecuación más atrás se obtienen de lo siguiente: ο

para Qp < Qo

...(7.16)

CONGFAC kp = 1 ο

para Qo ≤ Qp ≤ Qnom 0.3 * (Qp - Qo)  CONGFAC kp = 1 −   (Qnom - Qo) 

ο

para Qnom < Qp ≤ Qult 0.2 * (Qp - Qnom)  CONGFAC kp = 0.7 −   (Qult - Qnom) 

7.5

...(7.17)

...(7.18)

Promedio anual del consumo de neumáticos El número del promedio anual del consumo de neumáticos, consumidos por cada 1000 kilómetros-vehículo de cada tipo de vehículo k, se calcula a partir de la fórmula: n

∑ HRYR TC kav =

p

* HVp * TC kp

p=1

...(7.19)

n

∑ HRYR

p

* HV p

p=1

donde: TCkav

número del promedio anual de neumáticos consumidos, por cada 1000 kilómetros-vehículo, por tipo de vehículo k

HRYRp

número de horas del período p de la intensidad del tráfico

HVp

horario de la intensidad del tráfico en el período p expresado como una proporción de IMD

TCkp

número de neumáticos consumidos, por cada 1000 kilómetros-vehículo, por tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-53

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

8

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Utilización y vida útil del vehículo La utilización y la vida útil del vehículo se requieren para calcular el consumo de repuestos, los costes de financiación y los costes generales.

8.1

Utilización Se expresa en términos del kilometraje anual durante el tiempo de trabajo. El tiempo de trabajo lo define Hine (1996) como el tiempo empleado en llevar a cabo las tareas esenciales para hacer una ida y vuelta completa, en circunstancias normales. Esto excluye el tiempo de marcha en vacío, el tiempo de comida o de descanso del conductor, pero incluye el tiempo de conducción, de carga, de descarga y de repostar combustible. En ciertas circunstancias, puede ser apropiado incluir el tiempo de espera del vehículo en una fila.

8.1.1 Número anual de kilómetros conducidos La mejora en una carretera puede afectar al kilometraje anual del vehículo, a causa de los cambios en los tiempos de viaje y en las distancias. La utilización de vehículos comerciales puede ser muy sensitiva a estos cambios. Aunque, la utilización de los vehículos de pasajeros no está absolutamente definida, en muchas situaciones es, probablemente apropiado asumir la utilización constante. El promedio básico de utilización anual (AKM0) se puede definir como un valor constante por el usuario, o calcularse si el usuario especifica una distribución de edad junto al porcentaje de vehículos a cada edad: n

AKM0 =

∑ AKMVi * PCTVi 100

...(8.1)

i=1

donde: AKM0

número promedio básico de kilómetros conducidos por año, definido por el usuario (km/año)

AKMVi

número promedio de kilómetros conducidos por el vehículo en la edad i por año, definido por el usuario (km/año)

PCTVi

porcentaje de vehículos de edad i en el parque (para i = 1, 2, ..., n)

8.1.2 Número anual de horas de trabajo El promedio básico de horas de trabajo anual (HRWK0) se puede definir como un valor constante por el usuario, o calcularse si el usuario especifica una distribución de edad junto al porcentaje de vehículos a cada edad: n

HRWK0 =

∑ HRWKVi * PCTVi 100

...(8.2)

i=1

donde:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-54

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

8.2

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

HRWK0

porcentaje del numero básico de horas de trabajo de los vehículos por año, definido por el usuario (h/año)

HRWKVi

número de horas de trabajo por vehículo de la edad i por año

PCTVi

porcentaje de vehículos de la edad i del parque (para i = 1, 2, ..., n)

Vida útil Los siguientes dos métodos se utilizan para calcular la vida útil del vehículo: n

Método de vida constante del vehículo (ver sección 8.2.1)

n

Método de vida óptima del vehículo (ver sección 8.2.2)

El usuario elige cual de los dos métodos se deberá usar para calcular el consumo de repuestos del vehículo y para modelizar los costes de financiación.

8.2.1 Método de vida constante del vehículo Este método usa una línea directa de depreciación, en la cual se asume que la vida útil del vehículo LIFE es constante, independientemente de la velocidad del vehículo e igual al valor especificado por el usuario. Para más detalles ver Watanatada et al. (1987a).

8.2.2 Método de vida óptima del vehículo Determina la vida útil esperada, definida como la distancia recorrida en la que el vehículo se estima que será desechado (ver Bennett, 1996b). La vida óptima del vehículo bajo diferentes condiciones de valores de regularidad, se determina de la siguiente forma: LIFEKM =

LIFEKM0 * LIFEKMPCT 100

...(8.3)

donde: LIFEKM

vida óptima de utilización del vehículo, pronosticada en km

LIFEKM0

promedio de vida útil básica del vehículo, en km

LIFEKMPCT

kilometraje de vida óptima, como un porcentaje de la vida de servicio básica del vehículo

El promedio de la vida útil básica del vehículo, se calcula: LIFEKM0 = AKM0 * LIFE0

...(8.4)

donde: AKM0

promedio del número de kilómetros básico, circulados por vehículo por año definido por el usuario (km/año))

LIFE0

promedio de vida útil básica del vehículo en años, definido por el usuario

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-55

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

La vida óptima definida como un porcentaje de la vida de servicio básica del vehículo, definida por el usuario se obtiene de:  100 LIFEKMPCT =  1 + exp a0 * RI adja1

(

)

  

...(8.5)

donde: RIadj

regularidad ajustada de la carretera (IRI m/km), ver sección 9.2

a0, a1

coeficientes de regresión. Los valores predefinidos para todos los tipos de vehículos son los siguientes: a0 = -65,8553 a1 = -1,9194

Los valores predefinidos de los parámetros de uso del vehículo se muestran en la Tabla E2.. Tabla E2.13 Valores predefinidos del modelo de uso del vehículo Número de vehículo

AKM0

LIFE0

HRWK0

(km/año)

(años)

(h/años)

Tipo de vehículo

1

Motocicleta

10000

10

400

2

Coche pequeño

23000

10

550

3

Coche mediano

23000

10

550

4

Coche grande

23000

10

550

5

Furgoneta ligera

30000

8

1300

6

Furgoneta de reparto

30000

8

1300

7

Tracción a las cuatro ruedas

30000

8

1300

8

Camión ligero

30000

8

1300

9

Camión mediano

40000

12

1200

10

Camión pesado

86000

14

2050

11

Camión articulado

86000

14

2050

12

Mini-bus

30000

8

750

13

Autobús ligero

34000

8

850

14

Autobús media no

70000

7

1750

15

Autobús grande

70000

12

1750

16

Autocar

70000

12

1750

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-56

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

9

Consumo de repuestos

9.1

Modelización Los costes de los repuestos constituyen un componente significativo de los costes de circulación de los vehículos. Los requisitos de los repuestos dependen de la edad del vehículo en kilómetros y de la regularidad de la capa de rodadura. Los ciclos de cambios de la velocidad (aceleraciones y deceleraciones) debidos a la congestión del tráfico, al trazado de la carretera, a la presencia del TNM, al rozamiento y al comportamiento del conductor, afectan, también, a la tasa de desgaste y deterioro del vehículo y sus componentes. El modelo de consumo de repuestos, por lo tanto, depende de la edad del vehículo, de la regularidad y de los ciclos de cambios de la velocidad. El coste del consumo de repuestos se expresa como una fracción del precio de reemplazo del vehículo. Para cada tipo de vehículo, el consumo de repuestos se proyecta en unas condiciones particulares de circulación, en cada período de intensidad del tráfico. El procedimiento de cálculo se puede resumir de la siguiente forma: 1

Calcular para cada tipo de vehículo k:

(a) La regularidad ajustada que se utilizará en el modelo (ver sección 9.2 )

2

(b) La edad en términos del número acumulativo de kilómetros circulados (ver sección 9.3) Calcular para cada tipo de vehículo k y en cada período p de la intensidad del tráfico:

3

(a) El cambio incremental del consumo de repuestos debido a los ciclos de cambios de la velocidad (ver sección 9.4) (b) El consumo de repuestos por cada 1000 kilómetros-vehículo, como una fracción del precio de reemplazo del vehículo Calcular para cada tipo de vehículo k el promedio anual de consumo de repuestos (ver sección 9.5)

El consumo de repuestos de cada tipo de vehículo k, y en cada período p de la intensidad del tráfico, se calcula como sigue:

[

PC kp = K0pc * CKM KP * (a0 + a1 * RI adj ) + K1pc

]

[1 + CPCON k * dFUEL kp ] ...(9.1)

donde: PCkp

consumo de repuestos por cada 1000 km-veh, expresado como una fracción del promedio del precio nuevo (o de reemplazo) del vehículo NVP k,

CKM

promedio del número acumulativo de kilómetros circulados, por tipo de vehículo (km)

KP

exponente de la edad en el modelo de consumo de repuestos

RIadj

regularidad ajustada de la carretera (IRI m/km)

CPCONk

factor incremental de cambio en el consumo de repuestos, debido a los efectos de los ciclos de cambio de la velocidad de los vehículos (predefinido = 0,10)

dFUELkp

factor de consumo adicional de combustible, debido a los ciclos de cambio de la velocidad del vehículo (aceleraciones y deceleraciones)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-57

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

a0

parámetro del modelo de la condición constante

a1

parámetro del modelo dependiente de la regularidad

K0pc

factor de calibración de consumo y rotación de repuestos valor predefinido = 1,0)

K1pc

factor de calibración de consumo y cambio de repuestos (valor predefinido = 0)

Los valores predefinidos de los parámetros del modelo se muestran en la Tabla E2.13, están basados en los valores CKM predefinidos anteriormente. Tabla E2.13 Valores predefinidos del modelo propuesto del consumo de repuestos Número de vehículo

Tipo de vehículos

1

Motocicleta

2

CKM

KP

a0

a1

x10-6

x10-6

50.000

0,308

9,23

6,20

Coche pequeño

115.000

0,308

36,94

6,20

3

Coche mediano

115.000

0,308

36,94

6,20

4

Coche grande

115.000

0,308

36,94

6,20

5

Furgonetas ligeras

120.000

0,308

36,94

6,20

6

Furgonetas de reparto

120.000

0,308

36,94

6,20

7

Tracción a las cuatro ruedas

120.000

0,371

7,29

2,96

8

Camión ligero

120.000

0,371

7,29

2,96

9

Camión mediano

240.000

0,371

11,58

2,96

10

Camión pesado

602.000

0,371

11,58

2,96

11

Camión articulado

602.000

0,371

13,58

2,96

12

Mini-bus

120.000

0,308

36,76

6,20

13

Autobús ligero

136.000

0,371

10,14

1,97

14

Autobús mediano

245.000

0,483

0,57

0,49

15

Autobús grande

420.000

0,483

0,65

0,46

16

Autocar

420.000

0,483

0,64

0,46

Fuente: Bennett (1998)

9.2

Efectos de la regularidad La regularidad, por debajo de cierto nivel, no influye significativamente en el consumo de repuestos. El modelo de consumo necesita ajustarse para reflejar esto, limitando la regularidad a través de la siguiente ecuación:

RIadj =

MAX[RIav , MIN(RI0,RIMIN+ a2 * RIa3 )]

...(9.2)

donde:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-58

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

RIav

promedio de regularidad de la carretera (IRI m/km)

RIMIN

regularidad mínima que será usada en el modelo. Tiene un valor predefinido de 3,0

RI_SHAPE

factor de la forma, tiene un valor predefinido de 0,25

Así, los cálculos son los siguientes: RI0 = RIMIN + RI_SHAPE a2 =

RI_SHAPE RI0

a3 =

RI0 RI_SHAPE

RI0 RI_SHAPE

...(9.3) ...(9.4)

...(9.5)

donde: a2 y a3

9.3

parámetros del modelo de la forma

Efectos de la edad de los vehículos La edad del vehículo se ofrece, en términos del número acumulativo de kilómetros circulados CKM. Se calcula usando uno de los tres siguientes métodos: 1

En el método de vida constante del vehículo CKMk = 0.5 * AKM0 k * LIFE0 k

...(9.6)

donde:

2

CKMk

promedio acumulativo del número de kilómetros circulados por tipo de vehículo k (km)

AKM0k

promedio básico del número de kilómetros circulados por tipo de vehículo k por año, definido por el usuario (km/año)

LIFE0k

promedio básico de la vida útil del tipo de vehículo k en años, definido por el usuario

En el método de vida óptima del vehículo CKMk = 0.5 * LIFEKM k

...(9.7)

donde: LIFEKMk

vida óptima proyectada del vehículo, en kilómetros

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-59

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

3

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

El usuario especifica la distribución de la escala de edades y el porcentaje de vehículos

Si el usuario especifica la distribución de la escala de edades junto al porcentaje de vehículos, en cada edad i, entonces el valor de CKMk, se calcula con la siguiente expresión: n

CKMk =

* PCTV ∑ AKMV * VEHAGE 100 i

i

i

...(9.8)

i=1

donde: CKMk

número acumulativo de kilómetros circulados, por tipo de vehículo k (km)

AKMVi

promedio del número de kilómetros circulados por cada vehículo de la edad i por año, definido por el usuario (km/año)

VEHAGEi

edad i del vehículo en años (para i = 1, 2, …., n)

PCTVi

porcentaje de vehículos del parque, en la edad i

El valor CKMk se usa en la ecuación más atrás para calcular el consumo de repuestos PCkp por 1000 kilómetros-vehículo durante cada período p de la intensidad del tráfico. El valor de CKMk es el mismo para todos los períodos.

9.4

Efectos de la aceleración Los efectos de las fluctuaciones de la velocidad sobre el aumento de consumo de repuestos se modela usando el factor de combustible adicional dFUEL, que se calcula como una función del ruido de la aceleración y de la velocidad del vehículo (ver sección 5.4). Se asume que el cambio fraccional, en el consumo de repuestos, debido a las aceleraciones y deceleraciones del vehículo (dPARTS) está relacionado al cambio fraccional en el consumo de combustible, debido al mismo efecto (dFUEL). Así, el cambio fraccional en el consumo de repuestos se expresa de la siguiente forma: dPARTS kp = CPCON * dFUEL kp

...(9.9)

donde: dPARTSkp

cambio fraccional en el consumo de repuestos por 1000 km-veh (PC)

Todos los otros parámetros han sido definidos previamente. La expresión ofrecida en la ecuación más atrás forma la última parte de la ecuación más atrás. El uso del valor predefinido de CPCON = 0,1 implica que por cada 10% de aumento, en el consumo de combustible, habrá un 1% de aumento en el consumo de repuestos.

9.5

Promedio anual de consumo de repuestos El promedio anual de consumo de repuestos, como una fracción del precio del vehículo nuevo por 1000 km-veh, se calcula como sigue:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-60

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

n

∑ HRYR PC kav =

p

* HV p * PC kp

p=1

...(9.10)

n

∑ HRYR

p

* HV p

p=1

donde: PCkav

promedio anual del consumo de repuestos por 1000 km-veh, expresado como una fracción del promedio del precio de un vehículo nuevo

HRYRp

número de horas del período p de la intensidad del tráfico

HVp

horario en la intensidad del tráfico del período p expresado como una proporción de IMD

PCkp

consumo de repuestos por 1000 km-veh, del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico, expresado como una fracción del precio promedio de un vehículo nuevo

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-61

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

10 Horas de trabajo de mantenimiento 10.1 El modelo Las horas de trabajo de mantenimiento se proyectan para determinar el componente de trabajo de cambio de repuestos y reparación del vehículo. Las tarifas de hora de trabajo de mantenimiento, definidas por el usuario, se aplican al número proyectado de horas de trabajo, para obtener los costes de trabajo de mantenimiento. Estas horas se calculan como una función del consumo de repuestos. El procedimiento del cálculo se puede resumir de la siguiente forma: 1

Calcular las horas de trabajo de mantenimiento por 1000 km-veh de cada tipo de vehículo k en cada período p de la intensidad del tráfico

2

Calcular el promedio anual de horas de trabajo de mantenimiento, de cada tipo de vehículo k

El número de horas de trabajo de mantenimiento, por 1000 km-veh, se calcula para cada tipo de vehículo k, y en cada período p de la intensidad del tráfico, como sigue:

(

LH kp = K0lh * a0 * PC kp

a1

) + K1lh

...(10.1)

donde: LHkp

número de horas de trabajo de mantenimiento, por 1000 km-veh, del tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico

PCkp

consumo de repuestos, por 1000 km-veh, del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico, expresado como una fracción del promedio del precio de un vehículo nuevo

a0

condición constante del modelo de horas de trabajo de mantenimiento

a1

exponente de los repuestos del modelo de horas de trabajo de mantenimiento

K0lh

factor de calibración de la rotación (valor predefinido = 1,0)

K1lh

factor de calibración del cambio (valor predefinido = 1,0)

Los valores predefinidos de los parámetros del modelo de horas de trabajo de mantenimiento, se muestran en la Tabla E2.14, y están basados en los valores predefinidos CKM ofrecidos en la Tabla E2.13.

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E2-62

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Tabla E2.14 Valores predefinidos de los parámetros del modelo propuesto de horas de trabajo de mantenimiento Número de vehículo

Tipo de vehículos

a0

a1

1

Motocicleta

77,14

0,547

2

Coche pequeño

77,14

0,547

3

Coche mediano

77,14

0,547

4

Coche grande

77,14

0,547

5

Furgonetas ligeras

77,14

0,547

6

Furgonetas de reparto

77,14

0,547

7

Tracción a las cuatro ruedas

77,14

0,547

8

Camión ligero

242,03

0,519

9

Camión mediano

242,03

0,519

10

Camión pesado

301,46

0,519

11

Camión articulado

301,46

12

Mini-bus

77,14

0,547

13

Autobús ligero

242,03

0,519

14

Autobús mediano

293,44

0,517

15

Autobús grande

293,44

0,517

16

Autocar

293,44

0,517

0,519

Fuente: Bennett (1998)

10.2 Promedio anual de horas de trabajo de mantenimiento Este promedio por 1000 km-veh se calcula de la siguiente manera: n

∑ HRYR LH kav =

p

* HV p * LHkp

p=1

...(10.2)

n

∑ HRYR

p

* HV p

p=1

donde: LHkav

promedio anual del número de horas de trabajo de mantenimiento, por 1000 km-veh, de cada tipo de vehículo k

HRYRp

número de horas del período p de la intensidad del tráfico

HVp

horario de la intensidad del tráfico del período p expresado como una proporción de IMD

LHkp

número de horas de trabajo de mantenimiento, por 1000 km-veh, del tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-63

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

11 Costes de financiación 11.1 Modelización Estos costes incluyen los intereses y la depreciación. Constituyen un componente significativo en el total de los costes de la circulación de los vehículos. Los costes de financiación y su procedencia están influenciados por el uso del vehículo y su vida útil, los que dependen, a su vez, de la velocidad del vehículo y de la condición de la carretera. La modelización de los costes de financiación se realizan, por lo tanto, para cada grupo particular de condiciones de circulación, perteneciente a un período de la intensidad del tráfico. Para cada año del análisis, el coste de financiación por 1000 km-veh, para cada tipo de vehículo k, en el período p, de la intensidad del tráfico, se calcula utilizando la fórmula: CAPCSTkp = DEPCSTkp + INTCST kp

...(11.1)

donde: CAPCST kp

coste de financiación por 1000 km-veh, en el período p de la intensidad del tráfico

DEPCST kp

coste de depreciación por 1000 km-veh, en el período p de la intensidad del tráfico

INTCST kp

coste de intereses anuales por 1000 km-veh, en el período p de la intensidad del tráfico

Los costes de depreciación e intereses se calculan independientemente, como se describe a continuación: n

El coste de depreciación se obtiene de: DEPCSTkp = DEPkp * NVPLT k

...(11.2)

donde: DEP kp

factor del coste de depreciación por 1000 km-veh, en el período p de la intensidad del tráfico

NVPLT k

promedio del precio de un vehículo nuevo (de reemplazo) sin los neumáticos

Para cada tipo de vehículo k, el promedio de precio del vehículo nuevo sin los neumáticos (para evitar la duplicidad de coste) se calcula de la expresión: NVPLTk = NVPk - NUM_WHEELS k * NTP k

...(11.3)

donde: NVP k

promedio del precio del vehículo nuevo (de reemplazo)

NUM_ WHEELSk

número de ruedas del tipo de vehículo k

NTP k

promedio del precio de un neumático nuevo

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E2-64

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS n

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Los costes de los intereses se obtienen de: INTCST kp = INT kp * NVPk

...(11.4)

donde: INT kp

factor del coste de los intereses anuales por 1000 km-veh, del período p de la intensidad del tráfico

NVP k

promedio del precio nuevo (o de reemplazo) de un vehículo sin los neumáticos

11.2 Depreciación La depreciación de un vehículo surge, principalmente, por efectos del uso, la edad o tiempo y el desfase técnico. Los dos métodos que se pueden usar para calcular los costes de depreciación, basados en la vida útil del vehículo, son los siguientes: 1

Método de vida constante (ver sección 11.2.2)

2

Método de vida óptima (ver sección 11.2.3)

Ambos métodos calculan el coste de depreciación, a partir de la vida útil de un vehículo, usando un método de línea directa. El valor residual al final de la vida útil del vehículo se deduce del precio del vehículo antes de calcular la depreciación.

11.2.1 Valor residual del vehículo El valor residual, al final de la vida útil del vehículo, es una función de la regularidad de la carretera, con parámetros definibles por el usuario. Los vehículos que han circulado sobre carreteras con mucha regularidad, tendrán un valor residual más bajo ya que habrán sufrido mayor desgaste y deterioro. El valor residual del vehículo se calcula de la siguiente expresión: RVPLTPCT = MAX [a2, a3 - MAX (0, (RIav - a4 ))]

...(11.5)

donde: RVPLTPCT

precio residual del vehículo menos los neumáticos al final de su vida útil (%)

RIav

promedio de la regularidad de la carretera (IRI m/km)

a2

valor residual mínimo del vehículo (%) (predefinido = 2)

a3

valor residual máximo del vehículo (%) (valor predefinido = 15)

a4

promedio de regularidad, IRI, por debajo del cual surge el valor máximo (valor predefinido = 5)

11.2.2 Método de depreciación de vida constante El factor del coste de depreciación por 1000 kilómetros-vehículos, DEP kp , en cada período de la intensidad del tráfico, se calcula como sigue: DEPkp =

1000 * (1 - 0.01 * RVPLTPCT k ) SS kp * HRWK0 k * LIFE0 k

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...(11.6)

E2-65

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

donde: RVPLTPCT k

precio residual del vehículo, sin los neumáticos, del tipo de vehículo k (%)

SSkp

velocidad de circulación del vehículo (km/h) durante el periodo p de la intensidad del tráfico

HRWK0k

promedio del número básico de horas de trabajo por año, del tipo de vehículo k, definido por el usuario (h/año)

LIFE0k

promedio de la vida útil básica del vehículo tipo k en años, definido por el usuario (años)

Para los vehículos de pasajeros el factor del coste de depreciación por cada 1000 vehículokilómetros, DEP kp , en cada periodo de la intensidad del tráfico, se obtiene de: n

si PP (es decir, el porcentaje del uso del vehículo en viajes privados) es mayor de 50: DEPkp =

n

si no

1000 * (1 - 0.01 * RVPLTPCT k ) AKM0 k * LIFE0 k

...(11.7)

se usa la ecuación más atrás

11.2.3 Método de depreciación de vida óptima El factor del coste de depreciación por 1000 kilómetros-vehículos, en cada período de la intensidad del tráfico, se calcula como sigue: DEPkp =

1000 * (1 - 0.01 * RVPLTPCT k ) LIFEKM k

...(11.8)

donde: RVPLTPCT k

precio residual del vehículo, sin los neumáticos, del tipo de vehículo k (%)

LIFEKMk

vida óptima pronosticada, del tipo de vehículo k (km)

El valor de DEP k es el mismo para todos los períodos de la intensidad del tráfico.

11.3 Intereses Los costes de los intereses son el coste de oportunidad del propietario del vehículo. Consiste en el ingreso que se habría recibido si el capital invertido en el vehículo se hubiese invertido en otra cualquier parte. El factor del coste de los intereses por 1000 vehículos-kilómetro INT kp en cada período de la intensidad del tráfico, se calcula como sigue: INTkp =

1000 * AINV k 2 * SS kp * HRWK0 k * 100

...(11.9)

donde:

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E2-66

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

AINVk

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

cargo anual de intereses sobre el costo de compra de un vehículo tipo k nuevo, promedio (%)

Todos los otros parámetros han sido definidos anteriormente.

11.4 Promedio anual del coste de financiación Este coste por 1000 kilómetros-vehículo, se calcula como sigue: n

∑ HRYR CAPCSTkav =

p

* HV p * CAPCSTkp

p=1

...(11.10)

n

∑ HRYR

p

* HV p

p=1

donde: CAPCST kav

promedio del coste de financiación por 1000 kilómetros-vehículo del tipo de vehículo k

HRYRp

número de horas del período p de la intensidad del tráfico

HVp

horario de la intensidad del tráfico del período p expresado como una proporción de IMD

CAPCST kp

coste de financiación por 1000 vehículos-kilómetro del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico

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E2-67

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

12 Horas del conductor/chófer 12.1 El modelo Estos costes se incluyen como un coste de circulación del vehículo y no como un coste de tiempo. Se obtienen del producto del número de horas conductor/chófer, por la tarifa de salario de la mima. En HDM-4, este coste se considera como variable en lugar de fijo. Esto significa que el tiempo que el chófer emplea, en actividades no directamente relacionadas con la conducción, tales como carga, descarga y paradas temporales, no se consideran en esta categoría de coste. Por esto, el numero de horas requeridas por 1000 kilómetros-vehículo (o distancia dependiente de las horas anuales del vehículo) de cada tipo de vehículo k, durante cada período p de la intensidad del tráfico se calcula, como una función de la velocidad de circulación del vehículo, de la siguiente manera: CHkp =

1000 * (100 - PPk ) 100 * SS kp

...(12.1)

donde: CHkp

número de horas por conductor/chófer por 1000 kilómetros-vehículo en el período p de la intensidad del tráfico

PP k

porcentaje del uso particular del vehículo (%)

SSkp

velocidad de circulación del vehículo (km/h) durante el período p de la intensidad del tráfico

12.2 Promedio anual del número de horas del conductor/chófer Este promedio para cada conductor/chófer por 1000 kilómetros-vehículo, se calcula: n

∑ HRYR CHkav =

p

* HVp * CHkp

p=1

...(12.2)

n

∑ HRYR

p

* HV p

p=1

donde: CHkav

número promedio de horas por conductor por 1000 kilómetros-vehículo, del tipo de vehículo k

HRYRp

húmero de horas en el período p de la intensidad del tráfico

HVp

horario de la intensidad del tráfico del período p expresado como una proporción de IMD

CHkp

número de horas por conductor por 1000 kilómetros-vehículo, del tipo de vehículo k durante el periodo p de la intensidad del tráfico

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E2-68

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

13 Costes generales 13.1 El modelo Cubre todos los demás elementos de los costes, incluyendo administración, seguros, estacionamiento-garaje y cualquier otro asociado con el conductor/chófer, por ejemplo, adiestramiento, uniformes, etc. Los costes generales se calculan como una función de la utilización anual del vehículo y del promedio de velocidad de circulación. En cada año del análisis, y por cada tipo de vehículo k, el coste general incurrido por 1000 kilómetros-vehículo durante el período p de la intensidad del tráfico, se calcula usando la fórmula: OC kp =

1000 * OA k * (100 − PPk ) 100 * SS kp * HRWK0 k

...(13.1)

donde: OCkp

coste general incurrido por cada 1000 km-veh, del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico

OAk

coste general por año del vehículo tipo k, definido por el usuario

PP k

porcentaje del uso particular del vehículo

SSkp

velocidad de circulación del vehículo (km/h) durante el período p de la intensidad del tráfico

13.2 Promedio anual de los costes generales Este promedio por 1000 kilómetros-vehículo se calcula como sigue: n

∑ HRYR OCkav =

p

* HV p * OC kp

p=1

...(13.2)

n

∑ HRYR

p

* HV p

p=1

donde:

OCkav

promedio anual de los costes generales por 1000 km/veh del tipo de vehículo k

HRYRp

número de horas del período p de la intensidad del tráfico

HVp

horario de la intensidad del tráfico del período p expresado como una proporción de IMD

OCkp

costes generales por 1000 km-veh del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico

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E2-69

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Módulo C: Tiempo de viaje 14 Tiempo de viaje de los pasajeros El número de horas/pasajero se calcula como una función de la velocidad de la circulación del vehículo. El número de horas/pasajero empleadas en circular para cada tipo de vehículo k, durante cada período p de la intensidad del tráfico, se calcula individualmente para viajes en horas de trabajo y durante horas de no trabajo. Esto hace posible identificar las demoras asociadas a cada condición particular de la circulación de cada período de la intensidad del tráfico.

14.1 Horas/pasajero en gestiones de trabajo El número de horas/pasajero por cada 1000 kilómetros-vehículo empleadas en viajar durante horas de trabajo, se obtiene de: PWHkp =

1000 * PAX k * W k 100 * SS kp

...(14.1)

donde: PWHkp

número de horas/pasajero trabajando por 1000 km-veh, del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico

PAX k

número de pasajeros (no conductores) en el tipo de vehículo k

Wk

porcentaje de pasajeros en viaje de trabajo (%)

SSkp

velocidad de circulación del vehículo (km/h) durante el período p de la intensidad del tráfico

14.2 Horas/pasajero en gestiones de no trabajo El número de horas/pasajero por cada 1000 kilómetros-vehículo empleadas en viajar durante horas de no trabajo, se obtiene de: PNH kp =

1000 * PAX k * (100 - W k ) 100 * SS kp

...(14.2)

donde: PNHkp

número de horas/pasajero no trabajando por 1000 km-veh, del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico

PAX k

número de pasajeros (no conductores) en el tipo de vehículo k

Wk

porcentaje de pasajeros en viaje de trabajo (%)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-70

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

SSkp

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

velocidad de circulación del vehículo (km/h) durante el período p de la intensidad del tráfico

14.3 Promedio anual del número de horas/pasajero El número promedio anual de horas/pasajero en gestiones de trabajo y no trabajo se calcula como se muestra en las secciones 14.3.1 y 14.3.2.

14.3.1 Horas/pasajero trabajando Este promedio por 1000 kilómetros-vehículo, se obtiene de la expresión: n

∑ HRYR PWHkav =

p

* HVp * PWHkp

p=1

...(14.3)

n

∑ HRYR

p

* HV p

p=1

donde: PWHkav

número promedio anual de horas/pasajero trabajando por 1000 km-veh, del tipo de vehículo k

HRYRp

número de horas del período p de la intensidad del tráfico

HVp

horario de la intensidad del tráfico en el período p expresado como una proporción de IMD

PWHkp

número de horas/pasajero trabajando por 1000 km-veh del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico

14.3.2 Horas/pasajero no trabajando Este promedio por 1000 kilómetros-vehículo, se obtiene de la expresión: n

∑ HRYR PNH kav =

p

* HV p * PNH kp

p=1

...(14.4)

n

∑ HRYR

p

* HV p

p=1

donde: PNHkav

número promedio anual de horas/pasajero no trabajando por 1000 km-veh, del tipo de vehículo k

HRYRp

número de horas del período p de la intensidad del tráfico

HVp

horario de la intensidad del tráfico en el período p expresado como una proporción de IMD

PNHkp

número de horas/pasajero no trabajando por 1000 km-veh del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-71

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

15 Tiempo de acarreo de carga Se refiere al número de horas/vehículo empleadas en el tránsito, y se calculan como una función de la velocidad de circulación del vehículo. El número de horas transportando carga por 1000 kilómetros-vehículo del tipo de vehículo k, durante el período p de la intensidad del tráfico, se calcula usando la fórmula: CARGOH kp =

1000 SS kp

...(15.1)

donde: CARGOHkp

número anual de horas transportando carga por 1000 km-veh del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico

SSkp

velocidad de circulación del vehículo (km/h) durante el período p de la intensidad del tráfico

El número promedio anual de horas transportando carga por 1000 kilómetros-vehículo se calcula: n

∑ HRYR CARGOH kav =

p

* HVp * CARGOH kp

p=1

...(15.2)

n

∑ HRYR

p

* HV p

p=1

donde: CARGOHkav

número promedio anual de horas transportando carga por 1000 km-veh del tipo de vehículo k

HRYRp

número de horas del período p de la intensidad del tráfico

HVp

horario de la intensidad del tráfico del período p expresado como una proporción de IMD

CARGOHkp

número de horas transportando carga por 1000 km-veh del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico

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E2-72

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

16 Costes de la intransitabilidad de la carretera El coste debido a la intransitabilidad de una carretera sin sellar, severamente deteriorada, se calcula de la siguiente forma: CPASS k

= VC kav * (FPASS k - 1)

...(16.1)

FPASS k

GH  = 1 + (FPLIM k - 1) * MAX 0, 1 −  GHMIN   

...(16.2)

donde: CPASSk

coste debido a la intransitabilidad del tipo de vehículo k, en moneda por 1000 km

VCkav

promedio unitario anual del coste de la circulación del vehículo y del tiempo del trayecto por 1000 km, del tipo de vehículo k

FPLIMk

valor máximo sin medida de FPASS del vehículo específico, definido por el usuario (predefinido = 1,0)

GH

espesor medio de la grava en el año analizado (mm)

GHMIN

espesor mínimo de la grava (mm), determinado como: GHMIN =

MIN (100,0 MAX (40,0 2*D95))

donde: D95 =

tamaño máximo de la partícula (mm)

El aumento de FPASS, en los espesores de grava menores del mínimo, es la explicación física de que haya en esta escala, mayor riesgo de debilitamientos y aumento en los costes de los vehículos, que en las carreteras con espesores de grava adecuados. El factor FPLIM oscila entre los valores: 1

para materiales de la explanada con una absorción CBR mayor del 10%

a 3

para vehículos pesados sobre terrenos suaves

Se utiliza un valor predefinido de 1,0 que el usuario puede modificar. Por definición, CPASS es cero en las carreteras pavimentadas y GH es cero en las carreteras de tierra.

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E2-73

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Módulo D: Cálculo de los costes de los componentes de los vehículos 17 Costes de los componentes de los vehículos 17.1 Costes unitarios En las secciones anteriores, el análisis ha sido influenciado por las cantidades físicas de los componentes utilizados, por lo que, las relaciones físicas fundamentales no se deberían alterar por las variaciones de los precios. Una vez que las cantidades físicas se han determinado, se multiplican por sus costes unitarios o precios. El usuario proveerá los precios o costes unitarios. Los conceptos físicos conllevan dificultad en la definición y cuantificación de los repuestos de mantenimiento, de los costes diversos y generales y no son determinantes en la depreciación y los intereses. En tres de estos elementos, es decir, todos excepto los costes diversos y generales, es conveniente y válido definir la relación del coste del elemento, en el precio de un vehículo nuevo, otros factores se definen por el usuario. Los gastos generales se definen como una suma total por año. Los diversos se tratan también como una fracción de otros costes. La Tabla E2. muestra las unidades en las que se miden los elementos de los componentes consumibles y las dimensiones de los precios, los costes unitarios u otros factores por los que deben ser multiplicados para obtener su valor como componente del coste de circulación del vehículo por 1000 kilómetros-vehículo.

17.2 Costes del tránsito de los vehículos sobre el tramo de la carretera Por cada alternativa de tramo j, por cada tipo de vehículo k, y por cada año del período del análisis, los costes del viaje del tránsito del vehículo sobre el tramo se obtienen de la siguiente expresión: TRIPCOST jk =

KCOST jk * L j 1000

...(17.1)

donde: TRIPCOST jk

coste por tránsito/vehículo sobre el tramo de la carretera, bajo la alternativa de inversión j

KCOST jk

coste por 1000 km-veh del tipo de vehículo k bajo la alternativa de tramo j

Lj

longitud del tramo bajo la alternativa de inversión j (km)

El promedio anual de costes por tránsito de vehículo se requiere en el análisis económico y en las comparaciones de las diferentes opciones de inversión. Se usan para calcular los beneficios netos entre cada par de opciones de tramo comparadas (ver parte G).

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E2-74

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

Tabla E2.16 Consumo proyectado de componentes del vehículo Componente

Unidades de medida

Coste unitario o factor multiplicador

Combustible

Litros por 1000 kilómetros-vehículo, FC

Coste por litro

Lubricante

Litros por 1000 kilómetros-vehículo, OIL

Coste por litro

Neumáticos

Número equivalente de neumáticos nuevos por 1000 vehículo-kilómetro, TC

Coste por neumático

Repuestos

Proporción del coste del vehículo nuevo por 1000 kilómetros-vehículo, PC

Coste del vehículo nuevo

Horas de mantenimiento

Horas de mantenimiento por 1000 kilómetrosvehículo, LH

Tarifa por hora

Depreciación

Fracción del coste del vehículo nuevo, menos los neumáticos, por 1000 kilómetros-vehículo, DEP

Coste del vehículo nuevo menos el coste de los neumáticos

Intereses

Fracción del coste del vehículo nuevo por 1000 kilómetros-vehículo, INT

Coste del vehículo nuevo

Conductor/chófer

Horas por 1000 kilómetros-vehículo, CH

Salario por hora

Gastos generales

Coste por 1000 kilómetros-vehículo, OH

No necesita factor

Tiempo del pasajero trabajando

Hora/pasajero trabajando por 1000 kilómetrosvehículo, PWH

Valor por hora de pasajero en tiempo de trabajo

Tiempo del pasajero no trabajando

Hora/pasajero no trabajando por 1000 kilómetrosvehículo, PNH

Valor por hora de pasajero en tiempo de no trabajo

Tiempo de carga

Horas/vehículo por 1000 kilómetros-vehículo, CARGOH

Coste del tiempo de carga por hora/vehículo

Intransitabilidad de carretera sin sellar

Fracción de los costes anteriores

Suma de los costes anteriores

17.3 Flujos de costes anuales Los costes anuales del usuario de la carretera, por cada tipo de vehículo, se obtienen multiplicando el coste del trayecto del vehículo por el volumen anual del tráfico de un tipo de vehículo en particular. Sumando estos valores, de todos los tipos de vehículos usados en el análisis, se obtiene el coste total de la circulación de los vehículos y el coste del tiempo de trayecto. Estos costes totales anuales se pueden calcular, también, por: n

Períodos de intensidad del tráfico

n

Componentes de los vehículos

n

Categorías del tráfico

(es decir, normal, inducido y generado)

17.4 Kilómetros-vehículo anuales Para cada alternativa de tramo j, los kilómetros-vehículo anuales (VKMjk) del tipo de vehículo k se obtienen multiplicando el volumen del tráfico anual del tipo de vehículo k (T jk) por la longitud del tramo (Lj).

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E2-75

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

18 Referencias ISOHDM Publications, (1994 - 1996) International Study of Highway Development and Management Tools University of Birmingham, UK NDLI, (1995) Modelling Efectos sobre los usuarios in HDM-4 Final Report to the Asian Development Bank (RETA: 5549) N. D. Lea International Ltd., Vancouver, Canada Bennett C.R., and Greenwood I.D., (1996) Specifications for the HDM-4 Efectos sobre los usuarios Model. Third and fourth Draft International Study of Highway Development and Management Tools University of Birmingham, UK Bennett C.R., (1996b) Modelling Capital Costs HDM-4 Report to the International Study of Highway Development and Management Tools University of Birmingham, UK Bennett C.R., (1996c) Modelling the effects of traffic congestion on fuel consumption in HDM-4: Overview of methodology and specifications Bennett C.R., (1998) Structured Testing of the HDM-4 Efectos sobre los usuarios Model for Australia Highway and Traffic Consultants Ltd., UK Biggs D.C., (1988) ARFCOM – Models for Estimating Light to Heavy Vehicle Fuel Consumption Research Report ARR 152, Australian Road Research Board, Nunawading, Australia du Plessis H.W., editor (1989) An Investigation of vehicle Operating Cost Relationships for use in South Africa NITRR Report DPVT -C96.1, CSIR, Pretoria Harrison R., and Aziz S., (1998) HDM-4 Tyre Relationships, Memorandum to ISOHDM Secretariat Centre for Transportation Research, The University of Texas at Austin, USA Hine J. L., (1996) Briefing Paper on Vehicle Utilisation and Service Life for the December 1996 Workshop on HDM-4, Unpublished Project Report, PR/ORC/590/96 R6472 For International Study of Highway Development and Management Tools Overseas Unit, TRL, Crowthorne Berkshire, UK Hoban C., Reilly W., and Archondo-Callao R., (1994) Economic Analysis of Road Projects with Congested Traffic World Bank Publications. Washington D.C. Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-76

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E2 VELOCIDADES DE LOS VEHÍCULOS Y COSTES DE CIRCULACION

McLean J.R., (1991) Adapting the HDM-III Vehicle Speed Prediction Models for Australian Rural Highways Working Document TE 91/014, Australian Road Research Board, Nunawading, Australia Pienaar W.J., (1984) Olieverbruik van Padvoertuie in Suid-Afrika NITRR Report RT/5, CSIR, Pretoria St. John A.D. and Kobett D.R., (1978) Grade Effects on Traffic Flow Stability and Capacity National Cooperative Highway Research program Report 185 Transportation Research Board, National Research Council, Washington D.C. Watanatada T., Harral C. G., Paterson W.D.O., Dhareshwar A.M., Bhandari A., and Tsunokawa K., (1987a) The Highway Design and Maintenance Standards Model - Volume 1: Description of the HDM-III Model. The Highway Design and Maintenance Standards Series Baltimore: Johns Hopkins University Press for the World Bank Watanatada T., Harral C.G., Paterson W.D.O., Dhareshwar A.M., Bhandari A., and Tsunokawa K, (1987b) The Highway Design and Maintenance Standards Model - Volume 2 User's Manual World Bank, John Hopkins University Press Yuli P., (1996) Development of Speed and Fuel Consumption Models for Chinese Vehicles PhD Thesis, School of Civil Engineering, University of Birmingham, UK

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E2-77

PARTE E EFECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E3 Transporte no motorizado 1

Introducción Este capítulo describe la implantación de los modelos de los Efectos sobre los usuarios de la carretera (RUE) para calcular las velocidades de los vehículos no motorizados, los costes de la circulación y el tiempo del trayecto (ver Figura E3.1). Provee una visión general de la lógica y los conceptos de la modelización, una descripción de las relaciones y los valores predefinidos de los parámetros, para cada componente de RUE y de los tipos representativos de Transporte no motorizado (TNM) en HDM-4.

Efectos sobre los User usuarios Road Effects

Visión general Overview Capítulo E1 Chapter E1

Costes de la velocidad Vehicle Speeds de los y de andvehículos Operating la circulación Costs Capítulo E2 Chapter E2

Transporte no Non -Motorised motorizado Transport Capítulo E3 Chapter E3

Seguridad en la carretera Road Safety Capítulo E4 Chapter E4

Figura E3.1 Módulos de los efectos sobre los usuarios de la carretera

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E3-1

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

2

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

Lógica y conceptos de la modelización Las formas de transporte no motorizado hacen referencia a la mayoría de los movimientos de gente y artículos en la mayor parte de los países en desarrollo. Por esta razón, es esencial la inclusión del transporte no motorizado en la evaluación de los proyectos y políticas de transporte en los países con volúmenes importantes de TNM. Por ejemplo, la presencia de TNM puede influenciar la velocidad del transporte motorizado TM afectando los costes de circulación de los vehículos motorizados. Además, políticas como las mejoras a la carretera inciden en los costes y los beneficios de los usuarios de la carretera de transporte motorizado y no motorizado.

2.1

Tipos de vehículos TNM Se considera en el transporte no motorizado, los movimientos de personas y artículos por su propia cuenta y, no solamente, a los inconvenientes ocasionados a los vehículos motorizados. Por lo tanto, los efectos del TNM se pueden incluir dentro del marco analítico de los proyectos de carretera, de los programas y de las estrategias. Los costes y beneficios de este transporte se calculan, separadamente, para los diferentes tipos de vehículos TNM. La categoría TNM incluye las siguientes clases representativas (ver capítulo E1): n

Peatones

n

Bicicleta

n

Carromatos

n

Carros de animales

n

Tractores (no se incluyen en esta versión)

Los usuarios pueden definir sus propios grupos de vehículos TNM, dentro de cada clase, modificando las clases de TNM predefinidas. La Tabla E3.1 ofrece los valores predefinidos de las características clave de TNM requeridas en los análisis. El cálculo de las velocidades de TNM utiliza el rendimiento y el tamaño físico de estos tipos de TNM. Los costes de circulación se calculan, individualmente, de acuerdo a la utilización del vehículo TNM, por ejemplo uso privado o comercial, de pasajeros, o de carga.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E3-2

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

Tabla E3.1 Valores predefinidos de las características clave del TNM Tipo de TNM Parámetros clave

Unidades

Bicicleta

Carromatos

Carro de animales (Bueyes)

Neumático

Neumático

Madera

2

3

2

Tipo de rueda Número de ruedas, NUM_WHEELS

Peatones

Diámetro de las ruedas, WHEEL_DIA

m

0.7

0.7

1.0

Peso de circulación, WGT_OPER

kg

100

300

1200

80

Carga útil, PAYLD

kg

35

235

900

15

Promedio de vida útil, LIFE0

años

10

6

3

Nº básico anual de kilómetros transitados, AKM0

km

2500

7200

4000

Nº básico anual de horas de trabajo, HRWK0

horas

150

500

1300

1

3

0

Nº de pasajeros, PAX

1

Fuente: Odoki and Kerali (1999)

2.2

Detalles de la modelización Los tipos de mejora a la carretera que están directamente relacionados a los costes y beneficios del usuario del TNM, son los siguientes: n

Adición de carriles TNM

n

Arcenes diseñados para TNM

n

Ensanchado del firme

n

Mejora de la condición de la capa del firme

n

Mejora de las características geométricas de la carretera

Estas mejoras afectarán a las características del rendimiento del TNM, por lo que, afectarán a los costes y beneficios del usuario del TNM en los términos siguientes: n

Tiempo y velocidad del trayecto

n

Desgaste y deterioro de los componentes y vehículos TNM

n

Cargos y tarifas del usuario

n

Grado de conflicto con el tráfico motorizado

n

Tasa de accidentes

En términos de la modelización, los efectos sobre el TNM que se deben tener en cuenta en el análisis económico de la inversión en la carretera, se pueden cuantificar, separadamente, de la siguiente forma (PADECO, 1996):

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E3-3

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

1

Velocidad y flujo del TM

2

Costes de la circulación del TM

3

Velocidad y flujo del TNM

4

Costes de la circulación del TNM

5

Consumo de energía del TNM

6

Costos relacionados con la seguridad del TM y del TNM

7

Deterioro y conservación de la carretera

8

Necesidades del tránsito del TNM

Los primeros seis efectos (1 a 6) están modelizados en HDM-4 y se detallan más a fondo en las siguientes secciones. Los efectos del TNM sobre el deterioro y conservación de la carretera y las necesidades del tránsito del TNM no están incluidos.

2.3

Requerimiento de datos Los datos requeridos para modelizar el TNM se pueden agrupar de la siguiente forma: n

Características físicas del TNM

(por ejemplo, peso, tipo de rueda, etc). n

Uso del TNM

(por ejemplo, promedio de vida útil, número anual de kilómetros viajados, número anual de horas de trabajo, etc.). n

Costes unitarios

(por ejemplo, coste de la compra, tasa de intereses, salario por hora del conductor/chófer, valor del tiempo de pasajero y carga, energía, etc. Se acepta que los costes de la energía pueden ser difíciles de obtener, por lo que se pueden usar, los valores predefinidos que se ofrecen en la Tabla E3.2. n

Características de la carretera

(por ejemplo, longitud, trazado vertical, condición de la capa de rodadura, etc). n

Parámetros de la calibración del modelo

n

Datos del tráfico TNM

(en términos de IMD, composición y crecimiento). Tabla E3.2 Costes unitarios de la energía predefinidos en dólares americanos por MJoule Tipos TNM Bicicleta 0,10

Carromato 0,10

Carro de animales 0,07

Peatones 0,10

Fuente: Odoki and Kerali (1999)

2.4

Lógica del cálculo Para cada opción de inversión de carretera y para cada año del análisis, los modelos del TNM se aplican en la siguiente secuencia:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E3-4

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

1

Calcular el promedio diario de flujo de cada tipo de TNM

2

Calcular la velocidad de circulación de cada tipo de TNM

3

Calcular los costes de tiempo y circulación

4

Realizar el análisis económico y el de balance de energía

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E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

E3-5

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

3

Impacto del TNM sobre el transporte motorizado

3.1

Impacto sobre la velocidad del TM El impacto de la velocidad del transporte no motorizado TNM sobre la del transporte motorizado TM se modeliza a través del rozamiento o de la reducción de la velocidad (Hoban, 1987). En este caso se asume que la reducción de la velocidad de viaje de los vehículos TM es directamente proporcional al grado de conflicto entre TM y TNM. Esto se define por el usuario a través del factor de reducción de la velocidad de TM (XTNM) para cada tramo de la carretera analizado. El valor XTNM se usa para calcular las velocidades libres de los vehículos de TM (ver capítulo E2 sección 3.2.5. El valor XTNM en un tramo de la carretera se mantiene constante a través del período de análisis hasta que una mejora en la carretera altera las características o el grado de conflicto entre TNM y TM. Los beneficios producidos por la mejora de las condiciones del flujo del tráfico del TNM sobre el tráfico motorizado, se pueden cuantificar a partir de los efectos de cambiar el valor XTNM antes y después de la mejora a la carretera.

3.2

Impacto sobre los costes de la circulación de TM El impacto de los costes de circulación del TNM sobre en TM se estima a través de los ciclos de cambios de la velocidad o de los modelos de los efectos de la aceleración. En circunstancias idóneas los conductores deberían mantener una velocidad de viaje sin aceleraciones ni deceleraciones. No obstante, esto no es posible, realmente, ya que los conductores se ven forzados a ajustar sus velocidades en respuesta a la congestión del tráfico, al trazado de la carretera, a la condición de la capa del firme, a la presencia de TNM y otras actividades de la carretera. (Greenwood and Bennett, 1996; Bennett, 1996; NDLI, 1995). Los desvíos estándar de las aceleraciones definidos como ruido de aceleración, ofrecen un indicador de la gravedad de los cambios en la velocidad. Los valores bajos del ruido de aceleración indican que hay cambios menores en la velocidad, al contrario que en los valores altos. En cada tramo de la carretera, se considera que los costes de circulación adicionales del TM, debidos a los ciclos de cambios de la velocidad, que surgen por la presencia de TNM son proporcionales a la magnitud del ruido de la aceleración(ver capítulo E2 sección 4.6). Una intervención apropiada, por ejemplo, una mejora a la carretera, para reducir el grado de conflicto entre TNM y TM alcanzaría los valores más bajos de ruido de aceleración y, por lo tanto, un beneficio al tráfico motorizado en términos de ahorro en los costes de circulación de los vehículos(VOC).

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E3-6

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

4

Velocidades del TNM

4.1

Factores que influencian las velocidades en el TNM Existen varios factores que influencian las velocidades del TNM (PADECO, 1997): n

Volumen y velocidad del TM

n

Volumen del tráfico del TNM

n

Actividades de la carretera

n

Calidad de la carretera

n

Resistencia a la rodada

n

Ancho de la carretera (donde el tráfico no motorizado puede transitar con seguridad) y/o número de carriles

n

Método de separación del TM y el TNM (por ejemplo, señalización, separación física)

n

Regularidad de la capa de rodadura (particularmente, regularidad de los arcenes)

n

Inclemencias del tiempo

No obstante, para capturar los efectos de todos estos factores, sería necesaria la formulación de un complejo modelo de velocidad y procedimiento de calibración de TNM. Un modelo sencillo se ha adoptado, por lo tanto, en HDM-4, basado en el límite mínimo de velocidad alcanzada (Watanatada et al., 1987b). La velocidad de viaje de los vehículos de TNM se contempla como el mínimo de la limitación potencial de la velocidad generado por la interacción de los factores de la carretera y las características importantes del vehículo. Los factores limitadores incluyen la regularidad, la velocidad deseada y la pendiente de la carretera. Con excepción del volumen del tráfico del TNM todos los factores anteriores han sido considerados, explicita o implícitamente, en el modelo de velocidad o en el cálculo de las fuerzas opuestas al movimiento y su impacto en el uso de energía.

4.2

Modelo de la velocidad La velocidad del TNM, sobre un tramo de la carretera, se calcula, independientemente, para cada dirección de la intensidad del tráfico, sentido de ida y sentido de vuelta y los resultados se promedian para la ida y vuelta. Las velocidades ida y vuelta, se calculan, usando las ecuaciones más adelante y más adelante respectivamente: VS ku = MAX[0.14, MIN(VDES ks , VROUGH k , VGRAD ku )]

…(4.1)

VS kd = MAX[0.14, MIN(VDES ks , VROUGH k , VGRAD kd )]

…(4.2)

La velocidad promedio de ida y vuelta se calcula como la media armónica de las velocidades ida y vuelta, a partir de la expresión: Sk =

7.2 * XMT  1   1  VS  + VS  ku   kd

   

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

…(4.3)

E3-7

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

donde: Sk

velocidad promedio del tipo de TNM k (km/h)

VSku

velocidad promedio del tipo de TNM k (km/h) en el sentido de ida (m/s)

VSkd

velocidad promedio del tipo de TNM k (km/h) en el sentido de vuelta (m/s)

VDESks

velocidad deseada del tipo de TNM k sobre una suave y nivelada carretera (s = capa pavimentada o no) (m/s) (ver Tabla E3.3)

VROUGHk

límite de velocidad por la regularidad (m/s) (ver sección 4.2)

VGRADk

límite de la velocidad por la pendiente (m/s), (las direcciones ida y vuelta se definen por los subíndices u y d respectivamente) (ver sección 4.3)

XMT

factor de reducción de la velocidad debido al tráfico motorizado y a las actividades de la carretera, en una escala permitida de: MIN 0,4 a MAX 1,0 (predefinido = 1,0)

Para el análisis del tráfico en un sentido, la velocidad promedio se calcula de la siguiente manera: n

En los sentidos de ida S k = 3.6 * VS ku * XMT

n

…(4.4)

En los sentidos de vuelta S k = 3.6 * VS kd * XMT

…(4.5)

Los beneficios de la mejora de las condiciones del flujo del tráfico sobre los usuarios de TNM, por ejemplo, separación de los flujos de tráfico de TNM y TM, se pueden estimar cambiando el valor del parámetro XMT en las ecuaciones más atrás hasta la más atrás.

4.3

VROUGH La velocidad límite, debida a la regularidad de la carretera y a la dificultad del tránsito asociada sobre el TNM, se obtiene de: VROUGH k = MAX[0.14, (VDES ks + a_rgh * RI av )]

. . .(4.6)

donde: RIav

promedio de regularidad de la carretera (IRI m/km)

a_rgh

coeficiente del modelo dependiente de la regularidad del tipo de TNM k

La Tabla E3.3 muestra los valores predefinidos típicos del parámetro del modelo de regularidad-velocidad del TNM. Se espera que una proporción del tráfico TNM usará una parte de la calzada y los arcenes (si existen). Esto necesita ser especificado, puesto que la regularidad de la calzada se aplica al comienzo y la regularidad de los arcenes se aplica más tarde. Los beneficios del TNM que surgen de la mejora de la condición de la capa de rodadura se pueden estimar en términos de aumento de velocidades de circulación ofrecidas en la ecuación más atrás.

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E3-8

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

Tabla E3.3 Valores predefinidos de los parámetros del modelo de velocidad del TNM Tipo de TNM Parámetros clave

Unidades

Bicicleta

Carromato

Carro de animales (Bueyes)

Peatones

Velocidad deseada sobre carreteras pavimentadas (VDESp)

km/h

21,26

18,60

3,83

5,11

Velocidad deseada sobre carreteras sin sellar (VDESu)

km/h

18,00

15,40

3,20

4,60

-0,225

-0,197

-0,036

-0,048

Coeficiente del modelo de velocidad dependiente de la regularidad (a_rgh) Coeficiente del modelo de velocidad dependiente de la pendiente (a_rgh)

-28,00

-33,00

-6,00

-4,00

Pendiente crítica (CRGR)

-0,04

-0,04

-0,04

-0,04

Fuente: Odoki and Kerali (1999)

4.4

VGRAD El efecto de la pendiente sobre la velocidad de TNM, se calcula, independientemente, para el sentido de ida y el sentido de vuelta. En el sentido de ida, el límite de velocidad debido a los efectos de la pendiente, se ofrece en: VGRAD ku = MAX [0.14, (VDES ks + a_grd * GR )]

. . .(4.7)

donde: GR

promedio de pendiente de la carretera (como una fracción)

a_grd

coeficiente del modelo que depende de la pendiente del tipo de TNM k

En el sentido de vuelta, el límite de la velocidad depende de la pendiente crítica (CRGR). Se asume que por debajo de la pendiente crítica, no hay efecto de disminución sobre la velocidad del TNM. La velocidad de vuelta se calcula, por lo tanto, de la siguiente forma: si:

abs (GR ) > abs (CRGR ) VGRAD kd = VDES ks + a_grd * ABS (GR - CRGR k )

...(4.6)

VGRAD kd = VDES ks

...(4.9)

si no:

donde: CRGRk

pendiente crítica del tipo TNM k (predefinido = -0,04 para todos los tipos de TNM, en una escala de: -0,15 < CRGR < 0)

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E3-9

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

El promedio de pendiente del tramo de la carretera (GR) se calcula por la siguiente expresión (Watanatada et al., 1987a): GR = ±

RF 1000

...(4.10)

donde: GR

RF

para velocidades de ida:

GR = + [RF/1000]

para velocidades de vuelta:

GR = - [RF/1000]

rampa y pendiente de la carretera (m/km)

La Tabla E3.3 incluye los valores predefinidos típicos del parámetro del modelo velocidadpendiente del TNM. Los beneficios de mejorar el trazado vertical de la carretera, sobre el TNM, medido en términos de aumento de las velocidades, se puede estimar usando las ecuaciones más atrás y más atrás.

4.5

Resistencia al movimiento Las velocidades de los vehículos motorizados, incluyen un componente derivado de las principales fuerzas opuestas al movimiento, es decir, la resistencia aerodinámica, la resistencia a la pendiente y la resistencia a la rodada. Estas fuerzas se podrían usar para obtener el límite de velocidad (VDRIVE) basado en la fuerza de la conducción de los vehículos TNM a partir de los principios mecánicos, y podrían, entonces, usarse para sustituir VGRAD en las ecuaciones más atrás y más atrás. No obstante, esta formulación requeriría el cálculo de la fuerza usada en la conducción de cada tipo de TNM. Puesto que esto es difícil de determinar, se usa una forma simple de modelo de velocidad TNM al que se le han incorporado, solamente, efectos de pendiente. El efecto de resistencia a la rodada, sobre la velocidad TNM, puede ser significativo en las carreteras sin sellar, especialmente, en las capas de rodadura suaves o de arena. Esto junto con la resistencia de la pendiente ha sido, por lo tanto, incorporado en el modelo de costes de energía del TNM descrito en la sección 5.6. Los beneficios del TNM, en términos de ahorro de energía usada, se obtendrían a partir de la actualización de los tipos de firme y de las mejoras de las características geométricas de la carretera. Las fuerzas de resistencia de la pendiente y de la rodada se calculan como se describe a continuación.

4.5.1 Resistencia a la pendiente Se calcula, independientemente, para los sentidos de ida y vuelta, usando la siguiente expresión: FG = WGT_OPER * g * GR

...(4.11)

donde: FG

resistencia de la pendiente (N)

WGT_ OPER

peso de circulación del TNM (kg)

g

aceleración debida a la gravedad, tomada como 9,81 (m/s2)

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E3-10

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

En el sentido de ida, FGu se calcula usando el valor positivo de GR y en el sentido de vuelta, FGd se calcula usando el valor negativo. Los subíndices u y d indican el sentido de ida y el de vuelta, respectivamente.

4.5.2 Resistencia a la rodada Varios estudios, incluyendo los de Cenek (1994), Bester (1981), y CRRI (1985), han encontrado que existen relaciones entre las velocidades de los vehículos motorizados y las características de resistencia a la rodada de las carreteras. Estos hallazgos se han extendido para ser aplicados en TNM. La resistencia a la rodada del TNM (excluyendo a los peatones) se calcula usando la formulación del modelo de Biggs (1988), de la siguiente forma:

[

(

FR = FCLIM * CR2 * b1 * NUM_WHEELS + CR1 * b2 * WGT_OPER + b3 * v 2

)]

...(4.12) donde: FR

resistencia de la rodada al movimiento (N)

NUM_ WHEELS

número de ruedas del TNM

v

velocidad del TNM (m/s), tomado como VS ku o VSkd

CR1

factor dependiente de las ruedas de la resistencia a la rodada

CR2

coeficiente dependiente del firme de la resistencia a la rodada

FCLIM

factor de inclemencia del clima

b1, b2, b3

parámetros del modelo

El factor de ruedas CR1 depende del tipo de rueda, de la siguiente forma: n

si el tipo de rueda es de acero o de madera CR1 = 0,9

n

si el tipo de rueda es neumático CR1 = 1,0

El coeficiente dependiente del firme de la resistencia a la rodada CR2 se obtiene de: CR2 = Kcr2 * [CR2_a0 + CR2_a1 * TD av + CR2_a2 * RI av ]

...(4.13)

donde: RIav

regularidad promedia de la carretera (IRI m/km)

TDav

promedio de la profundidad de la textura de la mancha de arena (mm)

Kcr2

factor de resistencia a la rodada

La Tabla E3.4 ofrece los valores predefinidos de los diferentes parámetros del modelo de resistencia a la rodada. El diámetro y el número de ruedas influye en estos parámetros de la siguiente forma:

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E3-11

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

b1 = = WD_a0 * WHEEL_DIA b2 =

b3 =

...(4.14)

WD_a1 WHEEL_DIA

...(4.15)

WD_a2 * NUM_WHEELS

...(4.16)

WHEEL_DIA 2

donde: WHEEL_ DIA

diámetro de la rueda (m)

WD_a0 WD_a1 WD_a2

coeficientes del modelo (predefinidos = 37; 0,064 y 0,012 respectivamente)

Tabla E3.4 Parámetros del modelo de resistencia a la rodada

Firme Clase de capa

Tipo de capa

WGT_OPER < = 2500 kg

WGT_OPER > 2500 kg

CR2 _a0

CR2 _a1

CR2 _a2

Kcr2

CR2 _a0

CR2 _a1

CR2 _a2

Kcr2

Bituminosa

AM o ST

0,90

0,022

0,022

1

0,84

0,03

0,03

1

Hormigón

JP, JR o CR

0,90

0,022

0,022

1

0,64

0,03

0,03

1

Sin sellar

Grava

1,00

0,00

0,075

1

1,00

0,00

0,075

1

Sin sellar

Tierra

0,80

0,00

0,10

1

0,80

0,00

0,10

1

Sin sellar

Arena

7,50

0,00

0,00

1

7,50

0,00

0,00

1

Bloques

CB, BR o SS

2,00

0,00

0,00

1

2,00

0,00

0,00

1

Fuente: NDLI (1995)

Notas:

(ver parte C, capítulo C1 para las definiciones de los tipos de capas)

Las siguientes abreviaturas son las usadas en la Tabla E3.4: AM = Mezcla bituminosa ST = Tratamiento superficial JP = Juntas planas JR = Juntas reforzadas CR = Continuamente reforzadas CB = Bloque de hormigón BR = Adoquín SS = Piedra

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E3-12

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

El efecto de la inclemencia del clima se incorpora en el modelo de resistencia en la rodada, en forma similar a la de los vehículos motorizados. El factor de resistencia a la rodada, depende del porcentaje del tiempo viajado en carreteras encharcadas (PCTDW), y, si es el caso, cubiertas de nieve (PCTDS) de la siguiente forma: FCLIM = 1 + 0.002 * PCTDW + 0.003 * PCTDS

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...(4.17)

E3-13

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

5

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

Costes de los tiempos y la circulación de TNM El coste total del tiempo y de la circulación de cada tipo TNM, se calcula, independientemente, y a continuación se añade: TOC k = TMC k + VOC k

...(5.1)

donde:

5.1

TOCk

coste total del tiempo y la circulación del tipo de TNM k por km-veh

TMCk

coste del tiempo de viaje del tipo de TNM k (coste/km)

VOCk

coste de la circulación del tipo de TNM k (excluyendo peatones) (coste/km)

Coste del tiempo de viaje Está directamente relacionado con las velocidades promedio. El coste del tiempo de viaje incluye, el coste del valor del tiempo del pasajero y del manejo de la carga y se expresa de la siguiente manera: TMC k = PAXC k + CARGC k

...(5.2)

donde: PAXCk

valor del tiempo del pasajero del tipo de TNM k por km-veh

CARGCk

coste del manejo de la carga del tipo de TNM k (coste/km)

El valor del tiempo del pasajero se obtiene de: PAXC k =

PAXVk Sk

...(5.3)

donde: PAXVk

promedio horario del valor del tiempo del pasajero del tipo de TNM k (coste/h), que es igual al número de pasajeros por vehículo (PAX) multiplicado por el valor del tiempo del pasajero (PTV)

Sk

promedio anual de la velocidad del tipo de TNM k (km/h)

El coste del manejo de la carga se obtiene de: CARGC k =

CAGV k Sk

...(5.4)

donde: CAGVk

promedio horario del valor del tiempo del manejo de la carga, del tipo TNM k (coste/h)

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E3-14

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

5.2

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

Coste de la circulación El coste de la circulación de cada tipo de TNM se obtiene a partir de los costes de la depreciación, de la reparación y el mantenimiento, del conductor/chófer (si existe) y de los generales. VOC k = CAPC k + RMC k + CRWC k + ENC k + OVHD k

...(5.5)

donde:

5.3

VOCk

coste total de la circulación del tipo de TNM k por km-veh

CAPCk

coste de financiación del tipo de TNM k por km (excluyendo peatones) (coste/km)

RMCk

coste de reparación y mantenimiento del tipo de TNM k (excluyendo peatones) (coste/km)

CRWCk

coste del conductor/chófer del tipo de TNM k (excluyendo peatones) (coste/km)

ENCk

coste de la energía del tipo de TNM k (coste/km)

OVHDk

costes generales del tipo de TNM k (excluyendo peatones) (coste/km)

Coste de la financiación Se obtiene del coste de la compra depreciado sobre el promedio de vida útil de cada vehículo TNM, de la frecuencia del uso y del cargo de los intereses sobre el coste de la compra. Por lo tanto, el coste de financiación por km, CAPC se obtiene de: CAPC k = DEPC k + INTC k

...(5.6)

donde: DEPCk

coste de depreciación del tipo de TNM k por km-veh

INTCk

coste de los intereses del tipo de TNM k (coste/km)

El coste de depreciación por km, DEPC, se calcula mediante la siguiente expresión: DEPC k =

PCHC k LIFE0 k * AKM k

...(5.7)

donde: PCHCk

coste promedio de la compra (precio) del tipo de TNM k

LIFE0k

promedio básico de la vida útil del tipo de TNM k (años), definido por el usuario

AKMk

kilómetros anuales viajados por el tipo de TNM k (km/año)

El coste de los intereses por km, INTC, se calcula mediante la siguiente expresión: INTC k =

PCHC k * AINV k 2 * 100 * AKM k

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(5.8)

E3-15

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

donde: AINVk

cargo de los intereses anuales sobre el coste de la compra del tipo de TNM k (%)

En cada año del análisis, los kilómetros anuales viajados, AKM, se calculan como sigue: ...(5.9)

AKM k = S k * HRWK0 k

donde:

5.4

Sk

promedio de velocidad anual del tipo de TNM k (km/h)

HRWK0k

promedio básico del número de horas de trabajo por año del TNM, definido por el usuario

Coste de la reparación y conservación Estos costes por km, RMC, incluyen los de reemplazo de neumáticos, de frenos y otros componentes, de lubricantes y los costes de mano de obra. Se pueden estimar usando la forma del modelo en la ecuación más adelante que incluye dos componentes: 1

Regularidad de la carretera (RI)

2

Edad del vehículo TNM medido en términos de kms viajados acumulados (CKM). RMC k = (a_rmc + b_rmc * RI av ) * CKM k * PCHC k * 10 -3

...(5.10)

CKMk = 0.5 * AKM0 k * LIFE0 k

...(5.11)

donde: CKMk

promedio de kilómetros viajados acumulados del tipo de TNM k (km)

AKM0k

promedio básico anual de kilómetros viajados por tipo de TNM k (km/año), definido por el usuario

a_rmc y b_rmc

coeficientes de calibración del modelo

La Tabla E3.5 ofrece los valores predefinidos del coste de reparación y mantenimiento de los coeficientes de calibración del modelo.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E3-16

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

Tabla E3.5 Valores predefinidos del parámetro del modelo del coste de reparación y mantenimiento del TNM Parámetro del modelo Tipo TNM

a_rmc

b_rmc

(x 10-6)

(x 10-6)

Bicicletas

1,600

0,267

Carromatos

0,712

0,178

Carros de bueyes

2,780

0,617

Peatones Fuente:

5.5

Odoki and Kerali (1999)

Coste de los conductores/choferes Este coste por km, CRWC, de cada tipo de vehículo TNM se calcula a partir del promedio de salario por hora, de la siguiente forma: CRWCk =

CRWVk Sk

...(5.12)

donde:

5.6

CRWCk

promedio de salario por hora para el tipo de TNM k (coste/h)

Sk

promedio anual de velocidad del tipo de TNM k (km/h)

Coste de energía Los métodos para modelizar la energía usados en el transporte motorizado y no motorizado, se describen en Kerali et al. (1997) y en la parte F de este documento. Es por esto que, solamente, se ofrece aquí un resumen de los métodos cuantitativos usados: El coste de la energía por km, ENC, se calcula de la siguiente manera: ENC k = ENUSD k * UCEN k

...(5.13)

donde: ENCk

coste de la energía por km por tipo de TNM k (coste/km)

ENUSDk

promedio de consumo de energía del tipo de TNM k (Julios/km)

UCENk

coste unitario de la energía usada por el tipo de TNM k (coste/Julio)

El consumo de energía por km-veh de TNM, ENUSD, se calcula, para los sentidos de ida y vuelta del tráfico, usando las ecuaciones más adelante y más adelante, respectivamente: ENUSD ku = (FR ku + FGku ) * DIST

...(5.14)

ENUSD kd = (FR kd + FG kd ) * DIST

...(5.15)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E3-17

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

El promedio del consumo de energía, de ida y vuelta, se calcula, entonces, usando la ecuación más adelante, que incorpora un factor de energía a tener en cuenta por la energía usada para contrarrestar otras fuerzas opuestas al movimiento: ENUSD k = 0.5 * Kef k * (ENUSD ku + ENUSD kd )

...(5.16)

donde: ENUSDk

consumo promedio de energía (Julios/km) por tipo de TNM k

FRku

resistencia de la rodada en el sentido de ida del tipo de TNM k (N)

FGku

resistencia de la pendiente en el sentido de ida del tipo de TNM k (N)

DIST

distancia viajada por TNM (m), tomada como 1000

FRkd

resistencia de la rodada en el sentido de vuelta del tipo de TNM k (N)

FGkd

resistencia de la pendiente en el sentido de vuelta del tipo de TNM k (N)

Kefk

factor de eficiencia de la energía del tipo de TNM k, a tener en cuenta por la energía usada para contrarrestar las fuerzas opuestas al movimiento (predefinido = 1,1 para todos los tipos de TNM)

Energía del peatón Replogle (1992) estima que la energía usada al caminar es de 1,8 kJ/km/kg. Esto es equivalente a 144 kJ/km para una persona de 80kg. Por lo tanto, el consumo promedio de energía, usado al caminar, se estima de la siguiente forma: ENUSD k = 1.8 * WGT_OPER * 10 3

5.7

...(5.17)

Costes generales Cubren todos demás elementos del coste que incluyen, impuestos, administración, seguros, estacionamiento/garaje y cualquier otro asociado con el conductor/chófer, como por ejemplo, adiestramiento, uniformes, etc. Los costes generales por km-veh del TNM, OVHD, se calculan usando la siguiente expresión: OVHD k =

OHC k S k * HRWK0 k

...(5.18)

donde: OHCk

coste general por año por tipo de TNM k

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E3-18

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

6

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

Estimado de los beneficios económicos Para un tramo seleccionado de la carretera, los beneficios económicos anuales, en término de ahorro de los costes del usuario del TNM, se calculan, independientemente, para el tráfico normal, el inducido y el generado. El método del análisis económico se describe en la parte G - sección 5.2.2. El parámetro clave del análisis económico es el promedio anual del coste del tiempo y la circulación de TNM por viaje-vehículo sobre el tramo. Esto se determina de la siguiente forma: UTOC

jsk

= TOC jsk * L js

...(6.1)

donde: UTOCjsk

promedio anual del coste total del tiempo y la circulación del TNM por viajevehículo sobre el tramo de la carretera s por tipo de vehículo k bajo la opción de inversión j

TOCjsk

coste total del tiempo y la circulación del tipo de TNM k en el tramo s bajo la opción de inversión j (coste/km)

Ljs

longitud del tramo de la carretera, bajo la opción de inversión j (km)

Los tipos de datos de salida, del Transporte no motorizado, son similares a los del Transporte motorizado. Incluyen lo siguiente: n

Velocidades del TNM

n

Intensidades del tráfico del TNM

n

Costes del tiempo y la circulación

Las cantidades del consumo de energía se consideran como energía renovable en los análisis de balance de energía dentro del módulo de los Efectos sociales y medioambientales (ver parte F).

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E3-19

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

7

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

Referencias Bennett C.R., (1996) The New HDM-4 Model Proceedings, Combined 18th ARRB Transport Research Conference and Transit New Zealand Symposium, Christchurch, New Zealand, parte 4 (Asset Management) Bester C.J., (1981) Fuel Consumption of Highway Traffic Ph.D. Dissertation, University of Pretoria, South Africa Biggs D.C., (1988) ARFCOM – Models for Estimating Light to Heavy Vehicle Fuel Consumption Research Report ARR 152 Australian Road Research Board, Nunawading, Australia Cenek P.D., (1994) Rolling Resistance Characteristics of New Zealand Roads Transit New Zealand Research Report PR3-001 Wellington, New Zealand CRRI, (1985) Traffic Simulation Modelling Study: parte 1 – Development of Simulation Models Central Road Research Institute, New Delhi, India Greenwood I.D., and Bennett C.R., (1996) The Effects of Traffic Congestion on Fuel Consumption Road & Transport Research, Journal of Australian and New Zealand Research and Practice, ARRB Transport Research, South Victoria, Australia, Vol. 5, No. 2, June 1996 Hoban C. J., (1987) Evaluating Traffic Capacity and Improvements to Road Geometry World Bank Technical Report, Paper Number 74 World Bank, Washington D.C., USA Kerali H.G.R., Odoki J.B., and Collings S., (1997) Energy Balance Framework for Road Transport Analysis January 1998, Paper No. 980819 Transportation Research Board, Washington D.C., USA NDLI (1995) Modelling Road User Effects in HDM-4 - Final Report Asian Development Bank Project RETA 5549 International Study of Highway Development and Management Tools N.D. Lea International, Vancouver Odoki J.B., and Kerali H.G.R., (1999) Modelling Non-motorised Transport in HDM-4 - TRB, Paper No. 991129 Transportation Research Board, 78th Annual Meeting, Washington D.C., USA Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E3-20

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E3 T RANSPORTE NO MOTORIZADO

PADECO Co. Ltd., (1996) Non-Motorised Transport (TNM) Modelling in HDM-4, Draft Final Report (second Version) International Study of Highway Development and Management Tools Transport Division, World Bank, Washington D.C., USA PADECO Co. Ltd., (1997) Recommended Short-Term Applications to Implement Non-motorised Transport (TNM) Modelling in HDM-4 International Study of Highway Development and Management Tools Transport Division, World Bank, Washington, USA Replogle M., (1992) Non-Motorised Vehicles in Asian Cities World Bank technical Paper 162 Washington D.C., USA Watanatada T., Harral C.G., Paterson W.D.O., Dhareshwar A.M., Bhandari A., and Tsunokawa K., (1987a) The Highway Design and Maintenance Standards Model - Volume 1 - Description World Bank, John Hopkins University Press Watanatada T., Dhareshwar A.M., and Rezende Lima P.R.S., (1987b) Vehicle speeds and operating costs - HDM-III Series, 1987 World Bank, John Hopkins University Press

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E3-21

PARTE E EFECTOS SOBRE LOS USUARIOS Part E

E4 Seguridad en la carretera 1

Introducción Este capítulo describe las especificaciones del análisis de Seguridad en la carretera en HDM-4 (ver Figura E4.1). El sistema HDM-4 permite a los usuarios definir una serie de tablas de consulta de las tasas de accidentes. Estas tablas son, básicamente, una descripción genérica de las tasas de accidentes previstos que se pueden definir en diferentes formas de acuerdo a un grupo particular de atributos del trafico y de la carretera, por ejemplo, tipo de carretera, patrón del nivel y de la intensidad del tráfico, presencia de transporte no motorizado (TNM) y clase de geometría. Esta tabulación permite la implantación del análisis de seguridad en HDM-4 recomendado (ISOHDM, 1995), seguido de un informe detallado de los diferentes estudios de seguridad en la carretera, de la modelización y de los métodos de análisis.

Efectos sobre los User usuarios Road Effects

Visión general Overview Capítulo E1 Chapter E1

Costes de la velocidad Vehicle Speeds de los y de andvehículos Operating la circulación Costs Capítulo E2 Chapter E2

Transporte no Non -Motorised motorizado Transport Capítulo E3 Chapter E3

Seguridad en la carretera Road Safety Capítulo E4 Chapter E4

Figura E4.1 Módulos de los efectos sobre los usuarios de la carretera

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E4-1

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

2

Lógica de la modelización

2.1

Tipos de accidentes

E4 SEGURIDAD EN LA CARRETERA

Un accidente es un acontecimiento que envuelve a uno o más vehículos, y que resulta en muerte, daños personales o daños a la propiedad. Los efectos de la seguridad en la carretera se analizan en HDM-4, de acuerdo a los siguientes tipos de gravedad: n

Fatal

Se considera fatal si la muerte ocurre dentro de un período fijo, por ejemplo 31 días después del accidente. El período fijado puede variar de uno a otro país. n

Lesiones

Es un accidente que causa lesiones pero que no terminan en muerte. n

Daños a la propiedad

Es el accidente en el que no hay lesiones personales.

2.2

Tasas de accidentes El término tasa de accidentes se define como el número promedio de accidentes denunciados por año, medidos en un período de tiempo fijo, por ejemplo 5 años calendario, y divididos por su incidencia. Se obtiene de la forma siguiente: ACCRATE =

ACCYR EXPOSURE

...(2.1)

donde: ACCRATE

tasa de accidentes

ACCYR

número de accidentes por año

EXPOSURE

número de incidencia de accidentes

La incidencia anual de accidentes se calcula de la siguiente manera: n

Tramos de la carretera

La incidencia anual se expresa en términos de cien millones de kilómetros-vehículo: EXPOSSEC = n

365 * IMD * L 10 8

...(2.2)

Cruces de la carretera

La incidencia anual se expresa en términos de cien millones de kilómetros-vehículo: EXPOSINT =

365 * IMDin 10 8

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(2.3)

E4-2

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E4 SEGURIDAD EN LA CARRETERA

donde: EXPOSSEC

incidencia anual de incidentes en un tramo de la carretera (100 millones km-veh)

IMD

promedio anual del tráfico diario en el tramo (veh/día)

L

longitud del tramo de la carretera (km)

EXPOSINT

incidencia anual de accidentes en un cruce (100 millones km-veh)

IMDin

promedio anual del tráfico diario que accede al cruce (veh/día)

Para cada tipo de carretera o de cruce, el usuario deberá definir la tasa de gravedad del accidente, es decir, fatal, lesiones o daños a la propiedad, en términos del número de accidentes por cada 100 millones de vehículos-kilómetro o por cada 100 millones de vehículos. En el análisis de nivel de datos agregados, el usuario tiene la opción de definir una tasa sencilla para todos los tipos de accidentes. Este valor es igual a la suma de los valores de las tasas de los tres tipos de accidentes. Cuando se ha mejorado una carretera, es decir, se le han provisto carriles separados para TNM, se han ensanchado los arcenes, ocurre un cambio en el tipo de carretera o en el cruce y se necesita definir, entonces, diferentes tasas de accidentes y costes como resultado de la mejora. Nota: La modelización de los nodos de intersección no se incluye en esta sección.

2.3

Datos principales Los siguientes datos principales se requieren para modelizar los efectos de los accidentes: n

Volúmenes del tráfico

Promedio anual de la intensidad media diaria (IMD) en un tramo de la carretera, en vehículos por día, o el total de la IMD que accede a un cruce y las tasas de crecimiento. n

Longitud del tramo de la carretera

n

Tasas de accidentes

Se pueden aplicar diferentes tasas en los distintos años analizados, dependiendo de los cambios al tipo de la carretera o al cruce, como resultado de los trabajos realizados en el año. n

Costes unitarios de los accidentes

Se pueden definir por tipo de accidente o como valor medio ponderado, especificado para todos los tipos de accidentes.

2.4

Procedimiento del cálculo El análisis de seguridad de la carretera se incluye dentro del módulo de los Efectos sobre los usuarios de la carretera (RUE). Para cada tramo, u opción de inversión, el procedimiento del cálculo en cada año del análisis se puede resumir de la siguiente forma: 1

Comenzar la entrada de datos

2

Calcular la incidencia anual de los accidentes

3

Calcular el número anual de accidentes (por tipo de accidente)

4

Calcular los costes anuales de los accidentes (si es necesario)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E4-3

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

5

2.5

E4 SEGURIDAD EN LA CARRETERA

Guardar los resultados para el análisis económico para las comparaciones y para los informes.

Número de accidentes El número anual de accidentes para cada opción de inversión se obtiene de: ACCYR i = EXPOSSEC j * ACCRATE

i

...(2.4)

donde:

2.6

ACCYRi

número anual de tipo de accidentes i

EXPOSUREj

incidencia anual de los accidentes bajo la opción de inversión j

ACCRATEi

tasa de accidentes por tipo de accidente i

Costes de los accidentes Se calculan, para cada opción de inversión, de la siguiente manera: ACCOST ji = ACCYR

ji

* UNITCOST

i

...(2.5)

donde: ACCOST ji

coste anual del accidente tipo i bajo la opción de inversión j

UNITCOST i

coste unitario del accidente tipo i (moneda)

El coste anual total de los accidentes se obtiene de: AC j =

∑ ACCOST

i

...(2.6)

i

donde: ACj

es el coste anual de accidente bajo la opción de inversión j

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E4-4

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

E4 SEGURIDAD EN LA CARRETERA

3

Análisis económico y comparaciones

3.1

Análisis económico El usuario puede especificar si quiere o no incluir los costes de los accidentes junto a los costes de circulación, a los de tiempo de viaje, a los de la administración de la carretera y a los costes y beneficios externos, en el análisis económico. Para cada par de opciones de inversión comparadas, es decir, opción m y la opción del caso básico n, la diferencia anual entre los costes de los accidentes se calcula: ∆ACC (m -n) = AC n - ACm

...(3.1)

donde: ∆ACC(m -n)

diferencia anual en los costes de los accidentes

Para más detalles del análisis económico y de las comparaciones, ver parte G.

3.2

Cambio neto en el número de accidentes En cada par de opciones de inversión, el usuario puede elegir comparar, solo, el número de accidentes previstos de una opción contra los previstos en la opción del caso básico. El número anual neto de accidentes, por tipo de accidente, se obtiene de: ∆ACCYR (m -n)i = ACCYR ni - ACCYR mi

...(3.2)

donde: ∆ACCYR(m -n)i

3.3

diferencia anual en el número de accidentes (por tipo de accidente i)

Datos de salida Los informes estándar del análisis de seguridad se ofrecen en la Guía de aplicaciones. Estos incluyen: 1

Número anual de accidentes, por tipo, en cada opción de inversión

2

Costes anuales de los accidentes, por tipo, en cada opción de inversión

3

Flujos netos anuales de número de accidentes, por cada par de opciones de inversión

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E4-5

PARTE E E FECTOS SOBRE LOS USUARIOS

4

E4 SEGURIDAD EN LA CARRETERA

Referencias ISOHDM, (1995) Predicting changes in accident rates in developing countries following modifications in road design International Study of Highway Development and Management Unpublished Report for the ISOHDM School of Civil Engineering, The University of Birmingham, UK

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

E4-6

Part F

Social

Contenidos

Volumen 4 – Marco analítico y descripciones de modelos: Parte F F1

F2

Visión general 1

Introducción

F1-1

2

Balance de energía

F1-2

3

Emisiones de los vehículos

F1-4

4

Alcance de las aplicaciones

F1-5

5

Referencias

F1-6

Análisis de balance de energía 1

2

3

4

F3

Introducción

F2-1

1.1

Antecedentes

F2-1

1.2

Objetivos

F2-2

Requisitos analíticos

F2-3

2.1

Energía usada por los vehículos motorizados

F2-3

2.2

Energía usada por los vehículos no motorizados

F2-9

2.3

Energía usada durante la construcción y la conservación

F2-11

Marco del balance de energía

F2-12

3.1

Perfil

F2-12

3.2

Factores del uso de la energía de los vehículos motorizados

F2-12

3.3

Factores del uso de la energía de los vehículos no motorizados

F2-17

3.4

Uso total de la energía

F2-17

3.5

Comparación de las opciones de inversión

F2-20

Referencias

F2-22

Emisiones de los vehículos 1

Introducciónn

F3-1

2

Modelo de las emisiones

F3-2

2.1

Tipos de contaminantes

F3-2

2.2

Relaciones

F3-2

Logica de la modelización

F3-8

3

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

i

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

CONTENIDOS

3.1

Datos principales

F3-8

3.2

Cantidades de las emisiones

F3-8

4

Comparaciones de las opciones de inversión

F3-11

5

Referencias

F3-12

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

ii

Parte F Organigrama Marco analítico y descripciones and Model de modelos Descriptions

Introducción Introduction Parte A Part A

Tráfico Traffic Parte B Part B

Modelo RD RD Model Parte C Part C

Modelo WE WE Model Parte D Part D

RD = Deterioro de la carretera

WE = Efectos de los trabajos en la carretera

RUE = Efectos sobre los usuarios de la carretera SEE = Efectos sociales y medioambientales

Modelo RUE RUE Model Parte E Part E

Análisis económico Economic Analysis Parte G Part G

Modelo SEE SEE Model Parte F Part F

Nomenclatura Nomenclature Parte H Part H Glosario Glossary Parte I Part I

Figura F Organigrama del Marco analítico y descripciones de modelos

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

1

PARTE F EFECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES Part F

Social

F1 Visión general 1

Introducción Los modelos que se utilizan en los Efectos sociales y medioambientales (SEE) (ver Figura F1.1) son: n

Balance de energía (ver sección 2)

n

Emisiones de los vehículos (ver sección 3)

Es sabido que los efectos de la energía y del medioambiente deben ser tenidos en cuenta en la evaluación de las alternativas de políticas y proyectos de inversión. Al adoptar proyectos y políticas que disminuyen el uso de la vida total del ciclo de energía y de las emisiones contaminantes del vehículo, se obtienen beneficios, tales como, reducción de los costes de la circulación, disminución de la contaminación y de la dependencia de la importación de energía y por lo tanto un acortamiento del déficit en la balanza de pagos. La gerencia a cargo de la planificación y la toma de decisiones debe tener muy en cuenta, las implicaciones que la energía y los impactos medioambientales de los proyectos y de las políticas de las alternativas del transporte en la carretera.

Efectos sociales y Social and medioambientales Environmental Effects

Visión general Overview Capítulo F1 Chapter F1

Análisis deBalance balance Energy de energía Analysis Capítulo F2 Chapter F2

Emisiones de los Vehicle Emissions vehículos Capítulo F3 Chapter F3

Figura F1.1 Módulo de los efectos sociales y medioambientales La evaluación de las políticas y los proyectos de las alternativas de inversión, requieren que las medidas de los diferentes impactos se trasladen o se reduzcan a unas unidades comunes sensibles, que se puedan considerar bajo un marco de análisis de criterios variados. La evaluación de otros aspectos de los impactos medioambientales que inciden en el transporte de la carretera, por ejemplo, índices de contaminación, daños a cosechas y edificios, etc., se incluirá en una próxima edición.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

F1-1

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

2

F1 VISIÓN GENERAL

Balance de energía La energía usada en el sector del transporte de la carretera constituye una parte importante del consumo total de energía en la mayor parte de los países. El impacto de las estrategias y los proyectos de inversión en carreteras y las políticas de uso de energía se han convertido en un aspecto muy importante en el proceso de evaluación. La evaluación de los proyectos de transporte en la carretera se basan, principalmente, en la tasación de los beneficios económicos que se estiman comparando el total de los costes descontados, calculados para un caso básico, contra los del caso proyectado. Esto es, esencialmente, un análisis de balance económico. Un marco analítico similar se utiliza para comparar la energía total utilizada, por los diferentes tipos de transporte de la carretera, entre el caso básico y el caso proyectado. El marco propuesto de balance de energía se usa para calcular: n

Consumo de energía en el ciclo de vida

Es el total del consumo en el análisis, a nivel de proyecto y de red de carreteras, de las políticas de inversión de la carretera. n

Diferencias del consumo

Son las diferencias en el consumo de combustibles, renovables y no renovables, de los modelos de transporte motorizado (TM) y no motorizado (TNM). n

Uso de la energía nacional y global

Esto permite las comparaciones entre los diferentes modos de transporte y, por lo tanto, la influencia de la política sobre una inversión a largo plazo, en el sector de la carretera (Kerali et al., 1998). El marco analítico de la evaluación de las implicaciones energéticas sobre los proyectos y las estratégicas de la inversión en la carretera, toma en consideración varios parámetros. Estos se clasifican en tres categorías de uso de energía: n

Energía usada por vehículos motorizados

El consumo de energía asociado al uso de los vehículos de motor se puede dividir en dos categorías genéricas: ο

energía utilizada para manufacturar y entregar el combustible y el vehículo

ο

energía usada para mover y hacer circular el vehículo

La suma, de las energías usadas en cada una de estas categorías, constituye el consumo total del ciclo de vida de la energía. La energía consumida por los vehículos motorizados depende de una gran variedad de factores, tales como: ο

tamaño del vehículo

ο

peso

ο

diseño

ο

edad

ο

características y condición de la carretera

ο

características del tráfico

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

F1-2

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F1 VISIÓN GENERAL

La energía usada por los vehículos motorizados es, generalmente, de una fuente no renovable. Los siguientes componentes de la fuente de energía, usada en la circulación del vehículo, se incluyen en el análisis del balance de energía:

n

ο

consumo de combustible

ο

consumo de lubricantes

ο

desgaste de neumáticos

ο

consumo de repuestos

Energía usada por los vehículos no motorizados

Los modos de transporte no motorizados (TNM) son parte importante de la mayoría de los movimientos de la gente y las mercancías en casi todos los países. Por esta razón, es esencial su inclusión en la evaluación de los proyectos y las políticas de transporte en los países en desarrollo. Por ejemplo, la presencia de TNM puede influenciar la velocidad del transporte motorizado, afectando, por lo tanto, los costes de circulación de los vehículos motorizados. Además, políticas, tales como las mejoras a una carretera, influyen sobre los costes y los beneficios de ambos transportes. La energía usada por el TNM se calcula, independientemente, para los carros de animales, los carromatos, las bicicletas y los peatones. n

Energía usada durante la construcción y la conservación de las redes de carreteras

Este es un aspecto significativo del panorama del balance completo de energía de una inversión de transporte de carretera. Por lo tanto, cuando se comparan las implicaciones de la energía de una alternativa de política o proyecto, es importante que este tipo de energía se tenga en cuenta. El marco de balance de energía implantado provee un eficiente y neutral mecanismo para la evaluación de los beneficios de la inversión. Esto evita la posible distorsión en los métodos de balance económico, que pueden estar influenciados por los precios del combustible. Aunque algunos de los parámetros se han estimado de una forma no experimental, el concepto de marco de balance de energía se puede aplicar a la evaluación de la inversión de la carretera, usando un método similar al de los análisis económicos.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

F1-3

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

3

F1 VISIÓN GENERAL

Emisiones de los vehículos El objetivo de la modelización de las emisiones de los vehículos es evaluar los efectos (Hammerstrom, 1995), en términos de las cantidades de los contaminantes y sus cambios sobre: n

Características de la carretera

n

Congestión del tráfico

n

Tecnología de los vehículos

El modelo pronostica los diferentes componentes de las emisiones de los vehículos como una función del consumo de combustible. El consumo de combustible es una función de la velocidad del vehículo, que depende de las características de la carretera y de las propias del vehículo. De esta manera, es posible analizar el cambio en los efectos de las emisiones como resultado de la implantación de diferentes conservaciones y mejoras, en la carretera, o de las implicaciones de los cambios mayores del parque de vehículos, por ejemplo, debido a vehículos de tecnología más avanzada. Los diferentes componentes de las emisiones pueden ser: n

Hidrocarburos

n

Monóxido de carbono

n

Oxido de nitrógeno

n

Dióxido de sulfuro

n

Dióxido de carbono

n

Partículas

n

Plomo

En esta versión, los costes de los efectos de las emisiones no están estimados ni incluidos en el análisis económico de la inversión a la carretera, solamente, se han estimado las diferencias netas entre las cantidades de contaminantes para cada par de opciones de inversión. Se espera que el ámbito de las emisiones de los vehículos modelizadas, será ampliado (Collings and Watkiss, 1998) para incluir los impactos sobre: n

Calidad del aire

n

Salud

n

Costes de daños

n

Calentamiento global

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F1-4

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

4

F1 VISIÓN GENERAL

Alcance de las aplicaciones El análisis de balance de energía y de los impactos medioambientales, tiene dos niveles de aplicación: 1

Análisis a nivel de proyecto

Permite al usuario comparar el ciclo de vida de la energía y las implicaciones de las emisiones en una escala de alternativas de proyecto a partir de una alternativa básica de hacer lo mínimo. Los resultados de estas comparaciones ayudaran en la decisión de qué alternativa de inversión deberá ser implantada. 2

Análisis a nivel de red de carreteras

Permite, a las personas que toman las decisiones, entender las implicaciones de la energía y de las emisiones, de una política de transporte, que causarán impacto sobre una específica red de carreteras (por ejemplo, carreteras urbanas o carreteras rurales).

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F1-5

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

5

F1 VISIÓN GENERAL

Referencias Collings S.A., and Watkiss P.R., (1998) Development of Environmental Impacts and Energy Balance Models for HDM-4 Final project report for the Department for International Development, UK Hammerstrom U., (1995) Proposal for a Vehicle Exhaust Model in HDM-4 ISOHDM Supplementary Technical Relationships Study Draft Report Swedish National Road Administration, Road and Traffic Management Division, Borlange, Sweden Kerali H.R., Odoki J.B., and Collings S.A., (1998) Energy Balance Framework for Road Transport Analysis Transportation Research Board, Paper no. 980819, Washington D.C., USA

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F1-6

PARTE F EFECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES Part F

F2 Análisis de balance de energía 1

Introducción

1.1

Antecedentes La energía usada en el sector del transporte de carretera forma una parte importante del consumo total de energía en la mayoría de los países. El impacto de los proyectos y de las estrategias de inversión en la carretera y las políticas de transporte en la carretera sobre el uso de la energía se han convertido en un aspecto importante en el proceso de evaluación (ver Figura F2.1). Adoptando proyectos y políticas que disminuyan el ciclo de vida del uso de energía, relacionados con los beneficios que se generan de la reducción de los costes de la circulación, de la disminución de la contaminación y de la dependencia de la importación de la energía, se pueden obtener un acortamiento en el déficit de la balanza de pagos. Por esa razón, es importante que la gerencia a cargo de la planificación y de la toma de decisiones, entienda la importancia de las implicaciones de la energía en las políticas y en los proyectos de las alternativas de proyecto.

Efectos sociales y Social and medioambientales Environmental Effects

Visión general Overview Capítulo F1 Chapter F1

Análisis deBalance balance Energy de energía Analysis Capítulo F2 Chapter F2

Emisiones de los Vehicle Emissions vehículos Capítulo F3 Chapter F3

Figura F2.1 Módulo de los efectos sociales y medioambientales El sistema HDM-4 se puede usar para la evaluación de los impactos técnicos, económicos, sociales y medioambientales de una inversión de carreteras. La evaluación de estas políticas y proyectos requieren que las diferentes medidas de los impactos se trasladen o se reduzcan a unidades comunes sensitivas. Los ejemplos de estas unidades incluyen valores monetarios, cantidades de tiempo, niveles de seguridad, cantidades de contaminantes y energía utilizada. Los análisis económicos utilizan valores monetarios de recursos, con el objetivo de obtener indicadores económicos, que sirvan en la toma de decisión de las diferentes alternativas de inversión en la carretera. No obstante, los resultados de los análisis económicos dependen, en algún grado, de los valores monetarios relativos definidos para los diferentes componentes de los vehículos. Por ejemplo, un proyecto cuya justificación depende, principalmente, de los ahorros en el consumo de petróleo, ofrece, relativamente, menos beneficios económicos en un país rico en petróleo que los que ofrecería en un país que importa el petróleo a un alto coste. Viendo los beneficios de cada proyecto, en términos de su eficiencia en el uso de energía, los situaría en una misma posición y esto ofrecería una información más útil a los planificadores.

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F2-1

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

Este capítulo describe una metodología para la evaluación de las implicaciones de la energía en diferentes proyectos y políticas de transporte de carretera dentro del contexto del modelo de HDM-4. La evaluación técnica se define aquí como análisis de balance de energía.

1.2

Objetivos El principal objetivo del análisis de balance de energía es permitir comparar el ciclo total de vida del consumo de la energía como un resultado de las diferentes políticas de transporte. Un segundo objetivo es determinar la eficiencia relativa de los diferentes modos de transporte, motorizados y no motorizados. Esta eficiencia se debería medir con respecto a la productividad de cada modo de transporte, es decir, la energía utilizada para mover un cierto número de personas o tonelaje de mercancías. En adicción de una revisión general del cálculo del balance total de energía, es, también importante, distinguir entre las diferentes fuentes de la energía. Primeramente, se debería distinguir entre las fuentes de energía, renovable y no renovable, puesto que las implicaciones medioambientales y socioeconómicas de cada una son diferentes. En segundo lugar, la energía consumida fuera del país estudiado (por ejemplo, energía utilizada en la manufactura de vehículos importados) podría no afectar a la política nacional, pero es significativa en términos del sostenimiento global. El sistema HDM-4 ofrece herramientas en módulos separados para los análisis de proyecto, de programa y de estrategia. El análisis de balance de energía tiene dos niveles de aplicación: 1

Nivel de evaluación del proyecto

2

Nivel de análisis estratégico de la red de carreteras

El análisis de proyecto permite al usuario comparar las implicaciones del ciclo de vida de la energía en una escala de alternativas de proyecto, con una alternativa básica de hacer lo mínimo. Los resultados de estas comparaciones ayudan en la decisión de qué alternativa de proyecto de inversión se debe implantar. Por ejemplo, la decisión sobre qué técnicas de conservación se usarán en un tramo en particular de la carretera, está influenciada por la relación entre: n

Beneficios de la energía

Obtenidos por el descenso en el consumo de combustibles y lubricantes y desgaste de neumáticos, debido a la mejora de las características de flujo de la carretera, y n

Requisitos de energía

Son los requeridos para realizar la conservación. El análisis de nivel de estrategia podría permitir, en la toma de decisiones, entender las implicaciones de la energía en los objetivos de las políticas de transporte, de las redes de carreteras urbanas y nacionales. Por ejemplo, en un nivel de red de carreteras locales, se podrían estudiar los impactos de la energía en las estrategias de inversión de los diferentes transportes públicos regionales o, de igual manera, en una red de carreteras nacionales se estudiarían las implicaciones de la energía en las políticas fiscales para promover el uso de combustibles alternativos.

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F2-2

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

2

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

Requisitos analíticos Los vehículos se han clasificado como transporte motorizado (TM) y transporte no motorizado (TNM). El desarrollo de un marco del modelo para la evaluación de las implicaciones de la energía en los proyectos de inversión y estrategia de carreteras, requiere la consideración de un número de parámetros. Estos se han clasificado, ampliamente, en tres categorías de uso de energía: 1

Energía usada por los vehículos motorizados (ver sección 2.1)

2

Energía usada por los vehículos no motorizados (ver sección 2.2)

3

Energía usada durante la construcción y el mantenimiento de la carretera (ver

sección 2.3) Las secciones 2.1, 2.2 y 2.3 describen los parámetros necesarios para cada categoría de uso de la energía.

2.1

Energía usada por los vehículos motorizados El consumo de energía asociado a la utilización de vehículos de motor se puede dividir en dos extensas categorías: 1 2

Mover y operar el vehículo Producir y entregar el combustible y el vehículo

Las energías usadas en cada una de estas categorías forman el ciclo de vida del consumo de la energía. La Tabla F2.1 muestra los diferentes estados del ciclo de vida que se podrían considerar al determinar el ciclo de vida total del uso de energía. Tabla F2.1 Estados del uso de energía asociados con la producción y el uso del vehículo Secciones Producción del combustible

Manufactura del vehículo

Utilización del vehículo

Mantenimiento y revisión del vehículo

Sub-secciones n

Extracción del material crudo

n

Transporte y almacenamiento

n

Procesado

n

Distribución del combustible

n

Extracción del material crudo

n

Procesado

n

Manufactura de los componentes

n

Transporte de los componentes

n

Ensamblaje

n

Distribución del vehículo

n

Consumo de combustible

n

Consumo de lubricante

n

Desgaste de neumáticos

n

Manufactura de los componentes

n

Distribución

Fuente: ETSU, RYCA 18825001 (1997)

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F2-3

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

2.1.1 Energía usada por la circulación del vehículo La energía consumida por los vehículos motorizados depende de una gran cantidad de factores relacionados con: n

Tamaño, peso, diseño y edad del vehículo

n

Características y condición de la carretera

n

Características del tráfico

Esta energía es no renovable. Los siguientes componentes usados en la circulación del vehículo se toman en cuenta en el análisis de balance de energía: n

Consumo de combustible

n

Consumo de lubricantes

n

Desgaste de los neumáticos

n

Consumo de repuestos

La proyección del consumo de energía de los vehículos TM, bajo condiciones de conducción especificas, se consideran de una de estas dos formas: 1

Enfoque mecánico, basado en los principios físicos y mecánicos, o

2

Datos actuales, medidos para obtener factores de uso de energía, en una escala de vehículos circulando bajo diferentes condiciones

El enfoque mecánico provee un mayor grado de precisión, pero requiere mayor cantidad de datos, mientras que el segundo se aplica con mayor facilidad. Consumo de combustible El modelo de consumo de combustible tiene un enfoque, puramente, mecánico que permite: n

Flexibilidad para modelizar vehículos y características individuales de la carretera

n

Alteración del modelo cuando se introducen mejoras tecnológicas

El enfoque mecánico ha sido muy investigado, proveyendo una justificación teórica y experimental de todas las asumciones numéricas hechas para cada parámetro. Los vehículos estándar predefinidos están basados en el uso de gasolina o gasoil. Se están desarrollando, todavía, los modelos indicados para otras tecnologías que utilizan diferentes tipos de combustible (por ejemplo electricidad, LPG, CNG, etc.). En los análisis que conllevan comparaciones con estos vehículos, el consumo de energía de éstos se puede estimar aplicando factores de escalas relacionadas con el consumo de energía de vehículos de gasolina o gasoil a vehículos con consumo de energías alternativas. El modelo de consumo de energía no incluye el consumo del arranque en frío. Con la intención de proveer la potencia necesaria para la combustión idónea al comienzo del trayecto, se debe de suplir una cantidad adicional de combustible para compensar la pérdida por la condensación debida al frío del motor. Esto es más un problema en los vehículos de gasolina que en los de gasoil. En la mayoría de las evaluaciones de proyecto de carretera, la situación del arranque en frío, no se considera importante ya que se asume que todos los trayectos comenzarán con el motor en caliente. No obstante, la influencia del arranque en frío sobre el consumo de combustible,

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F2-4

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

puede tener una significativa importancia en algunas políticas de transporte, particularmente en áreas urbanas donde se produce gran número de viajes cortos. Para superar el problema del arranque en frío, se pueden usar factores de escala que relacionen el consumo de combustible calculado bajo condiciones normales, calientes, con el consumo de energía bajo condiciones frías. La proporción del trayecto que se transita bajo condiciones frías, se puede estimar usando la metodología CORINAIR (Eggleston et al., 1993) que considera el promedio de la longitud del trayecto del vehículo y el promedio de la temperatura ambiente. El promedio de combustible usado por kilómetro-vehículo en un trayecto completo se calcula por la suma del combustible usado en el arranque en frío más el uso del combustible en condiciones calientes, ponderado como una proporción del trayecto circulado en frío y cálido, respectivamente. Los diferentes combustibles del transporte tienen diferentes valores caloríficos. Por esto, con la intención de comparar el promedio del uso del combustible por kilómetro-vehículo, se deberían de convertir en factores de energía por kilómetro-vehículo usando los valores de contenido de energía, ofrecidos en la Tabla F2.2. Tabla F2.2 Contenido de energía de los combustibles de los transportes Combustible

Contenido de energía (MJ/litro)

Gasolina

34,7

Gasoil

38,7

1

LPG

25,5

CNG2

40,0

Etanol

23,9

Metanol

18,1

Biodiesel

32,8

Fuente: ETSU (1996)

Notas: 1

Se asume 90% propano, 10% butano

2

Las unidades están en MJ/m3

Consumo de lubricantes Se calcula en términos de litros por 1000 kilómetros-vehículo como una función del consumo de combustible. Durante el procedimiento del análisis de balance de energía, la cantidad del consumo de lubricantes se convierte en un valor de energía usando un factor de conversión de 47,7 MJ por litro. Desgaste de neumáticos El consumo de neumáticos de un vehículo es proporcional a los requisitos de la energía (ver Watanatada et al., 1987). Se calcula usando un modelo basado en la teoría de la energía de deslizamiento.

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F2-5

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

El consumo de neumáticos, en términos de número de neumáticos por cada 1000 kilómetrosvehículo, se calcula para los vehículos pesados y ligeros. Estos números se pueden convertir en un valor de energía usando un factor de conversión de 32GJ/tonelada de neumáticos (Department of Trade and Industry, 1996). El peso de los neumáticos se puede estimar usando los factores ofrecidos en la Tabla F2.3.

Tabla F2.3 Pesos de los neumáticos por tipo de vehículo Número de vehículo

Tipo de vehículo

Peso del neumático (kg)

1

Motocicleta

2,0

2

Coche pequeño

3,0

3

Coche mediano

3,5

4

Coche grande

4,0

5

Furgoneta de reparto

4,0

6

Furgoneta ligera

4,0

7

Tracción a las cuatro ruedas

5,0

8

Camión ligero

7,0

9

Camión mediano

12,4

10

Camión pesado

12,4

11

Camión articulado

13,7

12

Mini-bus

4,0

13

Autobús ligero

7,0

14

Autobús mediano

9,8

15

Autobús pesado

11,2

16

Autocar

11,2

Fuente: ETSU (1996)

Reparación del vehículo y consumo de repuestos El mantenimiento y las revisiones son difíciles de considerar debido a las diferentes naturalezas de los vehículos y de los talleres de repuestos. Su contribución al uso general de la energía es muy pequeña en comparación con otros estados del ciclo de vida. Por ejemplo, un estudio basado en el transporte en Suiza, estimó que el uso de energía para mantenimiento y revisiones era de, aproximadamente, el 4% del total del ciclo de vida del uso de energía (Maibach et al., 1995). No obstante, en los países en desarrollo, donde se asume que el mantenimiento del vehículo tiene una prioridad inferior que la de Suiza, esta proporción deberá ser mucho menor. Por esta razón, el uso de energía asociado al mantenimiento y revisiones no se considera como un aspecto importante en el balance general de energía. No obstante, el modelo RUE (Efectos sobre los usuarios de la carretera) calcula el consumo de repuestos del vehículo. Esto se mide en términos de la fracción del precio nuevo del vehículo por 1000 kilómetros. El uso de la energía asociada con este consumo se puede estimar

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F2-6

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

multiplicando el uso de la energía utilizada para producir el vehículo (ver Tabla F2.4) por la fracción del precio de los repuestos del precio de un vehículo nuevo. Para calcular el consumo de energía de repuestos del vehículo por kilómetro-vehículo, la energía usada para producir los repuestos del vehículo debería ser dividida entre el kilometraje acumulado del vehículo, en el momento en el que el repuesto es reemplazado. La energía típica usada durante un año se puede dividir por el promedio anual de kilómetros por vehículo para obtener el uso de energía de conservación del vehículo por kilómetro por vehículo.

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F2-7

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

Tabla F2.4 Uso de la energía en la producción del vehículo

Número de vehículo

Tipo de vehículo

Peso del vehículo (Kg)

Energía de producción del vehículo (GJ)

1

Motocicleta

200

20

2

Coche pequeño

800

80

3

Coche mediano

1000

100

4

Coche grande

1200

120

5

Furgoneta de reparto

1400

140

6

Furgoneta ligera

1600

160

7

Tracción a las cuatro ruedas

1800

180

8

Camión ligero

4000

400

9

Camión mediano

6000

600

10

Camión pesado

10000

1000

11

Camión articulado

15000

1500

12

Mini-bus

3000

300

13

Autobús ligero

5000

500

14

Autobús mediano

7000

700

15

Autobús pesado

10000

1000

16

Autocar

7000

700

Fuente: ETSU, RYCA/18825001 (1997)

2.1.2 Uso de energía en la producción del combustible y en la manufactura del vehículo Es necesario un marco contable para estimar la plataforma del uso de la energía en los diferentes estados del ciclo de vida. Bajo esta categoría, el marco del análisis del balance de energía considera el uso de la energía asociado a la producción del combustible y a la manufactura del vehículo, como se describe a continuación: Producción del combustible La Figura F2.2 muestra los estados que deberían considerarse en la producción del combustible de gasolina y gasoil. Los valores del uso de la energía, para cada uno, se calculan sobre una base de una energía ofrecida y, entonces, se añaden para obtener el uso total de la energía por unidad de energía ofrecida en el ciclo total de vida. De esta forma el uso de la energía en la producción del combustible se puede calcula por kilómetro-vehículo.

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F2-8

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

Extracción Feed stock

Procesado Processing

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

Distribución Distribution

Uso final End-use

Depósito

Crudo y gases liquidos naturales

Distribución oleoducto

Terminal de distribución

Oleoducto

Refinería

Camiones cisterna

Planta de separación de gases

Tanque del crudo

Vehiculos de gasoil

Estaciones de servicio

Vehículos de gasolina

Fuente: ETSU, RYCA/18825001 (1997) Clave: - - - - - opcional (almacenaje)

Figura F2.2 Ciclo de producción de combustible de gasolina y gasoil El uso de la energía asociado a cada estado de la producción del combustible (mostrado en la Figura F2.2 para la gasolina y el gasoil) varía, considerablemente, de un país otro. No obstante, si no existen datos locales o recursos para realizar un análisis de ciclo de combustible, se usarán datos predefinidos como los mostrados en la Tabla F2.5 para estimar el uso de la energía asociado a la producción del combustible. El uso de la energía en la producción del combustible, sobre una base de kilómetro-vehículo, se obtiene del consumo de la energía durante el uso del vehículo. Tabla F2.5 Factores del uso de la energía en el ciclo del combustible Combustible

Uso de energía (MJ/MJ de combustible producido)

Gasolina

0,169

Gasoil

0,122

1

LPG

0,122

CNG

0,061

Electricidad2

2,857

Biometanol

0,514

Bioetanoll

0,510

Biodiesel

0,655

Fuente: ETSU (1996)

Notas: 1

Se asume que el 40% del LPG proviene de refinerías y el 60% es directamente extraído

2

Se asume un promedio de valor calorífico alto HCV, generando una eficiencia del 35%

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F2-9

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

Manufactura del vehículo Los datos relacionados a la energía usada para manufacturar y entregar un vehículo de motor es difícil de obtener debido a las inconsistencias comerciales de la industria del automóvil. Una encuesta reciente definió un valor típico de 100 GJ para un automóvil mediano, de una tonelada de peso (ETSU, 1995). Esto representa, aproximadamente, el 15% del total del ciclo de vida del uso de energía y es, por lo tanto, una parte importante del total del balance de energía. Para estimar la energía utilizada para manufacturar otros tipos de vehículo, se puede obtener haciendo un escalado de 100 GJ con la diferencia entre el peso de un automóvil mediano y el peso del otro vehículo. Basado en esto la Tabla F2.4 muestra algunos estimados de uso de energía para la producción de cada uno de los 16 tipos de vehículos estándar. Además, muestra estimados de la vida útil total por vehículo-kilómetro que se usarán para calcular los valores predefinidos del uso de la producción de vehículos sobre una base de kilómetrovehículo. El usuario puede definir sus propios estimados de la vida útil del vehículo en la carpeta Parque de vehículos. La energía usada en el proceso de producción de cada vehículo puede, simplemente, ser dividida entre el promedio de vida total por vehículo-kilómetro, para obtener el uso de energía en la producción del vehículo por vehículo-kilómetro.

2.2

Energía usada por los vehículos no motorizados Las formas de transporte no motorizado (TNM) son importantes en la mayoría de los movimientos de personas o mercancías en los países en desarrollo. Por esta razón, es esencial la inclusión del TNM en el estimado de las políticas y proyectos de desarrollo de transporte. Por ejemplo, la presencia de TNM puede influenciar la velocidad del transporte motorizado afectando, por lo tanto, los costes de circulación de los vehículos motorizados. Además, las políticas, como una mejora a la carretera, influencian los costes y los beneficios, no solamente de los usuarios de vehículos motorizados, si no también de los no motorizados. En el transporte de tracción animal, la energía usada se puede justificar sobre la base de que la única razón para criar y alimentar a estos animales, es que pueden proveer servicios de transporte a sus propietarios. De este modo, el alimento usado se puede ver como una pérdida de energía, ya que de haberse utilizado estos animales, con otro propósito que no fuera el transporte, no se habría producido el consumo de esta energía. No obstante, en el transporte movido por el hombre, como ciclismo y el paseo, sería difícil decir que la energía perdida no se hubiese consumido si el viaje no se hubiera realizado. No es frecuente que la gente se recargue, conscientemente, consumiendo un 10% más de calorías cuando sabe que va a hacer un viaje. No obstante, al caminar y al montar en bicicleta se produce un consumo de energía y se podría argumentar que aunque el alimento es una fuente particularmente pobre, debería incluirse como un coste a la sociedad. Además, los individuos que utilizan su energía como recurso para sus actividades, por ejemplo los taxis tirados por personas, o los que son muy activos la mayor parte del día, probablemente necesitarán consumir muchas más calorías que un individuo en una actividad sedentaria. Las secciones 2.2.1, 2.2.2 y 2.2.3 describen los principios del cálculo del uso de energía para los diferentes tipos de TNM.

2.2.1 Vehículos de tracción animal La energía requerida para estos vehículos se puede dividir en dos partes: 1

Energía requerida para que el animal camine la distancia requerida

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F2-10

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

2

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

Energía requerida para mover la carga (se lleva una carga)

Los datos de la energía usada por los animales son escasos. Se puede usar, una aceptación general derivada de la actividad de caminar del hombre: 1.8 kJ/km/kg (Replogle, 1992) Las dos principales fuerzas que se tienen que contrarrestar al empujar un carro con carga son la resistencia a la rodada y la pendiente. Así, la energía requerida se estima por la siguiente ecuación: Power = C RMg ν + Mg νsinθ

…(2.1)

donde: CR

coeficiente de resistencia a la rodada

M

peso del carro más la carga

g

aceleración debida a la gravedad

ν

velocidad

θ

pendiente

La Tabla F2.6 ofrece una escala de factores del uso de la energía obtenidos usando esta fórmula. El peso del animal y de la carga se han seleccionado para reflejar los casos típicos en ciertas partes del mundo. Por ejemplo, el peso de un carro cargado, tirado por dos bueyes, muy frecuente en las zonas húmedas del oeste de Africa (Starkey, 1993) se estima que será de 1000kg (Dennis, 1995). El peso de un buey se estima en 400 kg. Comparado con un burro tirando de un carro cargado de 100 kg, muy utilizado en las zonas secas del oeste de Africa, el peso oscilaría en los 150 kg (Starkey, 1993). Un animal con alforjas, muy utilizado en la áreas montañosas, podría llevar cargas que oscilen entre los 30-70 kg. Los valores de la Tabla F2.6 están basados en una resistencia de los carros a la rodada de 0,04 (Dennis, 1995), con un promedio de velocidad de 6,4 km/h y una pendiente de cero. Tabla F2.6 Factores típicos del uso de la energía del transporte animal (kJ/km) Peso del animal (kg)

Peso del carro, incluyendo la carga (kg)

(incluyendo total la carga)

Sin carro

100

500

1000

200

360

399

556

752

400

720

759

916

1110

600

1080

1119

1276

1470

800

1440

1479

1636

1830

2.2.2 Ciclismo Existen 800 millones de bicicletas en todo el mundo (United Nations, 1993) de las cuales, aproximadamente, 400 millones en Asia y de ellos 300 millones en China (Replogle, 1992). Los cálculos de la energía usada en el ciclismo dependen de muchos factores. Naturalmente el uso especifico de la energía depende del peso del ciclista y de la bicicleta, de la fricción debida a la bicicleta y de la velocidad. La Tabla F2.7 muestra una escala de factores del uso de la energía en el ciclismo estipulada por Lewis (1995).

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F2-11

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

Tabla F2.7 Factores del uso de la energía en el ciclismo (kJ/km) Peso (kg)

Velocidad (km/h) 19,2

24

27,2

30,4

50

64,12

70,73

78,63

91,50

59

73,97

82,11

91,45

106,84

68

83,82

93,49

104,28

122,05

77

93,45

104,87

117,09

137,25

86

103,30

116,25

129,92

152,60

91

108,33

122,03

136,41

160,20

2.2.3 Tránsito a pie Replogle (1992) estima el uso de energía de caminar como: 1.8 kJ/km/kg Esto es el equivalente a 144 kJ/km para una persona de 80-kg (ver capítulo E3).

2.3

Energía usada durante la construcción y la conservación de la carretera Esta energía es un aspecto significativo del panorama del balance completo de la energía en la inversión de una carretera. Por esto, cuando se contemplan las implicaciones de la energía en las opciones alternativas de políticas o proyecto, es importante que se tenga en cuenta este tipo de uso de energía. Los datos del uso de la energía durante la construcción y el mantenimiento son escasos y aún no han sido obtenidos. El uso de la energía, en la realización de las diferentes actividades de la carretera se puede considerar, ampliamente, de la siguiente forma: n

Producción de materiales - (por ejemplo, bitumen, hormigón, cal, agregado de piedra

etc.) n

Entrega de materiales en los sitios de trabajo

n

Operación del equipo

No se recomienda la especificación de un tratamiento específico, con el propósito del análisis del balance de energía. En cambio, se utiliza un marco usando datos a nivel añadido, para la energía usada en la realización de cada uno de los tipos de la modelización de los trabajos de la carretera. Por ejemplo, se puede especificar un valor promedio representativo del uso de la energía por metro cúbico de refuerzo. Este valor se multiplica por la cantidad total del refuerzo, realizado en el tramo de la carretera, para obtener el total de la energía usada. Es necesario también distinguir entre los trabajos manuales intensivos y los, principalmente, mecánicos.

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F2-12

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

3

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

Marco del balance de energía Basado en lo descrito en la sección 2, las siguientes secciones especifican los cálculos requeridos para comparar las implicaciones del consumo de energía de las opciones alternativas de políticas de transporte: n

Consumo total de la energía

n

Consumo total de la energía renovable y no renovable

(Es esencialmente, una diferenciación entre la energía usada por el transporte no motorizado, TNM, y todos los demás usos de energía a excepción de los biocarburantes). n

Consumo total de la energía nacional y global usada

n

Consumo de energía específica

Esto se puede informar por tipo de vehículo o añadir por clase de vehículo. Los siguientes indicadores miden, generalmente, el consumo de energía específica.

3.1

n

Promedio del uso de la energía por kilómetro, por tipo

n

Energía usada, por kilómetro/pasajero en las formas de transporte de pasajeros

n

Energía usada, por kilómetro/tonelada en las formas de transporte de carga

Perfil La metodología propuesta para evaluar las implicaciones de la energía sobre las políticas de transporte, se divide en cuatro principales elementos: 1

Creación de las características del uso de la energía – para cada tipo de vehículo

motorizado y no motorizado 2

Incorporación de efectos del ciclo de vida

3

Cálculo del uso total de la energía

4

Creación de los resultados

El promedio de los factores del uso de energía se combina con el estimado total anual de vehículos-kilómetro circulados, de cada forma de transporte, para obtener el uso total anual de energía dentro de la política o medida que se esté analizando. Estos totales se usan para obtener una escala de indicadores para los análisis comparativos.

3.2

Factores del uso de la energía de los vehículos motorizados

3.2.1 Combustible El combustible del vehículo utiliza factores que se dividen en circulación en caliente y en frío. El uso de combustible por vehículo-kilómetro bajo condiciones calientes se incluye en el modelo RUE (Efectos sobre los usuarios de la carretera) como un informe de salida. El combustible usado en el arranque en frío, está relacionado con el uso básico del combustible en condiciones calientes, con la temperatura ambiente y con el promedio de distancia del viaje. El nivel de combustible usado del arranque en frío está relacionado con el combustible usado en condiciones calientes por el factor CRAT, que es una función de la temperatura ambiente, y se expresa de la siguiente manera:

Marco analítico y descripciones de modelos Version 1.0

F2-13

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

FCOLD k = CRATk * FHOT k

…(3.1)

donde: FCOLDk

consumo de combustible en arranque en frío del tipo de vehículo k (litros por km)

CRAT k

relación del arranque en frío en una temperatura ambiente específica

FHOT k

uso de combustible en condición caliente del tipo de vehículo k (litros por km)

El uso del combustible en caliente se obtiene de la siguiente ecuación: FHOT k = FC kav * 10 -3

…(3.2)

donde: FCkav

Promedio anual del consumo de combustible del tipo de vehículo k (litros por 1000 veh-km)

Las relaciones del arranque en frío (CRAT) son para los pasajeros de automóviles de gasolina y gasoil, pero se pueden también aplicar a vehículos de dos ruedas y a furgonetas. Se pueden estimar a partir de las relaciones CORINAIR siguientes (Eggleston, 1993): n

Automóviles con motor de gasolina CRAT = 1.47 - 0.009 * TEMP

n

…(3.3)

Automóviles con motor de gasoil CRAT = 1.34 - 0.008 * TEMP

…(3.4)

donde: TEMP

promedio de la temperatura del día (grados Celsius)

Los autobuses y los camiones se considera que circulan, permanentemente, en condiciones calientes, ya que sus trayectos se realizan entre distancias largas. El uso de combustible bajo condiciones frías, solamente, ocurre al comienzo del viaje. La proporción de la circulación en frío de cualquier viaje se calcula: CRUN k = MAX {0, [0.698 - 0.051 * L k - (0.01051 - 0.000770 * L k ) * TEMP ] }

…(3.5) donde: CRUNk

proporción del viaje bajo condiciones frías

Lk

promedio de distancia del viaje del tipo de vehículo k (km) (predefinido = 15)

Marco analítico y descripciones de modelos Version 1.0

F2-14

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

Teniendo en cuenta la proporción del viaje circulado en frío, el uso promedio del combustible del vehículo por kilómetro para todo el trayecto, se calcula de la siguiente forma: FAVE k = CRUN k * FCOLD k + (1- CRUN k ) * FHOT k

…(3.6)

donde: FAVEk

promedio del uso del combustible del tipo de vehículo k (litros por kilómetro)

El promedio del uso de combustible del vehículo, FAVE, se convierte en factor de uso de la energía, por kilómetro, aplicando el contenido de energía del combustible, ofrecido en la Tabla F2.2. Por lo que, …(3.7)

ENFUEL k = FAVE k * FEC fk

donde: ENFUELk

promedio anual del consumo de energía combustible del tipo de vehículo k (MJ/km)

FECfk

contenido de energía del combustible tipo f usado en el tipo de vehículo k (MJ/litro). Los predefinidos se ofrecen en la Tabla F2.2

3.2.2 Lubricantes El promedio anual del consumo de lubricantes, en litros por 1000 vehículo-kilómetros, obtenido del modelo RUE (Efectos sobre los usuarios de la carretera) se convierte en factor de uso de la energía utilizando el factor de conversión de la energía ofrecido en la sección 2.1.1como sigue: ENOIL

k

= OIL

kav

* OEC * 10 -3

…(3.8)

donde: ENOILk

promedio anual del consumo de energía de lubricante del tipo de vehículo k (MJ/km)

OILkav

promedio anual del consumo de lubricantes del tipo de vehículo k (litros por 1000 veh-km)

OEC

contenido de energía del lubricante (MJ/litro), predefinido = 47,7

3.2.3 Neumáticos El número promedio anual de los neumáticos nuevos equivalentes consumidos por 1000 vehículo-kilómetros, obtenido del modelo de RUE (Efectos sobre los usuarios de la carretera) se convierte en factor de uso de la energía usando el factor de conversión de energía de la sección 2.1.1 como sigue: ENTYRE

k

= TC kav * TEC * TWGT k * 10

-3

…(3.9)

donde: ENTYREk

promedio anual del consumo de energía de neumáticos del tipo de vehículo k (MJ/km)

TCkav

número promedio anual de neumáticos nuevos equivalentes consumidos por 1000 veh-km

Marco analítico y descripciones de modelos Version 1.0

F2-15

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

TEC

contenido de energía del neumático (MJ), predefinido = 32 MJ/Kg

TWGT k

peso del neumático del tipo de vehículo k (kg por neumático) (ver Tabla F2.3)

3.2.4 Reparación y repuestos del vehículo El promedio del consumo anual de repuestos por 1000 vehículo-kilómetros, expresado como una proporción del precio nuevo del vehículo, a partir del modelo de RUE (Efectos sobre los usuarios de la carretera), se convierte en un factor del uso de la energía usando el factor de conversión de la energía ofrecido en la sección 2.2.1como sigue: ENPART k = PC kav * ENVPk * 10 -3

…(3.10)

donde: ENPART k

promedio anual del consumo de energía del repuesto del tipo de vehículo k (MJ/km)

PCkav

promedio anual del consumo de repuestos por 1000 veh-km como una proporción del precio del vehículo nuevo

ENVP k

uso de la energía en la producción del vehículo (MJ por km)

y: ENVPk =

ENVPROD k LIFEKM k

…(3.11)

donde: ENVPRODk

energía total usada en la producción del tipo de vehículo k (MJ) (ver Tabla F2.4)

LIFEKMk

vida útil pronosticada del vehículo (km)

3.2.5 Factores del uso de la energía del ciclo de vida global Para incorporar ciertos aspectos del ciclo de vida dentro de los factores del uso de la energía, como se explicó en las secciones 3.1 y 3.3, se deben utilizar las siguientes relaciones: EGLICY k = ENFUEL k + ENOIL k + ENTYRE k + ENPART k + ENVPk + (ENFUEL k * FPf )

…(3.12) donde: EGLICYk

promedio anual del factor del uso de energía del ciclo de vida del tipo de vehículo k (MJ/km)

FP f

factor de producción de combustible del tipo f (MJ por MJ de combustible usado), predefinidos en la Tabla F2.5

El promedio anual de uso de energía global por pasajero-kilómetro, se calcula: EGPAXKM k =

EGLICYk PAX k

Marco analítico y descripciones de modelos Version 1.0

…(3.13)

F2-16

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

donde: EGPAXKMk

promedio anual del uso de la energía global por pasajero/km del tipo de vehículo k (MJ/pasajero-km)

PAX k

número promedio de pasajeros por tipo de vehículo k

El promedio anual de la energía global por tonelada/km, se calcula: EGGDSKM k

=

EGLICY k PAYLD k

…(3.14)

donde: EGGDSKMk

promedio anual del uso de la energía global por tonedada/km del tipo de vehículo k (MJ/tonelada-km)

PAYLDk

promedio de carga útil del tipo de vehículo k (toneladas)

El promedio de carga útil de cada tipo de vehículo k se calcula de la diferencia entre el promedio del peso de circulación y la tara, de la siguiente forma: PAYLD

= MAX [0, (WGT_OPER - WGT_TARE )]

…(3.15)

3.2.6 Factores de uso de energía del ciclo de vida nacional Para incorporar ciertos aspectos del ciclo de vida dentro de os factores de uso de la energía, como se explicó en las secciones 2.1 y 2.3, se deben usar las siguientes relaciones: ENFUEL k + ENOIL k + ENTYRE k + (PNPk * ENPART k EGLICY k =  + (PNV k * ENVPk ) + (PNF f * ENFUEL k * FPf )

)  

…(3.16)

donde: ENLICYk

promedio anual del uso de energía del ciclo de vida nacional, del tipo de vehículo k (MJ/km)

PNP k

proporción de recambios del tipo de vehículo k producidos dentro del país (como una fracción)

PNVk

proporción del tipo de vehículo k producido dentro del país (como una fracción)

PNFf

proporción del tipo de combustible f producido dentro del país (como una fracción)

El promedio anual del uso de energía nacional por pasajero-km se calcula: ENPAXKM k

=

ENLICY k PAX k

Marco analítico y descripciones de modelos Version 1.0

…(3.17)

F2-17

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

donde: ENPAXKMk

promedio anual del uso de energía nacional por pasajero-km, del tipo de vehículo k (MJ/pasajeros-km)

PAX k

promedio del número de pasajeros del tipo de vehículo k

El promedio anual de energía nacional por tonelada-km, se calcula: ENGDSKM k

=

ENLICY k PAYLD k

…(3.18)

donde:

3.3

ENGDSKMk

promedio anual del uso de energía nacional por tonelada-km del tipo de vehículo k (MJ/tonelada-km)

PAYLDk

promedio de carga útil del tipo de vehículo k (toneladas)

Factores del uso de la energía del transporte no motorizado La energía utiliza los factores EGLICYk, ENLICYk para cada modo k del transporte no motorizado (TNM), y se obtienen de: El cálculo de la energía usada por el TNM se muestra en el capítulo E3. ENUSD k * 10 6

EGLICY k

=

ENLICY k

= EGLICY k

…(3.19) …(3.20)

donde:

3.4

EGLICYk

factor del promedio anual del uso de energía del ciclo de vida global del tipo de TNM k (MJ/km)

ENUSDk

promedio de consumo de energía del tipo de TNM k (Julios/km)

ENLICYk

factor del promedio anual del uso de energía del ciclo de vida nacional del tipo de TNM k (MJ/km)

Uso total de la energía

3.4.1 Uso total de la energía global En cada tipo de vehículo k, se calcula multiplicando el factor promedio del uso de energía EGLICYk por el total de km transitados por el vehículo: EGLOB k

= EGLICY k * VKM k

…(3.21)

donde: EGLOBk

uso anual de la energía global del tipo de vehículo k (MJ)

VKMk

kilómetros anuales circulados por el tipo de vehículo k (km)

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F2-18

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

El total anual del uso de la energía global es, por lo tanto, la suma del uso de la energía de cada tipo de vehículo k (de TM y TNM, para k = 1, 2, …, K) más la energía utilizada para realizar los trabajos en la carretera en un tramo(s) en particular en un año analizado: K

EGTOT =

∑ EGLOB

k

+ ENROAD

…(3.22)

k=1

donde: EGTOT

total anual del uso de la energía (MJ)

ENROAD

energía usada para realizar los trabajos en la carretera en el año analizado (MJ)

La energía utilizada en la construcción y conservación de la carretera, en el año analizado, se calcula por la siguiente ecuación: W

ENROAD =

∑ QTY

w

* WEFw

…(3.23)

w=1

donde: QTYw

cantidad del tipo de trabajo w

WEFw

energía usada por la cantidad unitaria del tipo de trabajo w (MJ/ud) (Los datos predefinidos no están aún disponibles)

El total de la energía global usada, en el período del análisis para cada opción de inversión, se obtiene de: Y

GLOENGY =

∑ EGTOT

y

…(3.24)

y=1

donde: GLOENGY

total del uso de la energía global en el período analizado (MJ)

EGTOT y

total del uso de la energía global en el año analizado y (y = 1, 2, . . Y) (MJ)

3.4.2 Uso total de la energía nacional El uso de la energía dentro de un país se asocia al uso del vehículo (TM y TNM) junto al uso de la energía de la producción de cualquier combustible, lubricante y repuesto dentro del país. El uso anual de la energía nacional para cada tipo de vehículo k se calcula multiplicando el factor promedio del uso de la energía ENLICYk por el total de los kilómetros transitados por el vehículo: ENATk

= EGLICY k * VKM k

…(3.25)

donde:

Marco analítico y descripciones de modelos Version 1.0

F2-19

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

ENAT k

uso anual de la energía nacional del tipo de vehículo k (MJ)

VKMk

kilómetros circulados anualmente por el tipo de vehículo k (km)

El total anual del uso de la energía nacional es, por lo tanto, la suma del uso de la energía de cada tipo de vehículo k (TM y TNM, para k = 1, 2, …, K) más la energía usada para realizar los trabajos de la carretera en el tramo(s) seleccionados, en el año analizado. K

ENTOT =

∑ ENAT

k

+ ENROAD

…(3.26)

k=1

donde: ENTOT

total anual del uso de la energía nacional (MJ)

ENROAD

energía usada para realizar los trabajos en la carretera en el año analizado (MJ)

El total de la energía nacional usada en el período del análisis, para cada opción de inversión, se obtiene de la expresión: Y

NATENGY

=

∑ ENTOT

y

…(3.27)

y =1

donde: NATENGY

total del uso de la energía nacional en el período del análisis(MJ)

ENTOT y

total del uso de la energía nacional en los años del análisis y (y = 1, 2, . . Y) (MJ)

3.4.3 Consumo total de la energía renovable y no renovable Asumiendo que estas energías se pueden dividir entre los usos de la energía del transporte no motorizado y del motorizado, respectivamente, el total del consumo de la energía renovable y no renovable es, sencillamente, el uso de la energía total de los vehículo TNM y TM, respectivamente.. De este modo, la energía renovable anual se calcula: ERNWi =

∑ EYi

k

…(3.28)

k∈ NMT

donde: EYik

uso anual de la energía del tipo de vehículo k del TNM (MJ) (es decir, EGLOBk o ENAT k)

i

global (g) o nacional (n)

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F2-20

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

El total de la energía renovable (RNWTEi) usado en el período de análisis de cada opción de inversión, se obtiene sumando la ERNWi de cada año. La energía anual no renovable se calcula: ENONRWi

=

∑ EYi

k

…(3.29)

k∈ MT

donde: EYik

Uso anual de la energía del tipo de vehículo k del TM (MJ)

i

global (g) o nacional (n)

La energía total no renovable (NORNTEi) usada en el período del análisis de cada opción de inversión se obtiene sumando la ENONRWi de cada año.

3.5

Comparación de las opciones de inversión El verdadero beneficio de la evaluación, detallada anteriormente, reside en la comparación de los resultados antes de que una medida o política de transporte se haya implementado (opción del caso básico n) con los resultados después de su implantación (opción m) y la observación de los impactos obtenidos. El indicador básico de la realización de la medida es, sencillamente, la diferencia entre las dos opciones, y se obtiene de: ∆ENERGYM (m-n) = ENERGYM n - ENERGYM m

…(3.30)

Los indicadores se calculan y se implementan en los informes de cada comparación de opciones de inversión m y n. Los indicadores producen cambios en: n

Factores promedio anuales del uso de la energía en los ciclos de vida global y nacional

∆EGLICYk(m-n) y ∆ENLICYk(m-n), respectivamente, del tipo de vehículo k (MJ/km). n

Uso anual de las energías global y nacional

∆EGLOBk(m-n) y ∆ENAT k(m-n), respectivamente, del tipo de vehículo k (MJ). n

Promedio anual del uso de las energías global y nacional por pasajero-km

∆EGPAXKMk(m-n) y ∆ENPAXKMk(m-n), respectivamente, del tipo de vehículo k (MJ/pasajero-km). n

Promedio anual del uso de las energías global y nacional por tonelada-km

∆EGGDSKMk(m-n) y ∆ENGDSKMk(m-n), respectivamente, del tipo de vehículo k (MJ/tonelada-km). n

Uso total anual de las energías global y nacional

∆EGTOT (m-n) y ∆ENTOT (m-n), respectivamente (MJ). n

Uso total de las energías global y nacional en el período del análisis

∆GLOENGY(m-n) y ∆NATENGY(m-n), respectivamente (MJ). n

Uso total anual de las energías global y nacional renovables

∆ERNWg(m-n) y ∆ERNWn(m-n), respectivamente (MJ).

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F2-21

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES n

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

Uso total anual de las energías global y nacional no renovables

∆ENONRNWg(m-n) y ∆ENONRNWn(m-n), respectivamente (MJ). n

Uso total de las energías global y nacional renovables en el periodo del análisis

∆RNWTEg(m-n) y ∆RNWTEn(m-n), respectivamente (MJ). n

Uso total de las energías global y nacional no renovables en el periodo del análisis

∆NORNTEg(m-n) y ∆NORNTEn(m-n), respectivamente (MJ).

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F2-22

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

4

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

Referencias Dennis R., (1995) IT Transport, Personal Communication Department of Trade y Industry, (1996) Digest of United Kingdom Energy Statistics, 1996 HMSO, London, UK Eggleston H.S., Gaudioso D., Gorissen N., Jourmard R., Rijkeboer R.C., Samaras Z., y Zierock K-H., (1993) CORINAIR working group on emissions factors for calculating 1990 emissions from road traffic - Volume 1: Methodology y emissions factors, B4-3045 (91) 10PH Commission of the European Communities, Brussels, Belgium ETSU, (1995) Life-Cycle Analysis of Motor Fuel Emissions - Final report to COST 319 Sub-group A4.C. ETSU Ref: RYCA/18691001/Issue 1 ETSU, (1996) Alternative Road Transport Fuels - A Preliminary Life-Cycle Study for the UK HMSO, London, March 1996 Hughes P.S., (1992) A Strategy for Reducing Emissions of Greenhouse Gases from Personal Travel in Britain PhD Thesis Open University, 1992 Lewis C.A., (1995) Energy Use in Bicycle y Animal-Drawn Transport in Developing Countries ETSU Working Paper 18400304, 1995 Maibach M., Seiler B., y Seiler P.D., (1995) Okoinventar Transporte Verlag Infras, Zurich Replogle M., (1992) Non-Motorised Vehicles in Asian Cities World Bank Technical Paper 162 Washington D.C., 1992 Starkey P., (1993) Animal-Powered Transport in Africa Appropriate Technology, Vol.20 No.1, June 1993 pp 9-10 United Nations, (1993) Energy Efficiency in Transportation Alternatives for the Future, 1993

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F2-23

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F2 ANÁLISIS DE BALANCE DE ENERGÍA

Watanatada T., Harral C.G., Paterson W.D.O., Dhareshwar A.M., Bhandari A., y Tsunokawa K., (1987) The Highway Design y Maintenance Standards Model - Volume 1 Description World Bank, John Hopkins University Press

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F2-24

PARTE F EFECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES Part F

Social y

F3 Emisiones de los vehículos 1

Introducción Este capítulo describe la implantación del análisis de las Emisiones de los vehículos en HDM-4 (ver Figura F3.1). El objetivo de la modelización de las emisiones de los vehículos, es la evaluación de los efectos en términos de cantidades de contaminante, de los cambios en las características de la carretera, en la congestión del tráfico y en la tecnología del vehículo.

Efectos sociales y Social and medioambientales Environmental Effects

Visión general Overview Capítulo F1 Chapter F1

Análisis deBalance balance Energy de energía Analysis Capítulo F2 Chapter F2

Emisiones de los Vehicle Emissions vehículos Capítulo F3 Chapter F3

Figura F3.1 Módulo de los efectos sociales y medioambientales El modelo de emisiones se basa en el propuesto por Hammerstrom (1995). Originalmente, se usaban diferentes unidades. Las relaciones y los coeficientes del modelo se han ajustado para que todas las emisiones proyectadas estén en términos de gramos por vehículo-kilómetro Bennett (1996). El modelo pronostica los diferentes componentes de las emisiones de los vehículos como una función del consumo del combustible y de la velocidad. El consumo de combustible es una función de la velocidad del vehículo que, en ocasiones, depende de las características de la carretera y en otras de las del vehículo propiamente. Así, es posible analizar el cambio en los efectos de las emisiones como un resultado de la implantación de diferentes opciones de conservación y mejora de la carretera o como resultado de los cambios significativos del parque de vehículos que usa la red de carreteras, por ejemplo debido a la mejora en la tecnología de los vehículos. En esta edición, los efectos de las emisiones no se han calculado en términos de sus costos para su inclusión en los análisis económicos de las inversiones de carretera, solamente, se han evaluado las diferencias netas en las cantidades de contaminantes, de cada par de opciones de inversión.

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F3-1

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

2

Modelo de emisiones

2.1

Tipos de contaminantes

F3 EMISIONES DE LOS VEHÍCULOS

Se consideran los siguientes siete diferentes componentes de las emisiones:

2.2

1

Hidrocarbono (HC)

2

Monóxido de carbono (CO)

3

Oxido de nitrógeno (NOX)

4

Dióxido de sulfuro (SO2)

5

Dióxido de carbono (CO2)

6

Partículas (Par)

7

Plomo (Pb)

Relaciones Las cantidades de los diferentes componentes de las emisiones se pronostican usando las relaciones junto a los valores de los parámetros predefinidos (ver Tabla F3.1, Tabla F3.2 y Tabla F3.3) de los 16 tipos estándar de vehículos motorizados, de la siguiente manera: 1

Hidrocarbono E_HC =

3.6 * Kehc0 * (a0 + a1 * Kehc1 * IFC) * (1 + 0.5 * a2 * LIFE ) * 10 3

...(2.1)

SPEED

donde: E_HC

emisiones de hidrocarbono (g/veh-km)

IFC

consumo instantáneo de combustible (ml/s)

LIFE

vida útil del vehículo (años)

SPEED

velocidad del vehículo (km/h)

a0 a a2

parámetros del modelo

Kehc0

factor de calibración (predefinido = 1,0)

Kehc1

factor de calibración (predefinido = 1,0)

Los valores predefinidos de los parámetros del modelo se muestran en la Tabla F3.1.

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F3-2

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F3 EMISIONES DE LOS VEHÍCULOS

Tabla F3.1 Parámetros del modelo de las emisiones de HC y CO HC Veh No

a0

a1

a2

(x 10 )

-2

(x 10 )

-2

0,000

21,0000

a0 -2

a1

a2

-2

(x 10 )

7

0,000

66,500

6

(x 10 )

(x 10 )

-2

-2

(x 10 )

1

Motocicleta

2

Coche pequeño

-0,866

2,4400

7

-3,020

18,500

6

3

Coche mediano

-0,866

2,4400

7

-3,020

18,500

6

4

Coche grande

-0,866

2,4400

7

-3,020

18,500

6

5

Furgoneta ligera

-3,510

5,6000

7

-21,400

36,400

6

6

Furgoneta de reparto

-3,510

5,6000

7

-21,400

36,400

6

7

Tracción a las cuatro ruedas

-3,510

5,6000

0

-21,400

36,400

0

8

Camión ligero

-3,510

5,6000

0

-21,400

36,400

0

9

Camión mediano

2,400

-0,0439

0

2,020

0,949

0

10

Camión pesado

2,400

-0,0439

0

2,020

0,949

0

11

Camión articulado

2,810

0,0446

0

-0,715

0,107

0

12

Mini-bus

-0,866

2,4400

7

-3,020

18,500

6

13

Autobús ligero

-3,510

5,6000

0

-21,400

36,400

0

14

Autobús mediano

2,400

-0,0439

0

2,020

0,949

0

15

Autobús pesado

2,400

-0,0439

0

2,020

0,949

0

16

Autocar

2,400

-0,0439

0

2,020

0,949

0

Fuente:

2

Tipo de vehículo

CO

Hammerstrom (1995)

Monóxido de carbono E_CO =

3.6 * Kec0 * (a0 + a1 * Kec1 * IFC) * (1 + 0.5 * a2 * LIFE ) * 10 3

...(2.2)

SPEED

donde: E_CO

emisiones de monóxido de carbono (g/veh-km)

a0 a a2

parámetros del modelo

Kec0

factor de calibración (predefinido = 1,0)

Kec1

factor de calibración (predefinido = 1,0)

Todas las demás variables han sido definidas previamente. Los valores predefinidos de los parámetros del modelo se ofrecen en la Tabla F3.1.

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F3-3

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

3

F3 EMISIONES DE LOS VEHÍCULOS

Oxido de nitrógeno E_NOX =

3.6 * Kenox0 * (a0 + a1 * Kenox1 * IFC ) * (1 + 0.5 * a2 * LIFE ) * 10 3 SPEED

...(2.3) donde: E_NOX

emisiones de óxido de nitrógeno (g/veh-km)

a0 a a2

parámetros del modelo

Kenox0

factor de calibración (predefinido = 1,0)

Kenox1

factor de calibración (predefinido = 1,0)

Todas las demás variables han sido definidas previamente. Los valores predefinidos de los parámetros del modelo se ofrecen en la Tabla F3.2. Las emisiones del modelo original aumentan con la edad del vehículo. En HDM-4 se asume que las emisiones, en la 0,5*VIDA (es decir, la mitad de la vida del vehículo) es la indicada para representar las emisiones (Bennett, 1996). El parámetro a2 del modelo (para HC, CO y NOX) representa la degeneración, a través del tiempo, de un vehículo equipado con un convertidor catalítico.

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F3-4

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F3 EMISIONES DE LOS VEHÍCULOS

Tabla F3.2 Parámetros del modelo de las emisiones de NOX y SO2 NOX Veh No

Tipo de vehículo

a0

a1 -2

(x 10 )

a2 -2

a0 -2

a1 -3

(x 10 )

(x 10 )

(x 10 )

0,00

0,25

2

0,012

15,0

1

Motocicleta

2

Coche pequeño

-3,92

4,92

2

0,012

15,0

3

Coche mediano

-3,92

4,92

2

0,012

15,0

4

Coche grande

-3,92

4,92

2

0,012

15,0

5

Furgoneta ligera

-2,93

6,01

2

0,012

15,0

6

Furgoneta de reparto

-2,93

6,01

2

0,012

15,0

7

Tracción a las cuatro ruedas

-2,93

6,01

0

0,031

16,6

8

Camión ligero

-2,93

6,01

0

0,031

16,6

9

Camión mediano

1,39

2,90

0

0,031

16,6

10

Camión pesado

1,39

2,90

0

0,031

16,6

11

Camión articulado

13,70

2,94

0

0,031

16,6

12

Mini-bus

-3,92

4,92

2

0,012

15,0

13

Autobús ligero

-2,93

6,01

0

0,031

16,6

14

Autobús mediano

1,39

2,90

0

0,031

16,6

15

Autobús pesado

1,39

2,90

0

0,031

16,6

16

Autocar

1,39

2,90

0

0,031

16,6

Fuente:

4

SO2

Hammerstrom (1995)

Dióxido de sulfuro E_SO2 =

3.6 * Keso0 * a0 * a1 * IFC * 10 3

...(2.4)

SPEED

donde: E_SO2

emisiones de dióxido de sulfuro (g/veh-km)

a0, a1

parámetros del modelo

Keso0

factor de calibración (predefinido = 1,0)

Todas las demás variables han sido definidas previamente. Los valores predefinidos de los parámetros del modelo se ofrecen en la Tabla F3.2. El parámetro a0 del modelo en la ecuación E_SO2 es el porcentaje de sulfuro contenido en los combustibles. Para la gasolina está predefinido en 0,012 %.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

F3-5

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

5

F3 EMISIONES DE LOS VEHÍCULOS

Dióxido de carbono 3.6 * Keco0 * a0 * IFC * 10 3

E_CO2 =

...(2.5)

SPEED

donde: E_CO2

emisiones de dióxido de carbono (g/veh-km)

a0

parámetros del modelo

Keco0

factor de calibración (predefinido = 1,0)

Todas las demás variables han sido definidas previamente. El valor predefinido del parámetro del modelo se ofrece en la Tabla F3.3. Tabla F3.3 Parámetros del modelo de las emisiones de Dióxido de carbono, Partículas y Plomo CO2 Veh No

Tipo de vehículo

a0

Partículas a0

a1 -4

(x 10 )

a0

a1

-4

(x 10 )

1

Motocicleta

2,36

0,000

0,000

0,15

7,5

2

Coche pequeño

2,36

0,455

0,436

0,15

7,5

3

Coche mediano

2,36

0,455

0,436

0,15

7,5

4

Coche grande

2,36

0,455

0,436

0,15

7,5

5

Furgoneta ligera

2,36

-1,440

2,550

0,15

7,5

6

Furgoneta de reparto

2,36

-1,440

2,550

0,15

7,5

7

Tracción a las cuatro ruedas

2,61

-1,440

2,550

0,00

0,0

8

Camión ligero

2,61

-1,440

2,550

0,00

0,0

9

Camión mediano

2,61

-11,900

18,400

0,00

0,0

10

Camión pesado

2,61

-11,900

18,400

0,00

0,0

11

Camión articulado

2,61

60,300

5,330

0,00

0,0

12

Mini-bus

2,36

0,455

0,436

0,15

7,5

13

Autobús ligero

2,61

-1,440

2,550

0,00

0,0

14

Autobús mediano

2,61

-11,900

18,400

0,00

0,0

15

Autobús pesado

2,61

-11,900

18,400

0,00

0,0

16

Autocar

2,61

-11,900

18,400

0,00

0,0

Fuente:

6

Pb

Hammerstrom (1995)

Partículas E_PAR =

3.6 * Kepar0 * (a0 + a1 * Kepar1 * IFC ) * 10 3

...(2.6)

SPEED

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

F3-6

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F3 EMISIONES DE LOS VEHÍCULOS

donde: E_PAR

emisiones de partículas (g/veh-km)

a0, a1

parámetros del modelo

Kepar0

factor de calibración (predefinido = 1,0)

Kepar1

factor de calibración (predefinido = 1,0)

Todas las demás variables han sido definidas previamente. Los valores predefinidos de los parámetros del modelo se ofrecen en la Tabla F3.3. 7

Emisión de plomo E_PB =

3.6 * Kepb0 * a0 * a1 * IFC * 10 3

...(2.7)

SPEED

donde: E_PB

emisiones de plomo (g/veh-km)

a0, a1

parámetros del modelo

Kepb0

factor de calibración (predefinido = 1,0)

Todas las demás variables han sido definidas previamente. Los valores predefinidos de los parámetros del modelo se ofrecen en la Tabla F3.3. El parámetro a0 de la ecuación E_PB es el porcentaje, en peso, del contenido de plomo en los combustibles y tiene un valor predefinido de 0,15 % en la gasolina.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

F3-7

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

3

F3 EMISIONES DE LOS VEHÍCULOS

Lógica de la modelización En cada opción de tramo (inversión) y en cada año del análisis, las cantidades de cada componente de las emisiones se calculan, separadamente, para cada tipo de vehículo k y para cada período p de la intensidad del tráfico. Las cantidades totales anuales de las emisiones (por componente) se obtienen sumando las de todos los tipos de vehículos.

3.1

Datos principales Los siguientes datos principales se requieren para la modelización de las emisiones de los vehículos: n

Volumen del tráfico en el tramo de la carretera

Volumen anual del tráfico en cada período de flujo (vehículos por año) n

Longitud del tramo de la carretera

n

Velocidades de los vehículos

Calculados en el módulo de RUE. n

Consumo de combustible

Consumo instantáneo de combustible, de cada tipo de vehículo, en cada período de la intensidad del tráfico, calculado en el módulo de RUE. n

Vida útil del vehículo y parámetros del modelo

Definido con otro dato del Parque de vehículos.

3.2

Cantidades de las emisiones En cada opción de tramo las cantidades de las emisiones de cada tipo de vehículo k y en cada período p de la intensidad del tráfico, se calculan usando la siguiente expresión: EYRi kp = Tpk * L j * EMi kp * 10 -9

...(3.1)

donde: EYRikp

cantidad anual del componente i de la emisión del tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico (toneladas)

T pk

volumen del tráfico anual del tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico (vehículos por año)

Lj

longitud del tramo de la carretera en la opción de inversión j (km)

EMikp

cantidad promedio del componente i de la emisión (g/1000 veh-km), del tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico

El valor de la cantidad promedio de la emisión (EMikp ) se obtiene de la siguiente expresión: EMi kp = 500 (Eikpu + Eikpd )

...(3.2)

donde:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

F3-8

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

Eikpu

F3 EMISIONES DE LOS VEHÍCULOS

Cantidad de emisión del componente i (g/veh-km) en el sentido de ida del tramo. Se calcula usando la ecuación relacionada con cada componente de la emisión ofrecida en la sección 2.2 (ver las ecuaciones 2.1 más atrás a 2.7 más atrás), usando los siguiente parámetros (ver también la parte E):

Eikpd

IFC

tomado como IFCkpu – el consumo instantáneo de combustible (ml/s) en el sentido de ida

SPEED

tomado como SUkp (km/h)

Cantidad del componente i de la emisión (g/veh-km) en el sentido de vuelta. Se calcula usando la ecuación relacionada con cada componente de la emisión, ofrecida en la sección 2.2 (ver las ecuaciones 2.1 más atrás a 2.7 más atrás), usando los siguientes parámetros: IFC

tomado como IFCkpd – el consumo instantáneo de combustible (ml/s) en el sentido de vuelta

SPEED

tomado como SDkp (km/h)

En el análisis de un sentido, los valores de EMikp se obtienen como sigue: n

Un sentido de ida EMi kp = Ei kpu * 10 3

n

...(3.3)

Un sentido de vuelta EMi kp = Ei kpd * 10 3

...(3.4)

El promedio anual de las cantidades de las emisiones de los vehículos (por componente i) por 1000 vehículo-kilómetros se obtiene de la siguiente expresión: n

∑ HRYR EAVi k =

p

* HVp * EMi kp

p=1

...(3.5)

n

∑ HRYR

p * HV p

p=1

donde: EAVik

promedio anual de la cantidad de emisión del componente i del tipo de vehículo k (g/1000 veh-km)

HRYRp

número de horas del período p de la intensidad del tráfico (p = 1, . . ., n)

HVp

horario de la intensidad del tráfico del período p expresado como una proporción de la IMD

Las cantidades de las emisiones anuales (por componente i) de cada tipo de vehículo k usando el tramo de la carretera bajo la opción de inversión j se calcula de la siguiente forma: n

EYRi jk =

∑ EYRi

kp

...(3.6)

p=1

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

F3-9

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

F3 EMISIONES DE LOS VEHÍCULOS

donde: EYRijk

cantidad anual de emisiones del componente i del tipo de vehículo k para la opción del tramo j (toneladas)

Las cantidades totales anuales de las emisiones (por componente i) de todos los vehículos que usan el tramo, se calcula de la siguiente expresión: n

EYRi j =

∑∑ EYRi k

kp

...(3.7)

p=1

donde: EYRij

cantidad anual de las emisiones del componente i (toneladas), en la opción de tramo j

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

F3-10

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

4

F3 EMISIONES DE LOS VEHÍCULOS

Comparaciones de las opciones de inversión En esta versión, las cantidades proyectadas de las emisiones no están evaluadas en términos de costos, para ser incluidas en los análisis económicos. La comparación entre cada par de opciones de inversión se basa en los cambios de las diferencias netas anuales de las cantidades de emisiones proyectadas (por componente). De este modo, la diferencia anual neta de las cantidades pronosticadas de las emisiones del componente i, entre la opción de inversión m y la opción básica n se calcula de la siguiente forma: ∆EYRi (m-n) = EYRi n - EYRi m

...(4.1)

donde: ∆EYRi(m -n)

diferencia neta anual en la cantidad de emisión del componente i

Los informes estándar de los análisis de emisiones incluyen: n

Cantidades de las emisiones de los vehículos (g/1000 veh-km)

Por componente i y por tipo de vehículo k en el período p de la intensidad del tráfico (EMikp ). Estas cantidades se ofrecen para cada opción de tramo j. n

Promedio de las cantidades anuales de las emisiones de los vehículos (g/1000 veh-

km) Por componente i y por tipo de vehículo k (EAVijk). Estas cantidades se ofrecen para cada opción de tramo j. n

Cantidades anuales de las emisiones de los vehículos (toneladas)

Por componente i y por tipo de vehículo k (EYRijk). Estas cantidades se ofrecen para cada opción de tramo j. n

Cantidades anuales totales de las emisiones de los vehículos (toneladas)

Por componente i (EYRij) y para cada opción del tramo j. n

Cantidades netas anuales de las emisiones de los vehículos

Por componente i (∆EYRi(m-n)) para cada par de opciones de inversión m y n comparadas.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

F3-11

PARTE F E FECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

5

F3 EMISIONES DE LOS VEHÍCULOS

Referencias ISOHDM Publications, (1994 - 1996) International Study of Highway Development y Management Tools University of Birmingham, UK Hammerstrom U., (1995) Proposal for a Vehicle Exhaust Model in HDM-4 ISOHDM Supplementary Technical Relationships Study Draft Report Swedish National Road Administration Road y Traffic Management Division Borlange, Sweden Bennett C.R., (1996) HDM-4 Emissions Model - Draft Specifications International Study of Highway Development y Management Tools University of Birmingham, UK NDLI, (1995) Modelling Road User Effects in HDM-4 - Final Report Asian Development Bank RETA 5549 N. D. Lea International, Vancouver

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

F3-12

Part G

Contenidos Volumen 4 – Marco analítico y descripciones de los modelos: Parte G G1

Análisis económico 1

Introducción

G1-1

2

Antecedentes

G1-2

2.1

Análisis económico

G1-2

2.2

Optimización

G1-2

2.3

Clasificación de beneficios y costes

G1-3

3

4

5

6

7

Beneficios y costes considerados en HDM-4

G1-4

3.1

Resumen de beneficios y costes

G1-4

3.2

Costes incurridos por la administración de la carretera

G1-4

3.3

Costes de los usuarios de la carretera

G1-4

3.4

Efectos medioambientales

G1-5

3.5

Otros beneficios y costes

G1-5

3.6

Costes unitarios

G1-5

Perfil de la metodología

G1-6

4.1

Unidades básicas del análisis

G1-6

4.2

Análisis del ciclo de vida

G1-6

4.3

Modelos

G1-8

4.4

Secuencia del análisis

G1-8

Análisis económico

G1-14

5.1

Comparación de opciones de inversión

G1-14

5.2

Determinación de costes y beneficios

G1-14

5.3

Criterios de decisión económica

G1-19

5.4

Comparación de los efectos medioambientales

G1-21

5.5

Tráfico inducido

G1-21

Optimización

G1-22

6.1

Ennumeración total

G1-22

6.2

Escala de aumento de beneficio/coste

G1-24

Referencias

Analytical Framework and Model Descriptions Version 1.0

G1-27

i

Parte G Organigrama Marco analítico y descripciones and Model de modelos Descriptions

Introducción Introduction Parte A Part A

Tráfico Traffic Parte B Part B

Modelo RD RD Model Parte C Part C

Modelo WE WE Model Parte D Part D

RD = Deterioro de la carretera

WE = Efectos de los trabajos en la carretera

RUE = Efectos sobre los usuarios de la carretera SEE = Efectos sociales y medioambientales

Modelo RUE RUE Model Parte E Part E

Análisis económico Economic Analysis Parte G Part G

Modelo SEE SEE Model Parte F Part F

Nomenclatura Nomenclature Parte H Part H Glosario Glossary Parte I Part I

Figura G Organigrama del Marco analítico y descripciones de modelos

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

1

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO Part G

Economic Analysis

G1 Análisis económico 1

Introducción HDM-4 provee los tres niveles de aplicación más comúnmente utilizados en la toma de decisiones dentro del sub-sector de carreteras. Las diferentes aplicaciones que se describen con más detalle en la Guía de aplicaciones, son: 1

Planificación estratégica

Evaluación de los requisitos de presupuesto a medio y largo plazo, en el desarrollo y conservación de una red de carreteras, bajo diferentes contextos económicos y presupuestarios. 2

Análisis de programa

Preparación de los programas, de uno o varios años, bajo restricciones presupuestarias, en los cuales se identifican, con una planificación táctica, los tramos de la red que podrían requerir conservación, mejoras o nueva construcción. 3

Análisis de proyecto

Evaluación de la viabilidad económica o de ingeniería de los diferentes proyectos de inversión en carretera y los efectos medioambientales asociados. Los proyectos típicos incluyen la conservación y rehabilitación de las carreteras existentes, los esquemas de ensanchado o mejora geométrica, la actualización del firme y la construcción de nuevas carreteras. En cualquiera de las tres aplicaciones, el perfil de la operación de HDM-4 se basa en el concepto del análisis del ciclo de vida en un contexto de circunstancias especificadas por el usuario. Esto conlleva el análisis del rendimiento del firme, de los efectos y costes de los trabajos, junto a los estimados de los costes del usuario y de los efectos medioambientales, y las comparaciones de las diferentes alternativas de proyecto. Este capítulo describe como se utiliza HDM-4 para determinar los beneficios y costes asociados a la inversión y como se aplican en el análisis económico y en los procedimientos de optimización con el fin de dar el mejor uso a los recursos existentes.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-1

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

2

Antecedentes

2.1

Análisis económico

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

El análisis económico del flujo de costes y beneficios se usa para comparar la viabilidad económica de las diferentes alternativas, así como, para proveer el criterio necesario para tomar la decisión económica. Estas decisiones se pueden tomar sobre qué opción implantar y cuándo es el momento más oportuno. El análisis económico se puede usar, también, para investigar los estándares técnicos y las estrategias que se deberán seguir en una decisión de inversión particular. Este análisis incluye las siguientes operaciones: 1

Identificación del problema que debe ser resuelto y formulación de las alternativas.

2

Identificación y cuantificación de los costes y beneficios del ciclo de vida en los que se incurrirá.

3

Modelización de los impactos futuros sobre la carretera y el flujo del tráfico, de las alternativas propuestas.

4

Comparación económica de las diferentes alternativas, incluyendo: (a) descuento de los flujos anuales de costes y beneficios en un año base elegido (b) comparación del flujo de costes entre cada par de alternativas (c) cálculo de los indicadores económicos como valor actual neto, tasa interna de reembolso, relación beneficio-coste y beneficios en el primer año.

Un análisis de proyecto, generalmente, incluye un pequeño número de itinerarios o tramos de la carretera y los resultados del mismo podrían proveer información adecuada en la toma de decisiones, puesto que el presupuesto, normalmente, ha sido previamente aprobado, para estas actividades.

2.2

Optimización El propósito de las aplicaciones de estrategia y programa es calcular los beneficios económicos, obtenidos a partir de las opciones de conservación o mejora y seleccionar el grupo de inversiones que se realizará en un número de tramos de la carretera, a través de la red y que resultará en una función objetiva. El análisis de programa está relacionado con la planificación a medio plazo, en la que los niveles de presupuesto se han definido con cierta anterioridad y su objetivo es seleccionar un grupo de tramos de la carretera y trabajos a realizar, dentro del presupuesto. El análisis de estrategia incluye el análisis de una red de carretera completa (o sub-red). El objetivo es determinar que tipo de trabajos se deberían aplicar, con la intención de maximizar los beneficios económicos, o determinar el presupuesto requerido para obtener a largo plazo una red de carreteras en unas condiciones específicas. De esta manera, el problema puede estar en la identificación de la combinación de alternativas de inversión que optimice la función objetiva dentro de un presupuesto o una condición de red de carreteras restringidos. El grupo de opciones de inversión, que debe ser optimizado, se define por el usuario y no representa todas las posibles opciones para una red de carreteras en particular; por lo tanto, el problema, en realidad, no es la optimización ya que, normalmente, no se consideran todas las posibles soluciones. Las opciones de inversión sobre cualquier tramo de la carretera están relacionadas unas con otras.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-2

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

Las tres funciones objetivas de la alternativa ofrecidas en las aplicaciones de estrategia y programa son: 1

Maximización de los beneficios económicos (es decir, VAN)

Esta opción, se utiliza cuando el problema radica en la selección de una combinación de opciones de inversión, que aplicada a diferentes tramos, maximice el valor actual neto (VAN) de la red completa de la carretera, y cuya suma de sus costes de financiación sea menor que el presupuesto disponible. 5

Maximización de la mejora en la condición de la red de la carretera

La reducción de la regularidad en cada tramo de la carretera multiplicada por la longitud del tramo (∆IRI*Length) se utiliza en lugar del VAN. Consecuentemente, el procedimiento aritmético es parecido al que se utiliza para la maximización de los beneficios económicos. 6

Minimización de los costes de los trabajos en la carretera, para alcanzar un objetivo fijo de la condición de la red

Esta opción se usa, principalmente, en la aplicación del análisis de estrategia. El objetivo de la condición de la carretera definido en términos del promedio de regularidad IRI, a largo plazo, sobre el período analizado, se podría especificar para cada tramo de la carretera. El procedimiento de optimización se reduce, entonces, a una selección sencilla de las opciones de trabajos de la carretera, para los cuales el promedio de IRI (en el período del análisis) es igual o algo menor al IRI fijado y que tiene el mínimo coste total de financiación.

2.3

Clasificación de beneficios y costes Los costes y los beneficios debidos a las mejoras en la carretera, se pueden clasificar dentro de estas tres amplias categorías: 1

Beneficios y costes expresados en términos monetarios

Por ejemplo, costes de la circulación de los vehículos, ahorros en tiempo de viaje, costes de accidentes, etc. 2

Beneficios cuantificados y costes expresados en términos no monetarios

Por ejemplo, seguridad en la carretera, contaminación de las emisiones de los vehículos y ruido del tráfico, etc. 3

Beneficios y costes no cuantificados

Por ejemplo, mayor bienestar social, impactos ecológicos, etc. El análisis económico considera, directamente, solo los beneficios y los costes expresados en términos monetarios. Los otros costes y beneficios deben ser tenidos en cuenta, lo que se hace en ocasiones a través de marcos de análisis de criterios varios.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-3

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

3

Beneficios y costes considerados en HDM-4

3.1

Resumen de beneficios y costes HDM-4 considera los costes y los beneficios que se pueden expresar en términos monetarios y hace alguna referencia a los que no se pueden expresar de esta manera. Los beneficios y costes considerados son:

3.2

n

Costes incurridos por la administración de la carretera (ver sección 3.2 )

n

Costes de los usuarios de la carretera (ver sección 3.3)

n

Efectos medioambientales (ver sección 3.4)

n

Otros beneficios y costes (ver sección 3.5)

Costes incurridos por la administración de la carretera Estos costes incluyen lo siguiente: n

Desarrollo de la carretera

n

Conservación del firme

n

Actividades fuera de la calzada

El coste de los trabajos se obtiene del producto de las cantidades físicas utilizadas en la actividad por su coste unitario. Se determina para cada tramo y opción de inversión y para cada año del período del análisis. Los costes resultantes se asignan a las categorías presupuestarias definibles por el usuario. Las siguientes categorías predefinidas se usan en HDM-4. n

Capital (o periódica)

n

Recurrente (o rutinario)

n

Especial

Las restricciones del presupuesto se pueden aplicar, separadamente, para categoría cuando lo requiera la optimización o el análisis económico.

3.3

Costes de los usuarios de la carretera Están modelizados los siguientes componentes de los Costes de los usuarios de la carretera: n

Costes de la circulación de los vehículos motorizados

Incluyen: ο

Consumo de combustible y lubricantes

ο

Consumo de neumáticos y repuestos

ο

Horas de trabajo

ο

Capital

ο

Conductor/chófer

ο

Generales

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-4

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO n

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

Costes del tiempo de viaje

Incluyen los del tiempo de viaje del pasajero y los de la carga. n

Transporte no motorizado (TNM)

Incluyen los del tiempo y la circulación. n

Coste de los accidentes

Se evalúan en términos monetarios y no monetarios y se dividen en diferentes tipos, por ejemplo, fatales, con lesiones o solamente con daños materiales. Los usuarios tienen la posibilidad de incluir o no estos coste en los análisis económicos.

3.4

Efectos medioambientales Se determinan los siguientes:

3.5

n

Emisiones de los vehículos

n

Uso de la energía

n

Ruido del tráfico (no incluido en esta versión)

Otros beneficios y costes El usuario puede especificar, para cada año del periodo del análisis, beneficios y costos que no están modelizados. Estos se añaden o se descuentan a los calculados internamente y, en ocasiones se identifican como externos.

3.6

Costes unitarios Se aplican a las cantidades físicas y de circulación calculadas para producir los estimados de los costes que se usan en las decisiones de inversión y en la preparación de los presupuestos. Se deberían expresar en términos económicos, cuando se realiza el análisis económico, y en términos de financiación cuando el análisis es financiero. Los costes unitarios de financiación son los precios de los recursos que marca el mercado. Los económicos son el valor real o el coste de oportunidad de estos recursos y se obtienen eliminando las distorsiones, como los impuestos, subsidios u otros costes adicionales al precio del mercado. Los costes unitarios son requisito para los siguiente: n

Desarrollo, conservación y otras actividades diversas de la carretera

Se especifican por el usuario (ver parte D). n

Costes del usuario de la carretera

Incluyen los componentes de los vehículos, los valores del tiempo de viaje, y los componentes de los accidentes (ver parte E). En la mayoría de los casos, los costes unitarios se especifican en unidades por cantidad. No obstante, algunos de ellos se especifican como una proporción de otros costes o como una suma total. Además del calcular los costes económicos, se calculan también los de financiación si el usuario introduce los datos apropiados como, por ejemplo, los costes unitarios en términos de financiación.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-5

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

4

Perfil de la metodología

4.1

Unidad básica del análisis

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

La unidad básica del análisis, en HDM-4, es el tramo homogéneo de la carretera. Se pueden asignar, en el análisis, varias opciones de inversión a un tramo de la carretera. Se pueden definir uno o varios de los vehículos que utilizan la carretera, junto al volumen del tráfico especificado, en términos de intensidad media diaria (IMD).

4.2

Análisis del ciclo de vida La operación básica de HDM-4 se realiza comúnmente para la aplicación de proyecto, programa o estrategia. En cada caso, HDM-4 pronostica el rendimiento del ciclo de vida del firme y los resultados sobre los costes de los usuarios como resultado de diferentes trabajos de conservación y/o mejora a la carretera. El concepto general del análisis del ciclo de vida se ofrece en la Figura G1.. Los costes del usuario y de la administración se determinan, primeramente, proyectando las cantidades físicas del consumo de recursos y, entonces, multiplicándolos pos sus correspondientes costes unitarios. Se deberían especificar dos o más opciones que incluyeran diferentes trabajos de conservación y/o mejora, para cada tramo de la carretera propuesto, con una de ellas definida como hacer el mínimo o caso básico (representando, usualmente, la rutina mínima de conservación). Los beneficios obtenidos por la implantación de otras opciones, se calculan, para un periodo específico del análisis, comparando los flujos de costes proyectados en cada año contra los respectivos de cada año del caso básico. La diferencia de los costes económicos totales descontados se define como valor actual neto (VAN). El promedio de la calidad de la rodada en el ciclo de vida, medido en términos de índice de regularidad internacional (IRI) se calcula, también, para cada opción.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-6

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

ENTRADA

Tipo de vehículo, crecimiento, carga, parámetros físicos, terreno, precipitación, geometría de la carretera, características del firme, costes unitarios

MODELO

Comienzo del bucle del análisis

Tipo de firme, resistencia, edad, condición y ESAL

Deterioro de la carretera

Geometría y regularidad de la carretera, velocidad y tipo del vehículo, parámetros de la congestión, costes unitarios

Estándares y estrategias de los trabajos de la carretera

Geometría y textura de la capa de la carretera, características de los vehículos

SALIDA

Efectos de los usuarios de la carretera

Combustible, lubricantes, neumáticos, mantenimiento, costes fijos, velocidad, tiempo del trayecto, costes del usuario de la carretera

Efectos de los trabajos

Sellado de fisuración, desprendimiento, baches, profundidad de la rodera (pavimentada), espesor de la grava (sin pavimentar), regularidad, , cantidad de trabajos y costes de la administración

Efectos sociales y medioambientales

Desarrollo, accidentes, medioambiente y otros costes y beneficios externos

Fisuración, desprendimiento del árido, baches, resaltos (pavimentados), espesor de la grava (sin pavimentar) y regularidad

Análisis económico

Regreso al comienzo del bucle del análisis

Niveles de emisiones y energía usada y número de accidentes

Costes y beneficios incluyendo los beneficios externos

Costes totales por componente, valor actual neto y tasas de reembolso por tramo

Figura G1.1 Procedimiento del análisis del ciclo de vida en HDM-4

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-7

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

4.3

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

Modelos Los costes y las condiciones del ciclo de vida total de los tramos o de la red de carreteras se puede simular para un periodo futuro, definido por el usuario. Se establece la interdependencia entre los costes incurridos por la administración y el usuario de la carretera y los modelos se utilizan para proyectar los flujos de costes de los diferentes apartados. Los modelos incluidos en HDM-4 contienen relaciones técnicas con los siguientes propósitos:

4.4

1

Cálculo de los volúmenes y los flujos y carga de los vehículos sobre el tramo.

2

Proyección del deterioro de la carretera y efectos y costes de los trabajos, en los que se incurre como resultado de la intensidad del tráfico, del tiempo y del medioambiente circundante.

3

Proyección de los costes del uso de la carretera incurridos, como cambios en la condición de la carretera y en la intensidad del tráfico.

4

Proyección de las tasas de los accidentes como una función de las características del tráfico y de la carretera y evaluación de los costes de los accidentes.

5

Evaluación de las emisiones de los vehículos y de la energía usada debidas a los diferentes proyectos de mejora de la carretera

6

Análisis económico, por comparación, de los impactos o los efectos los diferentes proyectos de mejora de la carretera

Secuencia del análisis Una visión general del análisis económico y de la optimización se ilustra en la Figura G1.2a y se representa, a continuación, por seudo códigos. Esto muestra lo siguiente : 1

Bucle del análisis externo

Permite hacer las comparaciones económicas de cada par de opciones de inversión, usando los efectos y costes calculados en el periodo del análisis de cada una e indica que los niveles del tráfico inducido pueden variar dependiendo de la opción de inversión considerada. 2

Costes

Indica cómo se calculan los costes anuales de la administración y los usuarios de la carretera en las opciones de tramo individuales. 3

Procedimientos de optimización

Se realizan después de determinarse los beneficios económicos de todas las opciones de tramo. El seudo código que representa el bucle del análisis externo, se ofrece a continuación:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-8

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

COMIENZO Definir los datos de entrada Bucle para cada opción Bucle para cada tramo Bucle para cada año Calcular el tráfico sobre cada tramo de la carretera Modelo anual de efectos y costes (ver

Figura G1.2b Lógica de la secuencia del análisis general - parte B b) Guardar los resultados para la fase de evaluación e informes Fin del bucle Fin del bucle Fin del bucle Bucle para cada par de opciones comparadas Bucle para cada año analizado Loop for each sección Calcular los beneficios netos no descontados Calcular los beneficios netos descontados Calcular los efectos netos en el medioambiente y la energía usada Fin del bucle Calcular el total de los beneficios netos no descontados de todos los tramos (ver Figura G1.2) Calcular el total de los beneficios netos descontados de todos los tramos (ver Figura G1.2) Calcular el total de los efectos medioambientales y la energía usada de todos los tramos (ver Figura G1.2) Fin del bucle Calcular los indicadores económicos (VAN, IRR, BCR, y FYB ver sección 5.3.1 y Figura G1.2) Fin del bucle Realizar la optimización del presupuesto (en los análisis de estrategias y programa) Salida de los resultados END

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-9

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

Definir datos de salida BUCLE Para cada opción

BUCLE Para cada tramo

BUCLE Para cada año del análisis

CALCULAR El tráfico en este año sobre el tramo

Ver Figura G1.2b MODELO Efectos y costes anuales

GUARDAR Resultado para fase de evaluación e informes

Si

¿Más años?

No Si

¿Más tramos? No ¿Más opciones?

Si

No

Ver Figura G1.2c

Análisis económico y comparaciones

Procedimientos de optimización

Salida de resultados

Figura G1.2a Lógica de la secuencia del análisis general – parte A

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-10

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

MODELO Efectos y costes anuales

CALCULAR Deterioro de la carretera (Módulo RD)]

CALCULAR Efectos de los usuarios de la carretera (Velocidades, VOC, costes de trayecto, TNM, costes de accidentes) (Módulo RUE)

CALCULAR Efectos de los trabajos en la carretera (Módulo WE)

CALCULAR Efectos sociales y medioambientales (emisiones y balance de energía) (Módulo SEE)

AÑADIR Beneficios y costes externos de este año

Regreso

Figura G1.2b Lógica de la secuencia del análisis general - parte B

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-11

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

Análisis económico y comparaciones

BUCLE Para cada comparación BUCLE Para cada año de análisis

SET NPV sr = 0 Efectos netos totales TNE sn (1,...,n)=0 BUCLE Para cada tramo CALCULAR Beneficios netos no descontados

CALCULAR Beneficios netos descontados a diferentes tasas de descuento(r)

CALCULAR Efectos netos (n)

Si

¿Más tramos? No

CALCULAR Efectos y beneficios netos totales

Si

¿Más años? No

CALCULAR Indicadores económicos

CALCULAR Efectos netos totales

¿Más comparaciones?

Si

No Regreso

Figura G1.2c Lógica de la secuencia del análisis general - parte C

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-12

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

El procedimiento para el cálculo anual de los costes de la administración y de los usuarios de la carretera en las diferentes opciones de tramos se ilustra en la Figura G1.2b Lógica de la secuencia del análisis general - parte B Y se resume en los siguientes pasos: 1

Calcular el deterioro de la carretera – en el módulo RD (ver parte C)

2

Calcular los costes de los usuarios de la carretera

VOC, costes del tiempo de viaje, costes de tiempos y circulación del TNM y costes de los accidentes - en el módulo RUE (ver parte E). 3

Calcular las cantidades y los costes de los trabajos – en el módulo WE (ver parte D)

4

Calcular los efectos medioambientales

Por ejemplo, emisiones y uso de la energía – en el módulo VER (ver parte F). 5

Beneficios y costes externos adicionales

La Figura G1.2 ilustra los bucles del análisis interno de los análisis económicos y comparaciones de cada par de alternativas de carretera.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-13

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

5

Análisis económico

5.1

Comparación de las opciones de inversión Los indicadores económicos se calculan en diferentes escalas de descuento, especificadas por el usuario, usando los flujos de beneficios y costes resultantes de las diferentes comparaciones entre pares de opciones de inversión. El término opciones de inversión se ha usado en este documento para hacer referencia a ambas opciones, la de proyecto y la de tramos (o sus alternativas). En cada par de opciones de inversión comparadas, los beneficios netos, o los costes, de la implantación de una u otra, se calculan año por año. Los diferente métodos de comparación se describen en sub-secciones, dentro de las secciones 5.2 y 5.3. En todos los casos, la opción de inversión n se compara con la opción n (es decir, la opción n es el caso básico).

5.2

Determinación de costes y beneficios

5.2.1 Costes de la administración de la carretera Las diferencias entre los costes de un par de opciones de inversión, m y n, en un año especificado, se calculan como sigue:  ∆C (m−n)i =  

∑C

mis

s

-

∑C s



nis 



...(5.1)

donde: ∆C(m-n)i

diferencia en costes de la administración de la carretera, entre la opción m y la opción básica n para la categoría de presupuesto i

Cjis

costes totales incurridos por la administración de la carretera en la opción de inversión j (donde j = n o m) para la categoría de presupuesto i, en el tramo de la carretera s (ver parte D)

La diferencia de los costes anuales de la administración se obtiene de la expresión: ∆RAC (m −n) =

∑ ∆C

(m− n)i

...(5.2)

i

donde: ∆RAC(m-n)

diferencia de los costes anuales de la administración entre la opción m y la opción básica n. (El resultado es para todos las categorías de presupuesto)

Las diferencias entre los costes ofrecen una medida del aumento de los costes de la administración, si se implanta la opción m en lugar de la opción n. La diferencia en los valores remanentes de los trabajos realizados en las opciones m y n es un componente de los beneficios económicos netos que se incluirá en el último año del período del análisis (ver Sección 5.2.4), y se obtiene de:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-14

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

∆SALVA (m-n) = [SALVA m - SALVA n ]

...(5.3)

donde: ∆SALVA(m-n)

diferencia del valor remanente de la implantación de la opción m sobre la opción básica n

SALVAj

valor remanente de los trabajos realizados en la opción j (donde j = n o m) (ver parte D)

5.2.2 Ahorros en los costes del usuario de la carretera Los beneficios económicos anuales, en términos de ahorros en los costes de los usuarios, se calculan de la siguiente forma: n

Ahorros en los costes de la circulación de vehículos motorizados

Estos beneficios, debidos al tráfico normal y al inducido, se calculan:  ∆VCN (m−n) =  

∑ VCN - ∑ VCN

VCNns =

∑ TN

ns

s

nsk



ms 

s

...(5.4)



...(5.5)

* UC nsk

k

VCN ms =

∑ TN

msk

...(5.6)

* UC msk

k

Los debidos al tráfico generado, se calculan:  ∆VCG (m−n) =  

∑∑ {0.5 * [TG s

k

msk

 + TG nsk ] * [UC nsk − UC msk ]} 

...(5.7)

La suma hace referencia a todos los tipos de vehículos (k = 1, 2, ..., K) especificados por el usuario, y en todos los tramos (s = 1, 2, ... ., S) que se están analizando. El ahorro anual en los costes de la circulación de los vehículos, se obtiene de: ∆VOC (m−n ) = [ ∆VCN (m −n) + ∆VCG (m −n)

]

...(5.8)

donde: ∆VCN(m-n)

beneficios de la circulación de los vehículos debidos al tráfico normal e inducido, de la opción de inversión m sobre la opción n

VCNjs

coste anual de la circulación de los vehículos debido al tráfico normal e inducido, en el tramo s en la opción de inversión j

TNjsk

tráfico normal e inducido, en número de vehículos por año del tipo de vehículo k, en ambos sentidos s, en la opción de inversión j

UCjsk

promedio anual del coste de la circulación por veh-viaje en el tramo s, del tipo de vehículo k en la opción de inversión j (donde j = n o m)

VCGjs

coste anual de la circulación, debido al tráfico generado en el tramo s de la opción de inversión j

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-15

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

n

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

∆VCG(m-n)

beneficios de la circulación de los vehículos, debidos al tráfico generado de la opción de inversión m sobre la opción básica n

TGjsk

tráfico generado, en número de vehículos por año en ambos sentidos de la carretera s, por tipo de vehículo k, debido a la opción de inversión j

∆VOC(m-n)

ahorros en los costes de circulación debidos al tráfico total de la opción de inversión m sobre la opción n

Ahorros en los costes del tiempo de trayecto – vehículos motorizados

Estos beneficios, debidos al tráfico normal y al inducido, se calculan:  ∆TCN (m−n) =  

∑ TCN - ∑ TCN

TCN ns =

ns

s

∑ TN

nsk



ms 



s

...(5.9)

...(5.10)

* UT nsk

k

TCN ms =

∑ TN

msk

...(5.11)

* UTmsk

k

Los debidos al tráfico generado, se calculan:  ∆TCG (m−n) =  

∑∑ {0.5 * [TG s

k

msk

 + TG nsk ] * [UTnsk − UT msk ]} 

...(5.12)

Los ahorros anuales, en costes del tiempo del trayecto, se calculan: ∆TTC (m−n) = [∆ TCN (m −n) + ∆TCG (m−n ) ]

...(5.13)

donde:

n

∆TCN(m-n)

beneficios en el tiempo del trayecto debidos al tráfico normal y al inducido de la opción de inversión m sobre la opción básica n

TCNjs

coste anual del tiempo de trayecto debido al tráfico normal y al inducido en el tramo s en la opción de inversión j

UTjsk

promedio anual del coste del tiempo de trayecto por veh-trayecto en el tramo s, del tipo de vehículo k, en la opción j (donde j = n o m)

TCGjs

coste anual del tiempo de trayecto debido al tráfico generado en el tramo s de la opción de inversión j

∆TCG(m-n)

beneficios del tiempo de trayecto debido al tráfico generado en el tramo, de la opción de inversión m sobre la opción n en el tramo y en el año analizado

∆TTC(m-n)

ahorros en los costes del tiempo de trayecto debido al tráfico total de la opción de inversión m sobre la opción básica n

Ahorros en los costes del tiempo de trayecto y circulación del TNM

Los beneficios en el tiempo de trayecto y en la circulación del transporte no motorizado (TNM) debidos al tráfico normal e inducido, se obtienen de:

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-16

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

 ∆TOCN (m−n) =  

∑ TOCN

TOCN ns =

ns

s

∑ TN

nsk

-

∑ TOCN s



ms 



...(5.14)

...(5.15)

* UTOC nsk

k

TOCN ms =

∑ TN

msk

...(5.16)

* UTOC msk

k

Los obtenidos debido al tráfico generado, se calculan como sigue:  ∆TOCG (m−n) =  

∑∑ [0.5 * (TG s

k

msk

 + TG nsk ) * (UTOC nsk − UTOC msk )] 

...(5.17) La suma incluye todos los tipos de TNM (k = 1, 2, ..., K) especificados por el usuario, y todos los tramos (s = 1, 2, ... ., S) que se están analizando Los ahorros anuales en estos costes del TNM se obtiene de la expresión: ∆NMTOC (m−n ) = [∆ TOCN (m−n) + ∆TOCG (m−n ) ]

...(5.18)

donde:

n

∆TOCN(m-n)

beneficios de los tiempos y la circulación del TNM debidos al tráfico normal y al inducido de la opción de inversión m sobre la opción básica n

TOCNjs

costes anuales de los tiempos y la circulación del TNM debidos al tráfico normal y al inducido de la opción s sobre la opción j

TNjsk

tráfico de TNM normal e inducido, en número de vehículos por año en ambos sentidos de la carretera s, de la opción de inversión j, del tipo de vehículo k

UTOCjsk

promedio anual de los costes de tiempo y circulación del TNM por vehículo-trayecto sobre el tramo s, del tipo de vehículo k, de la opción de inversión j (donde j = n o m)

TOCGjs

promedio anual de los costes de tiempo y circulación del TNM, debido al tráfico generado sobre el tramo s de la opción de inversión j

TGjsk

tráfico generado del TNM, en número de vehículos por año en ambos sentidos s, del tipo de vehículo k, debido a la opción de inversión j

∆TOCG(m-n)

beneficios en los tiempos y en la circulación del TNM debidos al tráfico generado de la opción de inversión m sobre la opción básica n

∆NMTOC(m-n)

ahorros anuales en los tiempos y en la circulación del TNM, debidos al tráfico total, de la opción de inversión m sobre la opción básica n

Reducción en los costes de los accidentes

Estos beneficios se obtienen de la siguiente expresión: ∆ACC (m-n) = [AC n - ACm ]

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(5.19)

G1-17

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

donde:

n

∆ACC(m-n)

beneficio de la reducción de accidentes debido a la implantación de la alternativa m sobre la opción básica n

ACj

Costes totales de los accidentes de la opción de inversión j (donde j = n o m)

Beneficios de los usuarios de la carretera

Estos ahorros anuales se obtienen de: ∆RUC (m −n) = [∆VOC (m-n) + ∆TTC (m-n) + ∆NMTOC (m-n) + ∆ACC (m-n) ]

...(5.20)

donde: ∆RUC(m-n)

beneficios totales de los usuarios de la carretera, de la opción de inversión m sobre la opción básica n

5.2.3 Otros costes y beneficios La diferencia entre otros costes y benéficos externos, entre cada par de opciones de inversión m y n en el año definido, se obtienen de: ∆NEXB

y(m - n)

= EXB - EXC - EXB + EXC  ym ym yn yn  

...(5.21)

donde:

∆NEXBy(m-n)

beneficios externos anuales netos de la opción de inversión s obre la opción básica n, en el año y

EXBjy

beneficios externos de la opción de inversión j, en el año y, (donde j = n o m)

EXCjy

costes externos de la opción de inversión j, en el año y

5.2.4 Beneficios económicos netos anuales Entre cada par de opciones de inversión, los beneficios económicos netos anuales resultantes de la implantación de la opción m sobre la opción n se obtiene combinando las diferencias de los costes de la administración, los costes de los usuarios y otros costes y beneficios, de la siguiente manera NB y(m-n ) = [∆RUC y(m-n) + ∆NEXB y(m-n) - ∆RAC y(m-n) ]

...(5.22)

donde: NBy(m-n)

beneficio económico neto de la opción de inversión m sobre la opción básica n en el año y, y los parámetros de la derecha definidos anteriormente, pero con el subíndice y añadido para indicar el año

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-18

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

En el último año del periodo del análisis, los beneficios económicos netos de la implantación de la opción m sobre la opción n se calculan así: NB Y (m-n) = [∆RUC Y(m-n) + ∆NEXB Y(m-n) - ∆RAC Y(m-n) + ∆SALVA (m-n) ]

...(5.23) donde: NBY(m-n)

Beneficios económicos netos de la opción m sobre la opción n en el último año del periodo del análisis Y, y todos los parámetros de la derecha definidos anteriormente, pero con un subíndice Y añadido para indicar el último año del periodo analizado

5.2.5 Nuevos tramos de la carretera (o itinerarios) En el análisis de un nuevo tramo, las siguiente variables, utilizadas en las ecuaciones ofrecidas en las secciones 5.2.1 hasta la 5.2.3, se ajustan a cero: Cnis , SALVAn, UCnsk, TNnsk, TGnsk, UT nsk, UTOCnsk, ACn, EXByn, y EXCyn.

5.3

Criterios de decisión económica

5.3.1 Indicadores determinados Los siguiente indicadores económicos se calculan a partir de los flujos de costes o beneficios, con una tasa de descuento especificada por el usuario: n

Valor neto actual - VAN (ver sección 5.3.2)

n

Tasa interna de retorno - TIR (ver sección 5.3.3)

n

Relación coste/beneficio neto - BCR (ver sección 5.3.4 )

n

Benéficos del primer año - FYB (ver sección 5.3.5)

La determinación de estos indicadores se describe en las secciones relacionadas.

5.3.2 Valor neto actual El valor neto actual (VAN) de la opción de inversión m sobre la opción básica n es la suma de los beneficios o costes netos anuales descontados, calculado por la relación: Y

NPV(m−n) =

∑ [1+ 0.01 * r] NB y(m-n)

(y-1)

...(5.24)

y=1

donde: NBy(m-n)

beneficio económico neto de la opción de inversión m sobre la opción básica n en el año y

r

tasa de descuento (%)

y

año analizado (y = 1, 2, ... ., Y)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-19

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

El valor máximo del VAN, indica los mayores beneficios de la opción de inversión s sobre la opción básica n. Si no existen restricciones al presupuesto, entonces la elección entre las dos alternativas de inversión estará condicionada al VAN. Las inversiones grandes tendrán que tener grandes VAN.

5.3.3 Tasa interna de retorno La Tasa interna de retorno (TIR) es la tasa de descuento en la que VAN es cero. Se calcula resolviendo la relación implícita de r°: Y

NB y(m−n)

∑ [1+ 0.01 * r°]

(y-1)

= 0

...(5.25)

y=1

Esta ecuación se resuelve, para r° evaluando el VAN en intervalos porcentuales de 5 en escalas de descuento entre -95 y +900 por ciento, y determinando el cero(s) de la ecuación por interpolación lineal de las tasas de descuento adyacentes con VAN de signos opuestos. Dependiendo de la naturaleza del flujo de beneficio neto,, NBy(m-n), es posible obtener soluciones únicas, múltiples o ninguna. El TI no ofrece indicaciones del tamaño de los costes o beneficios de una inversión; actúa como una guía de rentabilidad de la inversión: cuanto más alta, mejor. Si el cálculo del TIR es mayor que la tasa de descuento proyectada, entonces la inversión está económicamente justificada.

5.3.4 Relación coste/beneficio La Relación coste/beneficio (BCR) de la opción de inversión m, sobre la opción básica n, se calcula de la siguiente manera: BCR (m -n) =

NPV(m -n)

+1

Cm

...(5.26)

donde: BCR(m-n)

relación coste/beneficio de la opción m sobre la opción básica n

VAN(m-n)

beneficio neto total descontado de la opción m sobre la opción básica n. Esto es el VAN en la tasa de descuento r

Cm

costes totales descontados de la administración al implantar la opción de inversión m

Si el VAN(m-n) es cero, entonces (VAN/C)(m-n) es cero. Estas relaciones ofrecen un indicador de la rentabilidad de la opción de inversión m sobre la opción básica n en una tasa de descuento definida. Estas medida eliminan la predisposición del VAN hacia opciones de proyecto voluminosas, pero como el TIR, no ofrece indicadores del tamaño de los costes o beneficios implicados.

5.3.5 Beneficios del primer año Los Beneficios del primer año (FYB) se definen como la relación, en por ciento, del beneficio neto obtenido en el primer año después de la construcción o mejora, con el aumento en los costes del capital total : FYB (m-n) =

100 * NB y°(m-n) ∆TCC (m−n)

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

...(5.27)

G1-20

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

donde: FYB(m-n)

beneficios del primera año de la opción de inversión m sobre la opción básica n (%)

NBy°(m-n)

beneficio económico neto de la opción de inversión m sobre la opción básica n en el año y°, donde: y° es el año inmediatamente después del último año en el que se incurre en coste capital por mejora o construcción de la opción m

∆TCC(m-n)

diferencia en el total del coste capital (no descontado) de la opción de inversión m sobre la opción básica n

FYB ofrece una guía aproximada de planificación del tiempo del proyecto: si es mayor que la tasa de descuento, entonces el proyecto debe ser emprendido, si no, se debe esterar hasta que satisfaga los criterios.

5.4

Comparación de los efectos medioambientales Cuando no es posible modelizar directamente los costes, se pueden evaluar los efectos de las alternativas de inversión. Esta información se podría utilizar como una herramienta de decisión para explorar los proyectos. Por ejemplo, que alternativas de inversión son las más efectivas en la reducción del número de accidentes fatales o en el número de personas afectadas por el alto nivel del ruido del tráfico. Estos efectos pueden ser determinantes en el análisis de criterios múltiples. El procedimiento para llevar a cabo un estudio comparativo de los efectos medioambientales, entre un par de opciones de inversión, es similar al usado en el análisis económico (ver sección 5.2). Las cantidades netas de emisiones de los vehículos, el número de accidentes y los niveles de ruido del tráfico determinados, se comparan con el beneficio de la implantación de una opción u otra.

5.5

Tráfico inducido La inducción del tráfico, aumenta o reduce el tráfico de las carreteras a las que afecta. Por lo tanto, en una situación en la que los trabajos de la carretera causan inducción significativa de tráfico hacia una nueva o mejorada carretera, no tendría validez una comparación económica directa de las opciones de los tramos, ya que no es el mismo, el flujo del tráfico normal en una carretera con o sin trabajos. Las comparaciones económicas de las opciones de inversión que conllevan tráfico inducido, se pueden realizar, con resultados significativos, solamente a nivel de análisis de proyecto, si se cumplen las siguientes condiciones: n

Todos los tramos, hacia y de los cuales se induce el tráfico, se deben analizar junto al tramo(s) considerado bajo el análisis de inversión. Esto implica que se definirá un área de estudio que comprenda todos los tramos afectados, significativamente, por la inducción del tráfico como un resultado de la realización de los trabajos de la carretera.

n

En cualquier año analizado, el volumen total del tráfico accediendo al área estudiada iguala el volumen total del tráfico existente. Esto implica una matriz fija de trayecto.

El análisis de un nuevo tramo o itinerario de la carretera en una localización completamente nueva, provoca siempre, tráfico inducido. El tráfico normal en el primer año de operación de la carretera es tráfico inducido desde rutas cercanas (y de otros modos de transporte, lo que puede causar complicaciones mas adelante). El análisis económico y las comparaciones relacionado con un nuevo tramo de la carretera, podría por lo tanto, complicar las condiciones descritas anteriormente.

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-21

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

6

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

Optimización Los dos métodos de optimización del presupuesto, provistos para la planificación de trabajos en la carretera y el análisis estratégico de la red, son los siguientes 1

Enumeración total

2

Clasificación de aumento de beneficios/costes

(Otros métodos más detallados se añadirán en futuras versiones de HDM-4) Si el número de carreteras a ser analizadas es menor de 100 y no hay más de cinco periodos presupuestarios y 16 alternativas por carretera, la enumeración total (ver sección 6.1) se puede utilizar. Este método se realizará externamente en el modelo EBM-HS de HDM-III. Si se exceden las anteriormente mencionadas restricciones, se usará el método de clasificación (ver sección 6.2).

6.1

Enumeración total Este es el método utilizado por el modelo EBM-HS de HDM-III. Requiere que el usuario especifique los siguientes parámetros: n

Nombre del grupo de datos

Por ejemplo, CAPROG97. n

Duración del periodo del análisis

Por ejemplo, 20 años. n

Periodos presupuestarios

Por ejemplo, 1, 2, 3, 4-20 años. n

Función objetiva

Puede ser la maximización del VAN o de la mejora de la regularidad n

Restricciones de los recursos de cada periodo presupuestario

Por ejemplo, 10, 10, 10, 200. El periodo del análisis se define en términos del número de años sobre los que se realizará el análisis general, junto al año calendario inicial. Los periodos presupuestarios son cortos espacios de tiempo para los cuales se definen las restricciones del presupuesto. La función objetiva define qué parámetros van a ser optimizados. Los predefinidos es la maximización del VAN en el periodo del análisis, pero el usuario puede también elegir la maximización de las mejoras en la regularidad. El programa se ejecuta para todos los tramos definidos con retornos económicos positivos y para todos los presupuestos y opciones de inversión. Los requisitos del presupuesto de cualquier proyecto comprometido, se deducen del presupuesto disponible y su balance se utiliza para la optimización El problema de la optimización se define, entonces, como un entero de la programación de la maximización de la función objetiva total (TOBJ) de la red de carreteras (extraído de la documentación de EBM): S Ms

Maximise TOBJ[ Xsm] =

∑∑

OBJsm Xsm

...(6.1)

s=1 m=1

Marco analítico y descripciones de modelos Versión 1.0

G1-22

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

donde: s

tramo de la carretera (s = 1, 2, ... , S)

Ms

número de alternativas del tramo s de la carretera

m

alternativa de inversión del tramo de un tramo de la carretera

OBJsm

función objetiva a ser maximizada, que puedes ser el valor neto actual de los beneficios económicos o el promedio de la reducción de la regularidad debido a la alternativa de inversión

sm

el subíndice define la alternativa m del tramo s de la carretera

Xsm

variable de decisión cero-uno: Xsm

1, si la alternativa m de la unidad de inversión s es la elegida

Xsm

0, si no

m

1,...,Ms

Lo anterior está sujeto a las siguientes restricciones de los recursos: S

Ms

∑∑ R

smqt

X sm ≤ TR qt, q = 1,...., Q; t = 1,...., T

...(6.2)

s =1 m=1

donde: Rsmqt

cantidad no descontada del recurso tipo q incurrida por la administración en un periodo presupuestario t

TRqt

cantidad máxima del recurso q disponible en el periodo presupuestario t

Q

número total de tipos de recursos

T

Número total de periodos presupuestarios (la duración de t puede ser de uno o más años y no necesita ser igual en los diferentes periodos)

Lo anterior está sujeto a la restricción de exclusividad mutua, de la siguiente manera: Ms

∑X

sm

≤, s = 1,...., S

...(6.3)

m=1

Es decir, no se puede implantar más de una alternativa, para cada tramo s de la carretera. Si M es el número promedio de alternativas, entonces el problema es SM (= S x M) variables cero-uno, QT (= Q x T) restricciones de los recursos y S restricciones de interdependencia. Los parámetros que definen el tamaño del problema son S, M y QT. Dependiendo del método usado para la solución, los diferentes parámetros del tamaño del problema determinarán si el método es el indicado en términos del esfuerzo de cálculo requerido. El método de enumeración total ofrece al usuario una incondicional solución óptima. Calcula los valores actuales netos de todas las selecciones de programas posibles y escoge la que tiene el valor más alto. El esfuerzo del cálculo requerido puede ser considerable por lo que el método es viable, solamente cuando el número de alternativas por inversión es relativamente pequeño.

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G1-23

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

La enumeración total se realiza externamente en el software EBM-HS de HDM-III. El procedimiento es el siguiente:

6.2

1

Crear un archivo de entrada para el EBM-HS en el análisis de programa. El formato de este archivo se define en la documentación de EBM de HDM-III.

2

El usuario comienza el EBM-HS, importa el archivo del EBM-HS, lo ejecuta y exporta los resultados en un archivo de salida.

3

El archivo de salida se importa al análisis de programa para ser notificado.

Clasificación de aumento de los beneficios/costes El la mayoría de las aplicaciones de HDM-4, se deben clasificar en orden de importancia, varios tramos de la carretera. En estos casos, éste método es el más apropiado. Realiza una comparación, a partir de relación creciente VAN/coste básica, entre las opciones de inversión. El VAN/coste creciente, se obtiene de:  NPV - NPV   j i   E =  ji   cost j - cost i    

...(6.4)

donde: Eji

relación creciente VAN/coste

VANj

valor actual neto de la alternativa más costosa j

VANi

valor actual neto de la alternativa menos costosa i

costj

coste económico de la alternativa más costosa j

costi

coste económico de la alternativa menos costosa i

En la ecuación 6.4 más atrás, el VAN/coste creciente se puede reemplazar por el ∆IRI*Longitud/coste creciente, donde ∆IRI*Longitud es el promedio ponderado del cambio en la regularidad obtenido por la comparación de las alternativas de proyecto, usando IRI en lugar de VAN. El objetivo del método de aumento es seleccionar los tramos sucesivamente, comenzando con el que tiene la mayor relación VAN/coste (Eji), ya que maximiza el VAN para cualquier presupuesto restringido. Cuando existe más de una opción de inversión para cualquier tramo individual de la carretera, se designa el caso básico, con el menor coste descontado de inversión. Este método considera todas las posibles opciones y las compara con el caso básico, usando el algoritmo de crecimiento para seleccionar la combinación que maximice la función objetiva seleccionada. Se utiliza una técnica de búsqueda creciente para seleccionar las sucesivas opciones con menores relaciones de crecimiento VAN/costes, asegurando que en todo momento no habrá más que una opción por tramo. El proceso continúa hasta que el presupuesto se agota en cada periodo del presupuesto. El método se identifica frecuentemente como frontera de eficiencia y es una línea en la que confluyen las inversiones con los mayores VAN, a lo largo del eje de costes de VAN, con los costes de la inversión (Carral and Fías, 1979). En esencia, el método busca las opciones más cercanas a los límites de la frontera de eficiencia. El algoritmo se ilustra en la Figura G1.3, y se define con los siguientes pasos:

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G1-24

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

1. Determinar las opciones de inversión predefinidas para los tramos preseleccionados y deducir los costes de financiamiento de las mismas a partir de los presupuestos disponibles correspondientes a cada año. Esos tramos se excluyen en cualquier de cualquier optimización futura. 2. Determinar las posibles opciones de inversión de los tramos restantes. Si se están utilizando la opción de análisis de ciclo de vida, se ajustan a hacer lo mínimo, las alternativas básicas definidas por el usuario para cada tramo de la carretera. 3. Si el coste de financiamiento total de las alternativas de inversión de hacer lo mínimo es mayor que el presupuesto disponible para cada periodo del presupuesto, se redefinen las opciones de inversión o las restricciones del presupuesto. 4. Deducir el coste de financiamiento de las inversiones de hacer lo mínimo, del presupuesto disponible, para determinar el presupuesto sobrante de cada periodo. Ajustar el hacer lo mínimo como opción básica de cada tramo. 5. Calcular la relación creciente VAN/coste de todas las opciones de tramo restantes y compararlas con la opción básica y con todos los demás pares de opciones con el mayor coste económico. Por ejemplo, considerar las siguientes opciones de inversión, para un tramo en particular, de acuerdo a un orden ascendente de costes económicos totales descontados: opciones: A, B, C, D, E Las relaciones crecientes de VAN/coste se obtiene de: Eba Eca Eda Eea ; Ecb Edb Eeb ; Edc Eec ; Eed 6

Desechar las relaciones crecientes de VAN/coste que sean menores que del valor creciente mínimo especificado por el usuario (MIV).

7

Catalogar las relaciones crecientes de VAN/coste restantes en orden decreciente (con los códigos de par de opciones de tramos asociados) y con cada creciente VAN/coste, con la intención de disminuir el coste económico. Por ejemplo, si Eeb = Edb entonces Eeb se clasifica por encima.

8

Seleccionar la relación creciente VAN/coste próxima más alta de la lista. Si la opción de tramo con menor coste no es la opción básica en ese tramo, seguir buscando hasta encontrarla.

9

Si el presupuesto restante es insuficiente para cubrir, en cualquier periodo, los costes de financiación de los trabajos requeridos para la opción de tramo seleccionado en el paso 8, entonces la selección debe ser rechazada y continuar la búsqueda repitiendo el paso 8.

10 Si la opción de tramo se puede ajustar al presupuesto restante para todos los periodos, deducir el coste neto en el aumento del financiamiento del capital de los trabajos de los periodos presupuestarios correspondientes. Ajustar la opción básica de este tramo para que se corresponda con la opción de menor coste de la relación de crecimiento VAN/coste elegida en el paso 8. En el caso que queden opciones en la lista, volver al paso 8.

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G1-25

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

El proceso descrito anteriormente continúa hasta que se agota el presupuesto o hasta que no queden opciones de tramo en la lista. El listado obtenido con las alternativas de tramo seleccionadas constituye el programa optimizado de los trabajos.

VAN

D B C

E

A, B, C, D, E : Tramo-Alternativas Prioridad de fondos 1. Eba 2. Edb 3. Eed

A

COSTE ECONOMICO (relativo a la opción base) Figura G1.3 Concepto de frontera de eficiencia

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PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

7

G1 ANÁLISIS ECONÓMICO

Referencias Carral, C.G. y Fías, A. (1979) The highway design y maintenance styards model (HDM): model structure, empirical foundations y applications. PTRC Summer Annual Meeting, University of Warwick, 1316 July 1979. PTRC Education y Research Services, London, UK PIARC, (1991) Methods for Selecting Road Investment, Economic y Finance Committee of PIARC, Paris, France TRRL Overseas Unit, (1988) A Guide to Road Project Appraisal. Transport y Road Research Laboratory Overseas Road Note 5, Crowthorne UK

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G1-27

Part H

Contenidos Volumen 4 – Marco analítico y descripciones de modelos: Parte H H1

Nomenclatura

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i

Parte H Organigrama Marco analítico y descripciones and Model de modelos Descriptions

Introducción Introduction Parte A Part A

Tráfico Traffic Parte B Part B

Modelo RD RD Model Parte C Part C

Modelo WE WE Model Parte D Part D

RD = Deterioro de la carretera

WE = Efectos de los trabajos en la carretera

RUE = Efectos sobre los usuarios de la carretera SEE = Efectos sociales y medioambientales

Modelo RUE RUE Model Parte E Part E

Análisis económico Economic Analysis Parte G Part G

Modelo SEE SEE Model Parte F Part F

Nomenclatura Nomenclature Parte H Part H Glosario Glossary Parte I Part I

Figura H Organigrama del Marco analítico y descripciones de modelos

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1

PARTE H NOMENCLATURA Part H

H1 Nomenclatura Se incluirá en una próxima edición de este documento.

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H1-1

Part I

Contenidos Volumen 4 – Marco analítico y descripciones de modelos: Parte I I1

Glosario

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