VOLUMEN 4.pdf

Marco analítico y descripciones de modelos i Versión 1.0

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).

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. .

Overview of HDM-4

Volume 1

Visión general de HDM-4 Volumen

Software User Guide Volume 3

Guía del usuario del software Volumen

Applications Guide Volume 2

Guía de aplicaciones Volumen

Analytical Framework and Model Descriptions

Volume 4

Marco analítico y descripciones de modelos

Volumen

A Guide to Calibration and Adaptation Volume 5

Guía de calibración y adaptación

Volumen 5

ACERCA DE ESTE MANUAL

Marco analítico y descripciones de modelos ii Versión 1.0

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 iii Versión 1.0

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.

Analytical Framework

and Model Descriptions

Marco análitico y descripciones de

modelos

RD Model Part C

Modelo RD Parte WE Model

Part D Modelo WE

Parte D

Introduction Part A

Introducción

Parte A

RUE Model Part E

Modelo RUE Parte E

RD = Deterioro de la carretera

WE = Efectos de los trabajos sobre la carretera

RUE = Efectos sobre los usuarios de la carretera

SEE Model Part F

Modelo SEE Parte F

SEE = Efectos sociales y medioambientales

Economic Analysis Part G

Análisis económico Parte G

Nomenclature Part H

Nomenclatura Parte H

Glossary Part I

Glosario Parte I

Traffic Part B

Tráfico Parte B


Marco analítico y descripciones de modelos iv Versión 1.0

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:

1 Firmes bituminosos (ver capítulo D2)

2 Firmes de hormigón (ver capítulo D3)

3 Carreteras sin sellar (ver capítulo D4)

ο 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:

§ Rutina de conservación

§ Conservación periódica

§ Trabajos especiales

§ Trabajos de mejora

§ Trabajos de construcción

ο 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 v Versión 1.0

§ Relleno

§ Reconstrucción

ο 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:

§ Conservación

§ Trabajos de mejora

§ Trabajos de construcción

n 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 vi Versión 1.0

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 e-mail 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: +44 - 121 - 414 6717 (o 5049) Fax: +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 vii Versión 1.0

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 viii Versión 1.0

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 ix Versión 1.0

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 x Versión 1.0

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.


Part A

Contenidos

Volumen 4 – Marco analítico y descripción de modelos

Parte A Visión general

A1 Introducción A1-1

Parte B Tráfico

B1 Características del tráfico B1-1

Parte C 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 G1-1

Parte H Nomenclatura

CONTENIDOS


H1 Nomenclatura H1-1

Parte I Glossary

I1 Glosario I1-1


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 Método de evaluación económica A1-10

3.1 Alternativas de proyectos A1-10

3.2 Descuentos A1-10

4 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 1 Versión 1.0

Parte A Organigrama

Figura A Organigrama del Marco analítico y descripciones de modelos

and Model

Descriptions

Marco analítico y descripciones

de modelos

RD Model Part C

Modelo RD Parte C WE Model

Part D

Modelo WE Parte D

Introduction Part A

Introducción Parte A

RUE Model Part E

Modelo RUE Parte E


WE = Efectos de los trabajos en la carretera


SEE Model Part F

Modelo SEE Parte F




Nomenclature Part H

Nomenclatura

Parte H

Glossary Part I

Glosario

Parte I

Traffic Part B

Tráfico Parte B

PARTE A VISIÓN GENERAL

Marco analítico y descripciones de modelos A1-1 Versión 1.0

Part A

A1 Introducción

1 Estructura de este manual Este manual describe el marco analítico y las relaciones técnicas que utiliza el modelo HDM-4. 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.

PARTE A VISIÓN GENERAL A1 INTRODUCCIÓN


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.

Volumen 4 4

Marco analítico y

descripciones de modelos

Glosario y

Nomenclatura

Volumen 3

Guía del usuario del software

Volumen 2

Guía de aplicaciones

Volumen 1

Visión general

de HDM-4

Volumen 5

Guía de calibración y adaptación



ο 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



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.



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.



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

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

Estándar de carretera Alto Bajo

Co

stes

to

tale

s

Costes sobre los usuarios Construcción

Costes totales del transporte

Optimo

y conservación



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 The towed fifth wheel bump integrator (BI) en mm/Km

n 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,

n Movimientos acumulativos de perfil vertical, representados en términos del Indice internacional de regularidad (IRI) medido en m/Km.



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

QI 55BI ×= …(2.1)

1.12IRI 630BI ×= …(2.2)

1000 - IRI 900BI = (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.



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.



3 Método de evaluación económica

3.1 Alternativas de proyecto

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:

-N)100

r (1D.F. += …(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



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):

1 C

VAN BCR += …(3.2)

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



Tabla A1.1 Comparación de las alternativas Con y Sin proyecto

Costes de la alternativa Sin proyecto ($ m) Costes de la alternativa Con proyecto ($ m)

Año

12% Factores

de descuento

Conservación anual

Circulación de

vehículos

Transporte total

Descontado Total

Construcción de la

carretera

Conservación anual

Circulación de

vehículos

Transporte total

Descontado total

0 (Base) 1,0000 0,8 1,5 2,3 2,3 0,8 1,5 2,3 2,3

1 0,8929 0,9 1,6 2,5 2,2 5,8 0,4 1,0 7,2 6,4

2 0,7972 1,0 1,8 2,8 2,2 0,5 1,1 1,6 1,3

3 0,7118 1,1 2,1 3,2 2,3 0,6 1,3 1,9 1,4

4 0,6355 1,2 2,3 3,5 2,2 0,7 1,4 2,1 1,3

5 0,5674 1,3 2,7 4,0 2,3 0,7 1,6 2,3 1,3

6 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

TOTALES 29,4 VA = 23,8 18,7 VA = 20,2



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



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 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.

n Análisis de la situación

ο 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.

n 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.



4.4 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 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.

n 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:

( )( )12

12

C - CVAN - VAN

IBCR = …(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.


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 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

6 Relaciones entre capacidad y velocidad del tráfico de la carretera B1-13

6.1 Conceptos básicos B1-13

6.2 Datos requeridos B1-15

7 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

8 Referencias B1-22


Parte B Organigrama

Figura B Organigrama del Marco analítico y descripciones de modelos

and Model Descriptions


de modelos

RD Model Part C


Part D

Modelo WE Parte D

Introduction Part A

Introducción

Parte A

RUE Model Part E

Modelo RUE Parte E




SEE Model Part F

Modelo SEE Parte F




Nomenclature Part H

Nomenclatura

Parte H

Glossary Part I

Glosario

Parte I

Traffic Part B

Tráfico Parte B

PARTE B TRÁFICO

Marco analítico y descripciones de modelos B1-1 Versión 1.0

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:

PARTE B TRÁFICO B1 CARACTERÍSTICAS DEL TRÁFICO


n 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).



n 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).



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 Estimado del tiempo del trayecto n 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):

365sdireccione ambas en anual total Tráfico

IMD =

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.



4.2 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)

1)(y

añoinicialy 100p1IMDIMD

−

+= . . .(4.1)

donde:

IMDy intensidad media diaria al año y (vehículos por día)

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

p porcentaje anual de crecimiento de la IMD (%)

ο aumento porcentual anual de la IMD (vpd)

( )[ ]añoinicialyVPD1IMDIMD inicial añoy −+= ...(4.2)

donde:

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

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

VPD aumento porcentual anual de la IMD (vehículos por día)

ο 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.



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 Nombre

n 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.



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:

gen(y)1)gen(ygen(y) ÄIMDIMDIMD += − . . .(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:

1)norm(ynorm(y)1)total(ytotal(y)gen(y) IMDIMDIMDIMDÄIMD −− +−−= . . .(4.4)

donde:

++= − 100

q1)(p1IMDIMD 1)total(ytotal(y) . . .(4.5)

+= − 100

p1IMDIMD 1)norm(ynorm(y) . . .(4.6)

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 (%)



p 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:

norm(y)gen(y) ÄIMD100q2

ÄIMD = . . .(4.7)

donde ∆IMDnorm(y) es el crecimiento del tráfico normal en el año y derivado de:

1)norm(ynorm(y)norm(y) IMDIMDÄIMD −−= . . .(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.



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 YAXk, 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

610*ELANESkNUM_EJES*kT

=kYAX ...(5.1)

∑=K

1=k

kYAX YAX ...(5.2)

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



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:

LEJ

1j j

kijI

1i

kik

kk

SAXL

AXL

100

P = ESALF ∑∑

==

...(5.3)

donde:

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

Ik 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

Pki porcentaje de los vehículos en subgrupos i de tipos de vehículos k. Si i representa a cada vehículo individualmente, entonces Pki = 100 (%)

LE 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)

SAXLj 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.

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

1=k6

kk

10*ELANES

ESALF*T = YE4 ...(5.4)

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



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).

ELANES

ADH =QCV ... (5.5)

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:

( )ADH*10 ADL*365 NELV +=∆ ...(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.

NTFD

510*yIMD*ST*365 =PASS

− ...(5.7)

donde:

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

5.5 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).



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

∑∑==

==3AGE

1y

y4YE4NE ... (5.8)

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).



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.



Qo Qnom Qult Flujo en PCSE/h

Vel

ocid

ad k

m/h

S1

S2

S3

Snom

Sult

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.



Tabla B1.1 Valores PCSE

Espacio PCSE Valores recomendados Vehículo

Promedio de longitud

(m)

Espacio progresivo

(m) total (m) Básico 2-Carril 4-Carril

2-Carril estrecho

1-Carril

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

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:

QultQo

XQ1= ...(6.1)

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

QultQnom

XQ2 = ...(6.2)

Tabla B1.2 Ejemplos de parámetros de modelos de capacidad y velocidad-capacidad de diferentes tipos de carreteras

Tipo de carretera Ancho

(m) XQ1 XQ2

QLult

(PCSE/carril/hr)

Sult

(km/hr)

σσmaxr

(m/s2)

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




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).



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.

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

Punto máx imoCercano a l punto máx

Períodos de f lujo

Flujo mediano

Cercano al punto bajoNocturno

Flujo horario medio

(%IMD)

Número acumulat ivo de horas en e l año (8760)

Curva de d is t r ibución defrecuencia de f lujo



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 PCNADTp 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

HV Período de flujo (p)

HRYR

(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


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

PCNADT (%) Período de flujo (p)

HRYR

(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



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

p

pp

HRYR*100

PCNADT*365 HV = ...(7.1)

donde:

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

PCNADTp 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

1=kkkpp IMD*PCSE*HV Q ...(7.2)

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:

Qult

Q VCR p

p = ...(7.3)

donde:

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

Todos los demás parámetros se definieron anteriormente.



7.3 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:

ylimy IMD IMD ≤

y:

∑K

1=kkk

ylim

)MIX*(PCSE

Qult*24 = IMD ...(7.4)

donde:

IMDy IMD total en el año y (veh/día)

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

Qult capacidad máxima de la carretera en (PCSE/hr)

MIXk 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.



8 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


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

4 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

5 Referencias C1-12

C2 Firmes bituminosos


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 Fisuración estructural C2-20

PARTE C MODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA CONTENIDOS


5.2 Fisuración termal transversal C2-27

5.3 Areas totales de fisuración C2-29

6 Desprendimiento del árido C2-30

6.1 Inicio C2-30

6.2 Progreso C2-30

7 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 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

11 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

12 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

C3 Firmes de hormigón


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



2.4 Procedimientos del cálculo C3-10

3 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

4 Fisuración C3-19

4.1 Firmes de hormigón con juntas sencillas C3-19

1.2 Firmes de hormigón con juntas reforzadas C3-28

5 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


6 Desconchado C3-35



7 Fallos o roturas C3-38

8 Pérdida de utilidad C3-39


8.2 Firmes de hormigón contínuamente reforzados C3-39

9 Regularidad C3-41



9.3 Firmes de hormigón contínuamente reforzados C3-42


11 Referencias C3-44

C4 Carreteras sin sellar


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



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


7 Referencias C4-17


Parte C Organigrama

Figura C Organigrama del Marco analítico y descripciones de modelos

and Model

Descriptions


de modelos

RD Model Part C


Part D

Modelo WE Parte D

Introduction Part A


RUE Model Part E

Modelo RUE Parte E




SEE Model Part F

Modelo SEE Parte F




Nomenclature Part H

Nomenclatura

Parte H

Glossary Part I

Glosario

Parte I

Traffic Part B

Tráfico Parte B

PARTE C MODELOS DE DETERIORO DE CARRETERAS

Marco analítico y descripciones de modelos C1-1 Versión 1.0

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

Rotura del borde, profundidad de la textura y coeficiente de rozamiento. n Impacto del transporte no motorizado en los arcenes y efectos de los drenajes

laterales sobre la resistencia del firme n 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.

Figura C1.1 Modelos de deterioro de la carretera

Road Deteroration

Models

Modelos de deterioros de la

carretera

Bituminous Pavements

Chapter C2

Firmes bituminosos Capítulo C2

Concrete Pavements

Chapter C3

Firmes de hormigón

Capítulo C3 Unsealed Roads

Chapter C4

Carreteras sin sellar

Capítulo C4 Pavement types

Chapter C1

Tipos de firmes Capítulo C1

PARTE C MODELOS DE DETERIORO DE CARRETERAS C1 CONCEPTOS DE MODELIZACION Y ACCESO


2 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).



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

Categoría de capas

Clases de capas

Tipo de firme

Tipo de capa

Material de la capa

Tipo de

base

Material de la base

AMGB AC, HRA, GB NG, CRS, WBM, etc.

AMAB RAC, PA, AB AB, EB, etc.

AMSB CM, etc. SB CS, LS, etc.

AMAP AP TNA, FDA, etc.

AMRB

AM

RB JUC, RBC, CUC, etc.

STGB SBSD, PM, GB NG, CRS, WBM, etc.

STAB DBSD, SL, AB AB, EB, etc.

STSB CAPE, etc. SB CS, LS, etc.

STAP AP TNA, FDA, etc.

Bituminoso

STRB

ST


JPGB VC, RC, GB NG, CRS, WBM, etc.

JPAB FC, PC, AB AB, EB, etc.

JPSB etc. SB CS, LS, etc.

JPAP AP TNA, FDA, etc.

JPRB

JP


JRGB VC, GB NG, CRS, WBM, etc.

JRAB FC, etc. AB AB, EB, etc.

JRSB SB CS, LS, etc.

JRAP AP TNA, FDA, etc.

JRRB

JR


CRGB VC, GB NG, CRS, WBM, etc.

CRAB FC, etc. AB AB, EB, etc.

CRSB SB CS, LS, etc.

CRAP AP TNA, FDA, etc.

Hormigón

CRRB

CR


CBSG CB CB SG SA, NG, etc.

BRLC BR BR LC LC

Pavimentada

Bloque

SSGB SS SS CG LC, NG, etc.

GRUP GR LT, QZ, etc.

EAUP EA EA UP

Sin pavimentar

Sin sellar

SAUP SA SA



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



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.



n 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).



3 Modelización

3.1 Clases y tipos de modelos

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:

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)

3.2 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.



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.



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

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

4.1 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



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):

NWAT

DWAT*60 SWAT*100I*0.6 - IMI ah

−== ...(4.1)

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

1i

0)MIN(TEMP,ABSFI ...(4.2)

donde:

FI índice de congelación

TEMP temperatura (oC)

Ndías número de días de una estación helada



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.



5 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

PARTE C MODELOS 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).

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.

Road Deterioration Models

Modelos de deterioro de carreteras


Chapter C-2

Firmes bituminosos capítulo C-2

Concrete Pavements

Chapter C-3

Firmes de hormigón capítulo C-3

Unsealed Roads

Chapter C-4

Carreteras sin sellar capítulo C-4 Pavement types

Chapter C-1

Tipos de firme capítulo C-1

PARTE C MODELOS 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 Material de la base Tipo de firme

AC CRS

HRA

GB

GM

AMGB

PMA AB AB AMAB

RAC CS

CM

SB

LS

AMSB

PA TNA

SMA FDA

AMAP

AM

Xx

AP

CAPE CRS

DBSD

GB

GM

STGB

SBSD AB AB STAB

SL CS

PM

SB

LS

STSB

Xx TNA STAP

ST

AP

FDA

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

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



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

Tipo de capa Materiales de la capa

Abreviatura Descripción Abreviatura Descripción

AC Hormigón bituminoso

CM Mezcla bituminosa suave (mezcla fría)

HRA Bitumen caliente compactado

PA Bitumen poroso

PMA Polímero de bitumen modificado

RAC Hormigón asfáltico engomado

AM

Mezcla bituminosa

SMA Almácigo de piedra

CAPE Capa sellada

DBSD Relleno superficial bituminoso doble

PM Penetración de macadán

SBSD Relleno superfic ial bituminoso sencillo

ST

Tratamiento superficial

SL Lechada bituminosa

Tipos de base Materiales de la base

Abreviatura Descripción 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.



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

Tipo de firme

Tipo de capa

Tipo de base

Descripción de tipos de firme

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.



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

Tipo de firme existente Trabajo

AMGB AMSB AMAB AMAP STGB STSB STAB STAP

Rutina AMGB AMSB AMAB AMAP STGB STSB STAB STAP

Tratamiento preventivo


Resellado STAP STAP / STSB1

STAP STAP STGB STSB STAB STAP

Refuerzo AMAP AMAP / AMSB1 AMAP AMAP AMGB AMSB AMAB AMAP

Incrustación 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

Fuente: NDLI (1995)

Notas:

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

2.2 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)



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


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


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:

MLLD - HSOLD + HSNEW = HSOLD 112 ...(2.1)



usuario el por doespecifica valor = HSNEW 2 ...(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.



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:



[ ] [ ] [ ]CONDICIONCONDICION =CONDICION ab ∆+ ...(2.3)

[ ] [ ] [ ]{ }baav CONDICIONCONDICION*0.5 =CONDICION + ...(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



3 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.



3 Resistencia del firme

3.1 Número estructural ajustado

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:

s+s+ss SNSUBGSNSUBASNBASU =SNP ...(3.1)

0.0394 =SNBASUs ∑=

n

i 1

isa ih ...(3.2)

+

+−+

−

−

−

+

+−+

−

−

−−=∑

)b(b

))zb(b(expb

b

)zb(expb

)b(b

))zb(b(expb

b

)zb(expb

0.0394 =SNSUBA

32

1j321

3

1j30

32

j321

3

j30

1

s

m

j

jsa ...(3.3)

( )[ ] ( )[ ] ( )[ ]1.43CBRlog0.85 - CBRlog 3.51zb-expzb-expb - b =SNSUBG 2s10s10m3m210s −

...(3.4)

donde:

SNPs 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



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 b1 b2 b3

Todos los tipos de firme 1,6 0,6 0,008 0,00207

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

Capa Tipo de capa Condición Coeficiente

ST 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

Perfilado

AM

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

GB

CBR <60,carga por eje máx > 80kN ai = 0

AB, AP Densa con mucha rigidez ai = 0,32

Base

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

Sub-base

Hormigón UCS > 0.7 MPa aj = 0,14


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.



3.2 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:

ds SNP f =SNP ...(3.5)

donde:

( ) ( )[ ]1/p ps

fdd-1

f =f

+ ...(3.6)

y:

SNP promedio anual del número estructural ajustado

SNPd estación seca SNP

f proporción SNPw / SNPd

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 Modelo p

Fisuración Inicio de la fisuración estructural 2,0

Densificación inicial 0,5 Profundidad de la rodera

Deformación estructural 1,0

Regularidad Componente estructural 5,0

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.

( )[ ] ( ) APOTaaACRAa1)DFa1(a

MMPaexp-1-1K = f 4a3a2

1

0f

++− ...(3.7)

donde:

f proporción SNPw / SNPd



SNPw estación húmeda SNP

SNPd 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 a0 a1 a2 a3 a4

Valor predefinido -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

DFmin

Muy pobre

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



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).

( )[ ]{ }amaxddfd DF - DF ADDF,KMIN 0,MAX =DF∆ ...(3.8)

y:

( )Life DrainDF - DF

=ADDF minmax ...(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).

( )RFa+1 a K =Life Drain 10drain ...(3.10)

donde:

RF rampa + pendiente (m/km)

Kdrain factor de calibración para la vida del drenaje



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

Arido Semi-árido Sub-húmedo Húmedo Súper-húmedo Tipo de drenaje

a0 a1 a0 a1 a0 a1 a0 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 V-dura

20 -0,0033 15 -0,0031 10 -0,0027 6 -0,0022 4 -0,0033

Forma de V- suave

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

3.3 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

( ) dSNPKDEF 3.2 =SNP 0.63ss +− ...(3.11)

� Base de hormigón

( ) dSNPKDEF 2.2 =SNP 0.63ss +− ...(3.12)

y:

( ) ( )[ ]{ }HSOLD ,0PACX,40ACXMINMAXHSNEWACX63,MIN 0.0000758 =dSNPK aa −+ ...(3.13)



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

( ) 1.6ss SNPK 6.5 =DEF − ...(3.14)

ο Base de hormigón

( ) 1.6ss SNPK 3.5 =DEF − ...(3.15)

y:

dSNPK-SNP =SNPK ss ...(3.16)

donde:

SNPKs número estructural ajustado debido a la fisuración en la estación s

n 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.



4 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).



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



5 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)

( ) ( )

+

CRT

DEFYE4a + DEFlog a + CMODlog a + HSE a

exp a CDSK =ICA4e3

e210

2cia ...(5.1)

si HSOLD > 0 (es decir, refuerzos o resellados)

( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( )

+

−−+++CRT

DEFYEa + DEFlog a + CMODlog a + HSE a

exp*

aKW1KA10.1HSE10.2KWKA 0.8CDSK =ICA

44e3

e21

02

cia

...(5.2)

n Otras bases

si HSOLD = 0 (es decir, perfilado original)

+

CRTSNPYE4 a + SNP aexp a CDSK =ICA

22102

cia ...(5.3)



si HSOLD > 0 (es decir, refuerzos o resellados)

� Para todos los materiales de la capa excepto CM, SL y CAPE

+

−

CRTHSNEWa,,0

aPCRW1MAX*

SNPYE4a+SNP aexp a

MAX CDSK =ICA

43

22102

cia ...(5.4)

� Para materiales de la capa - CM, SL y CAPE

+

−

CRTa,,0

aPCRA1MAX*

SNPYE4a+SNP aexp a

MAX CDSK =ICA

43

22102

cia ...(5.5)

5.1.2 Inicio de la fisuración estructural ancha

( )[ ]ICA a ,ICA a+aMAX K =ICW 210ciw ...(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)



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)



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

Material de la capa

Valor HSOLD Equn a0 a1 a2 a3 a4

Todos 0 5,3 4,21 0,14 -17,1

Todos excepto CM

> 0 5,4 4,21 0,14 -17,1 30 0,025

AMGB

CM > 0 5,5 13,2 0 -20,7 20 1,4

Todos 0 5,3 4,21 0,14 -17,1 AMAB

> 0 5,4 4,21 0,14 -17,1 30 0,025

AMAP 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 AMSB

> 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

STGB

SL, CAPE > 0 5,5 13,2 0 -20,7 20 1,4

Todos 0 5,3 13,2 0 -20,7


> 0 5,4 4,21 0,14 -17,1 20 0,12

STAB

SL, CAPE > 0 5,4 4,21 0,14 -17,1 30 0,025

STAP 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 STSB

> 0 5,2 1,12 0,035 0,371 -0,418 -2,87



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

Tipo de firme 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

AMGB

CM > 0 0,70 1,65 0

Todos 0 2,46 0,93 0 AMAB

> 0 2,04 0,98 0

AMAP Todos > 0 2,04 0,98 0

Todos 0 1,46 0,98 0 AMSB

> 0 0 1,78 0

Todos 0 2,66 0,88 1,16


> 0 1,85 1,00 0

STGB

SL, CAPE > 0 0,70 1,65 0

Todos 0 2,66 0,88 1,16


> 0 1,85 1,00 0

STAB

SL, CAPE > 0 2,04 0,98 0

STAP Todos > 0 1,85 1,00 0

Todos 0 1,46 0,98 0 STSB

> 0 0 1,78 0

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:

( )[ ]SCASCAt a a ZZCDS

CRPK =dACA 1/a1a1

A10AAcpa −+δ

...(5.7)

El progreso de la fisuración estructural total comienza cuyo δtA > 0 o ACAa > 0

Donde:

si 0ACA a > δtA = 1 si no ( )[ ]{ }1 ,ICAAGE2 MIN 0, MAX =t A −δ

si 50ACAa ≥ entonces: zA = -1 si no: zA = 1

( )0.5 ,ACA MAX =ACA aa

( )[ ]aa ACA-100,ACA MIN =SCA

[ ]a1AA10 SCA+t Z a a =Y δ ...(5.8)



n si Y < 0

entonces:

( )acpa ACA100CDSCRPK =dACA −

...(5.9)

n si Y ≥≥ 0

entonces:

( )SCAYZ CDSCRPK =dACA 1/a1

Acpa −

...(5.10)

n si 50ACAa ≤ y 50dACAACAa >+

entonces:

( )a1/a1

1cpa ACAc-100CDSCRPK =dACA −

...(5.11)

donde:

( )[ ]{ }0 ,t a aSCA502 MAX = c A10a1a1

1 δ−− ...(5.12)

5.1.4 Progreso de la fisuración estructural ancha

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

( )[ ]SCWSCWt a aZZ CDS

CRPK =dACW 1/a1a1

w10w wcpw −+δ

...(5.13)

donde:

[ ]dACW ACWa,-dACA+ACA MIN =dACW a ...(5.14)

El progreso de la fisuración estructural ancha comienza cuando δtW > 0 o ACWa > 0

donde:

si 0ACWa > δtW = 1 si no ( )[ ]{ }1 ,ICWAGE2 MIN 0, MAX =t w −δ

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

δtW = 0 si 5ACAa ≤ y 0.5ACWa ≤ 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



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 50ACWa ≥ ACWa ≥ 50 entonces: zw = -1

si no: zw = 1

( ) 0.5 ,ACW MAX =ACW aa

( )[ ]SCW = MIN ACW , 100 - ACW a a

[ ]a1ww10 SCW+t Z a a =Y δ ...(5.15)

n si Y < 0

entonces:

( ) ( )[ ] ACW100 ,ACWdACAACA MINCDSCRPK =dACW aaacpw −−+

...(5.16)

n si Y ≥≥ 0

entonces:

( ) ( )[ ] SCWYZ ,ACWdACAACA MINCDS

CRPK =dACW 1/a1

waacpw −−+

...(5.17)

n si ACWa ≤ 50 y ACWa + dACW > 50

entonces:

( ) ( )[ ] ACWc100 ,ACWdACAACA MINCDS

CRPK =dACW a

1/a11aacpw −−−+

...(5.18)

donde:

( )[ ]{ }0 ,t a aSCW502 MAX = c w10a1a1

1 δ−− ...(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



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

Fisuración total Fisuración ancha Tipo de firme

Material de la capa

Valor HSOLD 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

AMGB

CM > 0 2,41 0,34 3,40 0,35

0 1,84 0,45 2,94 0,56 AMAB

Todos

> 0 1,07 0,28 2,58 0,45

AMAP Todos > 0 1,07 0,28 2,58 0,45

0 2,13 0,35 3,67 0,38 AMSB

Todos

> 0 2,13 0,35 3,67 0,38

0 1,76 0,32 2,50 0,25 STGB

Todos

> 0 2,41 0,34 3,40 0,35

Todos 0 1,76 0,32 2,50 0,25


> 0 2,41 0,34 3,40 0,35

STAB

SL, CAPE > 0 1,07 0,28 2,58 0,45

STAP Todos > 0 2,41 0,34 3,40 0,35

0 2,13 0,35 3,67 0,38 STSB

Todos

> 0 2,41 0,34 3,40 0,35



5.2 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 (NCTeq) por kilómetro de carretera y el tiempo que tarda en alcanzar el nivel de fisuración (Teq) desde su inicio, para las diferentes zonas climáticas.

Tabla C2.18 Valores propuestos predefinidos de CCT

Parámetro del modelo Tropical

Sub-tropical

cálido

Sub-tropical

frío

Templado

frío

Templado

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 Tropical

Sub-tropical

cálido

Sub-tropical

frío

Templado

frío

Templado

helado

NCTeq 0 100 0 0 20

Teq 50 7 50 50 7

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)

( )( )[ ]CCTCDS,aMAX K =ICT 0cit ...(5.20)

n si HSOLD > 0 (es decir, reforzados o rellenados)

( )]HSNEW aaCCT CDS ,[aMAX K =ICT 210cit ++ ...(5.21)

5.2.2 Progreso de la fisuración termal transversal

Comienza cuando δtT > 0

donde:

si 0ACTa > δtT = 1 si no ( )[ ]{ }1 ,ICTAGE2 MIN 0, MAX =t T −δ



n si HSOLD = 0 (es decir, perfilados originales)

( ) ( )( )

T2eq

eqaeqcpt t

T

0.5 - ICT - AGE3NCT 2,NCTNCTMIN0,MAX

CDS1K =dNCT δ

−

...(5.22)

n si HSOLD > 0 (es decir, reforzados o rellenados)

( )( )( )

( )( )

T

2eq

eq

a0

aeqcpt t

,0T

0.5 - ICT - AGE3NCT 2

,NCT-PNCT PNCT, aMINMAX,NCTNCTMIN

CDS1K =dNCT δ

−

...(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:

20dNCT

=dACT ...(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)

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

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

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


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.



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

Inicio Progreso Tipo de firme

a0 a1 a2 a0

Todos los tipos de firme excepto STGB y STSB 1,0 -1,0 0,02 0,25

STGB y STSB 100 -1,0 0,02 0,25

5.3 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:

ACW0.39+ ACA0.62 =ACX ...(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:

ACT+ ACA=ACRA ...(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)



6 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:

( ) YAXa exp RRF a CDS K =IRV 102

vi ...(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 a0 a1

Todos excepto CM 100 -0,156 AM

CM 8,0 -0,156

Todos excepto SL, CAPE 10,5 -0,156 ST

SL, CAPE 14,1 -0,156



6.2 Progreso

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

( )[ ]SRVSRVt YAX)aa a Z(ZCDS

1 RRF

K=dARV 1/a2a2

v2102

vp −+δ+

...(6.2)

El progreso del desprendimiento comienza cuando δtv > 0 o ARVa > 0

donde:

si ARVa > 0 δtv = 1 si no ( )[ ]{ }1 ,IRVAGE2 MIN 0, MAX =t v −δ

si ARVa ≥ 50 entonces: z = -1

si no: z = 1

( ) 0.5 ,ARV MAX =ARV aa

( )[ ] ARV-100 ,ARV MIN =SRV aa

( )[ ] 1.0,1 YAX, MIN MAX =YAX

[ ] SRV +t Z YAX)aa (a =Y a2v210 δ+ ...(6.3)

n si Y < 0

entonces:

( )a2vp ARV100

CDS1

RRF

K=dARV −

...(6.4)

n si Y ≥≥ 0

entonces:

( )SRVYZCDS

1 RRF

K=dARV 1/a2

2

vp −

...(6.5)

n si ARVa ≤≤ 50 y ARVa + dARV > 50

entonces:

( )a1/a2

12

vp ARVc100CDS

1 RRF

K=dARV −−

...(6.6)

y:

( )[ ]{ }0 ,t YAX)aa a(SRV502 MAX = c v210a2a2

1 δ+−− ...(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)



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 a0 a1 a2

Todos los tipos de firme 0,6 3,0 0,352



7 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%.

( )( ) ( ) ( )

++++

MMPa1YAXa1CDBa1HSa1

a*K =IPT432

10pi ...(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)


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.



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 Fisuración

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 Desprendimiento del árido

Todos excepto las bases GB

3,0 0,05 1,0 0,5 0,01

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:

( )( )( )( )

+

+++

HSa1

MMPa1YAXa1CDBa1(TLF)ADIS*a*K =dNPT

4

321i0ppi ...(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:

IPTICW2AGE +> 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:

IPTIRV2AGE +> 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:



∑=

=3

1i

idNPT dNPT ...(7.3)

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 Fisuración

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 Desprendimiento del árido


AMGB, STGB 0,07 1,0 10 0,005 0,08 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



8 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:

( ) ( ) 62

a120eb 10

1000MMPaSESTEPAADT PSH a K =dVEB −

+ ...(8.1)

y:

0 ,1 ,

aCW-CW

CW, a+aMAXMINMAX =PSH5

max43 ...(8.2)

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)


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.



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



9 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 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.

n 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).

n 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.

n 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.

n 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.



n 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.

9.2 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

( )[ ]dAVEB+AVEB 18, MIN AVEB ab = ...(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:

CW

VEB AVEB = ...(9.2)

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)



9.2.2 Baches

( )[ ]dAPOT+APOT 10, MIN APOT ab = ...(9.3)

donde:

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

APOTa 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:

( ) ( )( )CW10STDAPOTNPT

APOT = ...(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 APOTa y sustituyendo NPT por dNPT se obtiene el valor de dAPOT;

donde:

NPTa 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

( ) ( )[ ]{ }dAPOTCRdAVEBCRdACRAACRA ,AVPD-100 MIN 0, MAX ACRA abb −−+= ...(9.5)

donde:

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

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



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 + APOTb

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)

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

ACTa 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:

( ) ( )AVEB VBCR 0.01 dAVEBCR ∆= ...(9.6)

si no:

0 dAVEBCR =

y:

ab AVEB- AVEBAVEB =∆

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



( )( )CW 10

STDAPOTNPT dAPOTCR c∆

= ...(9.7)

si no:

0 dAPOTCR =

NPT dNPTdNPT

cNPT c ∆

=∆ ...(9.8)

y:

ab NPTNPTNPT −=∆

donde:

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

∆NPTc 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)

NPTb número total de baches por km al final del año analizado

NPTa número total de baches por km al comienzo del año analizado

Anteriormente se definieron otros parámetros.

Fisuración estructural total

( )[ ]bb ACRA,ACA+ACA MIN ACA a ∆= ...(9.9)

n si ACRAa > 0

( )[ ]( )

ACRAdAPOTCRdAVEBCRdACRA

dAPOTCRdAVEBCRq-dACA ,0MAXACA

∆

−−

−=∆ ...(9.10)

n si ACRAa = 0 y ACRAb > 0

( )( )

ACRAdAPOTCRdACRA

dAPOTCR-dACA ACA ∆

−=∆ ...(9.11)

si no:

∆ACA 0=

y:

ACRAACT

-1qa

a

= ...(9.12)

y:



ab ACRA- ACRAACRA =∆ ...(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

( )[ ]{ }bab ACA,dAVEBCR q-dAPOTCR-dACW+ACW MIN 0, MAX ACW =

...(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:

bbb ACA- ACRAACT = ...(9.15)

si no:

0 ACTb =

Todos los parámetros se definieron anteriormente.

9.2.4 Desprendimiento del árido

( )( )

−−−+=

dACRARVdAPOTRVdAVEBRVdARVARV ,AVPC-100

MIN 0, MAX ARVa

bb

...(9.16)



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 + APOTb + 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:

( ) ( )AVEB VBRV 0.01 dAVEBRV ∆= ...(9.17)

si no:

0 dAVEBRV =

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:

( )( )CW10

STDAPOTNPT dAPOTRV r∆

= ...(9.18)

si no:

dAPOTRV 0=

y:



NPTdNPTdNPT

NPT rr ∆

=∆ ...(9.19)

donde:

∆NPTr 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


El valor de dACRARV se obtiene:

n si ARVa > 0

entonces:

( ) ( )ACRA CRV 0.01 dACRARV ∆= ...(9.20)

si no:

0 dACRARV =

donde:

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

9.3 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:

bbbbb ARV+ACRA+APOT+ AVEBADAMR = ...(9.21)

donde:

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


Las áreas de la capa con severos desperfectos que se pueden parchear se obtienen a partir de la expresión:

bbbb ARV+ACW+ APOTADAMS = ...(9.22)



donde:

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




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:

( )( )

= 4321 aaDEF a + a6

0rid COMP SNP10 YE4aKRDO ...(10.1)

donde:

RDO rodera debida por la densificación inicial (mm)


DEF porcentaje anual de desviación del rayo Benkelman (mm)


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.



Tabla C2.27 Valores de coeficiente predefinidos para el modelo de densificación inicial

Tipo de firme a0 a1 a2 a3 a4

AMGB, AMAB, AMSB, STGB, STAB, STSB 51740 0,09 0,0384 -0,502 -2,30

AMAP, STAP 0 0 0 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

( )321 aaa0rstuc COMP YE4SNP a K RDST =∆ ...(10.2)

n Deformación estructural después de la fisuración

[ ]a4a

aaa0rstcrk ACXMMP YE4SNP a K RDST 321=∆ ...(10.3)

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

n si ACRA = 0

entonces:

ucRDST RDST ∆=∆ ...(10.4)

n si ACRA > 0

entonces:

crkuc RDSTRDST RDST ∆+∆=∆ ...(10.5)

donde:

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

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

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




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



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


Sin fisuración Todos los tipos 44950 -1,14 0,11 -2,3

Después de la fisuración Todos los tipos 0,0000248 -0,84 0,14 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:

21 aa0

3rpd HS Sh YE4a CDS K RDPD =∆ ...(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


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.



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.

[ ]4321 aaaa0rsw SALT S WPASS a K RDW = ...(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)


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


Todos los tipos 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

RDW+RDPD+RDO RDM ∆∆=∆ ...(10.8)

si no:

RDW+RDPD+RDST RDM ∆∆∆=∆ ...(10.9)

donde:



∆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:

( )[ ]100,RDM+RDM MIN RDM ab ∆= ...(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:

bbb RDM )]RDM 0.04 - (0.9 MAX[0.3, RDS = ...(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.



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:

( ) ( ) YE4SNPK1 AGE3K m exp a RI 5

bgm0s−+=∆ ...(11.1)

y:

( )[ ]1.5 ,dSNPK-SNP MAX SNPK ab = ...(11.2)

y:

( )( )[ ]

−+

=HSOLD 0 ,a PACX,ACX MIN MAX

HSNEW ACX,a MIN a K dSNPK

2a

a10snpk ...(11.3)

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

SNPa 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)



EDAD3 edad del firme desde su último refuerzo (rehabilitación), reconstrucción o nueva construcción (años)


m coeficiente de medioambiente (ver Tabla C2.31)

Kgm factor de calibración del coeficiente de medioambiente

Ksnpk factor de calibración del SNPK



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 Sub-tropical

cálida

Sub-tropical

fría

Templada

fría

Templada

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:

ACRA a0 RIc ∆=∆ ...(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:

RDS a RI 0r ∆=∆ ...(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)



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:

( )[ ]{ }( )

−= 0 ,

5000IMD

1 MAX0 ,1 ,3-CW 0.25 MIN MAX FM ...(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

( )

−

∆+−=∆ 2a

a

2a

a10t NPT2

TLF*NPTTLF*NPTFMa a RI ...(11.7)

n si no (en opciones de políticas de bacheo parciales)

( )2a

a10t2

NPTNPT*NPT*FMa a RI

∆+∆−=∆ ...(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

NPTa 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:

agme RI K* m RI =∆ ...(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)



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:

[ ] etrcsgp RIRIRIRIRIKRI ∆+∆+∆+∆+∆=∆ ...(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:

( )[ ]0ab a ,RIRIMINRI ∆+= ...(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 Componente de la regularidad Ecuación a0 a1 a2

Estructural 11,1 134

dSNPK 11,3 0,0000758 63,0 40,0

Fisuración 11,4 0,0066

Rodera 11,5 0,088

Todos los tipos de firme

Area de baches 11,7 0,00019 2,0 1,5

El porcentaje anual de la regularidad del firme del año analizado se calcula de la siguiente forma:

( )baav RI+RI 0.5 RI = ...(11.12)



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.



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:

( )( )

∆−−=∆

−

NELV10log ITD aTDITDKTD +ITD a

TDITD

100atd0

a

...(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.



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

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

AM

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

ST

PM 1,5 0,008

La profundidad de la textura al final del año analizado se define por la siguiente fórmula:

( )[ ]0.1 ,TDTDMAXTD ab ∆+= ...(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:

( )baav TD+TD 0.5 TD = ...(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:



[ ]QCV 0,MAX a K SFC 0sfc50 ∆=∆ ...(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

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

AM

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

ST

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:

( )[ ]0.35 ,SFC+SFC MAX SFC 5050a50b ∆= ...(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



El valor anual del coeficiente de rozamiento transversal del año analizado se calcula de la siguiente forma:

( )50b50a50av SFC+SFC 0.5 SFC = ...(12.6)

donde:

SFC50av promedio anual del coeficiente de fuerza lateral, medido a 50 km/h, en el año analizado


El promedio del valor del coeficiente de rozamiento transversal, a un promedio de velocidad del tráfico, se calcula de la siguiente manera:

( )[ ] ( )[ ]{ }

−−−=

400

50S 50,MAX 2 ,TDMIN2400SFCK SFCs av50av

sfcs ...(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)


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.



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



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


Notes on modelling the deterioration of drainEDAD Communication to the ISOHDM



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.



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.

PARTE C MODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA C3 FIRMES DE HORMIGON


Figura C3.1 Módulos de deterioro de la carretera




Chapter C-2


Concrete Pavements

Chapter C-3


Unsealed Roads

Chapter C-4


Chapter C-1




2 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 Descripción

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

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



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.

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 ).

Espacio entre juntas 3 – 6 m

Entrelazado agregado Losa

Base



Espacio de las juntas 3 - 6 m

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.

Pasadores Losa

Base

Espacio de las juntas 10 – 20 m

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 ).



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. Forma de deterioro Unidades de medida Tipo de la capa del firme

1 Fisuración 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.



n 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.

C D

Junta transversal

Tráfico

A B C D

Ancho del deterioro Ancho del deterioro

Losa

Arcén

C L Junta longitudinal

Junta transversal

A B

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.



Junta transversal.

Tráfico Losa

Arcén

C L Junta longitudinal

Junta transversal.

A B

A B

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



Arcén

Tráfico

Junta transversal.

Poca gravedad

1,8 m

Mucha gravedad 1,5 m

Poca gravedad 2 m Moderada gravedad

2,5 m

A B

C D

A B

Ancho del deterioro

Junta

C D

< 0,6 m

Junta Fisura

Junta transversal Junta transversal

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



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:

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

2.3 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:

( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ]ETC.,ENVIRON,STRENGTH,TRAFF,TIME f =tCONDITION ...(2.1)



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



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



3 Características estructurales

3.1 Introducción

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:

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)

3.2 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):

( )0.5cc f'57000 E = ...(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'cf*RUP MR28 = ...(3.2)

donde:



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:

488.5 10

E*43.5 MR

6c +

= ...(3.3)

donde:

MR módulo de ruptura 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

Tipo de agregado Coeficiente termal del hormigón (α)

(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)



n 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


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.



Tabla C3.7 Módulo de elasticidad por tipo de base

Tipo de base Modulo de elasticidad, Ebase

(en psi)

Granular (GB) 25.000

Tratamiento bituminoso (AB) 600.000

Tratamiento de cemento (SB) 400.000

Soporte de hormigón (RB) 1.000.000


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:

DEFRPRESSKSTAT = ...(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.



Esto es equivalente al tiempo de saturación (T50) 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)


Tabla C3.9 Valores recomendados para el coeficiente del drenaje (Cd) de los firmes de hormigón

Porcentaje del tiempo que la estructura del firme está expuesta a niveles de humedad cercanos a la saturación Calidad del

drenaje 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


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 Explanada basta Drenajes laterales

Niveles de precipitación 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 No

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 Si

Seco (árido) 1,10 - 1,20 0,95 - 1,15 1,10 - 1,20 1,15 - 1,20

Fuente: FHWA (1995)



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

2 Base permeable k = 1000 pies/día (305 m/día) o Cu ≤ 6

3 (a) Clima húmedo Precipitación >25 pulgadas/año (635 mm/año)

(b) Clima seco (árido) Precipitación ≤ 25 pulgadas/año (635 mm/año)

3.4 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:

100* DEF

DEF=LT

load

unld

...(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



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:

100* STRESS

STRESS=LTE

load

unldsh

...(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.



4 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:

1.66-cFD*1.411

100*KjpPCRACK =+

...(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

1tg tg

tg

N

n =FD ...(4.2)

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)



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

Diferencia de temperatura

Frecuencia (FREQ)

(∆∆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.



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:

( )

+∆∆

3sSLABTHK

2-SLABTHK *a1a0-T =T ...(4.3)

donde:

∆Ts 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 )

(= Ttop - Tbottom)

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 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

n 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:

tgtg

tg FREQ*LCR

NE4 =n ...(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



n 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:

3tg

2tgtgtg SR*491.55-SR*1259.9SR*1148.6-418.9 =LCR + ...(4.5)

MR

SIGMA SR tg

tg = ...(4.6)

donde:

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)

n Número máximo del Ntg

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:

-1.2tgtg SR*2.13 =)(NLog10 ...(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:

( )(tg)curltg(tg)loadSBtg *R *f SIGMA σσ += ...(4.8)

donde:



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:

eWLESload *f*f = σσ ...(4.9)

donde:

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)

n 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:

( )

( )( )

++++

+

+=

leq

4eq

3c

2ea

21*1.18 2-1

3

4 - 1.84

a*KSTAT*100

SLABTHK*Eln

SLABTHK*3

P*1*3 µ

µµ

µπ

µσ

...(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




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)



El radio de aplicación de la carga equivalente (aeq) se calcula a partir de la siguiente expresión:

+

+

+

+

+

=

lll

ll

a*

aSP

*0.001 SP

*0.034664 a

*a

SP*0.301805 -

aSP

*0.000436

a*

aSP

*0.045229 - a

SP*0.017881 -

a*0.103946

aSP

*0.339485 0.909

a

a

3233

22

eq

...(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)


El radio de rigidez relativa del sistema de la base de la losa se calcula a partir de la siguiente expresión:

( )

0.25

2

3c

KSTAT*1*12

SLABTHK*E

−=

µl ...(4.12)

donde:




µ relación de Poisson


n 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:



shES LTE100

100 =f+

...(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):

32

WL DWa

*0.053891 DW

a*0.24565 -

DWa

*0.386201 DW

*0.013211 0.454147 f

+

++=

l

...(4.14)

donde:

fWL factor de ajuste de los carriles ensanchados exteriores


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)

n Cálculo de fuerzas producidas por el arqueamiento

Las fuerzas del arqueamiento se obtienen por la ecuación más adelante:

2T* *E*COEF

= sccurl

∆ασ ...(4.15)

donde:

σ curl fuerza en el borde de la losa durante el arqueamiento (psi)

COEF coeficiente de fuerza del arqueamiento


α coeficiente termal del hormigón (predefinido = 5.5*10- 6), (por ºF)

∆Ts diferencia ajustada de la temperatura en la superficie y en la base de la losa (ºF)



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):

( )

+

+=

)cosh()sinh( )tan(*

)cosh(*)sinh(*2 )sin(2)cosh(*)cos(*2 - 1 COEF

λλλ

λλλλλ ...(4.16)

y:

8*

JTSPACE*12

l=λ ...(4.17)

donde:

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)

n 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 :

( )

( )

( )

++

+−

+

=

KSTAT*dT*E*10*dT)*0.181 - (1.17 KSTAT*10*8.76 - dT*10*1.5757 - 1.062

Y*dT*8.16396 KSTAT*dT*E*10*1.84 - dT*0.387317 - 1.068

Y*dT*1.7487 KSTAT*dT*E*10*1.051 - Y*86.97

R

c11-5-2-

22c

11-

2c

-93

...(4.18)

Los parámetros intermedios Y y dT de la anterior ecuación más atrás se expresan de la siguiente manera:

l*100JTSPACE*12

Y = ...(4.19)

5s 10*T* dT ∆α= ...(4.20)

donde:





JTSPACE promedio de espacio entre las juntas transversales (pies)


α coeficiente termal del hormigón (por ºF)

∆Ts diferencia ajustada de la temperatura en la superficie y en la base de la losa (ºF)

n 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:

( )EFFETHK

NAXIS -SLABTHK*2 =fSB ...(4.21)

donde:

fSB Factor de ajuste de las bases estabilizadas

= 1.0 si EFFETHK es igual a SLABTHK


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:

( )

+

++=

BASETHK*E

E SLABTHK

BASETHK*0.5 SLABTHK*BASETHK*E

E SLABTHK*0.5

NAXIS

c

base

c

base2

...(4.22)

5.0

c

base22

SLABTHK*EBASETHK*E

*BASETHK SLABTHK EFFETHK

+=

...(4.23)

donde:


Ebase módulo de elasticidad de la base estabilizada (psi)




BASETHK espesor de la base estabilizada (pulgadas)

4.1.3 Factores clave

Los siguientes factores tienen efectos significativos en la propagación de la fisuración transversal:

n Espesor de la losa

n Espacio entre las juntas

n Fuerza de flexión del hormigón

n Clima/medioambiente

4.2 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):

]10*E*PSTEEL)*5 - (1 - PSTEEL*66.5 - exp[7.5518*

MI)*exp(-0.032 - (1*

BASE)*0.073 - (0.116*NE4 + FI/SLABTHK *10*6.88

*AGE*Kjr =DCRACK

6-c

-5

2.5c

...(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)


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)




Kjrc factor de calibración (predefinido = 1,0)

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.



5 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):

( )( )( )

+−=

WIDENED*0.0415 - DAYS90*0.002478 -

PRECIP*FI*10*7.78 BASE*0.0115

/JTSPACESLABTHK*0.00025 - Cd*0.1516 - 0.2347

*NE4*Kjpn FAULT

0.5

0.251.58-

0.252

0.25f

...(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


JTSPACE promedio de espaciamiento de las juntas transversales (pies)

BASE Tipo de base:




PRECIP promedio de precipitación anual (pulgadas)

DAYS90 número de días en los que la temperatura es mayor de 90ºF

WIDENED carril ensanchado:

0 si no está ensanchado

1 si está ensanchado

Kjpnf factor de calibración (predefinido = 1,0)



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) n Uso de carriles ensanchados o arcenes de hormigón n Proveer menos espacio entre las juntas o usar losas más finas

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):

( )( )( )

+

++

+

=

AGE*0.0009217 WIDENED*0.01917 - BASE*0.009503 -

PRECIP*FI*10*7.466 JTSPACE*10*4.116

BSTRESS*10*3.673 Cd - 1*0.0628

*NE4*Kjpd FAULT 0.5210-26-

2-9

0.25f

...(5.2)

donde:

FAULT promedio de resaltos (pulgadas)

NE4 ESALS desde la construcción del firme (millones de ejes equivalente 18-kip por carril)


BSTRESS fuerza máxima soportada por el hormigón, en el sistema de pasadores-hormigón (psi)

JTSPACE promedio de espaciamiento entre las juntas transversales (pies)



BASE Tipo de base:



WIDENED Carril 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


Kjpdf factor de calibración (predefinido = 1,0)



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):

( )3

s BETA*INERT*E*4OPENING*BETA2*Kd*LT*P*DFAC

=BSTRESS+ ...(5.3)

donde:

BSTRESS fuerza máxima de soporte del hormigón, en los sistemas de pasadores-hormigón (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:

25.0

s INERT*E*4DOWEL*Kd

BETA

= ...(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)


El promedio de separación entre las juntas transversales (OPENING) se obtiene de:

+

=

2TRANGE*

*JTSPACE*CON*12 OPENING γα ...(5.5)



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:

4

2DOWEL

**0.25 INERT

π= ...(5.6)

donde:


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


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.


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.



( )( )( )

+

++

+

=

AGE*0.0009217 WIDENED*0.01917 - BASE*0.009503 -

PRECIP*FI*10*7.466 JTSPACE*10*4.116

BSTRESS*10*3.673 Cd - 1*0.0628

*NE4*Kjr FAULT 0.5210-26-

2-9

0.25f

...(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)


BSTRESS presión máxima de soporte del hormigón, en el sistema de pasadores-hormigón (psi)

JTSPACE promedio de separación entre las juntas (pies)



BASE Tipo de base:



WIDENED Carril 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


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


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.



6 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.


El desconchado de juntas transversales se pronostica usando la siguiente ecuación más adelante (ERES Consultants, 1995):

( )

( )

( )

+−

+

++

+

=

FI*SILSEAL*27.09 PREFSEAL*28.59

FI*LIQSEAL*27.6 - 29.01

DWLCOR*375 10*DAYS90*1.11

PREFSEAL LIQSEAL*895.7 - 549.9

*10*JTSPACE*AGE*Kjp SPALL

3-3

6-2s

...(6.1)

donde:

SPALL porcentaje de juntas transversales desconchadas

AGE años desde la construcción del firme (años)


LIQSEAL presencia de líquido sellante en la junta

0 si no está presente

1 si está presente

PREFSEAL Presencia de sellante preformado en la junta:

0 si no está presente

1 si está presente

DAYS90 número de días en los que la temperatura es mayor de 90ºF



DWLCOR protección anticorrosiva del pasador:

0 si no existen pasadores, o están protegidos

1 si no están protegidos


SILSEAL presencia de sellador de silicona en la junta:

0 si no hay presencia

1 si hay presencia

Kjps 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

n Los selladores preformados son más efectivos reduciendo el desconchado de las juntas que otros tipos de selladores

n 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

n Una protección contra la corrosión de los pasadores apropiada reduce el desconchado de las juntas

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..


El desconchado de las juntas en estos tipos de firme se pronostica usando la siguiente ecuación más adelante (ERES Consultants, 1995):

( )

+

+=

10*FI*7.01

PREFSEAL - 1*BASE*8.819 DWLCOR*1.94*10*JTSPACE*AGE*Kjr SPALL

3-

5-3s

...(6.2)

donde:

SPALL porcentaje de juntas transversales desconchadas

AGE años desde la construcción del firme (años)


DWLCOR protección anticorrosiva de los pasadores:

0 si no hay pasadores o están protegidos contra la corrosión

1 si no están protegidos



BASE Tipo de base:



PREFSEAL Presencia de selladores preformados en la junta:

0 si no hay presencia

1 si hay presencia


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



7 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):

( ) ( )

+=

CHAIRS*0.1258 - GB*0.8908 -

SB*0.9367 - AB*1.1408 - NE4log*1.2875

PSTEEL*6.5858 - SLABTHK*0.0334 - 6.8004

*Kcr FAILLog e

2

fe

...(7.1)

donde:

FAIL número de roturas por milla en el carril más utilizado por el tráfico (nº/milla)


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

SB 1 Si el tipo de la base es de cemento estabilizado


GB 1 Si el tipo de la base es granular


CHAIRS 1 Si se usan separadores para la instalación del refuerzo

0 Si se usan latiguillos

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.



8 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.


Los valores de la PSR, para los firmes de hormigón JR, se pronostican en HDM-4 usando la siguiente relación (ERES Consultants, 1995):

0.2520.5 SPALL*0.1447 - DCRACK*0.00003228 - TFAULT*0.06694 - 4.165 PSR = ...(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:

JTSPACE5280*FAULT

=TFAULT ...(8.2)

donde:

TFAULT total de roturas de las juntas transversales (pulgadas/milla)

FAULT promedio de rotura de las juntas transversales (pulgadas)


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):

( )( )

( ) ( )

++=

NE4log*0.2634 AGElog*0.1849

SLABTHKlog*1.3121 - 0.79 PSR - PSRLog

1010

10t010 ...(8.3)

donde:



PSR0 PSR inicial en el momento de la construcción del firme (predefinido = 4,5)

PSRt valor pronosticado PSR en el momento t


AGE edad desde la construcción del firme (años)

NE4 ejes equivalentes acumulativos (millones de ejes 18-kip por carril)



9 Regularidad


La regularidad de estos firmes se calcula como una función de las roturas, del desconchado y de la fisuración transversal (ERES Consultants, 1995):

( )3-60rt TCRACKS*10*2.2802 SPALL*1.8407 TFAULT*2.6098 RI*Kjp RI +++=

...(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:

100*JTSPACE5280*PCRACK

=TCRACKS ...(9.2)

donde:

TCRACKS número total de fisuras transversales por milla


JTSPACE porcentaje de espacio entre las juntas transversales (pies)


La regularidad de estos firmes se calcula como una función de la PSR (Al-Omari y Darter, 1994):

−=

0.0043PSR*0.2

log *Kjr RI tert ...(9.3)

donde:




PSRt escala de utilidad en el momento t

Kjrr factor de calibración (predefinido = 1,0)

9.3 Firmes de hormigón continuamente reforzado

La regularidad de estos firmes se calculan como una función de la PSR (Al-Omari y Darter, 1994):

−=

0.0043PSR*0.2

log *Kcr RI tert ...(9.4)

donde:


PSRt escala de utilidad en el momento t

Kcrr factor de calibración (predefinido = 1,0)



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

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

JP

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

JR

Kjrr Factor de calibración del progreso de regularidad

Kcrf Factor de calibración de roturas CR

Kcrr Factor de calibración de progreso de regularidad



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

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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).

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.




Chapter C-2


Concrete Pavements

Chapter C-3


Unsealed Roads

Chapter C-4


Chapter C-1


PARTE C MODELOS DE DETERIORO DE CARRETERA C4 CARRETERAS SIN SELLAR


2 Lógica de la modelización

2.1 Clasificación, conceptos y lógica

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 HDM-III 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.



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 Descripción

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 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.



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.



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.



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 (QIMAXj) (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.

2.4 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 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

n 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 .



3 Regularidad de la carretera

3.1 General

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):



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):

( )1jj2 QITG-QIMAX*b-QIMAX =QITG …(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)

QIMAXj regularidad máxima del material j (QI)

b parámetro del modelo (0 < b < 1)

La variable b se calcula como sigue:

( )[ ]12 TG-TG*cexp =b …(3.2)

( ) 3-5 10*10*MMP*AADT*2.87-ADH*0.0114ADL*0.01740.461- =c −++

…(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)


La regularidad máxima se obtiene de:

( )[ ] 150 ,10*MMP*RF*9.930C*0.22MGD - 0.5 421-279 MAX=QIMAX 32jj

−−+

…(3.4)

donde:

C promedio de curvatura horizontal de la carretera (grado/km)

RF promedio de rampa + pendiente de la carretera (m/km)


MGDj relación de polvo en el grado del material j

La relación de polvo en el grado del material se define como sigue:



si P425j = 0, entonces:

1 =MGD j …(3.5)

si P425j > 0, entonces:

j

jj P425

P075 =MGD …(3.6)

donde:

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).

3.3 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:

( )[ ]0.33n 1, MAX*t*0.25 1, MIN*c =c' …(3.7)

donde:

t tiempo en años desde el último recargo o construcción con compactación mecánica

n frecuencia del perfilado (ciclos/años)

y así:

nc'*365exp =b' …(3.8)

donde:

b', c' son los valores de b y c (ver sección 3.2) cuando se efectúa compactación mecánica



3.4 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:

( ) ( )( ) QIMINQI*aQIMINQI jbgjag −+= …(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::

jMGD*0.2300.553a += …(3.10)

La regularidad mínima se obtiene por:

( )[ ]{ }jjj MG*2.781*D95*4.69 100, MIN 10, MAXQIMIN −= …(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:

( )0.36 ,MGM1 ,MGM MINMG jjj −= …(3.12)

( )3

MG02MG425MG075MGM jjj

j++

= …(3.13)

El valor del parámetro MG075j se obtiene::

si D95j > 0.4

entonces:

=

je

je

j

D950.075log

95P075

logMG075 …(3.14)



si no:

0.3 =MG075 j

El valor del parámetro MG425j se obtiene:

si D95j > 1.0

entonces:

=

je

je

j

D950.425log

95P425

logMG425 …(3.15)

si no:

0.3 =MG425 j

El valor del parámetro MG02j se obtiene:

si D95j > 4.0

entonces:

je

je

j

D952.0log

95P02

log =MG02 …(3.16)

si no:

jj MG425 =MG02

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:

( )

+

nNS*y

y-1*QIMAX =QI javg …(3.17)

( )c*365n*1-b

=y …(3.18)



( )[ ] ( )( )( )

( )b*a1

b*a1b*a1kQI*b*a1k*n

=NS

n

an

−

−

−−−+

…(3.19)

( ) ( ) jj QIMAX*b1*aQIMIN*a-1 =k −+ …(3.20)

donde:

QIavg promedio de regularidad durante el año t (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:

( ) ( )[ ]( )b*a1

b*a1*kQI*b*a =QI

n

an

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:

( ) ( )[ ]c*365

1- c*365exp*QI-QIMAX-QIMAX =QI ajjavg …(3.22)

La regularidad al final del año (QIb) se obtiene de:

( ) ( )c*365exp*QI-QIMAX-QIMAX =QI ajjb …(3.23)



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:

( ) ( )[ ]( )b*a1

b*a1*QIMINb1*QIMAX =QIH jj

−

−+− …(3.24)

( ) ( )[ ]( )b*a1

b1*a*QIMAXa1*QIMIN =QIL jj

−

−+− …(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:

QI QIavg lta→ …(3.26)

y:

( ) ( )[ ]

( )[ ]blog*b*a-1

QIMIN-QIMAX*b1*a-1+QIMAX =QI

e

jjjlta − …(3.27)

donde:

Todos los parámetros se definieron anteriormente.

Estas relaciones se ilustran en Watanatada et al. (1987).



4 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):

( )IMD*KT + -410*RF*MMP*2.46 + 3.46 3.65*glK =MLA …(4.1)

donde:

MLA predicción anual de pérdida de material (mm/año)


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:

10*MMP*1.01-10PI*MMP*9.2-

10*P075*MMP*3.42 + 57300

C*0.969+ 0.022

0,MAX*K =KT4-6-

j

6-j

kt …(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).



5 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:

AADTlog*3.75 + 8.25SFCBR 10≥ …(5.1)

2 Estabilidad del perfilado

está relacionado con el desprendimiento y la pérdida del árido, y es satisfactoria cuando:

14P075 ≥ …(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.



6 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



7 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


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


The Highway Design and Maintenance Standards Model - Volume 1: Description of the HDM-III Model World Bank Publications, Washington, D.C., USA


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 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

4 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

5 Referencias D1-17

D2 Firmes bituminosos


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 Bacheo D2-6

PARTE D EFECTOS DE LOS TRABAJOS CONTENIDOS


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

4 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 Construcción D2-74

7.1 Actualización D2-74

7.2 Dualización D2-77

7.3 Nuevo tramo D2-77

8 Referencias D2-79

D3 Firmes de hormigón





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

PARTE D EFECTOS DE LOS TRABAJOS CONTENIDOS


5.3 Reparación parcial de la profundidad D3-25

5.4 Pulido de diamante D3-27

6 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

D4 Carreteras sin sellar





3 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

4 Trabajos de mejora D4-11

4.1 Ensanchado D4-11

4.2 Mejora del trazado D4-16

5 Trabajos de construcción D4-21

5.1 Actualización D4-21

5.2 Dualización D4-22

5.3 Nuevo tramo D4-23

6 Referencias D4-24


Parte D Organigrama

Figura D Organigrama del Marco analítico y descripciones de modelos

and Model

Descriptions


de modelos

RD Model Part C


Part D

Modelo WE Parte D

Introduction Part A


RUE Model Part E

Modelo RUE Parte E




SEE Model Part F

Modelo SEE Parte F




Nomenclature Part H

Nomenclatura

Parte H

Glossary Part I

Glosario

Parte I

Traffic Part B

Tráfico Parte B

PARTE D EFECTOS DE LOS TRABAJOS

Marco analítico y descripciones de modelos D1-1 Versión 1.0

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

Figura D1.1) de la siguiente manera:

1 Firmes bituminosos (ver capítulo D2)


Efectos de los trabajos de la

carretera


Chapter C-2

Firmes bituminosos capítulo D-2

Concrete Pavements

Chapter C-3

Firmes de hormigón capítulo D-3

Unsealed Roads

Chapter C-4

Carreteras sin sellar capítulo D-4 Pavement types

Chapter C-1

Tipos de trabajos

capítulo D-1

PARTE D EFECTOS DE LOS TRABAJOS D1 TIPOS DE TRABAJOS


2 Firmes de hormigón (ver capítulo D3)

3 Carreteras sin sellar (ver capítulo D4)



Figura D1.1 Módulos de los efectos de los trabajos de la carretera



carretera


Chapter C-2


Concrete Pavements

Chapter C-3


Unsealed Roads

Chapter C-4


Chapter C-1

Tipos de trabajos

capítulo D-1



2 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 Tipo Actividad/operación

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.

Rutina de conservación

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

(o restauración)

Tratamiento superficial, lechada bituminosa, sellado de la capa, recargo, reemplazo de la losa, molida de diamante, etc.

Rehabilitación Refuerzo fino, fresado y reemplazo, incrustación, refuerzo de hormigón aglutinado, refuerzo de hormigón sin aglutinar.

Conservación períodica

Reconstrucción Reconstrucción parcial, reconstrucción total del firme.

Emergencia Limpieza de escombros, limpieza y reparación de socavones, retirada de accidentes, etc.

Conservación

Especial

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 las juntas.

Mejoras

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

Desarrollo

Construcción

Nueva sección Dualización de un tramo existente, nuevo tramo (itinerario)



2.1 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.



2.3 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



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).



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



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).



3 Marco de modelización

3.1 Características de la carretera

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:



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)

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



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.


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.



Años 0 4 3 2 1

Porcentaje de los costos totales

100

C b1

C b4

C a2

C ao

C b2 = C a3

Variable de la

carretera

0 4 3 2 1 Años

C bo = C a1

Intervención programada

Intervención de

respuesta

Nota:

Cay = variable al comienzo del año y Cby = variable al final del año y

Figura D1.3 Modelización de la condición de la carretera y de los costes de los trabajos de un año de duración



n 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.

C b4 = C a5

Cb3 C b1 = C a2 C bo = C a1

C ao

Años 0 4 3 2 1

C b2 = C a3

Variable de la

carretera

Porcentaje de los costes totales

0 4 3 2 1 Años

40

30

Intervención programada

Intervención de

respuesta

Nota:

Cay = variable al comienzo del año y Cby = variable al final del año y

Ca4

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)



3.6 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 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.

3 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.

4 El parámetro no se reajusta; por ejemplo, el ancho de la calzada no cambia después de un refuerzo.

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.



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 = CAP +REC +SPECj j j 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).



4.3 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

1s

W

1w

jswj SALVASALVA ...(4.2)

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).



5 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


The Highway Design and Maintenance Standards Model - Volume 2 User's Manual World Bank, John Hopkins University Press



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).

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.



carretera


Chapter C-2


Concrete Pavements

Chapter C-3


Unsealed Roads

Chapter C-4


Chapter C-1

Tipos de trabajos

capítulo D-1

PARTE D EFECTOS DE LOS TRABAJOS D2 FIRMES BITUMINOSOS



2.1 Visión general de procedimiento de cálculo

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.

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.

2.2 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.



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.

Adición de carril 4 por m2 o por Km. Ensanchado

Ensanchado parcial 5 por m2 o por Km.

Reconstrucción 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

Rehabilitación

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


(Resellado)

Lechada bituminosa 19 por m2

Sellado con humo 20 por m2 Tratamiento preventivo

Rejuvenecimiento 21 por m2

Reparación del borde1 22 por m2

Bacheo1 22 por m2

Rutina del firme

Sellado de fisuración1 22 por m2

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



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


Rutina AMGB AMSB AMAB AMAP STGB STSB STAB STAP



Resellado STAP STAP / STSB1

STAP STAP STGB STSB STAB STAP

Refuerzo 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

Fuente: NDLI (1995)



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.



3 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:

[ ] ASP,APATMIN =APAT lim ...(3.1)

-1bw 10*CW*ADAMS*Pdam =ASP ...(3.2)



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)


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:



INICIO

Si APAT ≥ 10*APOTbw *CW

Ppt = 100

LIMCW = APAT - 10*APOTbw *CW

Si LIMCW ≥ 10*ACWbw *CW

Pcw = 100

LIMRV = LIMCW - 10*ACWbw *CW

Si LIMRV ≥ 10*ARVbw *CW

Prv = 100

Pero

Pr v CW

= 10 * LIMRVARV *bw

(si ARVbw = 0, set Prv = 0)

Termina si

Pero

CW*ACW

LIMCW*10 =Pcw bw

(si ACWbw = 0, set Pcw = 0)

Prv = 0

Termina si

Pero

CW*APOT

APAT*10 = Pptbw

Pcw = 0

Prv = 0

Termina si

FIN

...(3.3)

donde:

APOTbw área con baches antes de los trabajos de bacheo (= APOTb) (% total del área de la calzada)

APOTb 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)



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:


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.


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:

-1bw 10*CW*APOT*Ppt =ASP ...(3.4)

donde:

Ppt porcentaje de área de baches a ser bacheada, entrado por el usuario (predefinido = 100%)


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 lim APAT ASP >

entonces:

CW*APOTAPAT*10

= Pptbw

lim ...(3.5)

si no:

Ppt es igual al valor especificado por el usuario (o el valor predefinido = 100%)



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:


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.


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:

-1bw 10*CW*ACW*Pcw =ASP ...(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

CW*ACWAPAT*10

=Pcw bw

lim ...(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:


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.


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.



Para ambas opciones, el total del área bacheada se ofrece en la anterior ecuación más atrás y el parámetro ASP se calcula como sigue:

-1bw 10*CW*ARV*Prv =ASP ...(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:

CW*ARV

APAT*10= Prv

bw

lim

...(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

100Ppt-1*NPT =NPT bwaw ...(3.10)

donde:

NPTaw número de baches por kilómetro después del bacheo

NPTbw número de baches por kilómetro antes del bacheo (= NPTb)

NPTb número de baches por kilómetro al final del año.



Los cambios en el número de baches por kilómetro debido a los trabajos (∆NPTw) se obtienen de:

awbww NPT -NPT =NPT∆ ...(3.11)

Fisuración

100Pcw-1* ACW=ACW bwaw ...(3.12)

awbww ACW* ACW=ACW∆ ...(3.13)

wbwaw ACW* ACA=ACA ∆ ...(3.14)

awawaw ACW*0.39ACA*0.62 =ACX + ...(3.15)

bwawaw ACT ACA=ACRA + ...(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)

ACTbw área de fisuración termal transversal antes del bacheo (= ACTb) (% total del área de la calzada)

ACTb 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

100Prv-1* ACV=ARV bwaw ...(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:



( )( )

∆+∆ bwtwbwaw RIa2,,10

CW*10

APATMIN*a1- RICRX*a0MINRI =RI - -

...(3.18)

y:

awbwpat RI-RI =RI∆ ...(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


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):

∆=∆

CW*10

NPT*1.0*0.378 RI w

t ...(E3.20)

donde:


∆NPTw reducción en número de baches por kilómetro debida al bacheo




3.2 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:


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.


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:

( ) ASEAL,ACSL MIN =ACSL lim ...(3.23)

( ) ( )[ ] -1bwbw 10*CW* ACW*PcrwACT*Pcrt=ASEAL + ...(3.24)

donde:

ACSL área de sellado de fisuras (m2/Km.)

ACSLlim cantidad máxima anual de sellado, entrada por el usuario (m2/Km.)

ACTbw área de fisuración termal transversal antes del sellado (= ACTb) (% 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:

patbbw ACW- ACW=ACW ∆ ...(3.25)

patbbw ACW- ACA=ACA ∆ ...(3.26)

patbbw RI-RI =RI ∆ ...(3.27)



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:

bbw ACW=ACW

bbw ACA=ACA

bbw RI =RI

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:

( )

CW*10ACSL,10*ACT*Pcrt MIN- ACT=ACT 2-

bwbwaw ...(3.28)

( )[ ] ACTACT

CW*10ACSL 0,MAX =ACW awbww

−−

∆ ...(3.29)

wbwaw ACW- ACW=ACW ∆ ...(3.30)

wbwaw ACW- ACA=ACA ∆ ...(3.1)

awawaw ACW*0.39ACA*0.62 =ACX + ...(3.2)

awawaw ACT ACA=ACRA + ...(3.3)



donde:

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

ACTbw área de fisuración termal transversal antes del sellado (= ACTb) (% 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:

ACRA*a0-RI =RI bwaw ∆ ...(3.34)

awbww ACRA- ACRA=ACRA∆ ...(3.35)

donde:

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)

3.3 Reparación de bordes

El usuario puede especificar la reparación del borde de una de las siguientes formas:


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.




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:

[ ]{ } 10*CW*AVEB*Pver ,AVERPMIN =AVERP -1bwlim ...(3.36)

donde:

AVERP área de reparación de borde (m2/Km.)

AVERPlim 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:

( )

10*CWAVERP -AVEB =AVEB bwaw ...(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:


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.




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:

( )[ ]wbwdminaw DF-DF ,DF MAX =DF ∆ ...(3.38)

y:

( ) DMCF*DF -DF =DF dmindmaxw∆ ...(3.39)

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.



4 Conservación periódica Los trabajos de conservación periódica, en carreteras bituminosas, comprenden lo siguiente:

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)

4.1 Tratamiento preventivo

Incluye sellado de humo y rejuvenecimiento. Se puede definir de una de las siguientes formas:


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.


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

NPTa > 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:

CW*1000 =APVT ...(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



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.


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:

+ 8 ,

YXKCRTMAX ,

YXKCRMCRT MIN =CRT bwaw ...(4.2)

( )YAX0.1, MAX =YXK ...(4.3)

donde:

CRTaw tiempo de demora de la fisuración después del tratamiento preventivo (años)

CRTbw 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)

ο El factor de demora del desprendimiento después del tratamiento preventivo se reajusta como sigue:

Para capas de rodadura tipo AM:

1 =RRFaw ...(4.4)

Para capas de rodadura tipo ST:



[ ]RRFMAX RRM,*RRFMIN =RRF bwaw ...(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

Material de la capa

Valor HSOLD

CRM CRTMAX RRM RRFMAX

Todos 0 1,5 3,0 1,15 2,0

Todos excepto CM

> 0 1,5 3,0 1,15 2,0

AMGB

CM > 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

Todos 0 3,0 6,0 1,15 2,0 STGB

> 0 1,5 3,0 1,15 2,0

STAB Todos 0 1,5 3,0 1,15 2,0

STAP Todos 1,5 3,0 1,15 2,0

STSB Todos 1,5 3,0 1,15 2,0




Tabla D2.5 Parámetros del modelo de sellado de humo

Tipo de firme

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

AMGB

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

Todos 0 1,6 3,2 1,3 3,0 STGB

> 0 0,8 1,6 1,3 3,0

STAB Todos 0 0,8 1,6 1,3 3,0

STAP Todos 0,8 1,6 1,3 3,0

STSB Todos 0,8 1,6 1,3 3,0


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:


Se especifica un intervalo entre los sucesivos resellados y se aplica siempre que la edad del perfilado (EDAD2) exceda este intervalo.


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



n Indicador de los defectos de la construcción de firmes bituminosos (CDS).


Si se realiza, la cantidad del resellado se calcula como sigue:

CW*1000 =ARSL ...(4.6)

donde:

ARSL área de la calzada resellada (m2/Km.)

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

( )[ ]{ }bb APOT0 , 20-ACW *0.1 MAX* CW*10 =APAT + ...(4.7)

donde:

APAT área de bacheo preparatorio (m2/Km.)

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

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

n Sellado de fisuras

bACT*CW*10 =ACSL ...(4.8)

donde:

ACSL área de sellado de fisuras (m2/Km.)

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

n Reparación del borde

bAVEB*CW*10 =AVERP ...(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)



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:

awbwaw HSNEWHS =HS + ...(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::

bwbwaw HSOLDHSNEW =HSOLD + ...(4.11)

donde:

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)


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:

( )[ ]dSNPK - HSNEW*a*0.0394 SNP 1.5,MAX =SNP awswdbwdaw + ...(4.12)

donde:

SNPdaw número estructural ajustado del firme en la estación seca después de los trabajos de resellado



SNPdbw 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:

1.6

bw

awbwaw SNP

SNP*DEF =DEF

−

...(4.13)

donde:

SNPaw número estructural ajustado del firme después de los trabajos

SNPbw 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)

n 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

ο lechada bituminosa

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):

bwaw RDM*a0 =RDM ...(4.14)



donde:

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)

n 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:

( )[ ]{ }a1 ,RIACTCRX*a0 MIN-RI =RI tppbap ∆+∆+∆ ...(4.15)

donde:

RIap regularidad ajustada después del bacheo preparatorio (IRI m/km)


∆CRXp reducción del área de fisuración indexada, debida a los trabajos preparatorios (=ACXb - ACXap)

∆ACTp reducción del área de fisuración termal transversal, debida a los trabajos preparatorios (= ACTb)


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:

apapap ACW*0.39 ACA*0.62 =ACX + ...(4.16)

pbap ACW - ACA=ACA ∆ ...(4.17)

pbap ACW - ACW=ACW ∆ ...(4.18)

( )[ ]0 ,20-ACW*0.1 MAX =ACW bap∆ ...(4.19)

El valor de ∆RIt se calcula usando las ecuaciones 3.20 a la 3.22, con un ∆NPTw 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

( )[ ]{ }a2,a1-RI*a0 MIN 0, MAX-RI =RI apapaw ...(4.20)



donde:

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)

ο Lechada bituminosa y sellado de capa sin corrección de la forma

( )[ ]{ }Hsl*a2,a1-RI*a0 MIN 0, MAX-RI =RI apapaw ...(4.21)

donde:


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)

ο Sellado de la capa, SBSD y DBSD con corrección de la forma

( )( )[ ]{ }a2-RI 0, MAX*Hsc*a1 ,RI*Hsc*a0 MIN 0, MAX-RI =RI apapapaw

...(4.22)

donde:


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)

n 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.



Tabla D2.6 Valores predefinidos para la Profundidad inicial de la textura (ITD)

Tipo de capa Material de la capa 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

AM

PA 1,5

SBSD 2,5

DBSD 2,5

CAPE 0,7

SL 0,7

ST

PM 1,5

n 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 bwbw PCRi CRAi ≥

bwaw PCRi PCRi ≥ ...(4.23)

ο si bwbw PCRi CRAi <

( ) bwbwaw PCRi*w-1CRAi* wPCRi += ...(4.24)

( )1 ,HSNEW*0.10.70 MIN w aw+= ...(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)



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:

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.)

n 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:


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.


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).


Si se realiza, la cantidad del relleno se obtiene por:

CW*1000 =AOVL ...(4.26)



donde:

AOVL área de refuerzo (m2/Km.)


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

bAPOT*CW*10 =APAT ...(4.27)

donde:

APAT área de bacheo preparatorio (m2/Km.)


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:

HSNEW HS =HS awbwaw + ...(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.


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:



ο El número estructural ajustado del firme en la estación seca se obtiene de:

( )[ ]dSNPK - HSNEW*a*0.0394 SNP 1.5, MAX =SNP awswdbwdaw + ...(4.29)

donde:

SNPdaw número estructural ajustado del firme en la estación seca después de los trabajos de refuerzo

SNPdbw 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

ο El número estructural ajustado del firme en la estación húmeda (SNPwaw) y el número estructural ajustado promedio del firme (SNPaw) 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.


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:

RDM*a0= RDM bwaw ...(4.30)

donde:


RDMbw profundidad media de la rodera antes de los trabajos (= RDMb) (mm )

a0 coeficiente definible por el usuario (predefinido = 0,15)

n 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:



El valor de la regularidad al final del año se ajusta, para ser tomado en cuenta, en los trabajos preparatorios, de la siguiente manera:

( ) a0 RI MIN - RI= RI tbap ,∆ ...(4.31)

donde:

RIap regularidad ajustada después del bacheo preparatorio (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 ∆NPTw 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):

( )[ ] ( )[ ]awapaw HSNEW - a2 0, MAX*a0 - RI 0, MAX*a1 a0 = RI += ...(4.32)

donde:

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)


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.


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):

0.6 ,HSOLDHSNEW

MAX =waw

bw

...(4.33)



ο En bases estabilizadas (SB):

( )

+0.6 ,

HBASEHSOLDHSNEW

MAX =waw

bw ...(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)



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:


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.


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 Profundidad del fresado

n Indicador de defectos de la construcción de firmes bituminosos


Si se realiza, la cantidad de fresado y reemplazo se obtiene de:

CW*1000 =AMR ...(4.35)

donde:

AMR área de la calzada fresada y reemplazada (m2/Km.)


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:

si bw HS MILLD ≥ entonces es un fresado y reemplazo de la base

si bwHS MILLD < entonces es un fresado y reemplazo de la capa intermedia

n Espesor de la capa

El espesor total de la capa, después de los trabajos, se obtiene de la siguiente forma:

MILLD - HSNEW HSHS awbwaw += ...(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:

( ) 0 MILLD, - HSOLD HSNEWMAXHSOLD bwbwaw += ...(4.37)



donde:



HSOLDbw espesor total, en mm, de las capas subyacentes del perfilado anterior antes de los trabajos


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 bwHSNEW MILLD ≤ , entonces el número estructural ajustado del firme en la estación seca se obtiene de:

( )[ ]awswhsndbwdaw HSNEW*a*0.0394 MILLD*a*0.0394 - SNP 1.5,MAX =SNP +

...(4.38)

ο Si bwbw HSMILLDHSNEW ≤< , entonces el número estructural ajustado del firme en la estación seca se obtiene de:

( )

−+

bwhsoaw

swbwhsndbwdaw HSNEW-MILLD*a*0.0394HSNEW*

a*0.0394 HSNEW*a*0.0394 - SNP 1.5,MAX =SNP

...(4.39)

ο Si bwHS MILLD > , entonces el número estructural ajustado del firme en la estación seca se obtiene de:

( )

+−−

awswbwb

bwhsobwhsndbwdaw HSNEW*aHS-MILLD*a*0.0394

HSOLD*a*0.0394 HSNEW*a*0.0394 - SNP 1.5,MAX =SNP

...(4.40)

donde:

SNPdaw número estructural ajustado del firme en la estación seca después de los trabajos

SNPdbw 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

ahso coeficiente de resistencia del perfilado anterior antes de los trabajos

asw coeficiente de resistencia del perfilado anterior después de los trabajos

ab coeficiente de resistencia de la capa de la base

El número estructural ajustado del firme en la estación húmeda (SNPwaw) y el promedio anual del número estructural ajustado del firme (SNPaw) 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.




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.


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:

Para superficies tipo AM RIaw = 2,0 (IRI m/km)

Para superficies tipo ST RIaw = 2,8 (IRI m/km)


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, SFCaw = 0.6


Las cantidades de fisuración previa (PCRA, PCRW, y PNCT) se ajustan como sigue:

Si bwHSNEW MILLD < , entonces las cantidades de fisuración previa se reajustan:

si bwbw PCRi CRAi ≥

bwaw CRAi* wf=PCRi ...(4.41)

si bwbw PCRiCRAi <

( ) bwbwaw PCRi*w1CRAi* wf=PCRi −+ ...(4.42)

bwHSNEWMILLD

-1* w=wf ...(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)

0.6 ,HSOLDHSNEW

MAX=waw

bw ...(4.44)



ο En bases estabilizadas (SB)

( ) 0.6 ,

HBASEHSOLDHSNEW

MAX=waw

bw

+ ...(4.45)

si HSNEW MILLD bw≥

entonces:

bwaw PCRi* wg=PCRi ...(4.46)

−

bw

bw

HSOLDMILLDHS

0, MAX=wg ...(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.


Si se realiza, la cantidad de incrustación se obtiene por:

CW*Pin*10 =AINLY ...(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



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

+∆

100Pin-1*APOTACW*CW*10 =APAT bpat ...(4.49)

( )

−−∆ 0 ,

100

Pin1*20ACW*0.1 MAX =ACW bpat ...(4.50)

donde:

APAT área de bacheo (m2/Km.)

∆ACWpat área de fisuración estructural ancha tratada con bacheo (% del área total de la calzada)


Se asume que el sellado de fisuras repara el área total restante con fisuración termal transversal o estructural total, de la siguiente forma:

+

100

Pin-1*ACT*PACW*P*CW*10 =ACSL bactbcsacw ...(4.51)

+∆

100Pin-1*ACWACW - ACW=ACW bpatbbcs ...(4.52)

donde:

ACSL área sellada (m2/Km.)

Pacw proporción de la fisuración estructural ancha que debe ser sellada (predefinido = 1,0)

Pact proporción de la fisuración termal transversal que debe ser sellada (predefinido = 1,0)


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:



( ) SNP 1.5,MAX=SNP dbwdaw ...(4.53)

donde:



El número estructural ajustado del firme en la estación húmeda (SNPwaw) y el promedio anual del número estructural ajustado del firme (SNPaw) 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.


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.


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:

( )[ ]{ }0 , ACWACW ACW - ACW MAX =ACW cspatinlaybaw ∆+∆+∆ ...(4.54)

∆

100Pin-1* ACW=ACW binlay ...(4.55)

( )[ ]patinlaybacwcs ACWACW -ACW*P =ACW ∆+∆∆ ...(4.56)

( )awbbaw ACW- ACW- ACA=ACA ...(4.57)

bactaw ACT*P =ACT ...(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:

100Pin-1* ARV=ARV baw ...(4.59)

donde:

ARVaw área de desprendimiento después de los trabajos (% del área total de la calzada)



ARVbw área de desprendimiento antes de los trabajos (= ARVb) (% del área total de la calzada)

ο 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.

n 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:

bwaw RDM*a0 =RDM ...(4.60)

donde:


RDMbw profundidad media de la rodera antes de los trabajos (= RDMb) (mm)

a0 coeficiente definible por el usuario (predefinido = 0,15)

n 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:

( )[ ]wwtwbwaw ACT CRX*a2-RI-RDS *a1-RI a0,MAX =RI ∆+∆∆∆ ...(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)


∆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 ∆NPTw tomado como igual para NPTbw (= NPTb), ya que todos los baches existentes deberían ser bacheados.


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.


Las cantidades de fisuración previa (PCRA, PCRW, y PNCT) se reajustan de la siguiente forma:



bwaw PCRi*100Pin-1 =PCRi

...(4.62)

donde:

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.

n Edad del firme

La edad del perfilado después de la incrustación se reajusta como sigue:

bwaw AGEi*100Pin-1 =AGEi

...(4.63)

donde:

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).

4.6 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:


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



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 Espesor del perfilado

n Número estructural del firme (SN) de las capas superiores a la explanada

n Compactación relativa


En las bases estabilizadas se requieren también el espesor de la base y el módulo resilente.


Si se realiza, la cantidad de la reconstrucción del firme se obtiene de:

CW*0001 =ARCON ...(4.64)

donde:

ARCON área reconstruida de la carretera (m2/Km.)


El área total reconstruida se obtiene de:

L* ARCON=TARCON ...(4.65)

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:


El número estructural ajustado del firme, en la estación seca, se calcula de la siguiente forma:

snewdaw SNSGSN =SNP + ...(4.66)

( ) 1.43CBRlog*0.85-CBRlog*3.51 =SNSG 21010s − ...(4.67)



donde:

SNPdaw 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:

( ) 1.6awaw SNP*a0 =DEF − ...(4.68)

donde:

SNPaw 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)

n 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.


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)


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.




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.



5 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.



6 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:


Una reconstrucción con especificaciones fijas se realiza en un tiempo específico, definido por el año calendario.


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 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 En las bases estabilizadas se requieren también el espesor de la base y el modulo resilente


Si se realiza, la cantidad de la reconstrucción del firme se obtiene de:

awCW*1000 =ARCON ...(6.1)

donde:



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:

L* ARCON=TARCON ...(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:

CSTCON*PCTSAV =SALVA ...(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:

CW CW =CW bwaw ∆+ ...(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.



6.2 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:


Un trabajo de ensanchado con especificaciones fijas se aplica en un tiempo especificado definido por un año calendario.


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


Si se realiza, la cantidad de trabajo de ensanchado se obtiene de:

CW *1000 =AWDN ∆ ...(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:

L* AWDN=TAWDN ...(6.6)

donde:

TAWDN área total ensanchada de la calzada del tramo completo (m2)

L longitud del tramo (Km.)



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.


CSTWDN*PCTSAV =SALVA ...(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:

L*CW*1000 =TANSF bw ...(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

L*APOT*CW*10 =TAPAT bbw ...(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.



ο Reparación del borde

L*AVEB*CW*10 =TAVER bbw ...(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

( )[ ]{ }bbbw APOT0 ,20-ACW*0.1MAX*L*CW*10 =TAPAT + ...(6.11)

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 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

L*ACT*CW*10 =TACSL bwbw ...(6.12)

donde:

TACSL área total de sellado de fisuras (m2)

ACTbw área de fisuración termal transversal antes de los trabajos de ensanchado (= ACTb) (% 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.




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 :

bwbw ADAMS*L*CW*10 =TAPAT ...(6.13)

donde:

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)


La cantidad total de sellado de fisuras se calcula usando la ecuación más atrás.


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:

CW CW = CW bwaw ∆+ ...(6.14)

donde:



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:

bw

bw

NLANES

CW*ADDLN = CW∆ ...(6.15)

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:

( )aw

wwbwaw CW

HSNEW*CW HRESF*CW = HSNEW

∆+ ...(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:

( )aw

bwbwaw CW

HS*CW = HSOLD ...(6.17)



donde:

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)

ο 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:

( )aw

wwbwbwaw CW

HSNEW*CW HSNEW*CW = HSNEW

∆+ ...(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:

( )aw

bwbwaw CW

HSOLD*CW = HSOLD ...(6.19)

donde:

HSOLDaw espesor del perfilado anterior después de los trabajos de ensanchado (mm)

HSOLDbw espesor del perfilado anterior antes de los trabajos de ensanchado (mm)


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:

( )( )

2.0

5dexcw

5dwwbw

bwdwwdexcwdaw

][SNP*CW ]SNP[*CW

CW CW*SNP *SNP = SNP

∆+

∆+

...(6.20)

sdwwdww SNSGSN = SNP + ...(6.21)

ο Si la calzada existente va a sufrir tratamiento superficial

( )[ ]dSNPK-HRESF*a*0.0394SNP 1.5,MAX = SNP resfdbwdexcw + ...(6.22)



ο Si la calzada existente no va a sufrir tratamiento superficial

( )[ ]dSNPK-SNP 1.5,MAX = SNP dbwdexcw ...(6.23)

donde:

SNPdaw número estructural ajustado del firme en la estación seca después de los trabajos de ensanchado

SNPdbw número estructural ajustado del firme en la estación seca antes de los trabajos de ensanchado

SNPdww 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


El desvío del rayo Benkelman, después de los trabajos de ensanchado, se obtiene:

1.6

bw

awbwaw SNP

SNP*DEF =DEF

−

...(6.24)

donde:






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.




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:

( )

∆+

aw

wwbwbwaw CW

CW*CDi CW*CDi =CDi ...(6.25)

donde:

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


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:

( )

CWCW* ACW- ACA

= ACAaw

bwbbaw

...(6.26)

awaw ACA= ACRA ...(6.27)

donde:

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)

n 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:

( )

aw

bwbwaw CW

RDM*a0*CW = RDM ...(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,)



n 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 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)

ο 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:

( )

+∆

aw

apbwnaw CW

RI*CWCW*RI = RI ...(6.29)

( )[ ]{ } a1 ,RIACTCRX*a0 MIN-RI= RI twwbwap ∆+∆+∆ ...(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)

∆ACTw reducción del área de fisuración termal transversal (= ACTb)


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 ∆NPTw como un igual para NPTbw (= NPTb), ya que todos los baches existentes serán bacheados.


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



ο 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:

( )

CWCW*ITD CW*TD

= TDaw

bwbwaw

∆+ ...(6.31)

( )

∆+

aw

nbwbwaw CW

CW*SFC CW*SFC = SFC ...(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

SFCn coeficiente de rozamiento predefinido a 50 km/h (= 0.5 para AM, y 0.6 para ST)


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

( )

CWCRAi*CW

= PCRiaw

bwbwaw

...(6.33)

si bwb PCRiCRAi <

( )[ ]

−+

aw

bwbbwaw CW

PCRi*w1CRAi*w*CW = PCRi ...(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:

0.6 ,HSOLDHSNEW

MAX =w aw

bw ...(6.35)

para bases tipo SB:

( )

+0.6 ,

HSBASEHSOLDHSNEW

MAX =w aw

bw ...(6.36)



Si el tratamiento superficial es un resellado, es decir, una base tipo ST:

( )1 ,HSNEW*0.10.70MIN =w aw+ ...(6.37)

donde:

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)


HSNEWaw espesor del perfilado más reciente después de los trabajos (mm)

ο 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:

( )

CWPCRi*CW

= PCRiaw

bwbwaw

...(6.38)


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:

( )

CWEDAD4*CW

= EDAD4aw

bwbwaw

(se convierte en un valor entero) ...(6.39)

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:

( )aw

bwbwaw CW

EDADi*CW = EDADi (para i = 3 o 4) ...(6.40)

ο Si la calzada existente no se va a tratar superficialmente las edades del firme se calculan de la siguiente manera:

( )aw

bwbwaw CW

AGEi*CW = AGEi ...(6.41)



donde:

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)


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:


Los trabajos de mejora del trazado con especificaciones fijas se aplican en un momento especifico, definido por el año calendario.


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 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.

n Factor de ajuste de la longitud

n Geometría de la carretera del tramo entero

n Detalles del firme de los nuevos tramos mejorados


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.




Si se realiza, la cantidad total de los trabajos de mejora del trazado se obtienen de:

awL*Pconew = REAL ...(6.42)

LF*L = L bwaw ...(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.


CSTREAL*PCTSAV =SALVA ...(6.44)

donde:


PCTSAV porcentaje del coste total del remanente (%)


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:

( )Pconew-1*L*CW*1000 = TANSF aw ...(6.45)

donde:

TANSF área total de la carretera con tratamiento superficial (m2)

n 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.



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

( )Pconew-1*L*APOT*CW*10 = TAPAT awb ...(6.46)

donde:


El coste total del bacheo preparatorio se obtiene del producto de TAPAT por el coste unitario de bacheo.


( )Pconew-1*L*AVEB*CW*10 = TAVER awb ...(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

( ) ( )[ ]{ }bbaw APOT0 ,20ACW*0.1 MAX*Pconew-1*L*CW*10 =TAPAT +−

...(6.48)

donde:


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:



( ) bwaw ACT*Pconew-1*L*CW*10 =TACSL ...(6.49)

donde:

TACSL área total del sellado de fisuras (m2)

ACTbw área de fisuración termal transversal antes de los trabajos de mejora de trazado (=ACTb) (% 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.


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:

( ) bwaw ADAMS*Pconew-1*L*CW*10 =TAPAT ...(6.50)

donde:

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)


La cantidad total se calcula usando la ecuación más atrás.


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.



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:

( )[ ]rwaw HSNEW*PconewHRESF*Pconew-1 =HSNEW + ...(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:

( ) bwaw HS*Pconew-1 =HSOLD ...(6.52)

donde:

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)

ο 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:

( )[ ]rwbwaw HSNEW*PconewHSNEW*Pconew-1 =HSNEW + ...(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)



El espesor del perfilado anterior después de los trabajos, se obtiene de:

( ) bwaw HSOLD*Pconew-1 =HSOLD ...(6.54)

donde:


HSOLDbw espesor del perfilado después de los trabajos de mejora del trazado (mm)


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:

( )[ ]drwdexcwdaw SNP*PconewSNP*Pconew-1 =SNP + ...(6.55)

sdrwdrw SNSGSN =SNP + ...(6.56)

Si las partes no mejoradas en su trazado de la calzada existente se van a tratar superficialmente:

( )[ ]dSNPK-HRESF*a*0.0394SNP1.5, MAX=SNP resfdbwdexcw + ...(6.57)

Si las partes no mejoradas en su trazado de la calzada existente no se van a tratar superficialmente:

( )[ ]dSNPK-HRESF*a*0.0394SNP1.5, MAX=SNP resfdbwdexcw + ...(6.58)

donde:



SNPdrw número estructural ajustado del firme de las partes de la calzada de nueva construcción

SNdrw 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

SNSGs aportación de la explanada al número estructural del firme, calculado usando la ecuación más atrás

dSNPK reducción del número estructural ajustado del firme debido a la fisuración

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:



1.6

bw

awbwaw SNP

SNP*DEF =DEF

−

...(6.59)

donde:






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

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.


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:

( )[ ]Pconew*CDiPconew-1*CDi =CDi rwbwaw + ...(6.60)

donde:

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


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:

( ) ( )[ ]LF

ACW- ACA*Pconew - 1 =ACA bb

aw ...(6.61)



awaw ACA=ACRA ...(6.62)

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)


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:

( )[ ]bwaw RDM*a0*Pconew-1 =RDM ...(6.63)

donde:


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)

n 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 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)

ο 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:

( )[ ]apnaw RI*Pconew-1Pconew*RI =RI + ...(6.64)

( )[ ]{ }a1 ,RIACT CRX*a0 MIN-RI =RI twwbwap ∆+∆+∆ ...(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)



∆CRXw reducción del área de fisuración estructural indexada, (= ACXb - ACXaw)

∆ACTw reducción del área de fisuración termal transversal (= ACTb)


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 ∆NPTw como igual para NPTbw (= NPTb), ya que todos los baches serán reparados.


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: SFCaw = 0.5

Para capas tipo ST: SFCaw = 0.6

ο 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:

( ) Pconew*ITDPconew-1*TD =TD bwaw + ...(6.66)

( ) Pconew*SFCPconew-1*SFC =SFC nbwaw + ...(6.67)

donde:

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)


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 bwb PCRi CRAi ≥



( )[ ]LF

CRAi*Pconew-1 =PCRi b

aw ...(6.68)

ο si bwb PCRi CRAi <

( ) ( )[ ]{ }LF

PCRi*w1CRAi*w*Pconew-1 =PCRi bwb

aw−+ ...(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

0.6 ,HSOLDHSNEW

MAX =waw

bw ...(6.70)

ο para bases tipo SB

( )

+0.6 ,

HBASEHSOLDHSNEW

MAX =waw

bw ...(6.71)

Si el tratamiento superficial es un resellado, es decir, un tipo de capa ST, el valor de w es obtenido por:

( )1 ,HSNEW*0.10.70 MIN =w aw+ ...(6.72)

donde:

PCRiaw cantidad del tipo de fisuración previa i (i = fisuración estructural total, ancha o termal transversal) 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 mejora del trabajo

LF factor de ajuste de la longitud

w ponderación utilizada para promediar la fisuración en las capas del perfilado nuevo y viejo

HBASE espesor de la capa de la base en el firme original (requerido solamente para bases tipo sb) (mm)



HSNEWaw espesor del perfilado más reciente después de los trabajos (mm)

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:

( )[ ]

LFPCRi*Pconew-1

=PCRi bwaw

...(6.73)

Todos los otros parámetros se definieron anteriormente.



n 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:

( ) bwEDAD4*Pconew-1 =awEDAD4 (se convierte en un valor entero) ...(6.74)

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:

( ) bwaw AGEi*Pconew-1 =AGEi (i = 3 o 4) ...(6.75)

ο 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:

( ) bwaw AGEi*Pconew-1 =AGEi ...(6.76)

donde:

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)

n 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:


Un trabajo de mejora de cruce con especificaciones fijas se aplica en un momento específico, definido por un año calendario.




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:


Un trabajo de actualización de carril TNM con especificaciones fijas, se realiza en un momento específico, definido por un año calendario.


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 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:

NMTLN*L =NMTL aw ...(6.77)



donde:

NMTLaw longitud total de los carrille TNM actualizados (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:


Un carril(es) TNM con especificaciones fijas, se construye en un momento específico definido por el año calendario.


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:

NEWLN*L =NMTL aw ...(6.78)

donde:

NMTLaw longitud total de los tramos TNM construidos (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.



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.



7 Construcción Los trabajos de construcción comprenden lo siguiente:

n Actualización (ver sección7.1)

n Dualización (ver sección7.2)

n Construcción de un nuevo tramo (o itinerario) (ver sección7.3)

7.1 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:


Un trabajo de actualización con especificaciones fijas se aplica en un momento preciso, definido por el año calendario.


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 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



Si se realiza, la cantidad total de los trabajos de actualización se ofrecen por:

awL =LUPGRD ...(7.1)

bwaw L*LF =L ...(7.2)

donde:



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.


CSTUPGRD*PCTSAV =SALVA ...(7.3)

donde:


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:

CWCW =CW bwaw ∆+ ...(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)


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.



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.


El número estructural ajustado del firme en la estación seca (SNPdaw) 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:

( ) 1.6awaw SNP*a0 =DEF − ...(7.5)

donde:

DEFaw desvío del rayo Benkelman, después de los trabajos (mm)

SNPaw 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)


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)


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.


Las cantidades de fisuración previa se reajustan todas a cero.




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



n 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.


CSTNEW*PCTSAV =SALVA ...(7.6)

donde:


PCTSAV porcentaje remanente del coste total (%)



8 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



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).


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.



carretera


Chapter C-2


Concrete Pavements

Chapter C-3


Unsealed Roads

Chapter C-4


Chapter C-1

Tipos de trabajos

capítulo D-1

PARTE D EFECTOS DE LOS TRABAJOS D3 FIRMES DE HORMIGON


Tabla D3.1 Trabajos de conservación para firmes de hormigón

Tipo de capa del firme Clases de

trabajo

Tipos de trabajo Actividad del trabajo

JP JR CR

Rutina Rutina de conservación

Control de la vegetación, pintura de las líneas, limpieza de drenajes, etc.

a a 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

Reparación total de la profundidad a a

Reparación de la profundidad parcial a Restauración

Pulido de diamante a a

Refuerzo de hormigón aglutinado a a a Rehabilitación

Refuerzo de hormigón no aglutinado a a a

Periódico

Reconstrucción Reconstrucción del firme a a a

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



2 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 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.

3 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.

6 Verificar el criterio de intervención, identificando y aplicando las actividades de trabajo de acuerdo a su jerarquía.

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.


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.



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 Actividad/ operación Código ID Jerarquía Coste unitario

Reconstrucción Reconstrucción del firme REC 1 por m2

Refuerzo de hormigón sin aglutinar UOL 2 por m2 Rehabilitación

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)

Restauración

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)

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 Actividad/operación Código ID Jerarquía Coste unitario




Reparación total de la profundidad FDR 4 por m2

Restauración 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)



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 Actividad/operación Código ID Jerarquía Coste unitario




Restauración Reparación total de la profundidad FDR 4 por m2

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.



3 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.



4 Tratamiento preventivo Estos trabajos sobre los firmes de hormigón comprenden lo siguiente:

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).

4.1 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:

JTSPACE*1.6093CW*5280

LDOW = ...(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.



0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00

Original

Colocación de pasadores

Pro

med

io d

e re

salt

os e

n la

s ju

ntas

(pul

gada

s)

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:

L TCS = ...(4.2)

donde:

TCS cantidad de arcenes unidos de hormigón capacitados (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.



Tabla D3.5 Valores de los parámetros del modelo de fisuración y resaltos

Parámetro Estatus de la construcción del firme

WIDENED LTEsh (%)

1 Carril no ensanchado o arcenes unidos de hormigón 0 0

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.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00

Original Arcén de hormigón, LTEsh = 10

Eficiencia de la transferencia de carga (fuerza) LTEsh = 10 %

Fisu

raci

ón q

ue a

trav

iesa

la lo

sa [

%]


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.



0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00

Original

Arcenes de hormigón

Prom

edio

de

resa

lto d

e la

s ju

ntas

(i

n)

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.

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00

Por

med

io d

e re

salt

os e

n la

s ju

ntas

(pu

lgad

as)

Original

Molida de diamante


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.



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:

L RED = ...(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.

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00

Original, Cd = 0.5

Drenajes laterales, Cd =1.0

Pro

med

io d

e re

salt

os e

n la

s ju

ntas

(pu

lgad

as)


Figura D3.6 Colocación de los drenajes laterales sobre los resaltos de las juntas en los firmes de hormigón JP sin pasadores



La Figura D3. muestra el efecto de estos drenajes sobre los resaltos en los firmes de hormigón JP con pasadores.

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00

Original, Cd = 0.5

Drenajes laterales, Cd =1.0

Pro

med

io d

e re

salt

os e

n la

s ju

ntas


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:


El sellado de juntas se aplica en un momento fijado, definido por el año calendario


Se especifica un intervalo fijo entre los años sucesivos, y se aplica en el año t del análisis, definido de la siguiente forma:

tprev interval +=t ...(4.4)

( ) tstart- tlasttstart,max tprev = ...(4.5)

donde:

t año del análisis, definido en relación con el año de inicio del periodo de análisis

interval intervalo fijo entre los sellados sucesivos

tprev Número de años desde el último detallado o inicio del año del periodo analizado

tstart 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



Cantidades y costes

Si se realiza, la cantidad de sellado de juntas se calcula como sigue:

( )NLNGJTS*1000 JTSPACE*1.6093

CW*5280 LJSL += ...(4.6)

donde:

LJSL cantidad de sellado de juntas (m/km)


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.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

0 5 10 15 20 25 30

Original, sellado líquido

Sellado líquido

Sellado realizado

Las juntas deben estar debidamente limpias para obtener

estos efectos

Des

conc

hado

de

las

junt

as [

%]

Edad (años)

Figura D3.8 Efecto del sellado de juntas sobre el desconchado de las juntas en los firmes de hormigón JP



La Figura D3. muestra el efecto del sellado de juntas sobre el desconchado en los firmes de hormigón JP.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30

Original

80% Juntas selladas

Edad (años)

Des

conc

hado

de

las

junt

as (

%)

Figura D3.9 Efecto del sellado de juntas sobre el desconchado en los firmes de hormigón JP



5 Trabajos de restauración Se modelizan los siguientes cuatro tipos genéricos de trabajos de restauración:

1 Reemplazo de la losa

2 Reparación total de la profundidad

3 Reparación de la profundidad parcial

4 Pulido de diamante

5.1 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:


Se realiza en un momento fijo definido por el año calendario.


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.


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:

( )1 NLNGJTS*1.6093REPSLBS*CW*JTSPACE*0.3048 SLB+

= ...(5.1)

( )100*100NTSLBS*PCTREP*PCRACK REPSLBS = ...(5.2)

( )JTSPACE

1 NLNGJTS*5280 NTSLBS

+= ...(5.3)



donde:

SLB área de reemplazo de losas (m2/Km.)



REPSLBS numero de losas reemplazadas por milla


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:

( )NTSLBS

REPSLBS - CRKSLBS*100 PCRACK aw = ...(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


El número de losas fisuradas antes del trabajo se obtiene por:

100NTSLBS*PCRACK

CRKSLBS bw= ...(5.5)

donde:

CRKSLBS número de losas fisurada por milla

PCRACKbw porcentaje de losas fisuradas antes de los trabajos




La Figura D3. muestra el efecto del reemplazo de losa sobre la fisuración en los firmes de hormigón JP sin pasadores.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

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]

Original

40% Reemplazo de losas

Fisu

raci

ón tr

ansv

ersa

l de

las

losa

s [%

]

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:

( )

NTSLBSREPSLBS - NTSLBS*SPALL

SPALL bwaw = ...(5.6)

donde:

SPALLaw porcentaje de juntas transversales desconchadas, después de los trabajos

SPALLbw porcentaje de juntas transversales desconchadas, antes de los trabajos


REPSLBS número de losas reemplazadas

Resaltos

La cantidad de resaltos después de los trabajos se obtiene de:

( )

NTSLBSREPSLBS - NTSLBS*FAULT

FAULT bwaw = ...(5.7)

donde:



FAULTaw porcentaje de juntas transversales con resaltos, después de los trabajos (pulgadas)

FAULTbw porcentaje de juntas transversales con resaltos, antes de los trabajos (pulgadas)


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.

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40


Pro

med

io d

e ju

ntas

con

res

alto

s (i

n)

Original

Reemplazo de la losa

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.



0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

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]

Original

Reemplazo de la losa

Pro

med

io d

e re

salto

s en

las

junt

as (

in)

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:


Se realiza en un momento fijo determinado por el año calendario.


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.


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.



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:

( )1.6093

SPAREA CKAREA FDR

+= ...(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:

100CKWDTH*2*DCRACK*PCTCKS*CW

CRAREA bw= ...(5.9)

donde:

CRAREA área de fisuras transversales reparada (m2)


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:

100*100JTWDTH*2*NJTS*SPALL*PCTSPL*CW

SPAREA bw= ...(5.10)

donde:

SPAREA área de desconchado reparada (m2)


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:



JTSPACE5280*1.5

NJTS = ...(5.11)

donde:


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:

bwaw DCRACK*100

PCTCKS - 1 DCRACK

= ...(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.



0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 Edad [años]

Fis

urac

ión

tran

sver

sal [

Nº/

mi]

50 % Reparación de la profundidad total

Original

JRCP – deterioro de la fisuración: reparación de la profundidad total

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:

bwaw SPALL*100

PCTSPL - 1 SPALL

= ...(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


La Figura D3.7 muestra el efecto de la reparación total de la profundidad sobre el desconchado en los firmes de hormigón JR.



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30

Original 50% Reparación de la profundidad total

Edad[años]

Fis

urac

ión

tran

sver

sal (

%)

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:

( )

NJTSREPJTS - NJTS*FAULT

FAULT bwaw = ...(5.14)

donde:

FAULTaw promedio de desconchado de las juntas transversales, después de los trabajos (pulgadas)

FAULTbw promedio de desconchado de las juntas transversales, antes de los trabajos (pulgadas)


REPJTS número de juntas transversales reparadas por milla

El número de juntas transversales reparadas se obtiene de:

100NJTS*SPALL*PCTSPL

REPJTS bw= ...(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 (%)




La Figura D3.8 muestra el efecto de la reparación de la profundidad total sobre los resaltos en los firmes de hormigón JR.

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 ESAL acumulativo [millones por carril]

Prom

edio

de

desc

onch

ado

[pul

gada

s

Original

Reparación de la profundidad total

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:

100*1.6093FRESA*FAIL*PCTFAIL

FDR bw= ...(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.



Los efectos

Después de la reparación, los deterioros del firme se calculan como sigue:

n Roturas

La cantidad de las roturas que quedan después de los trabajos se obtienen de:

bwaw FAIL*100

PCTFAIL - 1 FAIL

= ...(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.

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

Original 50% Reparación de la profundidad total

Rot

uras

[Nº/

mi]


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:


Estos trabajos se realizan en un momento fijo del tiempo, definido por el año calendario.




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.


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:

100*100NJTS*SPALL*PREPJTS*CW*0.6214

PDR bw= ...(5.18)

donde:

PDR cantidad de la reparación parcial de la profundidad (m/km)


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


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:

bwaw SPALL*100

PREPJTS - 1 SPALL

= ...(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


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.



0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

0 5 10 15 20 25 30 Edad (años)]

Original, líquido 60% Reparación parcial de la profundidad

Dec

onch

ado

de la

s ju

ntas

[%

]

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:


Se realiza en un punto fijo del tiempo definido por el año calendario.


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.


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:

CW*1000 DGR = ...(5.20)



donde:

DGR área de pulido de diamante (m2/Km.)


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:

GRIND - SLABTHK SLABTHK bwaw = ...(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.



0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40


Original Pulido de diamante P

rom

edio

del

resa

lto

en la

s ju

ntas

(pu

lgad

as)

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

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

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)

Original

Pulido de diamante

Pro

med

io d

e re

salt

os e

n la

s ju

ntas

(pu

lgad

as)

Figura D3.12 Efecto del pulido de diamante sobre los resaltos de las juntas en los firmes de hormigón con pasadores



6 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:

n Refuerzos de hormigón aglutinado

n Refuerzos de hormigón no aglutinado

6.1 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:


Este refuerzo con especificaciones fijas se aplica en un punto fijo del tiempo, definido por el año calendario.


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.


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:

CW*1000 BOL = ...(6.1)

donde:

BOL área de refuerzo de hormigón aglutinado (m2/Km.)




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.


El refuerzo reajusta el espesor de la losa de hormigón, como sigue:

OVLTHK SLBATHK SLABTHK bwaw += ...(6.2)

donde:

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)

n 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.



0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%


Original

Refuerzo

Mismo agotamiento

Cambios en el espesor de la losa Determinación del número de ejes admisibles N

Fis

urac

ión

tran

sver

sal [

%]

Figura D3.13 Efecto del refuerzo de hormigón aglutinado sobre la fisuración de los firmes de hormigón JP

n Resaltos

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.

La Figura D3.14 muestra el efecto del refuerzo sobre los resaltos en los firmes de hormigón JP sin pasadores.

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 ESAL acumulativo [millones por carril]

Original Refuerzo

Pro

med

io d

e re

salt

os e

n la

s ju

ntas

(pu

lgad

as)

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.



]

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 ESAL acumulativo [millones por carril]

Original Refuerzo aglutinado

Pro

med

io d

e re

salt

os e

n la

s ju

ntas

[pu

lgad

as]

Figura D3.15 Efecto del refuerzo de hormigón aglutinado sobre los resaltos en los firmes de hormigón JP con pasadores

n Desconchado

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.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

0 5 10 15 20 25 30 Edad [años]

Original Refuerzo

Des

conc

hado

de

las

junt

as [N

º/m

i]

Figura D3.16 Efecto del refuerzo de hormigón aglutinado sobre el desconchado de las juntas en los firmes de hormigón JP con pasadores



n 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


El espesor de la nueva losa, después de los trabajos, se calcula por:

OVLTHK SLABTHK SLABTHK adjaw += ...(6.3)

donde:

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)

n Fisuración

El espesor ajustado de la losa, a ser tenido en cuenta por el efecto de la fisuración restante, se obtiene de:

=

MAXCKSDCRACK

*0.5 - 1*SLABTHK SLABTHK awbwadj ...(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)



MAXCKS número máximo de fisuras transversales deterioradas por milla

El número máximo de fisuras transversales deterioradas (MAXCKS) se obtiene de:

JTSPACE5280*3

MAXCKS = ...(6.5)

donde:

MAXCKS número máximo de fisuras transversales deterioradas por milla


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.

Refuerzo aglutinado Original

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00

ESAL acumulativo [millones por carril]

Det

erio

ro d

e la

s fi

sura

s tr

ansv

ersa

les

[Nº/

mi]

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.



La Figura D3.18 muestra el efecto del refuerzo sobre los resaltos en los firmes de hormigón JR.


0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00

Pro

med

io d

e re

salt

os [

pulg

adas

]

Original

Refuerzo aglutinado

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.



0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 25 30

Original Refuerzo

Edad [años]

Des

conc

hado

de

las

junt

as[%

]

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.



La Figura D3.20 muestra el efecto del refuerzo sobre las roturas en los firmes de hormigón CR.

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

160.00

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

Original Refuerzo aglutinado

Rot

uras

[N

º/m

i]


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:


Se realiza en un momento fijo de tiempo, definido por el año calendario.


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.


Se realiza cuando el nivel de deterioro del firme (fisuración, resaltos y/o regularidad) excede los valores especificados por el usuario.



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:

CW*1000 UOL = ...(6.6)

donde:

UOL área del refuerzo de hormigón no aglutinado (m2/Km.)


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.



7 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:


Se realiza en un punto fijo del tiempo, definido por el año calendario.


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:

awCW*1000 REC = ...(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.



8 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:


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.



9 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.


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 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.



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



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).


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.



carretera


Chapter C-2


Concrete Pavements

Chapter C-3


Unsealed Roads

Chapter C-4


Chapter C-1

Tipos de trabajos

capítulo D-1

PARTE D EFECTOS DE LOS TRABAJOS D4 CARRETERAS SIN SELLAR


2 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:

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..


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.



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

Adición de un carril 4 por m2 o por km Ensanchado

Ensanchado parcial 5 por m2 o por km


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 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.



3 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:


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.


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'

DGMAX =DG ...(3.1)



Si DGMAX DG'DGMIN ≤<

DG' =DG ...(3.2)

Si DGMIN DG' ≤

DGMIN =DG ...(3.3)

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:

AADTVEHG =DG' ...(3.4)

en la opción de respuesta a la regularidad:

( )( )[ ]

−−−

−

0jj

0je QIMAX*aQIMIN*a1QIMAX

QIMAXQIMAXlog*

c1

=DG' ...(3.5)

donde:

VEHG intervalo de tráfico entre perfilados sucesivos, en vehículos, especificado por el usuario



QIMAXO regularidad máxima permisible especificada por el usuario (QI)

a y c 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:

jlta QIMAX =QI ...(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.



3.2 Recargo puntual

Repara las áreas con depresiones severas (pérdida de grava, roderas, etc.) y puede especificarse, por el usuario, de la siguiente manera:


Se aplica un número fijo de metros cúbicos por kilómetro (VGS).


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:

( ) 210*SWCW*MLA*Pmla =VGS −+ ...(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)


SW ancho de los arcenes (m)


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:

L* VGS=TVGS ...(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):

( )SWCWVGS =THGS

+∆ ...(3.9)



THGSTHG =THG bwaw ∆+ ...(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)


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:

( ) ( )[ ]

−

CW

VGS*6.3*

40

150 - QI1,MINQI 150,MAX =QI avg(bw)

bwavgawavg ...(3.11)

donde:

QIavg(aw) promedio de regularidad después del recargo puntual (QI)

QIavg(bw) promedio de regularidad antes del recargo puntual (QI)


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.



3.3 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:


Se aplica cuando la edad de la grava (GAGE) iguala o excede el intervalo fijo de tiempo especificado por el usuario.


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.


Cuando se realiza, la cantidad de recargo se obtiene de:

L* VGR=TVGR ...(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:

( ) ( )SWCW*THG-THG =VGR bwaw + ...(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:

( )[ ]{ }150)/40 - (QI 1, MIN*3.6

CW*150 - QI = VGS

bw

bwbw ...(3.14)



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.


El espesor del perfilado de grava aumenta de acuerdo a la siguiente fórmula:

Si se ha especificado el espesor final:

0aw THG = THG ...(3.15)

Si se ha especificado un aumento en el espesor:

THGTHG = THG bwaw ∆+ ...(3.16)

donde:

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)

n 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.



3.4 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.



4 Trabajos de mejora Estos trabajos en carreteras sin sellar, incluyen los siguiente:

n Ensanchado (ver sección 4.1)

n Mejora del trazado (ver sección 4.2)

4.1 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:


Un trabajo de ensanchado con especificaciones fijas se aplica en un momento específico, definido por un año calendario.


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.


Si se realiza, la cantidad de trabajos de ensanchado, se obtiene de:

CW*1000 = AWDN ∆ ...(4.1)

donde:

AWDN área total de la calzada ensanchada (m2/km)


El área total de ensanchado sobre el tramo entero, se obtiene de:



L* AWDN= TAWDN ...(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.


CSTWDN*PCTSAV =SALVA ...(4.3)

donde:


PCTSAV porcentaje total del remanente del coste (%)


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:

( ) ( )SWCW*THG-THG = VGR bwbwaw + ...(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:

L* VGR= TVGR ...(4.5)

donde:



TVGR 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:

CWCW = CW bwaw ∆+ ...(4.6)

donde:

CWaw ancho de la calzada después de los trabajos (m)

CWbw ancho de la calzada antes de los trabajos (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:

( )bw

bw

NLANES

CW*ADDLN = CW∆ ...(4.7)

donde:



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.


ο Después del ensanchado, se calcula como un promedio ponderado, de la siguiente forma:

( )aw

wwexcwbwaw CW

THG*CWTHG*CW = THG

∆+ ...(4.8)

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)


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:

grbwexcw THGTHG = THG ∆+ ...(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:

THGSTHG = THG bwexcw ∆+ ...(4.10)

donde:

∆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)

ο 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):



∆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:

( )

CW

SMPi*CWSMPi*CW= SMPi

aw

wwbwbwaw

∆+ ...(4.11)

donde:

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)

n 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:

( )

CWGAGE*CW

= GAGEaw

bwbwaw

...(4.12)

donde:

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).

n Factores de calibración de la pérdida del material

Después de los trabajos de ensanchado, estos factores, es decir, Kgl y K kkkttt, se reajustan a los valores especificados por el usuario.




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:


Se realiza en un momento fijo del tiempo, definido por un año calendario.


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 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.


Si se realiza, la cantidad total de la mejora al trazado, se obtiene de:

awL*Pconew = REAL ...(4.13)

LF*L = L bwaw ...(4.14)

donde:

REAL longitud de la carretera mejorada en su trazado (km)



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:

CSTREAL*PCTSAV =SALVA ...(4.15)

donde:


PCTSAV porcentaje del remanente del coste (%)


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:

( ) ( )SWCW*THG-THG = VGR bwaw + ...(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)


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::

( ) awL*Pconew-1* VGR=TVGR ...(4.17)

donde:

TVGR volumen total de recargo de los segmentos no mejorados en su trazado de la calzada existente (m3)



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

( ) awL*Pconew-1 =LGRD ...(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:

( ) awL*Pconew-1 *VGS=TVGS ...(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:



n Longitud del nuevo tramo

Después del trabajos, se obtiene de la ecuación más atrás.


ο Después de los trabajos, se obtiene de:

( )[ ] THG*PconewTHG*Pconew-1=THG rwexcwaw + ...(4.20)

donde:

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)

ο 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

grbwexcw THGTHG =THG ∆+ ...(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

THGSTHG =THG bwexcw ∆+ ...(4.22)

donde:

∆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)

ο 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:



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:

( )[ ]rwbwaw SMPi*PconewSMPi*Pconew-1 =SMPi + ...(4.23)

donde:

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)

n 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:

( )[ ]bwaw GAGE*Pconew-1 =GAGE ...(4.24)

donde:

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)

n 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.


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.


Los datos que describen la distribución horaria del flujo del tráfico, se reajustan también, a los especificados por el usuario.



5 Trabajos de construcción Incluyen los siguiente:

n Actualización (ver sección 5.1)

n Dualización (ver sección 5.2)

n Nuevo tramo (ver sección 5.3

5.1 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:


Se realiza en un momento fijo del tiempo, definido por un año calendario.


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 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.


Si se realiza, la cantidad de estos trabajos, en kilómetros de la longitud de la carretera, se obtiene de:

awL =LUPGRD ...(5.1)

donde:

LUPGRD cantidad de trabajos de actualización (km)

Law longitud del nuevo tramos, después de los trabajos (= Lbw*LF) (km)



El coste total de la actualización (CSTUPGRD) se obtiene del producto de LUPGRD por el coste unitario por kilómetro, especificado por el usuario.


CSTUPGRD*PCTSAV =SALVA ...(5.2)

donde:


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.


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.


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.



5.3 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.


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 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.



6 Referencias Paterson W.D.O., (1987)

Road Deterioration and Maintenance Effects World Bank Publications, Washington D.C.


The Highway Design and Maintenance Standards Model - Volume 1 Description World Bank, John Hopkins University Press




Part E

Contenidos

Volumen 4 – Marco analítico y descripciones de modelos: Parte E

E1 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

E2 Costes de las velocidades y de la circulación de los vehículos


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 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

4 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

5 Consumo de combustible E2-34

5.1 Modelización E2-34

PARTE E EFECTOS 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


7.2 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 Utilización y vida útil del vehículo E2-57

8.1 Utilización E2-57

8.2 Vida útil E2-58

9 Consumo de repuestos 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

10 Horas de mantenimiento E2-65

10.1 El modelo E2-65

10.2 Promedio anual de horas de trabajo E2-66

11 Costes de financiación E2-67


11.2 Depreciación E2-68

11.3 Intereses E2-69

11.4 Promedio anual del coste de financiación E2-70

12 Horas del conductor/chófer E2-71


12.2 Promedio anual del número de horas del conductor/chófer E2-71

13 Costes generales E2-72


13.2 Promedio anual de los costes generales E2-72

14 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



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 Referencias E2-79

E3 Transporte no motorizado


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 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

4 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

5 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

E4 Seguridad en la carretera


2 Lógica de la modelización E4-2



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

3 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

4 Referencias E4-6


Parte E Organigrama

Figura E Organigrama del Marco analítico y descripciones de modelos

and Model

Descriptions


de modelos

RD Model Part C


Part D

Modelo WE Parte D

Introduction Part A


RUE Model Part E

Modelo RUE Parte E




SEE Model Part F

Modelo SEE Parte F




Nomenclature Part H

Nomenclatura

Parte H

Glossary Part I

Glosario

Parte I

Traffic Part B

Tráfico Parte B

PARTE E EFECTOS SOBRE LOS USUARIOS

Marco analítico y descripciones de modelos E1-1 Versión 1.0

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.

Figura E1.1 Módulos de los efectos sobre los usuarios

Road User Effects Efectos sobre los usuarios

Vehicle Speeds and Operating

Costs

Chapter E2

Costes de la velocidad de los vehículos y de

la circulación Capítulo E2

Non-Motorised Transport

Chapter E3

Transporte no motorizado Capítulo E3

Road Safety

Chapter E4

Seguridad en la carretera

Capítulo E4 Overview

Chapter E1

Visión general Capítulo E1

PARTE E EFECTOS SOBRE LOS USUARIOS VISIÓN GENERAL


2 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).



Fuente: NDLI (1995)

Figura E1.2 Definición de categorías, clases y tipos de vehículos motorizados

Motorised Motorizado

Utilities Furgonetas Passenger cars

Coches de pasajeros Motor cycles Ciclomotores

Trucks Camiones Buses Autobuses

Motor cycles (1)

Ciclomotores (1) Small car

(2) Pequeños

(2) Medium car (3)

Medianos (3)

Large car (4)

Grandes (4)

Four wheel drive (7)

Tracción a las cuatro ruedas

(7)

Light delivery vehicle

(5)

De reparto ligero

(5)

Light goods vehicle

(6)

De reparto mediano

(6)

Light truck (8)

Ligeros (8)

Heavy truck (10)

Pesados (10)

Medium truck (9)

Medianos (9)

Articulated truck (11)

Articulados (11)

Mini-bus (12)

Mini -bus (12) Light bus

(13) Ligeros

(13)

Heavy bus (15)

Pesados (15)

Coach (16)

Autocares (16)

Medium bus (14)

Medianos (14)

Classes

Categories

Types



Fuente: PADECO (1996)

Figura E1.3 Definición de categorías, clases y tipos de vehículos no motorizados

Fleet representation

Representación del parque

Motorised transport (MT)

Transporte motorizado (MT)

Pedestrian Peatones

Pull type De tirar

Push type De empujar

Small Pequeños Large Grandes

Clases

Categorías

Tipos

Non-motorised transport (NMT) Transporte no motorizado (NMT)

Bicycle Bicicletas Cycle

rickshaw Carromatos

Animal cart Carros de animales Farm tractor Tractores

Pedestrian Peatones Bicycle Bicicletas

Horse cart Caballos

Ox cart Bueyes



3 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.



4 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.



5 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.



6 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:

jjjjj AC NMTOC TTC VOCRUC +++= ...(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)



7 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


The Highway Design and Maintenance Standards Model - Volume 1 Description The World Bank, John Hopkins University Press



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).

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.



Costs

Chapter E2




Chapter E3


Road Safety

Chapter E4



Chapter E1


PARTE E EFECTOS 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:


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.



n 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.


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



Tabla E2.1 Clases y características básicas de los vehículos representativos predefinidos

Vehículo número Tipo Descripción Abre-

viatura

Tipo de combus-

tible

Número de ejes

Número de ruedas

Coef. de resistencia

aerodinámica

Area frontal

definida

(m2)

Tara

(T)

Carga

(T)

1 Motocicleta Motocicleta o scooter MC P 2 2 0,70 0,8 0,1 0,2 2 Coche pequeño Coche pequeño de pasajeros PC-S P 2 4 0,40 1,8 0,8 1,0 3 Coche mediano Coche mediano de pasajeros PC-M P 2 4 0,42 1,9 1,0 1,2 4 Coche grande Coche grande de pasajeros PC-L P 2 4 0,45 2,0 1,2 1,4 5 Furgoneta de

reparto ligera Furgoneta o pick-up LDV P 2 4 0,50 2,0 1,3 1,5

6 Furgoneta de reparto mediana

Camión muy ligero para reparto de artículos (4 ruedas)

LGV P 2 4 0,50 2,8 0,9 1,5

7 Tracción 4 ruedas Tipo de vehículo Land Rover/Jeep

4WD P 2 4 0,50 2,8 1,5 1,8

8 Camión ligero Camión pequeño de dos ejes rígidos (aprox. < 3.5 T)

LT D 2 4 0,55 4,0 1,8 2,0

9 Camión mediano Camión mediano de dos ejes rígidos (> 3.5 T)

MT D 2 6 0,60 5,0 4,5 7,5

10 Camión pesado Camión de varios ejes rígidos HT D 3 10 0,70 8,5 9,0 13,0 11 Camión articulado Camión articulado o con trailer AT D 5 18 0,80 9,0 11,0 28,0 12 Mini-bus Autobús/furgoneta pequeño

(usualmente 4 ruedas) MNB P 2 4 0,50 2,9 1,1 1,5

13 Autobús ligero Autobús ligero (aprox. < 3.5 T) LB D 2 4 0,50 4,0 1,75 2,5 14 Autobús mediano Autobús mediano (3.5 - 8.0 T) MB D 2 6 0,55 5,0 4,5 6,0 15 Autobús pesado Varios ejes o dos ejes grandes HB D 3 10 0,65 6,5 8,0 10,0 16 Autocar Autobús grande para trayectos de

largas distancias COACH D 3 10 0,65 6,5 10,0 15,0

Fuente: NDLI (1995)

Notas:

1 Tipo de combustible P=Gasolina, D=Diesel

2 La clasificación de los tipos de los vehículos se ofrecen en el capítulo E1



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)



3 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:

β

βββββ

+

+

+

+

σ

=11111

2

ku

VDESIR

1

VROUGH

1

VCURVE

1

VBRAKEu

1

VDRIVEu

1

2exp

VS

...(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)



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:

β

βββββ

+

+

+

+

σ

=11111

2

kd

VDESIR

1

VROUGH

1

VCURVE

1

VBRAKEd

1

VDRIVEd

1

2exp

VS

...(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.



Tabla E2.2 Parámetros predefinidos del modelo de velocidad de viaje

Parámetros del modelo VDRIVE VBRAKE

Vehícu-lo

número SPEED_SIGMA

σσ

SPEED_BETA

ββ

PDRIVE

(kW)

PBRAKE

(kW) CGR_a0 CGR_a1 CGR_a2

1 0 0,151 12 5 94,9 0,85 2,80

2 0 0,151 26 20 94,9 0,85 2,80

3 0 0,151 33 20 94,9 0,85 2,80

4 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:

+

=

kdku

k

VS1

VS1

7.2S ...(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.



3.2 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.

VDRIVE*z1VDRIVE*z0 = PDRIVE*1000 3 + ...(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:

FCLIM*CR2*CR1*b13 AF*CD*CDmult*RHO*0.5 = z0 +

GR*g* WGT_OPER WGT_OPER*FCLIM*CR2*CR1*b12

NUM_WHEELS*FCLIM*CR2*b11 = z1

++

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



La densidad de la masa del aire se requiere para calcular la resistencia aerodinámica y se ofrece por St. John et al. (1978) como:

( )4.255-510*ALT*2.26 - 1*1.225 RHO = ...(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:

1.0 = CR1 si TIPO DE NEUMATICO = Radial

1.3 = CR1 si TIPO DE NEUMATICO = De cámara

El coeficiente de resistencia a la rodada dependiente del firme CR2 se calcula como:

( )avav RI*CR_CR2_a2 TD*CR_CR2_a1 CR_CR2_a0*Kcr2 =CR2 ++

...(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.



Tabla E2.3 Parámetros del modelo de resistencia a la rodada

WGT_OPER < = 2500 kg WGT_OPER > 2500 kg

Clases de capa

Tipos de capa

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:

WHEEL_DIA*CR_B_a0 = b11

WHEEL_DIACR_B_a1 = b12

( )2WHEEL_DIA

NUM_WHEELS*CR_B_a2 = b13

donde:

WHEEL_DIA diámetro de la rueda (m)

NUM_WHEELS número de ruedas por vehículo



CR_B_a0 a

CR_B_a2

coeficientes del modelo

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):

PCTDW*0.002 PCTDS*0.003 1 = FCLIM ++

El promedio de pendiente del tramo de la carretera GR, se estima a partir de la siguiente expresión tomada de Watanatada et al. (1987a):

1000RF

GR ± ...(3.7)

donde:


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:

( )z0*3z1 = z2

( )z0*2PDRIVE*1000 = z3

23 z3z2 = DT +

si 0 DT > :

33 z3 - DTz3 DTVDRIVE −+=

si (√DT - z3) < 0, set (√DT - z3) = 0

si (√DT + z3) < 0, set (√DT + z3) = 0

si 0 DT ≤ :

( )

π

+

π

+34

zcos*r ,2

zcos*r ,zcos*rMAX = VDRIVE3

donde:

−=

r*z2z3*2arccos

31z

z2*2r −=



Los valores predefinidos para los parámetros del modelo VDRIVE se ofrecen en la Tabla E2.2.



Tabla E2.4 Parámetros del cálculo de la resistencia a la rodada, de la inercia y aerodinámica

Parámetros de resistencia aerodinámica Parámetros de resistencia a la rodada Parámetros de resistencia a la inercia

Multipli-cador

CD

Aero. Drag Coef.

Area pro-tección frontal (m2)

Número de

ruedas

Diámetro de las ruedas

(m)

Tipo de neuma-

tico Parámetros de los neumáticos

Número de

vehícu-lo

CDMULT CD AF NUM_ WHEELS

WHEEL_DIA

TYRE_ TYPE CR_B_a0 CR_B_a1 CR_B_a2 EMRAT_a0 EMRAT_a1 EMRAT_a2

1 1,10 0,70 0,8 2 0,55 Bias 37 0,064 0,012 1,10 0 0 2 1,10 0,40 1,8 4 0,60 Radial 37 0,064 0,012 1,14 1,010 399,0 3 1,10 0,42 1,9 4 0,60 Radial 37 0,064 0,012 1,05 0,213 1260,7 4 1,10 0,45 2,0 4 0,66 Radial 37 0,064 0,012 1,05 0,213 1260,7 5 1,11 0,50 2,8 4 0,70 Radial 37 0,064 0,012 1,10 0,891 244,2 6 1,11 0,50 2,8 4 0,70 Bias 37 0,064 0,012 1,10 0,891 244,2 7 1,11 0,50 2,8 4 0,70 Bias 37 0,064 0,012 1,10 0,891 244,2 8 1,13 0,55 4,0 4 0,80 Bias 37 0,064 0,012 1,04 0,830 12,4 9 1,13 0,60 5,0 6 1,05 Bias 37 0,064 0,012 1,04 0,830 12,4

10 1,14 0,70 8,5 10 1,05 Bias 37 0,064 0,012 1,07 1,910 10,1 11 1,22 0,80 9,0 18 1,05 Bias 37 0,064 0,012 1,07 1,910 10,1 12 1,11 0,50 2,9 4 0,70 Radial 37 0,064 0,012 1,10 0,891 244,2 13 1,13 0,50 4,0 4 0,80 Bias 37 0,064 0,012 1,10 0,891 244,2 14 1,14 0,55 5,0 6 1,05 Bias 37 0,064 0,012 1,04 0,830 12,4 15 1,14 0,65 6,5 10 1,05 Bias 37 0,064 0,012 1,04 0,830 12,4 16 1,14 0,65 6,5 10 1,05 Bias 37 0,064 0,012 1,04 0,830 12,4




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:

( ) CGR_a2 GR*CGR_a1exp*CGR_a0 = CGL + ...(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:

VBRAKEd*z1 VBRAKEd*z0 = PBRAKE*1000- 3 + ...(3.11)

donde:

PBRAKE capacidad del frenado del vehículo (kW)

FCLIM*CR2*CR1*b13 AF*CD*Cdmult*RHO*0.5 = z0 +

GR*g* WGT_OPER WGT_OPER*FCLIM*CR2*CR1*b12

NUM_WHEELS*FCLIM*CR2*b11 = z1

++

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:



NUM_RF1 = GL ...(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:

z0*3z1

= z2

z0*2PBRAKE*-1000

= z3

23 z3 z2 = DT +

si DT ≥≥ 0

= VBRAKEd ∞

pero si DT < 0

−

r*z2z3*2arccos

31 = z

z2-*2 = r

+

3 4zcos*r = VBRAKEd π

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_a1R*a0 VCURVE_= VCURVE ...(3.13)

donde:

R promedio del radio de arqueamiento de la carretera (m)

VCURVE_a0 y VCURVE_a1

parámetros de regresión



El promedio del radio del arqueamiento de la carretera, R, se estima con la siguiente expresión tomada de Watanatada et al. (1987a):

( )C,18MAX*180,000 = R

ππ ...(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 VROUGH Vehículo número VCURVE_a0 VCURVE_a1

ARVMAX

(mm/s) VROUGH_a0

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


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:



ARS* V=ARV ...(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:

R1*a0 VROUGH

ARVMAX = VROUGHav

...(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:

VDESMUL*XNMT*XFRI* VDES= VDESIR0 ...(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)



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 CW1 CW ≤ VDESMINVDES =

si CW2WCW1 ≤< C ( )CW1-CW*VDES_a3VDESMINVDES +=

si CW2 CW > ( )CW2-CW*VDES_a1VDES2VDES +=

donde:


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:

( )( )CW1-CW2

VDESMIN-VDES2 VDES_a3 =

La relación entre la velocidad mínima deseada y la velocidad deseada en una carretera de dos carriles, se obtiene:

VDES2*VDES_a2VDESMIN =

donde:

VDES_a2 radio entre la velocidad deseada en una carretera de carril sencillo y la velocidad deseada en una de dos carriles



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

(Carreteras de capa bituminosa) Número de

vehículo VDES2

(m/s) VDES_a0 VDES_a1 VDES_a2 CW1 CW2

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


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:

=

3.6ENFAC*PLIMIT

VDESIR0,MIN VDESIR ...(3.18)

donde:

PLIMIT límite de velocidad (km/h)

ENFAC factor de cumplimiento de la velocidad (predefinido = 1,10)



3.3 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 VSku se calcula como se explicó en la sección 5.1.1. El promedio de velocidad libre de viaje (km/h) se obtiene de:

kuk VS*3.6 = S ...(3.19)

En las secciones sentido de vuelta, la velocidad de viaje VSkd se calcula como se explicó en la sección 5.1.2. El promedio de velocidad libre de viaje (km/h) se obtiene de:

kdk VS*3.6 = S ...(3.20)



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.

Qo Qnom Qult Flujo en PCSE/h

Vel

ocid

ad k

m/h

S1

S2

S3

Snom

Sult

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



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:

( )kuVSMIN*0.85 = VSnomu ...(4.1)



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

kukp VS= VU ...(4.2)

n para Qo ≤≤ Qp ≤≤ Qnom

Qo) - (Qnom

Qo) - (Q* VSnomu)- (VS VS= VU pku

kukp

− ...(4.3)

n para Qnom < Qp ≤≤ Qult

Qnom) - (Qult

Qnom) - (Q* VSult)- (VSnomu VSnomu= VU p

kp

− ...(4.4)

La velocidad de viaje en cada período de intensidad del tráfico, se ajusta de la siguiente forma:

( ) VSultCALBFAC,*VU MAX = VU kpkp ...(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 (VUkp) 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:

( )kdVSMIN*0.85 = VSnomd ...(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)



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

VD= VD kdkp ...(4.7)

n para Qo ≤≤ Qp ≤≤ Qnom

−

Qo) - (Qnom

Qo) - (Q* VSnomd)- (VS VS= VD pkd

kdkp ...(4.8)

n para Qnom < Qp ≤≤ Qult

Qnom) - (Qult

Qnom) - (Q* VSult)- (VSnomd VSnomd= VD p

kp

− ...(4.9)

Estas velocidades (VDkp) 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:

( ) VSultCALBFAC,*VD MAX = VD kpkp ...(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:

VD1

VU1

7.2 = S

kpkp

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



4.3 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:

SPEEDBIAS*S = SS kpkp ...(4.12)

donde:

SSkp velocidad de circulación del vehículo (km/h) en el período p de la intensidad del tráfico

Skp velocidad congestionada de viaje (km/h) en el período p de la intensidad del tráfico

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:

COV*0.8736 -COV *0.0122 1.0000 = SPEEDBIAS 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:

HV*HRYR

SS*HV*HRYR

= SSn

1p

pp

n

1p

kppp

kav

∑

∑

=

= ...(4.14)

donde:

SSkav promedio anual de la velocidad de circulación del tipo de vehículo k (km/h)



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

K

1kkav∑

= ...(4.15)

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

SS

= Sh

KH

1kH

kav∑= ...(4.16)

donde:

Sh promedio anual de la velocidad de los vehículos pesados (km/h)

kH vehículos pesados (WGT_OPER > 3500 kg) (para kH = 1, 2, ..., KH)

4.6 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



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:

( )2kp

2kkp atan = a σ+σσ ...(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:

( )[ ]2k

2k

2k

2kk airi ,anmt,asf ,adral MAX 0.1,MAX =an σσσσσ ...(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



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:

( ) kk FRIAMAX*XFRI - 1.0*2.5 =asfσ ...(4.19)

( ) kk NMTAMAX*XNMT - 1.0*2.5 =anmtσ ...(4.20)

k

kavkk AMAXRI

RIAMAX*RI,RIAMAXMIN =airiσ ...(4.21)

donde:

XFRI factor de reducción de velocidad debido al rozamiento de la carretera en el tramo (0,6 a 1)

FRIAMAXk 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)

NMTAMAXk 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:

( ) VCR*a1 a0exp1

1.04 tmaxa = at

pkkp

++σσ ...(4.22)

donde:

σatmaxk ruido de la aceleración máxima del tráfico (m/s2) del tipo de vehículo k



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:

Q

Q = VCR

ult

pp ...(4.23)

Los coeficientes de regresión a0 y a1 se calculan de la siguiente forma:

XQ1*23.54.2 = a0 2+ ...(4.24)

XQ1*24.1-7.3- = a1 2 ...(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:

( ) anamax = atmax 2k

2kk σσσ − ...(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:

( )]σσσ maxgra ,maxva 0.75, MIN [0.1, MAX = amax kk ...(4.27)

donde:

σamaxvk 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:



( )[ ]{ }10 GRAN,MINABS*0.05-1amaxr = amaxgr σσ ...(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.



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)



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 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)

2 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:

( )[ ] dFUEL1*PTOT*ZETA ,IDLE_FUELMAX =IFC kpukpukpukkpu + ...(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)



ZETAkpu factor de eficiencia de la potencia del combustible, en el sentido de ida, del tipo de vehículo k (ml/kW/s)

PTOTkpu 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:

( )[ ] dFUEL1*PTOT*ZETA ,IDLE_FUELMAX =IFC kpdkpdkpdkkpd + ...(5.2)

donde:

IFCkpd 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)

ZETAkpd factor de eficiencia del combustible, en el sentido de vuelta, del tipo de vehículo k (ml/kW/s)

PTOTkpd 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.



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:

( )

1000

V*FTR PTR kpkp

kp

= ...(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

uuuukpu FCV FR FG FA = FTR +++ ...(5.4)

n En el sentido de vuelta

ddddkpd FCV FR FG FA = FTR +++ ...(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:



2kpV*AF*CD*CDmult*RHO*0.5 =FA ...(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:

GR*g* WGT_OPER= FG ...(5.7)

donde:


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:

( )2kpV*b13*CR1 WGT_OPER*b12*CR1 NUM_WHEELS*b11 *CR2*FCLIM = FR ++

...(5.8)


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:

( )

1000CS*NUM_WHEELS

e*g*WGT_OPERR

V*WGT_OPER 0,MAX

=FCV

22

kp

−

...(5.9)

donde:

e súper elevación de la carretera (como una fracción)

CS rigidez de los bordes de los neumáticos

Se calcula:

++=

2

NUM_WHEELSWGT_OPER*CS_a2

NUM_WHEELSWGT_OPER*CS_a1 CS_a0*Kcs CS

...(5.10)



donde:

Kcs factor de rigidez del neumático

CS_a0 hasta CS_a2

parámetros del modelo


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 Radial

CS_a0 30 43 8,8 0

CS_a1 0 0 0,088 0,0913

CS_a2 0 0 -0,0000225 -0,0000114

Kcs 1 1 1 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:

ACC*EMRAT*R WGT_OPE=FI ...(5.11)

El parámetro EMRAT se calcula como sigue:

V

EMRAT_a2 atan*EMRAT_a1 EMRAT_a0 =EMRAT3kp

+ ...(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.



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:

( ) ( )( )

+

RPM_IDLE - RPM100

RPM_IDLE - kpRPMPACCS_a1 - PACCS_a0 PACCS_a1PRAT*Kpea =kpPENGACCS *k

*

...(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)

PRATk 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:

( )100

PCTPENG - 100*PRAT*Kpea*EHP*ZETAB =a 2

PRAT*Kpea*ZETAB =b

IDLE_FUEL- =c

( )2a

4ac-bb- = PACCS_a1

2+ ...(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)



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 5.6Vkp ≤ m/s

RPM_a2*31.36 RPM_a1*5.6 RPM_a0 = RPMkp ++ ...(5.15)

n si RPM_a3Vkp ≤

2kpkpkp V*RPM_a2 V* RPM_a1 RPM_a0 = RPM ++ ...(5.16)

n si RPM_a3Vkp >

( )RPM_a3

V*RPM_a3*RPM_a2RPM_a3 * RPM_a1 RPM_a0 = RPM kp

2

kp++

...(5.17)

La velocidad del motor RPM100 a 100 km/h, se calcula de la siguiente forma:

si RPM_a327.8 ≤

227.8*RPM_a2 27.8*RPM_a1 RPM_a0 = RPM100 ++ ...(5.18)

pero si

( )RPM_a3

27.8*RPM_a3*RPM_a2 RPM_a3*RPM_a1 RPM_a0 = RPM100

2++ ...(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 0 PTR kp ≥

PENGACCS EDT

PTR PTOT kp

kpkp

+= ...(5.20)

pero si

( ) PENGACCS EDT*PTR PTOT kpkpkp += ...(5.21)

donde:

PTOTkp 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)



EDT eficiencia de la destreza del conductor

PENGACCSkp potencia total de arrastre del motor y los accesorios (kW)



Tabla E2.8 Parámetros predefinidos del modelo del combustible

Parámetros del modelo de la velocidad del motor

Veloci-dad del motor

en vacío

Tasa de

com-busti-ble en vacío

Eficiencia básica del combusti-

ble

Descenso en la

eficiencia

Poten-cia

tasada del

motor

Eficiencia de la

destreza del

conductor

Potencia del motor y los accesorios

RPM_a0 RPM_a1 RPM_a2 RPM_a3 RPM_ IDLE

IDLE_FUEL ZETAB EHP PRAT EDT PACCS_

a0 PCTPENG

Número de

vehículo

RPM RPM/ (m/s)

RPM/ (m/s)2

m/s RPM ml/s ml/kW/s kW

1 2790 94,0 2,83 31 800 0,12 0,067 0,25 15 0,95 0,20 80 2 2280 17 0,83 42 800 0,25 0,067 0,25 60 0,90 0,20 80 3 2280 17 0,83 42 800 0,36 0,067 0,25 70 0,90 0,20 80 4 1709 7,16 0,99 42 800 0,48 0,067 0,25 90 0,90 0,20 80 5 2490 -30,4 2,25 34 800 0,48 0,067 0,25 60 0,90 0,20 80 6 2574 -27,8 2,46 32 800 0,37 0,067 0,25 55 0,90 0,20 80 7 2490 -30,4 2,25 34 800 0,48 0,057 0,10 60 0,90 0,20 80 8 1214 17,6 2,32 22 500 0,37 0,057 0,10 75 0,86 0,20 80 9 1214 17,6 2,32 22 500 0,37 0,057 0,10 100 0,86 0,20 80

10 1167 -24,0 1,76 22 500 1,12 0,056 0,10 280 0,86 0,20 80 11 1167 -24,0 1,76 22 500 1,12 0,055 0,10 300 0,86 0,20 80 12 2490 -30,4 2,25 34 800 0,48 0,067 0,25 60 0,90 0,20 80 13 1214 17,6 2,32 22 500 0,37 0,057 0,10 75 0,86 0,20 80 14 1214 17,6 2,32 22 500 0,37 0,057 0,10 100 0,86 0,20 80 15 1167 -24,0 1,76 22 500 1,12 0,057 0,10 130 0,86 0,20 80 16 1167 -24,0 1,76 22 500 1,12 0,057 0,10 150 0,86 0,20 80




5.3 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

+

k

kpukpu

kpu PRAT100

PENGACCS*PCTPENG -PTOT

*EHP 1*ZETAB =ZETA

...(5.22)

5.3.2 Factor de eficiencia en el sentido de vuelta

+

k

kpdkpd

kpd PRAT100

PENGACCS*PCTPENG -PTOT

*EHP 1*ZETAB =ZETA

...(5.23)


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.



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:

VU*3.6 =SU kpkp ...(5.24)

n 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:

VD*3.6 =SD kpkp ...(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:

VD

IFC

VU

IFC500 =SFC

kp

kpd

kp

kpukp

+ ...(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

kp

kpukp VU

IFC*1000 =SFC ...(5.27)

n En los segmentos sentido de vuelta

kp

kpdkp VD

IFC*1000 =SFC ...(5.28)



El consumo de combustible (litros por cada 1000 kms-vehículo) se obtiene de la expresión:

FUELBIAS*SFC =FC kpkp ...(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:

)COV*0.7319 COV *0.0182 - 1.0000 (dFUEL, MAX =FUELBIAS 2+ ...(5.30)

5.6 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

1ppp

n

1pkppp

kav

HV*HRYR

FC*HV*HRYR

=FC ...(5.31)

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



6 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:

kpkp FC*OILOPER OILCONT =OIL + ...(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:

DISTCHNGOILCAP

=OILCONT ...(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.



Tabla E2.9 Valores predefinidos del modelo de consumo de aceite

Tipo de vehículos

Distancia entre los

cambios de aceite

(km)

Capacidad de aceite del

motor

(l)

Pérdida de aceite debida

a la circulación

OILOPER

Motocicleta 5000 2,0 0,0014

Coche de pasajeros 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

Camiones pesados y articulados 10000 31,0 0,0021

Autobuses ligeros y medianos 8000 14,0 0,0021

Autobuses pesados y autocares 8000 20,0 0,0021


El promedio anual de consumo de aceite (litros por 1000 kilómetros-vehículo) se obtiene de:

kavkav FC*OILOPER OILCONT =OIL + ...(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)



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:


(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:

0.0027DISTOT

NR*RREC*0.011 =EQNT

puk

kkkpu +

+ ...(7.1)

donde:

EQNTkpu 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

DISTOTkpu 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:



( )[ ] 1RI*-0.03224exp*NR0 0,MAX =NR modkk − ...(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:

( )kpu

kkkpu TWT

VOLNR1 =DISTOT + ...(7.3)

donde:

TWTkpu 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:

0.0027DISTOT

NR*RREC*0.011 =EQNT

pdk

kkkpd +

+ ...(7.4)

donde:

EQNTkpd número de neumáticos nuevos equivalente, consumidos por cada rueda, durante el período p de la intensidad del tráfico

DISTOTkpd 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:

( )kpd

kkkpd TWT

VOLNR1 =DISTOT + ...(7.5)

7.2 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:



kpkp TE*Ctcte C0tc =TWT + ...(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 Tipo de vehículo NR0 C0tc Ctcte

VOL

(dm3)

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:

( )NFT

LFTCFT =TE

2kp

2kp

kp+

...(7.7)



donde:

CFTkp fuerza circunferencial que actúa sobre un neumático (N)

LFTkp 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 CFTkp se calcula de la siguiente manera:

( ) ( )NUM_WHEELS

FRFGFAdFUEL*CTCON1 =CFT kpkpkpkpk

kp+++ ...(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 LFTkp se calcula de la siguiente forma:

NUM_WHEELS

FCV = LFT kp

kp ...(7.9)

donde:

FCVkp resistencia del arqueamiento al movimiento (N) (ver sección 5.2.1)

NUM_WHEELSk número de ruedas por cada tipo de vehículo k

n Fuerza normal

La fuerza normal por rueda NFT se obtiene de la siguiente expresión:



NUM_WHEELSg*WGT_OPER

= NFT ...(7.10)

donde:

WGT_OPER peso del vehículo en circulación (kg)

g aceleración debida a la gravedad tomada como 9l,81 m/s2

7.3 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:

( )[ ]kp

kpdkpukp MODFAC

NUM_WHEELS*EQNT EQNT*0.5 = TC

+ ...(7.11)

kpkkp CONGFAC*TYPEFAC* VEHFAC= MODFAC ...(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

MODFACkp 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)

CONGFACkp 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::

( )kpdkpukp EQNT EQNT*0.5

1000 = TLIFE

+ ...(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:



[ ]kp

kpukp MODFAC

NUM_WHEELS*EQNT = TC ...(7.14)

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:

[ ]kp

kpdkp MODFAC

NUM_WHEELS*EQNT = TC ...(7.15)

La vida del neumático (TLIFEkp) se calcula usando la ecuación más atrás con el denominador reemplazado por EQNTkpu en el sentido de ida y por EQNTkpd 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

(RImod) VEHFAC

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)

Carreteras sin pavimentar Tipo de neumático

Carreteras pavimentadas

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)



n Efectos de la congestión del tráfico (o aceleración)

Estos valores (CONGFACkp) usados en la ecuación más atrás se obtienen de lo siguiente:

ο para Qp < Qo

1 = CONGFAC kp ...(7.16)

ο para Qo ≤≤ Qp ≤≤ Qnom

−

Qo) - (QnomQo) - (Qp*0.31 = CONGFAC kp ...(7.17)

ο para Qnom < Qp ≤≤ Qult

Qnom) - (Qult

Qnom) - (Qp*0.20.7 = CONGFAC kp

− ...(7.18)

7.5 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

1ppp

n

1pkppp

kav

HV*HRYR

TC*HV*HRYR

=TC ...(7.19)

donde:

TCkav número del promedio anual de neumáticos consumidos, por cada 1000 kilómetros-vehículo, por tipo de vehículo k


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



8 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

1i100

PCTVi*AKMViAKM0 ...(8.1)

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

1i100

PCTVi*HRWKViHRWK0 ...(8.2)

donde:



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)

8.2 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:

100LIFEKMPCT*LIFEKM0

= LIFEKM ...(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:

LIFE0* AKM0= LIFEKM0 ...(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



La vida óptima definida como un porcentaje de la vida de servicio básica del vehículo, definida por el usuario se obtiene de:

( )

+ a1adjRI*a0exp1

100 = LIFEKMPCT ...(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 Tipo de vehículo

AKM0

(km/año)

LIFE0

(años)

HRWK0

(h/años)

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 mediano 70000 7 1750

15 Autobús grande 70000 12 1750

16 Autocar 70000 12 1750



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 )

(b) La edad en términos del número acumulativo de kilómetros circulados (ver sección 9.3)


(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

3 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:

( )[ ] [ ]kpkadjKP

kp dFUEL*CPCON1K1pcRI*a1a0*CKM*K0pc = PC +++

...(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)



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 CKM KP

a0

x10-6

a1

x10-6

1 Motocicleta 50.000 0,308 9,23 6,20

2 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


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:

( )[ ] RI*a2 RIMIN RI0,MIN ,RIMAX = RI a3avadj + ...(9.2)

donde:



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:

RI_SHAPE RIMIN = RI0 + ...(9.3)

RI0

RI_SHAPE = a2RI_SHAPE

RI0 ...(9.4)

RI_SHAPE

RI0 = a3 ...(9.5)

donde:

a2 y a3 parámetros del modelo de la forma

9.3 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

LIFE0*AKM0*0.5 = CKM kkk ...(9.6)

donde:

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

2 En el método de vida óptima del vehículo

LIFEKM*0.5 = CKM kk ...(9.7)

donde:

LIFEKMk vida óptima proyectada del vehículo, en kilómetros



3 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:

100

PCTV*VEHAGE*AKMV = CKM

n

1i

iiik ∑

=

...(9.8)

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:

kpkp dFUEL*CPCON = dPARTS ...(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:



HV*HRYR

PC*HV*HRYR

= PCn

1ppp

n

1pkppp

kav

∑

∑

=

= ...(9.10)

donde:

PCkav promedio anual del consumo de repuestos por 1000 km-veh, expresado como una fracción del promedio del precio de un vehículo nuevo


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



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:

( ) K1lhPC*a0*K0lh = LH a1kpkp + ...(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.



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 0,519

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


10.2 Promedio anual de horas de trabajo de mantenimiento

Este promedio por 1000 km-veh se calcula de la siguiente manera:

HV*HRYR

LH*HV*HRYR

= LHn

1ppp

n

1pkppp

kav

∑

∑

=

= ...(10.2)

donde:

LHkav promedio anual del número de horas de trabajo de mantenimiento, por 1000 km-veh, de cada tipo de vehículo k


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



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:

kpkpkp INTCST DEPCST = CAPCST + ...(11.1)

donde:

CAPCSTkp coste de financiación por 1000 km-veh, en el período p de la intensidad del tráfico

DEPCSTkp coste de depreciación por 1000 km-veh, en el período p de la intensidad del tráfico

INTCSTkp 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:

NVPLT*DEP = DEPCST kkpkp ...(11.2)

donde:

DEPkp factor del coste de depreciación por 1000 km-veh, en el período p de la intensidad del tráfico

NVPLTk 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:

NTP*NUM_WHEELS - NVP = NVPLT kkkk ...(11.3)

donde:

NVPk promedio del precio del vehículo nuevo (de reemplazo)

NUM_ WHEELSk

número de ruedas del tipo de vehículo k

NTPk promedio del precio de un neumático nuevo



n Los costes de los intereses se obtienen de:

NVP*INT = INTCST kkpkp ...(11.4)

donde:

INTkp factor del coste de los intereses anuales por 1000 km-veh, del período p de la intensidad del tráfico

NVPk 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:

( )( )[ ] a4-avRI 0,MAX-a3 a2,MAX = RVPLTPCT ...(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, DEPkp, en cada período de la intensidad del tráfico, se calcula como sigue:

( )kkkp

kkp LIFE0*HRWK0*SS

RVPLTPCT*0.01-1*1000 = DEP ...(11.6)



donde:

RVPLTPCTk 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 vehículo-kilómetros, DEPkp, 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:

( )kk

kkp LIFE0*AKM0

RVPLTPCT*0.01-1*1000 = DEP ...(11.7)

n si no 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:

( )k

kkp LIFEKM

RVPLTPCT*0.01-1*1000 = DEP ...(11.8)

donde:

RVPLTPCTk 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 DEPk 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 INTkp en cada período de la intensidad del tráfico, se calcula como sigue:

100*HRWK0*SS*2AINV*1000

= INTkkp

kkp ...(11.9)

donde:



AINVk 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

1ppp

n

1pkppp

kav

HV*HRYR

CAPCST*HV*HRYR

=CAPCST ...(11.10)

donde:

CAPCSTkav promedio del coste de financiación por 1000 kilómetros-vehículo del tipo de vehículo k



CAPCSTkp coste de financiación por 1000 vehículos-kilómetro del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico



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:

( )kp

kkp SS*100

PP-100*1000 = CH ...(12.1)

donde:

CHkp número de horas por conductor/chófer por 1000 kilómetros-vehículo en el período p de la intensidad del tráfico

PPk 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

1ppp

n

1pkppp

kav

HV*HRYR

CH*HV*HRYR

=CH ...(12.2)

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


CHkp número de horas por conductor por 1000 kilómetros-vehículo, del tipo de vehículo k durante el periodo p de la intensidad del tráfico



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:

( )kkp

kkkp HRWK0*SS*100

PP100*OA*1000 =OC

− ...(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

PPk porcentaje del uso particular del vehículo


13.2 Promedio anual de los costes generales

Este promedio por 1000 kilómetros-vehículo se calcula como sigue:

∑

∑

=

=n

1ppp

n

1pkppp

kav

HV*HRYR

OC*HV*HRYR

=OC ...(13.2)

donde:

OCkav promedio anual de los costes generales por 1000 km/veh del tipo de vehículo k



OCkp costes generales por 1000 km-veh del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico



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:

kp

kkkp SS*100

W*PAX*1000 = PWH ...(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

PAXk número de pasajeros (no conductores) en el tipo de vehículo k

Wk porcentaje de pasajeros en viaje de trabajo (%)


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:

( )kp

kkkp SS*100

W-100*PAX*1000 = PNH ...(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

PAXk número de pasajeros (no conductores) en el tipo de vehículo k

Wk porcentaje de pasajeros en viaje de trabajo (%)




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

1ppp

n

1pkppp

kav

HV*HRYR

PWH*HV*HRYR

=PWH ...(14.3)

donde:

PWHkav número promedio anual de horas/pasajero trabajando por 1000 km-veh, del tipo de vehículo k



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

1ppp

n

1pkppp

kav

HV*HRYR

PNH*HV*HRYR

=PNH ...(14.4)

donde:

PNHkav número promedio anual de horas/pasajero no trabajando por 1000 km-veh, del tipo de vehículo k



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



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:

kpkp SS

1000 =CARGOH ...(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


El número promedio anual de horas transportando carga por 1000 kilómetros-vehículo se calcula:

∑

∑

=

=n

1ppp

n

1pkppp

kav

HV*HRYR

CARGOH*HV*HRYR

=CARGOH ...(15.2)

donde:

CARGOHkav número promedio anual de horas transportando carga por 1000 km-veh del tipo de vehículo k



CARGOHkp número de horas transportando carga por 1000 km-veh del tipo de vehículo k durante el período p de la intensidad del tráfico



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:

( )1 - FPASS* VC= CPASS kkavk ...(16.1)

( )

−+

GHMINGH10,MAX*1-FPLIM1 = FPASS kk ...(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.



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:

1000L*KCOST

=TRIPCOST jjkjk ...(17.1)

donde:

TRIPCOST jk coste por tránsito/vehículo sobre el tramo de la carretera, bajo la alternativa de inversión j

KCOSTjk 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).



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 kilómetros-vehículo, 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 kilómetros-vehículo, PWH

Valor por hora de pasajero en tiempo de trabajo

Tiempo del pasajero no trabajando

Hora/pasajero no trabajando por 1000 kilómetros-vehículo, 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).



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

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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

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Hoban C., Reilly W., and Archondo-Callao R., (1994)

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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

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Yuli P., (1996)

Development of Speed and Fuel Consumption Models for Chinese Vehicles PhD Thesis, School of Civil Engineering, University of Birmingham, UK



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.

Figura E3.1 Módulos de los efectos sobre los usuarios de la carretera



Costs

Chapter E2




Chapter E3


Road Safety

Chapter E4



Chapter E1


PARTE E EFECTOS SOBRE LOS USUARIOS E3 TRANSPORTE NO MOTORIZADO


2 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.



Tabla E3.1 Valores predefinidos de las características clave del TNM

Tipo de TNM

Parámetros clave Unida-des Bicicleta Carromatos

Carro de animales (Bueyes)

Peatones

Tipo de rueda Neumático Neumático Madera

Número de ruedas, NUM_WHEELS

2 3 2

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

Nº de pasajeros, PAX 1 3 0 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):



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 Carromato Carro de animales Peatones

0,10 0,10 0,07 0,10


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:



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



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).



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:

( )[ ]kukksku VGRAD, VROUGH,VDESMIN 0.14,MAX =VS …(4.1)

( )[ ]kdkkskd VGRAD, VROUGH,VDESMIN 0.14,MAX =VS …(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:

+

=

kdku

k

VS1

VS1

XMT*7.2S …(4.3)



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

XMT*VS*3.6 =S kuk …(4.4)

n En los sentidos de vuelta

XMT*VS*3.6 =S kdk …(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:

( )[ ]avksk RI*a_rgh VDES 0.14,MAX =VROUGH + . . .(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.



Tabla E3.3 Valores predefinidos de los parámetros del modelo de velocidad del TNM

Tipo de TNM

Parámetros clave Unida-des 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

Coeficiente del modelo de velocidad dependiente de la regularidad (a_rgh)

-0,225 -0,197 -0,036 -0,048

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


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:

( )[ ]GR*a_grd VDES 0.14, MAX =VGRAD ksku + . . .(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: ( ) ( )CRGRabsGRabs >

( )kkskd CRGR-GRABS*a_grd VDES=VGRAD + ...(4.6)

si no:

VDES=VGRAD kskd ...(4.9)

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)



El promedio de pendiente del tramo de la carretera (GR) se calcula por la siguiente expresión (Watanatada et al., 1987a):

1000RF

=GR ± ...(4.10)

donde:

GR para velocidades de ida: GR = + [RF/1000]

para velocidades de vuelta: GR = - [RF/1000]

RF rampa y pendiente de la carretera (m/km)

La Tabla E3.3 incluye los valores predefinidos típicos del parámetro del modelo velocidad-pendiente 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:

GR*g* WGT_OPER=FG ...(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)



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:

( )[ ]2v*b3 WGT_OPER*b2*CR1 NUM_WHEELS*b1*CR2*FCLIM =FR ++

...(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 VSku 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:

[ ]avav RI*CR2_a2 TD*CR2_a1 CR2_a0*Kcr2 = CR2 ++ ...(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:



WHEEL_DIA* WD_a0 = b1 = ...(4.14)

WHEEL_DIAWD_a1 =b2 ...(4.15)

2WHEEL_DIANUM_WHEELS*WD_a2

=b3 ...(4.16)

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 WGT_OPER < = 2500 kg WGT_OPER > 2500 kg

Clase de capa

Tipo de capa

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



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:

PCTDS*0.003 PCTDW*0.002 1 = FCLIM ++ ...(4.17)



5 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:

VOC TMC = TOC kkk + ...(5.1)

donde:

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)

5.1 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:

kkk CARGCPAXC = TMC + ...(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:

k

kk S

PAXV = PAXC ...(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:

k

kk S

CAGV = CARGC ...(5.4)

donde:

CAGVk promedio horario del valor del tiempo del manejo de la carga, del tipo TNM k (coste/h)



5.2 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.

kkkkkk OVHDENCCRWCRMCCAPC = VOC ++++ ...(5.5)

donde:

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)

5.3 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:

kkk INTCDEPC = CAPC + ...(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:

kk

kk AKM*LIFE0

PCHC = DEPC ...(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:

AKM*100*2AINV*PCHC

= INTCk

kkk ...(5.8)



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:

HRWK0*S = AKM kkk ...(5.9)

donde:

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

5.4 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).

( ) 10*PCHC*CKM* RI*b_rmca_rmc = RMC -3kkavk + ...(5.10)

kkk LIFE0*AKM0*0.5 = CKM ...(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.



Tabla E3.5 Valores predefinidos del parámetro del modelo del coste de reparación y mantenimiento del TNM

Parámetro del modelo

Tipo TNM a_rmc

(x 10-6)

b_rmc

(x 10-6)

Bicicletas 1,600 0,267

Carromatos 0,712 0,178

Carros de bueyes 2,780 0,617

Peatones


5.5 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:

S

CRWV = CRWC

k

kk ...(5.12)

donde:

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)

5.6 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:

UCEN*ENUSD = ENC kkk ...(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:

( ) DIST*FG FR = ENUSD kukuku + ...(5.14)

( ) DIST*FG FR = ENUSD kdkdkd + ...(5.15)



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 ENUSD*Kef*0.5 = ENUSD kdkukk + ...(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:

10*WGT_OPER*1.8 = ENUSD 3k ...(5.17)

5.7 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:

HRWK0*S

OHC = OVHD

kk

kk ...(5.18)

donde:

OHCk coste general por año por tipo de TNM k



6 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:

L*TOC = UTOC jsjskjsk ...(6.1)

donde:

UTOCjsk promedio anual del coste total del tiempo y la circulación del TNM por viaje-vehículo 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).



7 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




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


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



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.

Figura E4.1 Módulos de los efectos sobre los usuarios de la carretera



Costs

Chapter E2




Chapter E3


Road Safety

Chapter E4



Chapter E1


PARTE E EFECTOS SOBRE LOS USUARIOS E4 SEGURIDAD EN LA CARRETERA



2.1 Tipos de accidentes

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:

EXPOSUREACCYR

ACCRATE = ...(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:

810

L*IMD*365EXPOSSEC = ...(2.2)

n Cruces de la carretera

La incidencia anual se expresa en términos de cien millones de kilómetros-vehículo:

810

IMDin*365EXPOSINT = ...(2.3)



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.


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)



5 Guardar los resultados para el análisis económico para las comparaciones y para los informes.

2.5 Número de accidentes

El número anual de accidentes para cada opción de inversión se obtiene de:

iji ACCRATE* EXPOSSEC ACCYR = ...(2.4)

donde:

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

2.6 Costes de los accidentes

Se calculan, para cada opción de inversión, de la siguiente manera:

ijiji UNITCOST* ACCYR ACCOST = ...(2.5)

donde:

ACCOSTji 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:

∑i

ij ACCOST = AC ...(2.6)

donde:

ACj es el coste anual de accidente bajo la opción de inversión j



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:

mnn)- (m AC- AC ACC =∆ ...(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:

minin)i- (m ACCYR- ACCYRACCYR =∆ ...(3.2)

donde:

∆ACCYR(m -n)i diferencia anual en el número de accidentes (por tipo de accidente i)

3.3 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



4 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


Part F Social

Contenidos

Volumen 4 – Marco analítico y descripciones de modelos: Parte F

F1 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

F2 Análisis de balance de energía

1 Introducción F2-1

1.1 Antecedentes F2-1

1.2 Objetivos F2-2

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

3 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

4 Referencias F2-22

F3 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

3 Logica de la modelización F3-8

PARTE F EFECTOS 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


Parte F Organigrama

Figura F Organigrama del Marco analítico y descripciones de modelos

and Model

Descriptions


de modelos

RD Model Part C


Part D

Modelo WE Parte D

Introduction Part A


RUE Model Part E

Modelo RUE Parte E




SEE Model Part F

Modelo SEE Parte F




Nomenclature Part H

Nomenclatura

Parte H

Glossary Part I

Glosario

Parte I

Traffic Part B

Tráfico Parte B

PARTE F EFECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES

Marco analítico y descripciones de modelos F1-1 Versión 1.0

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.

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.

Social and Environmental Effects Efectos sociales y medioambientales

Energy Balance Analysis

Chapter F2

Análisis de balance de energía Capítulo F2

Vehicle Emissions

Chapter F3

Emisiones de los vehículos

Capítulo F3 Overview

Chapter F1

Visión general Capítulo F1

PARTE F EFECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES F1 VISIÓN GENERAL


2 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



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:

ο consumo de combustible

ο consumo de lubricantes

ο desgaste de neumáticos

ο consumo de repuestos

n 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.



3 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



4 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).



5 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


Marco analítico y descripciones de modelos F2-1 Version 1.0

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.


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.



Chapter F2


Vehicle Emissions

Chapter F3



Chapter F1


PARTE F EFECTOS 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.



2 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 Mover y operar el vehículo

2 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 Sub-secciones

Producción del combustible n Extracción del material crudo

n Transporte y almacenamiento

n Procesado

n Distribución del combustible

Manufactura del vehículo n Extracción del material crudo

n Procesado

n Manufactura de los componentes

n Transporte de los componentes

n Ensamblaje

n Distribución del vehículo

Utilización del vehículo n Consumo de combustible

n Consumo de lubricante

n Desgaste de neumáticos

Mantenimiento y revisión del vehículo n Manufactura de los componentes

n Distribución

Fuente: ETSU, RYCA 18825001 (1997)



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 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,



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

LPG1 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.



El consumo de neumáticos, en términos de número de neumáticos por cada 1000 kilómetros-vehículo, 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



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.



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.



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

LPG1 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%

Feed stock Extracción

Crudo y gases liquidos

naturales

Processing Procesado Distribution Distribución End-use Uso final

Oleoducto

Planta de separación de

gases

Refinería

Tanque del crudo

Camiones cisterna

Estaciones de servicio

Depósito

Vehiculos de gasoil

Vehículos de gasolina

Distribución oleoducto

Terminal de distribución



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 kilómetro-vehículo. 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



2 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:

θνν sinMgMgC =Power R + …(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 carro, incluyendo la carga (kg)

Peso del animal (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).



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.



3 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 bio-carburantes).

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.

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

3.1 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:



FHOT*CRAT =FCOLD kkk …(3.1)

donde:

FCOLDk consumo de combustible en arranque en frío del tipo de vehículo k (litros por km)

CRATk relación del arranque en frío en una temperatura ambiente específica

FHOTk 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:

-3kavk 10*FC =FHOT …(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

TEMP*0.009 - 1.47 =CRAT …(3.3)

n Automóviles con motor de gasoil

TEMP*0.008 - 1.34 =CRAT …(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:

( )[ ]{ } TEMP*L*0.000770 - 0.01051- L*0.051 - 0.698 0, MAX =CRUN kkk

…(3.5)

donde:

CRUNk proporción del viaje bajo condiciones frías

Lk promedio de distancia del viaje del tipo de vehículo k (km) (predefinido = 15)



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:

FHOT*)CRUN - (1 FCOLD*CRUN =FAVE kkkkk + …(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,

FEC*FAVE =ENFUEL fkkk …(3.7)

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:

10*OEC*OIL=ENOIL -3kavk …(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:

10*TWGT*TEC*TC=ENTYRE -3kkavk …(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



TEC contenido de energía del neumático (MJ), predefinido = 32 MJ/Kg

TWGTk 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:

10*ENVP*PC=ENPART -3kkavk …(3.10)

donde:

ENPARTk 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

ENVPk uso de la energía en la producción del vehículo (MJ por km)

y:

LIFEKM

ENVPROD=ENVP

k

kk …(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:

( ) FP*ENFUEL ENVP ENPART ENTYRE ENOIL ENFUEL=EGLICY fkkkkkkk +++++ …(3.12)

donde:

EGLICYk promedio anual del factor del uso de energía del ciclo de vida del tipo de vehículo k (MJ/km)

FPf 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:

PAX

EGLICY=EGPAXKM

k

kk …(3.13)



donde:

EGPAXKMk promedio anual del uso de la energía global por pasajero/km del tipo de vehículo k (MJ/pasajero-km)

PAXk número promedio de pasajeros por tipo de vehículo k

El promedio anual de la energía global por tonelada/km, se calcula:

k

kk PAYLD

EGLICY = EGGDSKM …(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:

( )[ ] WGT_TARE- WGT_OPER0, MAX = PAYLD …(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:

( )( ) ( )

++

+++ fFP*kENFUEL*fPNF kENVP*kPNV

ENPART*PNP ENTYRE ENOIL ENFUEL =EGLICY

kkkkkk …(3.16)

donde:

ENLICYk promedio anual del uso de energía del ciclo de vida nacional, del tipo de vehículo k (MJ/km)

PNPk 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:

k

kk PAX

ENLICY = ENPAXKM …(3.17)



donde:

ENPAXKMk promedio anual del uso de energía nacional por pasajero-km, del tipo de vehículo k (MJ/pasajeros-km)

PAXk promedio del número de pasajeros del tipo de vehículo k

El promedio anual de energía nacional por tonelada-km, se calcula:

k

kk PAYLD

ENLICY = ENGDSKM …(3.18)

donde:

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)

3.3 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.

6kk 10*ENUSD = EGLICY …(3.19)

kk EGLICY = ENLICY …(3.20)

donde:

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)

3.4 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:

kkk VKM*EGLICY = EGLOB …(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)



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:

ENROAD + EGLOB = EGTOTK

1=kk∑ …(3.22)

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

1=www WEF*QTY = ENROAD …(3.23)

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

1=yy EGTOT =GLOENGY …(3.24)

donde:

GLOENGY total del uso de la energía global en el período analizado (MJ)

EGTOTy 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:

kkk VKM*EGLICY = ENAT …(3.25)

donde:



ENATk 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.

ENROAD + ENAT = ENTOTK

1=kk∑ …(3.26)

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

1=yy ENTOT =NATENGY …(3.27)

donde:

NATENGY total del uso de la energía nacional en el período del análisis(MJ)

ENTOTy 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:

∑∈NMT k

kEYi = ERNWi …(3.28)

donde:

EYik uso anual de la energía del tipo de vehículo k del TNM (MJ) (es decir, EGLOBk o ENATk)

i global (g) o nacional (n)



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:

∑∈MT k

kEYi = ENONRWi …(3.29)

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 - ENERGYM = ENERGYM mnn)(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 ∆ENATk(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).



n 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).



4 Referencias Dennis R., (1995)

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Life-Cycle Analysis of Motor Fuel Emissions - Final report to COST 319 Sub-group A4.C. ETSU Ref: RYCA/18691001/Issue 1

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The Highway Design y Maintenance Standards Model - Volume 1 Description World Bank, John Hopkins University Press



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.


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.



Chapter F2


Vehicle Emissions

Chapter F3



Chapter F1


PARTE F EFECTOS SOCIALES Y MEDIOAMBIENTALES F3 EMISIONES DE LOS VEHÍCULOS


2 Modelo de emisiones

2.1 Tipos de contaminantes

Se consideran los siguientes siete diferentes componentes de las emisiones:

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)

2.2 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

( ) ( ) SPEED

310*LIFE *a2 *0.5 1*IFC*Kehc1*a1 a0*Kehc0*3.6 =E_HC

++ ...(2.1)

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.



Tabla F3.1 Parámetros del modelo de las emisiones de HC y CO

HC CO Veh No Tipo de vehículo a0

(x 10-2)

a1

(x 10-2)

a2

(x 10-2)

a0

(x 10-2)

a1

(x 10-2)

a2

(x 10-2)

1 Motocicleta 0,000 21,0000 7 0,000 66,500 6

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: Hammerstrom (1995)

2 Monóxido de carbono

( ) ( ) SPEED

310*LIFE *a2* 0.5 1*IFC*Kec1*a1 a0*Kec0*3.6 =E_CO

++ ...(2.2)

donde:

E_CO emisiones de monóxido de carbono (g/veh-km)


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.



3 Oxido de nitrógeno

( ) ( ) SPEED

310*LIFE *a2* 0.5 1*IFC*Kenox1*a1 a0*Kenox0*3.6 =E_NOX

++

...(2.3)

donde:

E_NOX emisiones de óxido de nitrógeno (g/veh-km)


Kenox0 factor de calibración (predefinido = 1,0)

Kenox1 factor de calibración (predefinido = 1,0)



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.



Tabla F3.2 Parámetros del modelo de las emisiones de NOX y SO2

NOX SO2 Veh No Tipo de vehículo a0

(x 10-2)

a1

(x 10-2)

a2

(x 10-2)

a0

a1

(x 10-3)

1 Motocicleta 0,00 0,25 2 0,012 15,0

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


4 Dióxido de sulfuro

SPEED

310*IFC*a1* a0*Keso0*3.6 =E_SO2 ...(2.4)

donde:

E_SO2 emisiones de dióxido de sulfuro (g/veh-km)

a0, a1 parámetros del modelo

Keso0 factor de calibración (predefinido = 1,0)


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 %.



5 Dióxido de carbono

SPEED

310*IFC* a0*Keco0*3.6 =E_CO2 ...(2.5)

donde:

E_CO2 emisiones de dióxido de carbono (g/veh-km)

a0 parámetros del modelo

Keco0 factor de calibración (predefinido = 1,0)


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 Partículas Pb Veh No Tipo de vehículo a0 a0

(x 10-4)

a1

(x 10-4)

a0

a1

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


6 Partículas

( ) SPEED

310*IFC*Kepar1*a1 a0*Kepar0*3.6 =E_PAR

+ ...(2.6)



donde:

E_PAR emisiones de partículas (g/veh-km)


Kepar0 factor de calibración (predefinido = 1,0)

Kepar1 factor de calibración (predefinido = 1,0)



7 Emisión de plomo

SPEED

310*IFC*a1* a0*Kepb0*3.6 =E_PB ...(2.7)

donde:

E_PB emisiones de plomo (g/veh-km)


Kepb0 factor de calibración (predefinido = 1,0)


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.



3 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.


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:

10*EMi*L*T=EYRi -9kpjpkkp ...(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)

Tpk 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:

( ) Ei Ei 500=EMi kpdkpukp + ...(3.2)

donde:



Eikpu 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):

IFC tomado como IFCkpu – el consumo instantáneo de combustible (ml/s) en el sentido de ida

SPEED tomado como SUkp (km/h)

Eikpd 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

10*Ei=EMi 3kpukp ...(3.3)

n Un sentido de vuelta

10*Ei=EMi 3kpdkp ...(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

1=p

pp

n

1=pkppp

k

HV*HRYR

EMi*HV*HRYR

= EAVi ...(3.5)

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

1=pkpjk EYRi = EYRi ...(3.6)



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:

∑∑k

n

1=pkpj EYRi = EYRi ...(3.7)

donde:

EYRij cantidad anual de las emisiones del componente i (toneladas), en la opción de tramo j



4 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-EYRi=EYRi mnnm-∆ ...(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.



5 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

Analytical Framework and Model Descriptions i Version 1.0

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 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

4 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

5 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

6 Optimización G1-22

6.1 Ennumeración total G1-22

6.2 Escala de aumento de beneficio/coste G1-24

7 Referencias G1-27


Parte G Organigrama

Figura G Organigrama del Marco analítico y descripciones de modelos

and Model

Descriptions


de modelos

RD Model Part C


Part D

Modelo WE Parte D

Introduction Part A


RUE Model Part E

Modelo RUE Parte E




SEE Model Part F

Modelo SEE Parte F




Nomenclature Part H

Nomenclatura

Parte H

Glossary Part I

Glosario

Parte I

Traffic Part B

Tráfico Parte B

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO

Marco analítico y descripciones de modelos G1-1 Versión 1.0

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.

PARTE G ANÁLISIS ECONÓMICO G1 ANÁLISIS ECONÓMICO


2 Antecedentes

2.1 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.



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.



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:

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)

3.2 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



n 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:

n Emisiones de los vehículos

n Uso de la energía

n Ruido del tráfico (no incluido en esta versión)

3.5 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.



4 Perfil de la metodología

4.1 Unidad básica del análisis

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.



ENTRADA

MODELO

SALIDA

Tipo de vehículo, crecimiento, carga, parámetros físicos, terreno, precipitación, geometría de la carretera, características del firme, costes unitarios

Comienzo del bucle del análisis

Tipo de firme, resistencia, edad, condición y ESAL Deterioro de la carretera

Fisuración, desprendimiento del árido, baches, resaltos (pavimentados), espesor de la grava (sin pavimentar) y regularidad

Geometría y regularidad de la carretera, velocidad y tipo del vehículo, parámetros de la congestión, costes unitarios

Efectos de los usuarios de la carretera

Combustible, lubricantes, neumáticos, mantenimiento, costes fijos, velocidad, tiempo del trayecto, costes del usuario de la carretera

Estándares y estrategias de los trabajos 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

Geometría y textura de la capa de la carretera, características de los vehículos

Efectos sociales y medioambientales Niveles de emisiones y energía usada y número de accidentes

Desarrollo, accidentes, medioambiente y otros costes y beneficios externos

Análisis económico

Costes y beneficios incluyendo los beneficios externos

Regreso al comienzo del bucle del

análisis

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



4.3 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:

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

4.4 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:



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



Figura G1.2a Lógica de la secuencia del análisis general – parte A

Definir datos de salida

BUCLE Para cada opción

CALCULAR El tráfico en este año

sobre el tramo

MODELO Efectos y costes

anuales

GUARDAR Resultado para fase de evaluación e informes

¿Más años?

Análisis económico y comparaciones

Si

Si

Si

No

No

No

Ver Figura G1.2b

Ver Figura G1.2c

Salida de resultados

BUCLE Para cada tramo

BUCLE Para cada año

del análisis

¿Más tramos?

¿Más opciones?

Procedimientos de optimización




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 sociales y medioambientales

(emisiones y balance de energía) (Módulo SEE)

CALCULAR Efectos de los trabajos en la carretera

(Módulo WE)

AÑADIR Beneficios y costes

externos de este año

Regreso

MODELO Efectos y costes anuales



Figura G1.2c Lógica de la secuencia del análisis general - parte C

Si

No

Si

CALCULAR Efectos netos (n)

CALCULAR Beneficios netos no descontados

BUCLE Para cada comparación

CALCULAR Beneficios netos descontados a diferentes tasas de descuento(r)

¿Más años?

CALCULAR Indicadores económicos

CALCULAR Efectos netos totales

¿Más comparaciones?

CALCULAR Efectos y beneficios netos totales

¿Más tramos?

Si

No

No

Análisis económico y comparaciones

Regreso

BUCLE

Para cada año de análisis

BUCLE Para cada tramo

SET NPVsr = 0

Efectos netos totales TNEsn (1,...,n)=0



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


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.



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:

∆ ∑ ∑−

s snismisn)i(m C - C = C ...(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 nm ∑ −∆i

n)i(mC ...(5.2)

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:



[ ]nmn)(m- SALVA - SALVAALVAS =∆ ...(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:

∆ ∑ ∑−

s smsnsn)(m VCN - VCN = VCN ...(5.4)

∑k

nsknskns UC*TN = VCN ...(5.5)

∑k

mskmskms UC*TN = VCN ...(5.6)

Los debidos al tráfico generado, se calculan:

[ ] [ ]{ }

−+∆ ∑∑−

s kmsknsknskmskn)(m UCUC*TGTG*0.5 = VCG ...(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:

( ) ( ) ( )[ ] − −− ∆ +∆=∆ nmnmnm VCGVCN VOC ...(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



∆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

n Ahorros en los costes del tiempo de trayecto – vehículos motorizados

Estos beneficios, debidos al tráfico normal y al inducido, se calculan:

∆ ∑ ∑−

s smsnsn)(m TCN - TCN = TCN ...(5.9)

∑k

nsknskns UT*TN = TCN ...(5.10)

∑k

mskmskms UT*TN = TCN ...(5.11)

Los debidos al tráfico generado, se calculan:

[ ] [ ]{ }

−+∆ ∑∑−

s kmsknsknskmskn)(m UTUT*TGTG*0.5 = TCG ...(5.12)

Los ahorros anuales, en costes del tiempo del trayecto, se calculan:

( ) ( ) ( )[ ]nmnmnm TCGTCN TTC −−− ∆ + ∆=∆ ...(5.13)

donde:

∆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

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:



∆ ∑ ∑−

s smsnsn)(m TOCN - TOCN = TOCN ...(5.14)

∑k

nsknskns UTOC*TN = TOCN ...(5.15)

∑k

mskmskms UTOC*TN = TOCN ...(5.16)

Los obtenidos debido al tráfico generado, se calculan como sigue:

( ) ( )[ ] UTOCUTOC*TGTG*0.5 = TOCGs k

msknsknskmskn)(m

−+∆ ∑∑−

...(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:

( ) ( ) ( )[ ]nmnmnm TOCGTOCN NMTOC −−− ∆ + ∆=∆ ...(5.18)

donde:

∆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

n Reducción en los costes de los accidentes

Estos beneficios se obtienen de la siguiente expresión:

[ ]mnn)(m- AC- ACACC =∆ ...(5.19)



donde:

∆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)

n Beneficios de los usuarios de la carretera

Estos ahorros anuales se obtienen de:

( ) [ ]n)(m-n)(m-n)(m-n)(m-nm ACC NMTOC TTC VOC RUC ∆+∆+∆+∆=∆ − ...(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:

=∆

yn

ynymymn)-y(mEXCEXBEXCEXBNEXB + - - ...(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

( ) [ ]-n)y(m-n)y(m-n)y(m-nmy RAC - NEXB RUCNB ∆∆+∆= ...(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



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:

( ) [ ]-n)(m-n)Y(m-n)Y(m-n)Y(m-nmY SALVA RAC - NEXB RUCNB ∆+∆∆+∆=

...(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, UTnsk, 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

1=y1)-(y

n)-y(mn)(m r]*0.01 + [1

NB = NPV ...(5.24)

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)



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°:

0 = ]r*0.01 + 1[

NBY

1=y1)-(y

n)y(m∑ °− ...(5.25)

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:

1C

NPVBCR

m

-n)(m-n)(m = +

...(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 :

n)(m

n)(m-yn)(m- TCC

NB*100 = FYB

−

°

∆ ...(5.27)



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.



6 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):

XOBJ = ]XTOBJ[ Maximise smsm

M

1=m

S

1=ssm

s

∑∑ ...(6.1)



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:

T1,....,tQ;1,....,q,TRXRS

1s

M

1m

qtsmsmqt

s

==≤∑∑= =

...(6.2)

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:

∑=

=≤sM

1m

sm S1,....,s,X ...(6.3)

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.



La enumeración total se realiza externamente en el software EBM-HS de HDM-III. El procedimiento es el siguiente:

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.

6.2 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:

icost-jcost

iNPV-

jNPV

=jiE ...(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:



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.



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.

COSTE ECONOMICO (relativo a la opción base)

VAN

A

B

E

Prioridad de fondos 1. Eba 2. Edb 3. Eed

A, B, C, D, E : Tramo-Alternativas C

D

Figura G1.3 Concepto de frontera de eficiencia



7 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, 13-16 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


Part H

Contenidos

Volumen 4 – Marco analítico y descripciones de modelos: Parte H

H1 Nomenclatura


Parte H Organigrama

Figura H Organigrama del Marco analítico y descripciones de modelos

and Model

Descriptions


de modelos

RD Model Part C


Part D

Modelo WE Parte D

Introduction Part A


RUE Model Part E

Modelo RUE Parte E




SEE Model Part F

Modelo SEE Parte F




Nomenclature Part H

Nomenclatura

Parte H

Glossary Part I

Glosario

Parte I

Traffic Part B

Tráfico Parte B

PARTE H NOMENCLATURA

Marco analítico y descripciones de modelos H1-1 Versión 1.0

Part H

H1 Nomenclatura

Se incluirá en una próxima edición de este documento.


Part I

Contenidos

Volumen 4 – Marco analítico y descripciones de modelos: Parte I

I1 Glosario

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