Análisis Comparativo de las Alternativas de Pavimentación

Transcripción

1 4to Congreso Iberoamericano de Pavimentos de Concreto Análisis Comparativo de las Alternativas de Pavimentación Por: Mario Rafael Becerra Salas Guayaquil, junio

2 Análisis Comparativo de las Alternativas de Pavimentación 1.- Introducción 2.- Conceptos Básicos 3.- Metodología 4.- Guía AASHTO Valores Asumidos 6.- Estratigrafía del Tránsito 7.- Soporte Subrasante 8.- Diseños equivalentes 9.- Partidas (US$) 10.- El Pavimento de Concreto en Cifras 11.- Comparación Costos Iniciales Asfalto Concreto 12.- Conclusiones 2

3 1.- Introducción - 29 MM personas: - 50% Sierra / 30% área - 40% Costa / 10% área - 10% Selva / 60% área ,000 KM: red total - 15,000 KM: pavimentados ,000 KM pavimentados 11% 14% ,60 km² 3

4 2.- Conceptos Básicos Qué es el pavimento? Solución al transporte Factor de competitividad país Activo de la nación Estructura de carga 4

5 Qué es el pavimento? Pavimento es la estructura formada por un conjunto de capas sobre el suelo de fundación de un camino, destinada a facilitar y hacer más confortable y seguro el tránsito de vehículos. Clases de pavimentos: Flexibles: la capa superior es asfáltica Rígidos: la capa superior es concreto Intertabrados: Adoquines 5

6 Qué se espera de un pavimento? Comportamiento Funcional: Aspectos que afectan a la calidad de rodadura, comodidad y seguridad de los usuarios (serviciabilidad). Deterioros superficiales y deformaciones Comportamiento Estructural: Fallas sobrevienen por insuficiencia en la capacidad de resistir las solicitaciones de tránsito. Agrietamiento por fatiga 6

7 A lo largo de la vida útil 7

8 Tipos de Pavimentos Diferencias entre los Pavimentos 8

9 Pavimentos Flexibles Capas granulares (con o sin estabilización) de base y subbase Capas de rodadura asfáltica: concreto o tratamiento zona de tránsito berma asfalto base subbase estructura pavimento subrasante (terreno de cimentación) 9

10 Pavimentos Rígidos Poseen capa de rodadura de concreto Usualmente sin base Hay distintos tipos dependiendo del diseño y de la existencia de armaduras de refuerzo zona de tránsito concreto subbase berma estructura pavimento subrasante (terreno de cimentación) 10

11 1924. Av. Venezuela - Bellavista. 11

12 1968. Vía Expresa - Lima 12

13 2000. Vías Urbanas 13

14 El Metropolitano El Metropolitano 14

15 Evaluación de Alternativas: OFERTA Avaliação VS de DEMANDA Alternativas Recolección de Datos Evaluación del Proyecto Planteamiento de Alternativas Diseño Preliminar Reconstrucción Restauración Reciclaje Tratamiento Superficie Diseño Final Construcción Selección de las alternativas preferidas Costeo Ciclo de Vida Factores no Monetarios 15

16 Parte III: Desarrollo del Caso El punto de vista cambia todo 16

17 Tipos de evaluación económica Evaluación Privada: RENTABILIDAD DEL PROYECTO Destinada a evaluar la rentabilidad de un proyecto de inversión desde el punto de vista de una entidad privada Analiza flujos de ingresos (peajes, pagos por contratos) vs. egresos a cargo del privado (costos de construcción y/o conservación). Incidencia del costo financiero de obtención del capital de trabajo. Evaluación Social: BENEFICIOS VS COSTOS DE LA POBLACIÓN Analiza la rentabilidad social de un proyecto, y debería tener en cuenta todos los costos involucrados Incorpora el análisis de los costos de operación vehicular y tiempos de viaje 17

18 Objetivos de las Evaluaciones Evaluación Social: busca maximizar el beneficio social, expresado como ahorros en costos de usuarios de la carretera (operación vehicular, tiempos de viaje, seguridad, impacto ambiental) Evaluación Privada: busca maximizar la rentabilidad producida por cobro de peaje frente a costos por M&R 18

19 A TOMAR EN CUENTA Período de análisis: Lapso durante el cual se evalúan y cuantifican los flujos de costos y beneficios. Puede coincidir o no con el período de diseño de un camino, o con la vida útil estimada Tasa de descuento: Indicador de rentabilidad mínima que debería tener un proyecto. Usualmente 10% en evaluación social para Perú Relacionado con el costo del dinero Valor residual: Valor de la infraestructura al finalizar el período de análisis Diferencia entre costo de una infraestructura nueva, y costo de llevar la infraestructura existente a que quede como nueva 19

20 INDICADORES Valor Actualizado Neto (VAN) Descuenta en forma anual los costos y beneficios, en función de la tasa t de descuento adoptada y del año i que se esté analizando VAN = S i { BN i(m,n) / (1+t) i } Una alternativa es rentable si VAN > 0 Flujos en los años iniciales sufren descuentos menores que en años más distantes en el tiempo La alternativa más conveniente será aquella que tenga mayor VAN de beneficios respecto a la Alternativa Base, si no hay restricciones presupuestarias 20

21 Costos Costos Evaluación Ciclo Económica de Vida Costo Inicial Costo de Rehabilitación Costo de Mantenimiento Valor Residual Años VPN Años 21

22 Hablamos de Sostenibilidad, Custo Iniciais LCCA, pero Mitos y Paradigmas - Costumbre: falta de conocimiento. En Latinoamérica no podemos equivocarnos. - Tecnología de construcción - No interiorizamos que el Diesel cuesta cada vez más - Situación nacional (visión a corto plazo) 22

23 Nuestro Público El cambio, romper la inercia Usuarios de las Vías: Público en general que usa tanto transporte privado como público. Administradores de las Obras: Entidades Públicas y Privadas. Diseñadores y Constructores: Empresas dedicadas al diseño y construcción de pavimentos y vías. 23

24 Costos Costos El problema es más que una fecha, es un flujo Costo Inicial Costo de Rehabilitación Costo de Mantenimiento Valor Residual Años VPN Años 24

25 Qué tipo de pavimento es mejor? - Son tecnologías que se complementan, y deben competir Para el beneficio de todos 25

26 Innovaciones desde el punto de vista de diseño, especificaciones y supervisión 26

27 Innovaciones desde el punto de vista de la construcción PAV EXISTENTE LINEA GUIA PASAJUNTAS VACIADO TEXTURIZADO CORTADO SELLADO 27

28 Innovaciones de procesos, instituciones 28

29 Apertura de mente 29

30 El costo inicial 30

31 Cuál es más barato en términos de costo inicial? 31

32 3.- Metodología - Se desarrollan escenarios, para diferentes solicitaciones de tránsito y suelos. - Los escenarios estarán sujetos a las mismas consideraciones climáticas. - Se diseñan alternativas de pavimentos de concreto y asfalto equivalentes. -Se analizan los resultados de los costos de construcción para los pavimentos de concreto y asfalto. 32

33 Matriz de Comparación num. Veh pes x día / CBR Subrasante TCD1 TCD2 TCD3 TCD4 TCD5 TCD6 Espesores de Carpetas de Rodadura (mm) Asfalto Concreto S1 S2 S3 S1 S2 S3 - Variable: paquetes estructurales equivalentes, costo inicial de construcción, costo total en el tiempo de vida útil 33

34 4.- AASHTO 93 34

35 Pérdida de Serviciabilidad 35

36 (AASHO, 1961) 36

37 (AASHO, 1961) 37

38 10. Observações MEPDG Software 38

39 39

40 JPCP Vista General Juntas longitudinales Rugosidad Diseño del espesor Juntas transversales Texturizado Barras de amarre Subrasante Subbase o base Barras de transmisión Materiales del concreto 40

41 5.- Valores Asumidos - Mismas condiciones climáticas - Pavimentos de 2 carriles, uno por sentido - Sección típica de 3.6 metros de ancho de carril - AASHTO 93: - Confiabilidad de 90% - Índice de Ser. final = Tipos de suelo 3, 10 y 25% de CBR - Subbase de 30 cm. (40% CBR) - Base de 15 cm. (80% CBR), sólo para el pavimento de asfalto 41

42 - Pavimento de asfalto: - PEN 60/70 - Ser Inicial = Ds = a1, a2 y a3 = 0.44, 0.14, Cd1, Cd2, Cd3 = 1.2, 1.0, Pavimento de concreto: - MR = 45 Kg/cm2 - Ser Inicial = Ds = Cd1 = J =

43 6.- Estratigrafía del Tránsito -Se ha adoptado los siguientes niveles de tránsito para carril de diseño, en función del TMDA: - T1: 150 vehículos pesados - T2: 450 vehículos pesados - T3: 1,350 vehículos pesados - T4: 2,250 vehículos pesados - T5: 3,750 vehículos pesados - T6: 4,550 vehículos pesados Se considera una calzada de 02 carriles, con factor de distribución de 0.5, con una tasa de crecimiento de 3% y una vida útil de 30 años 43

44 Tránsito asumido Se ha adoptado los siguientes niveles de tránsito para carril de diseño de la tabla adjunta, en base a los vehículos tipo de la FHWA. 44

45 Se ha adoptado los siguientes niveles de tránsito para carril de diseño de la tabla adjunta, en base a los vehículos tipo de la FHWA, por cada 1,000 vehículos pesados. Ejes simples Ejes dobles Ejes triples Carga (tn) Cantidad de Ejes Carga (tn) Cantidad de Ejes Carga (tn) 45 Cantidad de Ejes Total

46 ESALS carril de diseño N Veh Clase pesados Asfalto Concreto Asfalto Concreto TMDA TF TF ESALS ESALS T ,353,599 2,384,740 T ,026,048 6,845,227 T ,019,585 18,814,196 T ,932,874 32,054,962 T ,235,456 50,156,948 T ,226,094 60,857,097 - Se considera una calzada de 02 carriles - Factor de distribución de Tasa de crecimiento de 3% - Vida útil de 30 años. 46

47 7.- Soporte Subrasante -Se ha adoptado tres tipos de suelo - Malo CBR =3% - Medio CBR = 10% - Bueno CBR = 25% Asfalto Concreto CBR MR (Mpa) K eq (Mpa/m) 3% % %

48 48

49 8.- Diseños equivalentes Se presentan a continuación los diseños equivalentes obtenidos. Espesores de Carpetas de Rodadura (mm) num. Veh pes x día / Asfalto Concreto CBR Subrasante 3% 10% 25% 3% 10% 25% Base (80%) = 15 cm. Subbase (40%) = 30 cm. MAC = PEN 60/70 Base (80%) = 0 cm. Subbase (40%) = 30 cm. Concreto Mr = 45 Kg/cm2 49

50 Espesores de Carpetas de Rodadura (mm) num. Veh pes x día / Asfalto Concreto CBR Subrasante 3% 10% 25% 3% 10% 25% Base (80%) = 15 cm Subbase (40%) = 30 cm MAC = PEN 60/70 Base (80%) = 0 cm Subbase (40%) = 30 cm Concreto Mr = 45 Kg/cm2 Carpeta asfáltica de 4 pulgadas es equivalente a Carpeta de concreto de 20 centímetros, para un nivel de tránsito y soporte de suelos dados PULGADAS MM

51 Espesores (mm) Evolución Asfalto Espesores Carpeta Asfáltica (mm) % 10% 25% Tránsito (Veh pesados / día) 51

52 Espesores (mm) Evolución Concreto Espesores Carpeta de Concreto (mm) % 10% 25% Tránsito (Veh pesados / día) 52

53 9.- Partidas Asfalto TRAMO CONSTRUCCION INICIAL Ancho de Calzada (m) Nro de calzadas DESCRIPCIÓN DE LA CAPA ESPESOR (mm) Carpeta Asfáltica en Caliente PEN 60/ Base Negra Nivelante 0 Base granular 150 Sub-base 300 Relleno común 0 Total DESCRIPCIÓN DE LA CAPA UNIDAD CANTIDAD PU $/. COSTO $ X ML Corte a nivel de subrasante M Eliminación Material exedente M Nivelación y compactación de la Subrasante M Base Granular M Sub-base M Carpeta Asfáltica en Caliente PEN 60/70 M Riego de Liga M Imprimación M Total costo x ml x calzada 53 $185.85

54 Concreto CONSTRUCCION INICIAL DESCRIPCIÓN DE LA CAPA TRAMO Ancho de Calzada (m) Nro de calzadas ESPESOR (mm) Long.(Km) Carpeta de Concreto MR = Junta cada 4.5 Acero Corrugado (m) 0.8 Base granular 0 Espaciamineto 0.8 Sub-base 300 Acero liso (m) 0.45 Relleno común 0 Espaciamineto 0.3 Total 540 DESCRIPCIÓN DE LA CAPA UNIDAD CANTIDAD PU $/. COSTO $ X ML Corte a nivel de subrasante M Eliminación Material exedente M Nivelación y compactación de la Subrasante M Sub-base M Concreto MR 45 M Pavimentado M Alisado, acabado M Curado de juntas M Canastillas con Dowels y barras de amarre M Corte de Juntas ML Sellado de Juntas 2.0X1.0 cm ML Total costo x ml x calzada $

55 El Pavimento pavimento de concreto em cifras % Precio Pavimentos Acero, $15.77, 10% Pav. y otros, $8.49, 5% Mov. De Tierra, $58.53, 37% Concreto, $73.37, 48% 55

56 11.- Matriz de Comparación de Costos Costos US$. X ml de carril de pavimento (3.6 m de ancho) Matriz de costos de construcciónen US ($) num. Veh pes x día / Asfalto Concreto CBR Subrasante 3% 10% 25% 3% 10% 25%

57 Costo X ml CBR 3% Vehículos Asfalto Concreto 57

58 Costo X ml CBR 10% Vehículos Asfalto Concreto 58

59 Costo X ml CBR 25% Vehículos Asfalto Concreto 59

60 Relación P Concreto / P Asfalto Comparação custos iniciais RELACION PRECIO CONCRETO / PRECIO ASFALTO CBR 3% CBR 10% CBR 25% Tránsito (veh pesados / día) 60

61 12.- Conclusiones 1.- Para diseños equivalentes el concreto es altamente competitivo en valor inicial de construcción: - El concreto es una alternativa innegable para suelos con CBR iguales o inferiores a 10%. - Para suelos con CBR entre 10% y 25% ambas soluciones resultan equivalentes en términos de costos de construcción, sin embargo el concreto resulta mejor a partir de los 2000 Vehículos pesados por día. -El asfalto es más competitivo a medida que el suelo mejora, es decir para la opción del suelo con CBR > 25%, sin embargo a medida que el tránsito aumenta se acorta la brecha, siendo 4500 Vehículos pesados por día un buen indicador para pensar en pavimentos de concreto. 61

62 2.- A mayores solicitaciones de tránsito el pavimento de concreto es mas eficiente en costos de construcción, por lo que destaca en soluciones para redes viales. 3.- A lo largo de la vida útil del pavimento, se presentan ahorros, en costos totales, que superan el 30% a favor de la alternativa de concreto en TODOS los escenarios. 62

63 Sin embargo, además de construir hay que Consiste en la planificación, ejecución y control de acciones de mantenimiento aplicadas en el tiempo con el objetivo de mantener un nivel de servicio adecuado tanto funcional como estructural 63

64 Importancia del mantenimiento Cuando los caminos están en una pobre condición, cada $ ahorrado en la conservación cuesta: - US$ 3 para los usuarios del camino por costos de operación vehicular - US$ 2 para la administración del camino en la rehabilitación 64

65 Costos Costos Evaluación Económica Ciclo de Vida Costo Inicial Costo de Rehabilitación Costo de Mantenimiento Valor Residual Años VPN Años 65

66 Mario Becerra Salas Muchas gracias 66 66