1 El HDM-4 y Su Aplicacion en El Planeamiento y Gestion de Infraestructura Vial

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El HDM-4 (HIGHWAY DEVELOPMENT & MANAGEMENT) y su aplicación en el Planeamiento y Gestión de proyectos de Infraestructura vial

San Salvador, El SalvadorAbril de 2011

Conferencista: Ing. Mauricio Salgado Torres M.Sc.

Contenido de la Conferencia

� Que es el HDM-4? y cuál es su aplicación práctica?

� Conociendo el HDM-4

� Aplicación en evaluación de proyectos de inversión vial

� Recomendaciones para el uso e implementación del HDM-4

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Novedades de la Versión 2.08 del HDM-4

Por donde comienza el proceso de hacer gestión de pavimentos?

Identificar el momento y la forma como inicia y progresa el deterioro de un

pavimento

Identificar el momento donde corresponde intervenir un pavimento, definiendo el tipo de intervención y el

efecto esperado.

Identificar la forma más eficiente y técnicamente viable de invertir

recursos para la conservación de pavimentos

Modelar el comportamiento de los pavimentos con miras a

entender su patrón de deterioro.

Evaluar los efectos de llevar a cabo distintos tipos de

intervención para diferentes estándares.

Evaluar y comparar los presupuestos de diferentes escenarios y estrategias de

intervención

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Ciclo de la Gestión

Diseño y construcción Rehabilitación e

impactos

GESTION

Valor residual

Periodo de Análisis

Conservación Costos de usuarios

Beneficios esperados de la Gestión Vial (1)

� Cuantificar con cierta exactitud lamagnitud de los fondos requeridos poruna agencia vial para lograr las metasestablecidas.

� Determinar con la mayor certeza laestrategia más rentable para unpresupuesto determinado.

� Contar con herramientas que permitantomar consistentes y acertadasdecisiones, y que estas a su vez sean lomás objetivas posibles.

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Beneficios esperados de la Gestión Vial (2)

� Contar con un mecanismo que logreprolongar la vida de la vía

� Tener un medio que permita lograr unaadecuada asignación y distribución de lospresupuestos de mantenimiento yrehabilitación (M&R).

� Contar con una herramienta que mejorela eficiencia de los procesos alrededor dela conservación vial.

Sistema HDM III

El Highway Design and MaintenanceStandards Model (HDM-III) , desarrolladopor el Banco Mundial, se ha usado durantemás de dos décadas para combinar laevaluación técnica y económica deproyectos de inversión de caminos, normasy estrategias.

Modelo de análisis de inversiones enproyectos carreteros, que se ha utilizado enmás de cien países durante más de dosdécadas para determinar la viabilidadeconómica de acciones de conservación yoptimizar los beneficios económicos deestas acciones bajo diferentes niveles degasto.

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Desarrollo histórico del modelo HDMBanco Mundial

TRRLLCPC

Revisión bibliográfica,estudio teórico

(1968-1972)

HCM(HDM-I)

1972

TRRLBanco Mundial

Estudio de campo enKenia (1971-1975)

HDM(HDM-II)

1979

TRRL

CRRI

UNDP

Estudio de campo enel Caribe (1977-1983)

Estudio de campo enla India (1977-1983)

Estudio de campo enBrasil (1975-1984)

HDM-III1984

Banco Mundial

Banco Mundial,ADB, DFID, SNRA

FINNRA, FICEM

Estudio ISOHDM(1993-1996)

HDM-4 1.02001

HDM-PC1989

VOC1989

HDM-Q1994

HDM-ADM1994

HDM-4 1.32001

PIARC –HDMGlobal

Concesión HDMGlobal Desde 2005

HDM-4 2.002005

HDM-4 2.082010

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HDM – 4 ????

Es un conjunto de herramientas que facilitan la toma de decisiones a partir del análisis y optimización de inversiones destinadas al mantenimiento, rehabilitación y reconstrucción de carreteras, que puede ser utilizada para evaluar , en términos técnicos y económicos, proyectos, programas y polít icas de conservación.

HDMHDMHDMHDM----4: Modelo de desarrollo y 4: Modelo de desarrollo y 4: Modelo de desarrollo y 4: Modelo de desarrollo y gestión de carreteras gestión de carreteras gestión de carreteras gestión de carreteras

((((HighwayHighwayHighwayHighway DevelopmentDevelopmentDevelopmentDevelopment and Management and Management and Management and Management modelmodelmodelmodel–.–.–.–.

HDM – 4

Es una herramienta de gestión de pavimentos pensada y diseñada para la gestión de red, pero que sabiendo como

hacerlo es posible sacarle provecho a nivel de proy ecto

HDMHDMHDMHDM----4: Modelo de desarrollo y gestión 4: Modelo de desarrollo y gestión 4: Modelo de desarrollo y gestión 4: Modelo de desarrollo y gestión de carreteras de carreteras de carreteras de carreteras

((((HighwayHighwayHighwayHighway DevelopmentDevelopmentDevelopmentDevelopment and Management and Management and Management and Management modelmodelmodelmodel–.–.–.–.

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El HDM-4 es una herramienta para ...

� el análisis y evaluación técnica y económica de proyectosviales a través de la comparación objetiva de alternativas.

� la planeación y presupuesto de recursos de obras deconservación de proyectos viales.

� la programación de trabajos de conservación.

� la optimización de recursos disponibles sujetos arestricciones presupuéstales.

� la priorización de intervenciones en determinadoscorredores viales de una red, con base en políticasdefinidas por la agencia correspondiente.

� el seguimiento y control de la eficiencia de trabajos deconservación, y en general evaluar el deterioro de unpavimento.

Herramientas de análisisBase de datos

Modelos de simulación

Acciones y estándares de conservación

políticas de conservación

Modelos de costos

Inventario de la redCondición del pavimento

Historia del pavimentoDatos de transito

ClimaInformación de costos de

usuario

Modelos de comportamiento

Condiciones iniciales

SISTEMA DE

GESTIÓN

HERRAMIENTAS DE ANÁLISIS

ESQUEMA DE UN SISTEMA DE GESTIÓN DE PAVIMENTOS

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Arquitectura del sistema HDM4

Analysis Tools

Project Program Strategy

RDWE : Road Deterioration and Works Effects

RUE : Road User Effects

SEE : Safety , Energy and Environmental Effects

PMS : Pavement Management System

,

RUE SEERDWE

Models

RoadNetwork

Vehicle Fleet

HDMConfig .

Data Managers

RoadWorks

Base de datos

SISTEMA DE GESTIÓN

ConfiguraciónConfiguraciónConfiguraciónConfiguraciónRed de Red de Red de Red de

carreterascarreterascarreterascarreteras

Flota Flota Flota Flota vehicularvehicularvehicularvehicular

TrabajosTrabajosTrabajosTrabajos TrabajosTrabajosTrabajosTrabajos

RDWERDWERDWERDWE SEESEESEESEERUERUERUERUE

PROYECTOPROYECTOPROYECTOPROYECTO PROGRAMAPROGRAMAPROGRAMAPROGRAMA ESTRATEGÍAESTRATEGÍAESTRATEGÍAESTRATEGÍA

Esquema SGP aplicado a HDM-4

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Metodología general de análisis del HDM-4

Modelos dedeterioro y

efectos de lasacciones

Modelos deefectos para

losusuarios

Flujo decostos

Flujo debeneficios

Cálculo deindicadores

derentabilidad

Alternativasrentables

OptimizaciónRestriccionespresupuestales

Alternativasóptimas

Datos de Entrada del Software

Costos Totales = Costos de la Administración + Costos de los Usuarios

Red de Caminos

Diagnostico e Diagnostico e Diagnostico e Diagnostico e identificación de identificación de identificación de identificación de necesidadesnecesidadesnecesidadesnecesidades

Flota Vehicular

Caracterización Caracterización Caracterización Caracterización de la flota de la flota de la flota de la flota vehicularvehicularvehicularvehicular

$Toma de Toma de Toma de Toma de

DecisionesDecisionesDecisionesDecisionesVAN

Modelación del deterioro

Trabajos

10

Nivel de Red - Nivel de Proyecto

Corte longitudinal

NE1 NE2 NE3

Agrietamiento Agrietamiento Agrietamiento Agrietamiento MedioMedioMedioMedio

Agrietamiento Agrietamiento Agrietamiento Agrietamiento SeveroSeveroSeveroSevero

Agrietamiento Agrietamiento Agrietamiento Agrietamiento Leve o nuloLeve o nuloLeve o nuloLeve o nulo

IRI IRI IRI IRI BajoBajoBajoBajo

IRI IRI IRI IRI BajoBajoBajoBajo

IRI IRI IRI IRI MedioMedioMedioMedio

IRI IRI IRI IRI AltoAltoAltoAlto

Grado de Agrietamiento

Regularidad Superficial

Longitud LLLL (km–

Planta

20% del TMDA 5% del TMDA

4500 veh/dia 3200

veh/dia

11

Procesos de Gestión

12

Procesos de Gestión

ActividadActividadActividadActividad Horizonte temporalHorizonte temporalHorizonte temporalHorizonte temporal Personal Personal Personal Personal responsableresponsableresponsableresponsable

Cobertura Cobertura Cobertura Cobertura espacialespacialespacialespacial

Detalle de los Detalle de los Detalle de los Detalle de los datosdatosdatosdatos

PlaneaciónPlaneaciónPlaneaciónPlaneación Largo plazo Largo plazo Largo plazo Largo plazo (estratégica–(estratégica–(estratégica–(estratégica–

Alta direcciónAlta direcciónAlta direcciónAlta dirección Toda la redToda la redToda la redToda la red Muy generalMuy generalMuy generalMuy general

ProgramaciónProgramaciónProgramaciónProgramación Mediano plazo Mediano plazo Mediano plazo Mediano plazo (táctica–(táctica–(táctica–(táctica–

Mandos MediosMandos MediosMandos MediosMandos Medios Red analizadaRed analizadaRed analizadaRed analizada

PreparaciónPreparaciónPreparaciónPreparación Año del presupuestoAño del presupuestoAño del presupuestoAño del presupuesto Mandos MediosMandos MediosMandos MediosMandos Medios TramosTramosTramosTramos

OperaciónOperaciónOperaciónOperación Muy corto plazoMuy corto plazoMuy corto plazoMuy corto plazo Personal operativoPersonal operativoPersonal operativoPersonal operativo SectoresSectoresSectoresSectores DetalladoDetalladoDetalladoDetallado

El proceso de Planificación

Planificación Estratégica

Programación de obras

Planificación Física

Metas

Red Virtual

Red Física

Proyectos

Presupuesto asignado

Financiamiento

Herramienta de gestión


Herramienta de gestión - EBM Programa

Multianual

Tomado del Marco de desarrollo de los modelos SAP de Nicaragua y HMS deFilipinas y El Líbano

Plan Maestro

Escenario Elegido

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Planificación estratégica

Evaluación del estado de la

red

Evaluación de escenarios

Identificación y evaluación de las necesidades de la

red

Objetivos

Matriz de tramos

Estándares y costos

Umbrales

Restricciones



Herramienta de gestión - EBM Escenario

elegido y presupuesto

asignadoTomado del Marco de desarrollo de los modelos SAP de Nicaragua y HMS de Filipinas y El Líbano

Escenarios

Tramos típicos

Planificación Física

Identificación de Proyectos y

estudios

Optimización del Plan Físico

Priorización de proyectos

Tipo de Estudio

Red escenario elegido

Priorización multicriterio

Lista integral de proyecto

Criterios de priorización y ponderación

Presupuesto



Herramienta de gestión Plan Maestro

Tomado del Marco de desarrollo de los modelos SAP de Nicaragua y HMS de Filipinas y El Líbano

Factibilidad y Diseño detallado

Criterios técnicos y económicos de comportamiento

Lista de estudios priorizadosLista de

Proyectos Potenciales

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Programación de Obras

Preparación de programa de

inversión

Ajuste del Programa de Inversión

Evalúa el Impacto del programa de

inversión

Presupuesto y Asignación

Plan Maestro

Contratos en ejecución

Presupuesto aprobado

Metas Indicadores

Presupuesto y asignación




Programa Multianual

Tomado del Marco de desarrollo de los modelos SAP de Nicaragua y HMS de Filipinas y El Líbano

Programa financiero

Actualización programa multianual

Estructura de un sistema de gestión

Subsistema de planeacióny programación

Modelos de simulación

Métodos de diseño

Procedimientos dediagnóstico

Base de datos

Subsistema de adquisición de datos

Objetivos y metas

� Inventario de infraestructura� Datos del tránsito� Indicadores de los niveles de servicio� Información del entorno� Historial de reparaciones� Catálogo de obras

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Elementos del sistema HDM4

Herramientas de Análisis

Proyecto Programa Estrategia

RDWE : Road Deterioration andWorks Effects

RUE : Road User Effects

SEE : Safety, Energyand Environmental Effects

PMS : Pavement Management System

,

RUE SEERDWE

Modelos

Red de Carreteras

Flota Vehicular

Configuración

Manejadores de Datos

Trabajos

Manejador de datos

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Length Gap

Space (m)

PCSE

19

67 kN15,000 lb

0.48 ESAL

27 kN6,000 lb

0.01 ESAL+ =

151 kN34,000 lb

1.10

151 kN34,000 lb

1.10+ =

54 kN12,000 lb

0.19+

0.49 ESALs

2.39 ESALs

Camión pesado

Camión ligero

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Aspectos a definir en una sección nueva

� Nombre y codificación.

� Condiciones de flujo y

velocidad.

� Modelo de tráfico.

� Zona Climática.

� Clase de Carretera.

� Nivel de tráfico.

� Tipo de geometría.

� Tipo de pavimento ycaracterísticas cualitativas delmismo.

Tramos

Flexible Rígido

Cálido Frío

Bajo Alto

Tipo de Pavimento

Suelo de Fundación

Volumen de Tránsito

Clima

CBR1 CBR2

Tramo 1 Tramo 2 Tramo 3 Tramo 4 Tramo 5

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Aspectos relacionados con la definición del tramo

�Características de la Vía.� Longitud.� Ancho de calzada.� Ancho de bermas.� Número de carriles.

�Tránsito.� Motorizado y no motorizado

(TMDA).� Año del dato de TMDA.� Dirección del Flujo

Definición

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Parámetros geométricos básicos

� Ascensos y descensos.

� Curvatura horizontal.

� Limite de velocidad.

� Altitud.

� Tipo de drenaje.

Tipos de pavimentos

� Vías pavimentadas con productos bituminosos .� Mezclas asfálticas.� Tratamientos superficiales.

� Vías pavimentadas con hormigón.� Concreto simple con juntas con o

sin transferencia de carga (JPCP). � Concreto reforzado con juntas

(JRCP).� Concreto reforzado continuo

(CRCP).

� Vías en tierra o destapadas.� Afirmados en grava, arena o tierra.

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Características del Pavimento Flexible

� Material superficial.� Tipo.� Espesor de la capa más reciente.� Espesor de capas antiguas o previas.

� Información histórica de construcción e intervenciones.� Parámetros estructurales asignados o calculados.

Definición de la estructura de un pavimento flexible

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Estructura para pavimento rígido

Pavimentos Rígidos

� Las principales consideraciones relacionadas con los pavimentosde concreto hidráulico tienen que ver con lo siguiente:

� Propiedades de los materiales.� Condiciones de drenaje.� Porcentaje de refuerzo de acero.� Eficiencia de la transferencia de carga.� Ancho y condición lateral externa de los carriles.

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Propiedades de los materiales

�Módulos de elasticidad del concreto (Ec).

�Módulos de rotura del concreto (MR28).

�Coeficiente térmico del concreto (α).

�Coeficiente de contracción del concreto (γ).

�Relación de Poisson para el concreto (µ).

�Módulos de elasticidad para las barras metálicas (Es).

�Módulos de elasticidad de las bases (Ebase).

�Módulo de reacción de la subrasante (KSTAT)

Categorías de daño de un pavimento flexible

� Defectos superficiales:� Agrietamiento.� Pérdida de áridos.� Baches.� Fallas de Borde.

� Deformaciones y rugosidad.� Ahuellamiento.� Rugosidad.

� Textura Superficial.� Profundidad de la textura.� Resistencia al deslizamiento.

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Indicadores de condición para JPCP

� Rugosidad (IRI).

� Escalonamiento de juntas.

� Descascaramiento de juntas.

� Losas Agrietadas.

� Agrietamiento.

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Inicio y progresión de los deterioros

Periodo iniciación

Periodo progresión

Edad de la pavimentación

Áre

a af

ecta

da e

n po

rcen

taje

28

t

CASO A

CASO B

CASO C

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Casos de Agrietamiento

Modelo de iniciación del agrietamiento estructural

ICA=K cia{CDS2*a0exp[a 1 SNP+ a2(YE4/SN2)] + CRT}

ICA Inicio del agrietamiento, en años.

CDS Indicador de defectos para la superficie asfáltica.

SNP Número estructural del pavimento.

YE4 Número de ESALs por año en millones/carril.

CRT Retardo en el agrietamiento debido al mantenimiento.

Kcia Factor de calibración para iniciación del agrietamiento.

30

38 millones de ejes equivalentes en 15 años

0Años ó Ejes Eq.

IRI

% Grietas

Serviciabilidad

CA

Granulares

Subrasante

SNdiseño

Ciclo de vida0 Años ó Ejes Eq.

Pi

Pf

Serviciabilidad

0Años ó Ejes Eq.

IRI

% Grietas

Serviciabilidad

CA

Granulares

Subrasante

SNdiseño


Pi

Pf

Serviciabilidad

31

0Años ó Ejes Eq.

IRI

% Grietas

Serviciabilidad

CA

Granulares

Subrasante

SNdiseño


Pi

Pf

Serviciabilidad

0Años ó Ejes Eq.

IRI

% Grietas

Serviciabilidad

CA

Granulares

Subrasante

SNdiseño


Pi

Pf

Serviciabilidad

32

0Años ó Ejes Eq.

IRI

% Grietas

Serviciabilidad

CA

Granulares

Subrasante

SNdiseño


Pi

Pf

Serviciabilidad

0Años ó Ejes Eq.

IRI

% Grietas

Serviciabilidad

CA

Granulares

Subrasante

SNdiseño


Pi

Pf

Serviciabilidad

33

Proyecto

Análisis por sección Análisis por proyecto

36

Impacto de las intervenciones sobre los costos

Una mejor condición del pavimento puede incidir en la tasa de crecimiento de los

costos operacionales

tiempo

IRI

Costos Usuarios Acum.

$

Sin intervención

Con intervención

Sin intervenciónCon intervención

tiempo

Costos Totales

$Sin intervención

tiempo

Con intervención CASO IDEALIZADO

37

Programa

Programa sin condicionarPrograma sin condicionarPrograma sin condicionarPrograma sin condicionar

Restricción presupuestariaRestricción presupuestariaRestricción presupuestariaRestricción presupuestaria

Programa condicionadoPrograma condicionadoPrograma condicionadoPrograma condicionado

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Estrategia

Optimización sujeta a restricción presupuestaria

39

Costos de Capital Costos de Capital Costos de Capital Costos de Capital (CAP–(CAP–(CAP–(CAP–

Costos Costos Costos Costos RecurrentesRecurrentesRecurrentesRecurrentes

Costos de la AdministraciónCostos de la AdministraciónCostos de la AdministraciónCostos de la Administración

(Road (Road (Road (Road AdministrationAdministrationAdministrationAdministration CostCostCostCostRAC–RAC–RAC–RAC–

Costos de Costos de Costos de Costos de Operación Operación Operación Operación VehicularVehicularVehicularVehicular

Costos Tiempo de Costos Tiempo de Costos Tiempo de Costos Tiempo de ViajeViajeViajeViaje

Costos de los UsuariosCostos de los UsuariosCostos de los UsuariosCostos de los Usuarios(Road User Cost (Road User Cost (Road User Cost (Road User Cost RUC–RUC–RUC–RUC–

Costo Totales Costo Totales Costo Totales Costo Totales

Comparación de alternativas

Programar las Programar las Programar las Programar las intervencionesintervencionesintervencionesintervenciones

RACRACRACRAC

RUCRUCRUCRUC

Costo Total del Costo Total del Costo Total del Costo Total del TransporteTransporteTransporteTransporte

Postergar los Postergar los Postergar los Postergar los trabajostrabajostrabajostrabajos

RACRACRACRAC

RUCRUCRUCRUC

Costo Total del Costo Total del Costo Total del Costo Total del TransporteTransporteTransporteTransporte

vs.

40

Evaluación de costos y beneficios de la conservación



Costos de CapitalCostos de CapitalCostos de CapitalCostos de Capital Costos de UsuariosCostos de UsuariosCostos de UsuariosCostos de Usuarios

Beneficios Beneficios Beneficios Beneficios

(VAN–(VAN–(VAN–(VAN–

AhorroAhorroAhorroAhorro

Comparación de alternativas

RUC RUC RUC RUC


RUCRUCRUCRUC


- =Disminución en Disminución en Disminución en Disminución en

los Costos de los los Costos de los los Costos de los los Costos de los UsuariosUsuariosUsuariosUsuarios

RAC RAC RAC RAC


RACRACRACRAC


- =Incremento en Incremento en Incremento en Incremento en

los Costos de la los Costos de la los Costos de la los Costos de la AdministraciónAdministraciónAdministraciónAdministración

-

VANVANVANVAN

VAN/CAP >> 1VAN/CAP >> 1VAN/CAP >> 1VAN/CAP >> 1 Eficiencia y RentabilidadEficiencia y RentabilidadEficiencia y RentabilidadEficiencia y Rentabilidad

41

Año Inversión Beneficios Beneficio Neto

Factor de Valor

presente

Valor presente neto

A B C D=C-B E=1/(1+i)A

F=D*E

0 10000 0 -10000 1.0 -10000

1 0 6500 6500 0.892 5804

2 0 3000 3000 0.797 2392

3 0 3000 3000 0.712 2135

4 0 5000 5000 0.636 3178

Total 10000 17500 7500 VPN 3508

Tasa de descuent

o

Valor presente

neto0.0% 75003.0% 63266.0% 58219.0% 4347

12.0% 350815.0% 275218.0% 206821.0% 144724.0% 88127.0% 36530.0% -10933.0% -54436.0% -94439.0% -131542.0% -165745.0% -1975

Tasa de descuento = 12%

Desafíos (I)

� Apoyar técnicamente a entidades públicas y privadas en sus procesosde implementación de la herramienta y no se queden solo en comprarla licencia.

� Buscar mecanismos que faciliten la adquisición de la herramientaentendiendo la burocracia existente en Latinoamérica.

� Formar más expertos (en el antes, durante y después de laimplementación) y usuarios más seguros de lo que hacen.

� Consolidar grupos de expertos - Sinergia (multiplicar los canales decomunicación).

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Desafíos (II)

�Trabajar en los procesos de toma de datos de modo quese logre la compatibilidad que requiere el HDM-4 con losprotocolos y metodologías de evaluación propios de cadaorganismo o país.

�Fortalecer la capacitación en aquellos temas que facilitenlos procesos de parametrización, configuración ycalibración de la herramienta.

�Fomentar la capacitación en temas específicos que vayancreando la necesidad y la conciencia de la potencia eimportancia de las nuevas incorporaciones con que cuentala versión 2.0.

Entender que en 10 años se ha formado en Latinoamérica una masa critica de expertos que están

dispuestos a compartir su experiencia y a seguir investigando.

Se debe comprender la idiosincrasia de cada país,

por ello para trabajar en Latinoamérica hay que

vivirla y sentirla

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Muchas gracias por su amable atención!!!

Ing. Mauricio Salgado Torres M.Sc.

1 El HDM-4 y Su Aplicacion en El Planeamiento y Gestion de Infraestructura Vial

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