2-Infraestructura Vial

UNA METODOLOGÍA ALTERNATIVA PARA EL ESTUDIO DE CASOS DE RUTAS EN CONCESIÓN Jaime Retamal P., MSc.1 2

Ricardo Montecino L. Hernán de Solminihac T., PhD.3

RESUMEN

Este trabajo propone una serie de ideas parea considerar en la metodología de análisis tanto técnico como económico de un camino de asfalto en concesión. Dicha metodología puede ser una importante herramienta de gestión tanto para quienes estudian su propuesta durante el proceso de licitación, como para quienes administrarán el camino una vez concesionado. Las variables consideradas son oferta y demanda, no en la forma tradicional de serdeanalizadas, sino que haciendo uso del de denominado enfoquepero de equilibrio (crecimiento vegetativo la demanda y disminución vegetativa la oferta). El estudio intenta considerar gran parte de los beneficios y costos percibidos por el concesionario en distintos casos, los que están definidos por: la demanda, la geometría del camino y las condiciones de éste al momento de ser adjudicado. Dentro de este análisisse estudian: acciones de conservación; umbrales de intervención (no necesariamente los que indican las bases de licitación); costo adicional percibido por los usuarios durante las acciones de conservación de la ruta, y el impacto que éstos generan enlos ingresos del concesionario.

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1 Ingeniero Investigador del Servicio de Ingeniería Vial de la Pontificia Universidad Católica de Chile. Casilla 306 Correo 22. Santiago. 2 Investigador del Servicio de Ingeniería Vial de la Pontificia Universidad Católica de Chile. Casilla 306 Correo 22. Santiago. 3 Profesor del Departamento de Ingeniería y Gestión de la Construcción de la Pontificia Universidad Católica de Chile. Casilla 306 Correo 22. Santiago.

ACTAS DEL SÉPTIMO CONGRESO CHILENO DE INGENIERÍA DE TRANSPORTE (1995)

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JAIME RETAMAL P. - RICARDO MONTECINO L - HERNÁN DE SOLMINIHAC

1.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad el sistema de concesiones de vías interurbanas y los incentivos de rentabilidad que el sistema presenta, han permitido que los distintos actores ingresen a participar en las licitaciones, sin existir aún rutas en etapa deexplotación. En la actualidad estos proyectos se ha n estado evaluando con especial énfasis en el análisis de los ingresos de la sociedad concesionana. Esto ha incentivado a los autores de este articulo a analizar en forma un poco más profunda el tema de los costos del concesionario, especialmente aquellos relacionados con la conservación que se realiza en las rutas, a fin de cumplir al menos con los estándares que la regulación por parte del Estado impone al monopolio natural que es entregado a las sociedades concesionanas. Además, al parecer de los autores, una gestión adecuada de la conservación de los pavimentos puede ser una importante fuaite de beneficios, debido al menor gasto que es posible alcanzar respecto al tratamiento común de estas labores. El enfoque demandista con que se han llevado a cabo los estudios de concesiones resulta preocupante si se piensa que el deterioro de los pavimentos no sólo afecta los costos del concesionano, sino también la credibilidad del sistema de concesiones como un todo. Aspectos como la consideración de la rugosidad en la asignación de rutas (costos de operación) y los menores ingresos que puede sufrir el concesionano por efecto de los impactos producidos por los distintos tipos de mantención que se haga en ellas, son importantes para la determinaaon de los ingresos y egresos del concesionarios; es decir tanto para la gestión de la explotación, como para el estudio previo de los proyectos. Este articulo intenta incorporar, en una metodología de análisis, aquellos efectos mencionados, para permitir cada día evaluaciones más completas de los proyectos, asegurando futu ro lase viabi lidad del sistema. alcances o debe Por considerarse aque sólo mencionarán caminos deDentro asfaltodey los caminos con de una este ruta estudi alternativa. último hay que mencionar que este trabajo pretende ser un primer acercamiento entre dos ramas de la ingeniería que por evoluciones históricas han caminado en forma paralela: la ingeniería de transporte (con énfasis en la operación de sistemas de transporte) y la ingeniería vial (con énfasis en la infraestructura de transporte).

2.

CONC EPTU ALI ZACI ON DEL SISTEMA RED CO N RUTAS CONCESIONADAS

El mercado del transporte puede ser modelado microeconómicamente, y por lo tanto es posible distinguir en él tres elementos: oferta, demanda y equilibrio. La oferta corresponde básicamente a la infraestructura, la que es capaz de ofrecer un cierto nivel de servicio, y que en este caso está dada por los pavimentos asfalto. La demanda a la disposición utilizar una determinada rutadepara realizar su viaje equivale dependiendo del servicioque quetienen ésta yloslasusuarios posiblesa alternativas ofrezcan. El equilibrio corresponde a la interacción que entre la oferta y la demanda se venfica y que se traduce en un cierto flujo que opera a un determinado nivel de servicio (Manheim, 1979). Por otra parte ocurre que este mercado es dinámico, vale decir la oferta y la demanda están sujetas a procesos que producen variaciones en ellas. Así por ejemplo la demanda enfrenta crecimientos vegetativos, principalmente debido a aumentos en la actividad económica de la zonas que generan y/o atraen viajes. La oferta en cambio sufre disminuciones vegetativas por concepto del deterioro físico

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UNA METODOLOGÍA ALTERNATIVA PARA EL ESTUDIO DE CASOS DE RUTAS EN CONCESIÓN

de los elementos de infraestructura. De este modo los. puntos de equilibrio están en constante movimiento sin necesidad de que ningún planifícador intervenga. Sin embargo dichos puntos de equilibrios están asociados a costos tanto para los usuarios como para la agencia que administra la infraestructura en este caso vial. De este modo los equilibrios que determine el mercado dejan de ser indiferentes para la sociedad en general. Por tal motivo es necesario que "alguien" asuma la responsabilidad de gestionar los equilibrios de mercado a fin de acercarlos a un punto satisfactorio. Generalmente el responsable de dicha gestión ha sido el Estado, el con mayor o menor éxito intenta mover los equilibrios hacia puntos socialmente satisfactorios. Sin embargo esta tarea requiere de una gran cantidad de recursos los que son siempre escasos. Con el fin de permitir la llegada de nuevos recursos al sistema, la Ley (DFL 164) y Reglamento (DS 240) de Concesiones han dispuesto que la infraestructura de uso público puede ser entregada, por parte del Estado, en calidad de concesión, a inversionistas privados (sociedades concesionarias), los que deberán hacerse cargo de su construcción (si es necesario) o ampliación, y conservación. Dicha infraestructura deberá ser devuelta al Estado al cabo de un cierto período, durante el cual la sociedad concesionaria estará facultada para explotar la obra mediante el cobro de una tarifa a los usuarios de la misma. La infraestructura que interesa estudiar en este trabajo es la de tipo vial, específicamente caminos. Dadas las características de la vialidad se puede decir que esta constituye un monopolio natural el cual, al momento de ser entregado a la gestión de privados, debe ser regulado. En este caso se pueden distinguir dos tipos de regulación: técnica y económica. La regulación técnica corresponde a una serie de obligaciones la sociedad concesionaria respecto calidad del servicio que está ofreciendo, mientras que asume la regulación económica fija una tarifa oa lapeaje máximo que puede ser cobrado a los usuarios por el servicio de infraestructura. Más adelante se detalla el tema de la regulación, poniendo énfasis en lade tipo técnica. Ahora bien, independiente de quien sea el encargado de administrar la red vial (Estado o particular) y cuales sean sus objetivos (beneficio social o beneficio privado), lo cierto es que el concepto de equilibrio dinámico del mercado debe estar presente en la gestión. Es decir, la agencia encargada de la administración vial debe estar conciente que el equilibrio es posible de manipular mediante movimientos de la oferta y/o la demanda, para lo cual debe disponer de herramientas de gestión técnicas, económicas y legales. A este manera de actuar sobre la red se le ha denominado enfoque de equilibrio el cual intenta responder a los enfoques unilaterales (demandista y ofertista) tradicionalmente utilizados para abordar la administración de redes viales (Retamal, 1995). La Figura 1 ilustra este concepto. En ella se aprecia como la agencia, haciendo uso deherramientas de gestión puede mover un equilibrio desde una Situación 1 a una Situación 2, de tal forma que la Situación 2 reporte una medida del logro del objetivo mayor que la Situación 1. En el caso de las rutas concesionadas el enfoque de equilibrio se traduce en que la sociedad concesionaria puede utilizar herramientas de gestión tanto a nivel de oferta como de demanda para poder alcanzar equilibnos que por un lado, sean compatibles con las exigencias del contrato de concesión (regulación del monopolio), y por otro sean capaces de reportarle el mayor beneficio económico privado posible.

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3.

ESTRATEGIAS DE ADM IN IS TRA CIÓ N

Si el objetivo perseguido por la sociedad concesionaria es maximizar sus beneficios económicos, se puede decir que la función objetivo es la diferencia entre los ingresos (flujo vehicular multiplicado por la tarifa) y los costos (de construcción más los de conservaaón) producto de la provisión del servicio de infraestructura. En este contexto es necesario definir la estrategia que permitirá a la sociedad concesionana alcanzar el atado objetivo. Esta estrategia se compone de cuatro políticas básicas las cuales influyen directamente sobre la función objetivo. Estas políticas son: de diseño estructural', de conservación, de materialización y tarifaria. La política de diseño estructural apunta a : (a) la elección del mótodo de diseño y de las variables no técnicas del mismo. Así por ejemplo el método AASHTO de diseño de 1993, utiliza una vanable sobre el nivel de confianza del diseño; y (b) la definiaón del horizonte de disaio, por ejemplo 20 ó 30 años. Otro punto que debe ser considerado dentro de esta política (o tal vez constituirse en una independiente), es la restricción de pesos por eje de los vehículos pesados.

La política de conservación corresponde a la manera de mantener operable el camino ai las condiciones que exige el contrato de concesión. Sin embargo el administrador de la obra tiaie dos caminos para enfrentar este tema: respuesta mínima o autoexigenaa. La pnmera política consiste ai actuar sobre el camino una vez que éste ha alcanzado el nivel de deterioro límite permitido por el Estado; dicho nivel se especifica a través de indicadores objetivos de la condición del pavimento (IR], % de grietas, ahuellamiento, baches, etc.). La otra política (autoexigenaa) consiste en actuar cuando dichos indicadores están aún muy por debajo de los que plantea el contrato. La política de materialización corresponde a la manera en que el administrador procederá a realizar las acciones de conservación. Esta política es importante debido a que durante estas tareas los usuarios del camino pueden verse afectados, lo que provocaría una fuga de flujos vehiculares si es que existen rutas alternativas. En caso de no existir, el Estado debiera espeafícar, en las bases de licitación, un cierto tratamiento de las zonas de trabajos a fin de asegurar un nivel de servicio mínimo a los usuarios (regulación de monopolio debe manifestarse durante toda la vida de la obra). Esta política debe definir por ejemplo las técnicas utilizadas en la ejecuaón de la conservaaón, el número de pistas a cerrar, la longitud de las zonas cerradas, el tipo de gestión de tránsito en la zona (bandereros o la construcción de unbypass ), etc. (Monteano, 1995).

4 También es posible suponer una política de diseño geométrico, sin embargo lo común es que ai el caso de rutas a concesionar. este diseño sea desarrollado en su gran mayoría por el listado.

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La política tarifaria corresponde al peaje o tarifa que deberán pagar los usuarios dependiendo del tipo de vehículo en que transitan. Cabe señalar que esta tarifa no puede superar la tarifa máxima acordada en el contrato de concesión, la que equivale a la regulación económica del monopolio.

ALGORITMO SIMPLE DE ASIGNACIÓN MEDIANTE ENFOQUE DE EQUILIBRIO El algoritmo aquí planteado intenta rescatar el enfoque de equilibrio, es decir que tanto la oferta como la demanda sufren variaciones durante la operación del camino. Debido a las características de los ejemplos que serán presentados más adelante, así como también por simplicidad del método, el algoritmo utilizado contempla una asi gnación de flujos mediante el método Dial. Sin embargo, estos conceptos pueden ser fácilmente extrapolables a modelos más complejos como el MARTED presentado por Gálvez y Vejar (1993). La diferencia con la aplicación tradicional de este tipo de herramientas (enfoque demandista) es que en este caso la oferta, vale decir el vector de nivel de servicio que perciben los usuarios, no es estático sino dinámico en el tiempo. Estas variaciones son explicadas a través de los procesos de deterioro que sufre la infraestructura vial. Para el tratamiento de esta disminución vegetativa de la oferta se ha optado por la utilización del modelo HDM ni desarrollado por el Banco Mundial, y adaptado para Chile por la Dirección Nacional de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas en conjunto con el Departamento Chile (Videlaetdeal.,Ingeniería 1992). y Gestión de la Construcción de la Pontificia Universidad Católica de La suposición básica de este método es la siguiente: Los usuarios escogen su ruta en Junción del nivel de servicio que las distintas rutas alternativas le

ofrecen. Por otra parte el nivel de servicio se ve disminuido por efecto del clima y de la utilización que los mismos usuarios hacen del camino, desde una perspectiva de deterioro y congestión. Por este motivo, tanto la elección de los usuarios dependerá del nivel de servicio como el nivel de servicio dependerá de la elección de los usuarios.

Para enfrentar esta situación se propone (1) fijar el nivel de servicio para un período determinado (un año, cinco años,...); (2) asignar flujos en función del nivel de servicio para ese período (3) determinar el deterioro que el flujo y el clima han causado sobre la infraestructura durante el período estudiado, así como también la variación del total de viajes esperados entre el par srcenódestino analizado, y definir el nuevo nivel de servicio en función del deterioro y de las posibles acciones de conservación de la infraestructura; (4) asignar los flujos para el próximo período. Cabe destacar que detrás de la expresión Nivel de Servicio se encuentra un concepto de mayor complejidad que el utilizado por los manuales de capacidad de carreteras. En este caso corresponde a elementos como la geometría del camino y su nivel de deterioro; es decir equivale a las características de la infraestructura que permiten al usuario recibir un cierto nivel de satisfacción.

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En términos matemáticos el algontmo para la asignación de flujos en dos rutas alternativas es el siguiente: Paso 1: Definición del nivel de servicio (NS) inicial de ambas rutas y del flujo a repartir (F), N S[ = N Si i N S'2 = N S¡ F' = F9

(1) (O

donde. NS i 0 NS i NS 2 0 NS 2 i 0 F,F

Nivel de de serviao servicioenen el el periodo periodoi,i, en enlalaruta ruta1 == Nivel Nivel de de serviao servicioenenelelperíodo período0,0,enenlalaruta ruta11 == Nivel Nivelde deservicio servicioenenelelperíodo períodoi, i,enenlalaruta ruta2 2 = Nivel = =Nivel Nivelde deservicio servicioen enelelperíodo período0,0,en en lala ruta ruta 22 = Flujo total totalen enelelpenodo períodoii(cuando (cuandoi=0). i=0).

Paso 2: Asignaaón de flujos (f) para el período inicial según Dial (Logit simple) o MARTED (Logit Jerárquico).

/," i F °. P ? (fii s i ;rÑ s O ; /1 = F" • i> í (N s í' vfj s í ) (2) PT + p ¡ = l

donde: : Flujo que se va por la ruta1, en el período 0

/i

p i : Probabilidadde que los vehículos se vayan por la ruta alternativa 1, enel período 0. NS i : Nivel de servicio en la ruta 1, en el período 0 f2 '• Flujo que se va por la ruta 2, en el periodo 0 p 2

: Probabilidadde que los vehículos se vayan por la ruta alternativa 2, en el período 0.

NS 2

:

Nivel de serviao en la ruta 2, en el período 0

Paso 3: Determinaaón Determinación de niv niveles eles de deservicio servicioyyflujo flujoaaasignar asignarpara para el período el período siguiente siguiente ; = a /=+tasa 1 de ; sicreamiento /' = total período => FIN; si no F ' = a * F ''' con N S',= NS(ínfj\acc'-,,acc'J,f;\/'J);j=l2

(3)

Esta expresión plantea que el nivel de de servicio serviao depende, además del flujo que opera sobre el camino durante un determinado período, de las características que la infraestructura (Inf) presentaba en el período anterior, de las acciones de conservación conservaaon (acc) (acc) que se le hayan practicado a dicha infraestructura durante el mismo período y del nivel de flujo que hubiera deteriorado el camino en el

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período anterior. Por otra parte hay, que señalar que las variables que representan a las acciones de conservación (tanto las del período i como del i-1) no siempre están activas. Paso 4: Asignación de flujos según Dial (Logit simple) (4) «S'O ; f\= F P \ + P '2 = 1 En este punto además, hay que destacar el tratamiento especial que debe darse al cálculo del flujo de equilibrio en aquellos períodos que contemplan acciones de conservación, por cuanto las curvas flujo velocidad pueden verse afectadas debido a las zonas de trabajo. Mas adelante se hacen algunos comentarios a esta situación.

/I = F'*Pl(N

S[,N

Paso 5: Volver Paso 3

5.

ME TO DO LOG ÍA DE EVALU ACIÓN DE ESTRATEGIAS

Una vez definidos los conceptos de estrategia de administración así como el método de asignación de flujos, es posible presentar la metodología de evaluación económica de rutas en concesión desde la perspectiva de la sociedad concesionaria. Esta evaluación, cualquier otra, calcula ingresos y costos. Como layaruta se señaló los ingresos dependerán de lacomo cantidad de vehículos de cada categoría que utilicen concesionada y de la tarifa impuesta a cada una ellas. Los costos por su parte dependerán los egresos producto de la construcción y conservación de los caminos. Las políticas detrás de la estrategia de administración producen efecto ya sea sobre los costos (diseño estructural, conservación y materialización) o los ingresos (tarificación, conservación, materialización). Luego, la evaluación de una determinada estrategia consiste en cuantifícar los costos e ingresos que las diferentes políticas acarrean a la sociedad concesionaria en cada uno de los años del período de evaluación. Ahora bien, tanto los costos como los ingresos de la sociedad concesionaria dependerán del equilibrio de mercado, es decir de los flujos y niveles de servicio que ofrezca tanto la ruta en concesión como las posibles rutas alternativas. Dadas las características sistémicas de la situación en estudio es difícil definir pasos secuenciales, razón por la que a continuación se presentan aspectos que deben ser considerados por el planificador de la concesión.

5.1

Defin ir Estrategias

Es necesario definir las estrategias de administración que serán evaluadas. Estas estrategias corresponden a ciertas políticas de diseño estructural, de conservación, de materialización y tarifaria.


• •

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JAIME RETAMAL P - RICARDO MONTECI NO L. - HERNÁN DE SOLMINIH AC

5.2

Estudio De ma nd a

Esta etapa debe permitir conocer el comportamiento de los usuarios frente a diferentes niveles de servicio que ofrezca tanto la ruta en concesión como cada una de las posibles alternativas. Este aspecto debe ser capaz de discriminar entre diferentes tipos de usuarios, por ejemplo: conductores de vehículos livianos, de buses y camiones, por cuanto las valoraciones y disposiciones a pagar por un cierto servicio pueden ser muy diferentes entre sí. En este contexto se recomienda estudiar la variable costo de operación por cuanto es un reflejo de la incidencia del estado de la infraestructura en la elección del usuario.

5.3

Estudio Of ert a

Se deben especificar los diferentes diseños estructurales y las posibles acciones de conservación y la forma de llevarlas a cabo, dependiendo de las estrategias definidas. Además conviene analizar las características técnicas de las eventuales rutas alternativas a fin de conocer el servicio que serían capaces de ofrecer.

5.4

Estudio de l Equilibri o

Este aspecto apunta a la integración de las oferta y la demanda desde la perspectiva del enfoque de equilibrio. Es decir se debe realizar el proceso de asignación de flujos dependiendo del nivel de servicio que ofrezca cada alternativa, sin olvidar que dicho nivel de servicio depende no sólo del flujo circulante, sino también deldebiera deterioro que la sufre la infraestructura vegetativa de la oferta). Es decir, este punto entregar cantidad de vehículos (disminución de cada categoría que utilizaría el camino en concesión (además de las rutas alternativas) y las acciones de conservación que sería necesario ejecutar a fin de responder a las exigencias del contrato. Para esta etapa se ha planteado en la sección anterior un algoritmo simple. Si bien dicho algoritmo fue presentado asignando mediante Dial, esto no significa que queden descartados otros modelos más robustos como por ejemplo MARTED(GálvezyVéjar, 1993).

5.5

Estudio de Indic adore s de Rent abil idad

Una vez conocido el equilibrio es posible cuantificar los ingresos y costos de cada estrategia. Con éstos se determinan los indicadores de rentabilidad que permitirán comparar dichas estrategias y escoger aquella más conveniente desde la perspectivadel objetivo de la sociedad concesionaria.

6.

IMP ORT ANC IA DEL ENFOQUE DE EQU ILIB RIO : EJEMPLOS

De estos cinco aspectos el que reviste mayor interés para el presente trabajo es el estudio del equilibrio, por cuanto es la que utiliza el concepto de enfoque de equilibno planteado antenormente. A continuación se presentan tres situaciones que ilustran la importancia de considerar el enfoque de equilibrio para el estudio de rutas en concesión.


UNA METODOLOGÍA ALTERN ATIVA PA RA EL ESTUDIO DE CASOS DE AS RUT EN CONC ESIÓN

6.1

Ejemplo 1: Considerac ión de costos de ope rac ión en la asign ación de flujos.

La mayor parte de los estudios de demanda de concesiones plantean como variables significativas el precio del peaje, el tiempo de viaje y la distancia de viaje. Por otra parte, se asume que los buses siguen un itinerario fijo y que los camiones se asignan de manera "todo o nada" en la que los conductores de camión sólo perciben los costos de operación (independiente del nivel de flujo y por lo tanto independiente del tiempo de viaje) y los cobros de peaje. Respecto a esto último caben dos preguntas: (a) ¿Existen a caso rutas por las que no transita ningún camión?, ¿Los costos de operación de los vehículos son los mismos a lo largo de toda la vida de un camino? Claramente la respuesta a ambas interrogantes es la misma: No. En este sentido cabe destacar el hecho del deterioro del camino. Como ya se manifestó, aunque con otras palabras, la elección de los camioneros (usuarios) depende del deterioro (nivel de servicio) que ofrece cada una de las rutas alternativas, y por otro lado el deterioro (nivel de servicio) de cada ruta alternativa dependerá de la elección de los camioneros (usuarios). En este esquema puede ocurrir que camiones que habitualmente, debido a sus costos de operación y al peaje, utilizaban la rutaalternativa debido al progresivo deterioro de esta se vean más interesados por ocupar la ruta concesionada, con el consiguente aumento de la congestión y aceleración del deterioro del camino, viéndose la sociedad concesionaria obligada a adelantar las acciones de conservación, a fin de cumplir con las obligaciones del contrato. Considérense la siguiente ecuación para el cálculo de costos sociales de operación calculados por Videla et al. (1992), y transformada a costos privados mediante un factor de 1,30 y asumiendo un precio del dolar de $400. CO($/veh) = 1,3.400. Km,(556,019 + 22,828//?/ + 3,333//? I 2 - 0,13 \IRp)/\ 000

(5) (5)

Además considérese un promedio de 500 vehículos pesados diarios que deben escoger entre una ruta de 50 kilómetros con un peaje para vehículos pesados de $3500, y una ruta alternativa gratis de 55 kilómetros. Si se asume asignación todo o nada ocurre que para diferentes niveles de deterioro (medido a través del IRI) de ambas rutas, el costos total percibido por los camioneros será diferente: Si por ejemplo ambas ambas rutas rutas estuvieran estuvieran nuevas nuevas (IRI=1,2 (TRI=1,2m/Km.) m/Km.)el elcosto costodedeoperación operaciónde deloslos camiones pesados que transitaran por la ruta concesionada sería de $15.287, los que sumados a los $3.500 de peaje da un total de $18.787; la otra ruta en cambio tiene un costo de operación de $16.816. Esto significa que los 500 vehículos pesados diarios viajarán por la ruta no concesionada. Esta situación hará que dicha ruta se deteriore a gran velocidad pudiúndose dar el caso que al cabo de unos años el IRI en la ruta no concesionada alcance por ejemplo a 5,5 m/Km., mientras que la ruta tiene unpor IRI los de 3camioneros m/Km (noen pasan vehículos pesados). En este último caso el costonodeconcesionada operación percibido la ruta no concesionada ascendería a $21.753, mientras que en la ruta no concesionada alcanzaría a $16.925, los que sumados a un peaje de $3500 da un total de $20.425. Esto significa que la ruta concesionada absorberá un flujo diano de 500 camiones pesados no contemplados srcinalmente, lo que significa mayor congestión y aceleración del deterioro.


JAIME RE TAMAL P. - RICARDO MO NTEC1NO L.- HERNÁN DE SOLMI NIHAC

6.2

Ejemp lo 2 : Acciones de conservación y la asig naci ón de flujos

Respecto a la asignación de vehículos livianos se ha postulado que los conductores de éstos escogen ruta en función del tiempo de viaje, del peaje y de la distancia. Sin embargo hay situaciones en la operación normal del camino se ve interrumpida por la presencia de faenas y obras de conservación. En el caso de las rutas en concesiones éstas deben ser tal que aseguren un nivel de deterioro (superficial al menos) limitado. Por tal motivo es importante que el administrador de la ruta tenga presente que existen varias fórmulas de gestión de tránsito que pueden ser escogidas para evitar que un aumento del tiempo de viajes de los usuarios se traduzca en una pérdida de ingreso por peajes. Supóngase que es necesario realizar trabajos en la vía a fin de responder con las exigencias del contrato de licitación. Es muy probable que estos trabajos provoquen, entre otros impactos, un aumento en los tiempos de viaje respecto a los que se verifican cuando el camino opera normalmente. Este aumento de tiempo dependerá del tipo de vía que en que se esto trabajando (por ejemplo calzada única bidireccional o doble calzada), del tipo de gestión de tránsito (banderero, número de pistas cerradas, desvío oby pass), del largo de la zona de trabajo y de la demanda (vehículos por hora y su composiaon). haciendo uso del programa IMPACTOS presentado en Mortecino (1995), es posible modelar y cuantificar, entre otras cosas, el aumento del tiempo de viaje que percibirán los usuanos de un camino por concepto de las labores de conservación. Sin entrar en mayores detalles de la modelación, debido a que no es el interés de este trabajo, a continuación se muestran los resultados obtenidos en el aumento de tiempo de viaje de los usuarios para diferentes escenarios. Escenario 1: Camino de doble calzada con una pista cerrada en cada una y un TMDA de aproximadamente 15.000 vehículos/día y una composición de 70% de vehículos liviano s y 30% de vehículos pesados. En este caso para una zona de trabajo de 2,5 kilómetros, el tiempo de viaje extra promedio es de 5,0 minutos/vehículo. Por otra parte, para una zona de 4 kilómetros de longitud, el tiempo de viaje extra promedio alcanza los 5,8 minutos/vehículo. Escenario 2: Camino de calzada única y bidireccional con una de sus pistas cerrada y un TMDA de aproximadamente 2000 vehículos/día y una composición de 70% de vehículos livianos y 30% de vehículos pesados. En este contexto una gestión de tránsito mediante banderero que regule una zona de trabajo de 4 kilómetros de largo puede llegar a provocar demoras promedio de 18 by passeada mediante un desvío, el minutos/vehículo. Si por el contrario la zona de trabajo fuera tiempo deviaje extra promedio podría reducirse 1,9 a minutos/vehículo.

Si bien estos cálculos asumen demandas inelásticas, es posible ilustrar el impacto en los tiempos de viaje que pueden sufrir los usuarios de un camino concesionada mientras se realizan las acciones de conservación. Debido al efecto que este impacto puede provocar en las decisiones de los usuarios y por ende en los ingresos del concesionano, es claro que una de las principales labores del administrador de laobra es la adecuada gestión de la ejecución de las acciones de conservación.



6.3

Ejemplo 3 : Políticas de Conservaci ón

Tal como se mencionó anteriormente, la sociedad concesionaria puede optar por dos políticas de conservación: respuesta mínima y autoexigencia. Supóngase que las restricciones técnicas (regulación técnica del monopolio) impuestas por el contrato de licitación y las acciones de conservación consideradas por el concesionario, son las aparecidas en las Tablas 1 y 2 respectivamente.

Tabla N° 1: Restricciones técnicas impuest as por el contrato Falla

Umbral

IRI máximo % agrietamiento máximo

4 m/km 15% 0 (ninguno) 10 mm

Baches Ahuellamiento

Tabla N° 2: Acciones de conservación consideradas Acción

Descripción Sello

Bacheo

Refuerzo

Sello de AASHTO) agregados demínima 30 mm.(0,12) de espesor conlacapacidad método en toda superficieestructural agrietada.(a¡ del Tareas de cierre del bache Capa asfáltica de 40 mm. de espesor con capacidad estructural de 0,43.

En este contexto una política de respuesta mínima sería realizar las acciones de conservación cuando el deterioro alcance los umbrales definidos como máximos en el contrato; ver Tabla N° 3

Tabla N° 3: Política de respuesta mínima Aplicar Bacheo apenas aparezca un bache. Aplicar sello cuando las grietas alcancen un 15% de la superficie del camino. Aplicar refuerzo cuando el IRI alcance un valor de 4 m/km Por otro lado una política de autoexigencia sería por ejemplo adelantar la colocación del sello de grietas a fin de retardar el aumento del IRI y con ello la colocación del refuerzo. Un ejemplo se muestra en la Tabla N° 4.


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Tabla N° 4: Ejemplo de una política de autoexigencia Aplicar Bacheo apenas aparezca un bache. Aplicar sello cuando las grietas alcancen un 5% de la superfide del camino. Aplicar refuerzo cuando el IRI alcance un valor de 4 m/Km Supóngase un camino diseñado con el Método AASHTO para resistir un tránsito de 4,5 millones de ejes equivalentes en 20 años sobre un suelo de fundadón con un CBR de 10%. Este diseño quedaría de acuerdo a la Tabla N° 5.

Tabla N° 5: Ejemplo de un diseño AASHTO Carpeta de rodadura Carpeta Binder Base granular Subbase granular

CBR suelo fundadón

5 cm 5 cm 15 cm 20 cm 10%

5 Al aplicar la política de respuesta mínima, el sistema SAD arroja las siguientes acdones de conservadón para los primeros 25 años de operadón del camino (ver Tabla 6).

Debido a la gran diferenda de predo que existe entre las acdones de sello y de refuerzo (este último es muchísimo más caro que el sello), es claro que el sólo hecho de postergar la ejecudon del refuerzo en dos años implica un importante ahorro para la sodedad concesionaria, si se considera que en el cálculo del VAN, el costo actualizado de esta acdón es bastante menor que el costo actualizado de la misma acdón en el caso de política de respuesta mínima.

Tabla N° 6: Comparación de políticas Políticas

1. Respuesta mínima (se han considerado los 25 primeros años de operación)

2. Autoexigencia (se han considerado los 25 primeros arios de operación)

Acciones

Sello a los 10 años Sello a los 15 años Refuerzo a los 18 años Sello a los 8 años Sello a los 14 años Refuerzo a los 20 años

5 Sistema SAD corresponde al Modelo HDMIH calibrado para la realidad chilena. Esta fue desarrollado por el Departamento de Ingeniería y Gestión de la Construcción de la Pontificia Universidad Católica de Chile para el Ministerio de Obras Públicas.


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7. CONCLUSIONES Este trabajo plantea una serie de ideas y aspectos que, a juicio de los autores, debieran ser considerados en la evaluación yexplotación de caminos de concesión. Estas tienen su srcen en el denominado enfoque de equilibrio, el cual considera que los puntos de equilibrios de la red (flujos y niveles de servicio), están sujetos a procesos dinámicos, debido al crecimiento vegetativo de la demanda y la disminución vegetativa de la oferta. Dentro de los aspectos más importantes cabe destacar: la consideración del deterioro del camino al momento de asignar los camiones, la importancia que puede llegar a tener la gestión de tránsito en las zonas de trabajos de conservación, y la fuente de ahorro de recursos producto de la correcta elección de la política de conservación del camino (respuesta mínima o autoexigencia).

REFERENCIAS

Gálvez, T. y Vejar, G (1993). Modelación de la Asignación en Redes Viales Interurbanas Tarificadas mediante Elección Discreta.Anales del VI Congreso Chileno de Ingeniería de Transporte. 25-28 de Octubre de 1993. Santiago. •

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DE INGENIERÍA DE TRANSPORTE (1995) ACTAS DEL SÉPTIMO CONGRESO CHILENO

JAIME R ETAMAL P. - RICARDO MONTECI NO L. - HERNÁN DE SOLMINIHAC

Figura 1 Esquema de actuación de la agencia sobre el equilibrio de la red vial.

Figura 2 Aplicación algoritmosimplificado de asignación con enfoque de equilibrio.


CONCEPTOS PARA EL DESARROLLO DE UNA HERRAMIENTA INTEGRAL DE APOYO A LA GESTIÓN VIAL Hernán de Solminihac T., PhD.1 Jaime Retamal P., MSc.2 Alfredo Serpell B., PhD.3 RESUMEN

La multidimensión de la administración vial hace que esta tarea sea compleja y costosa. La agencia encargada de dicha administración cuenta, en la actualidad, con sistemas que apoyan la gestión de elementos (sistemas de gestión de pavimentos y sistemas de gestión de puentes) y actividades particulares. Esta práctica no siempre es la más apropiada desde la perspectiva de la agencia. El presente trabajo propone una herramienta de planificación integral de la red, que permita alcanzar el objetivo global de la agencia a través de evaluaciones técnicas y económicas. A dicha herramienta se le ha denominado Sistema de Gestión Vial (SGV). Este sistema plantea una perspectiva alternativa respecto a la manera de entender la red y a la forma de actuar sobre ella. Así, el SGV asume que la unidad básica de la red vial es el arco y no los diferentes elementos o tipos de infraestructura que se encuentran en dicha red. Por otro lado, se propone que, a partir de los conceptos de economía de transporte, la agencia vial puede gestionar tanto la oferta como la demanda, para así ser capaz de alcanzar puntos de equilibrio más cercanos al óptimo según su objetivo global. A esta perspectiva alternativa se le ha llamado visión de arco-red con enfoque de equilibrio. Esta difiere de la perspectiva tradicional de administrar la red, la cual entiende a ésta con una visión de subsistema y actúa sobre ella con un enfoque unilateral. Sin embargo, esta nueva perspectiva requiere algunos conceptos para poder ser implementada. Estos conceptos son el costo social total por arco y la probabilidad de falla de puentes y túneles. De todas las ideas anteriores surge una proposición conceptual para el SGV, la que se plantea en forma de diagrama de flujo.

1 Profesor Departamento de Ingeniería y Gestión de la Construcción de la Pontificia Universidad Católica de Chile. Casilla 306 Correo 22. Santiago-Chile. Fono: (56-2) 552-2375 Anexo 4806; Fax: (56-2) 55 2^ 05 4. 2 Ingeniero Investigador del Servicio de Ingeniería Vial de la Pontificia Universidad Católica de Chile. Casilla 306, Correo 22. Santiago-Chile. Fono: (56-2) 552-2375 Anexo 4806; Fax: (56-2) 552-4054. 3 Profesor Departamento de Ingeniería y Gestión de la Construcción de la Pontificia Universidad Católica de Chile. Casilla 306 Correo 22. Santiago-Chile. Fono: (56-2) 552-2375 Anexo 4806; Fax: (56-2) 552-4054.


HERNÁN DE SOLMINIHAC T. - JAIME RETAMAL P. - ALFREDO SERPELL B.,

1. INTRODUCCIÓN El objetivo de esta investigación es definir, conceptualmente, una herramienta de evaluación técnica y económica que apoye la planificación integrada de proyectos de infraestructura vial, evitándose las dualidades de funciones, así como también la realización de acciones que no necesariamente apuntan al logro del objetivo global de la agencia. A esta herramienta se le ha denomi nado Sistema de Gestión Vial (SGV). Cabe destacar que este trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación desarrollado por los autores para la Dirección Nacional de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas de Chile, titulado "Conceptualización y Requerimientos para el Desarrollo de un Sistema de Gestión Vial."

2. CONCEPTOS BÁSICOS La agencias encargadas de la administración vial enfrentan características multidimensionales. Ellas intentan alcanzar uno o más objetivos (multiobjetivo o multicriterio), tales como conectividad, desarrollo social, minimización de costos de la agencia, minimización de costos de usuarios, maximización de la seguridad, etc. Para ello realizan varias actividades o nciones fu (multiactividad) como por ejemplo planificación, diseño, construcción, conservación. Estas se ejecutan sobre distintos elementos o tipos de infraestructura (multielemento), entre los cuales se encuentran caminos, puentes y túneles (Sinha y Fwa, 1987; Sebastián, 1994; Sauras, 1994). A estas tres dimensiones debe agregarse el mercado de via jes que se produce en la red vial, en el cual interactúan la oferta (infraestructura provista por la agencia) y la demanda (viajes que desean efectuar los usuarios), las que se equilibran definiendo la cantidad de viajes que se producen en cada arco de la red, así como también el nivel de servicio con que dichos viajes se realizan (Manheim, 1979). Esta multidimensión y la gran cantidad de recursos que implican las labores de administración de una red vial, hizo que durante los años 60 comenzara a surgir una nueva especialidad dentro de la ingeniería civil, la que mirada con la perspectiva de los años 90, se le puede asignar el nombre de gestión de la infraestructura. El objetivo de esta nueva disciplina es apoyar la toma de decisiones respecto a las inversiones a realizar en los distintos tipos o elementos de infraestructura, de manera tecnificada y objetiva. Esto se ha traducido en el diseño de diferentes sistemas de gestión de algún tipo de infraestructura específico. Sin embargo, hasta el momento la mayoría de los esfuerzos han sido desarrollados en el área de la infraestructura vial, particularmente en lo que se refiere a caminos y puentes, dando srcen a lo que la literatura especializada define como Sistemas de Gestión de Pavimentos (AASHTO, 1990; Haas, et. al., 1993) y Sistemas de Gestión de Puentes (Hudson et. al., 1987) respectivamente. Desde hace algún tiempo en Estados Unidos se están haciendo esfuerzos para coordinar el uso de estos sistemas (Hudson yHudson, 1994). Para ello ha sido necesario incorporar sistemas que se responsabilicen de otros aspectos relacionados con la operación vial (transporte público, emisiones de gases, aspectos intermodales, congestión de tránsito y seguridad). La conclusión más importante (desde la perspectiva de este articulo) es que la coordinación entre diferentes subsistemas pasa por el monitoreo de la operación misma de los vehículos sobre la red.

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ACTASDEL SÉPTIMO CONGRESO CHILENO DEINGENIERÍADE TRANSPORTE (1995)

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En lo que sigue se intentarán responder las dos preguntas claves de la administración vial: ¿cómo entender la red?, y ¿cómo actuar sobre la red? Las respuestas vendrán de dos frentes: práctica tradicional de la administración vial y perspectiva alternativa para dicha administración.

3. PRACTICA TRADICIONAL EN LA ADMINISTRACIÓN VIAL Se puede decir que la práctica tradicional en la administración vial entiende a la red como un conjunto de elementos que son gestionados por subsistemas específicos para cada elemento o actividad. Por otro lado, cada uno de estos subsistemas tienensus propios objetivos, los que ne ocasiones pueden ser diferentes a los de otro subsistema, por lo que las decisiones adoptadas por cada uno de ellos no necesariamente apuntan al logro del objetivo global de la agencia. A esta característica se le ha denominado visión de subsistema (Retamal, 1995). A partir de esta visión, ocurre que los elementos compiten entre sí, para hacerse acreedores de una cierta cantidad de recursos, los que siempre son limitados y escasos. A continuación se ejemplifica un problema causado por esta visión. La Figura 1 muestra un tramo cualquiera de la red, compuesto por tres elementos: caminos pavimentados (el, c2, c3), un puente (p) y un túnel (t). En el esquema de visión de subsistema, podría darse el caso que la agencia cuente con un sistema (o subsistema) de gestión de la conservación de pavimentos, otro de conservación de puentes y otro de conservación de túneles. Supóngase que todos los elementos estén en pésimas condiciones, y que luego del proceso de asignación de recursos a cada subsistema (proceso de competencia entre elementos), éstos hayan dispuesto, según sus propios criterios y objetivos, entregar fondos a ciertos elementos específicos dentro de su red (no siempre la red de todos), dándose el caso que el, c2 y c3 hayan sido beneficiados con fondos para su conservación, mientras que p y t no. La pregunta que cabe hacerse es ¿qué sentido tiene contar con un tramo que posee excelentes pavimentos, pero con conexiones (puente y túnel) en malas, e incluso peligrosas, condiciones?

Figura 1: Ejemplo utilizadopara describir las consecue ncias de la visión por subsistema


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La situación recién descrita es producto de la competencia que existe entre los distintos elementos al momento de asignar los recursos. Sin embargo, la razón fundamental del problema no está en la competencia, si no más bien en la manera de entender la red, asumiendo que ésta se compone de una serie de elementos o tipos de infraestructura sin interconexión lógica. En resumen, la visión de subsistema supone que las unidades básicas de la red son los elementos o tipos de infraestructura presentes en ella. Otro problema que surge de la visión de subsistema tiene que ver con la forma de enfrentar el tema de la mulüdimensión. La Figura 2 muestra como se generan las duplicidades a partir de la existencia de subsistemas aislados que on han sido coordinados eficazmente. En ella aparecen una sene de actividades que sirven a varios elementos. En este esquema puede darse el caso que una agencia tenga un subsistema que gestione todas las actividades relacionadas con el elemento pavimento (Sistema de Gestión de Pavimentos, SGP), y que además posea otro subsistema que gestione todas las acciones demejoramiento(Sistema de Gestión del Mejoramiento, SGM). En alguna ocasión tanto el SGP como el SGM tendrán que utilizar un Sistema de Gestión del Mejoramiento de Pavimentos (SGMP) que decida respecto a las acciones de mantención del pavimento. ¿Qué sistema decide finalmente?

Figura 2: Dualidad de Funciones en la visión de subsistema (Adaptación de Sinha y Fwa, 1987). Respecto a la manera de actuar sobre la red, la práctica tradicional cae en lo que se ha denominado enfoque unilateral (Retamal, 1995), es decir, se asume que las herramientas de gestión son patrimonio exclusivo dela oferta (enfoque ofertista) ode la demanda (enfoque demandista).

ACTASDEL SÉPTIMO CONGRESO CHILENO DEINGENIERÍA DE TRANSPORTE (1995)

CONCEPTOSPARA EL DES ARRO LLO DE UNAHERRAMIENTA INTEG RAL DE AP OYO A LAGESTIÓN VIAL

El enfoque demandista considera que la oferta es un dato. Es decir asume que la infraestructura es un elemento del que "otros" se preocuparán, pero que en definitiva no presenta mayores cambios a menos que predeterminadamente se desee realizar una mejora de la oferta, a fin de atender los aumentos de la demanda. La figura 3 ilustran de algún modo este enfoque. En ella se aprecia una determinada oferta Oí, una cierta demanda Di y un equilibrio descrito a partir de un flujo qi y de un nivel de servicio NSi al cual opera dicho flujo. Según el enfoque demandista, si sobre este mercado no se hiciera nada, el único efecto percibible sería un crecimiento vegetativo de la demanda (generalmente por razones de aumento de la actividad económica), produciéndose un desplazamiento de la demanda hacia la derecha de su posición srcinal, dando origen así a la curva D2. Si se considerara que el nuevo equilibrio definido por un nuevo flujo q2 y nuevo nivel de servicio NS2, no es aceptable se tienen dos alternativas: aumentar la oferta, o utilizar herramientas de gestión que disminuyan la demanda desde D2 a D3, llevando al equilibrio a un punto (q3, NS3). En resumen, se puede decir que el enfoque demandista intuye que las herramientas de gestión son patrimonio exclusivo ae ia aemanaa. El enfoque ofertista, en cambio, considera que la demanda es un dato (no se puede intervenir sobre él) que se determina por conteos de vehículos y por tasas de crecimiento de dichos conteos. Con esto, el enfoque ofertista asume que el flujo de equilibrio (el que se verifica realmente en cada arco y que es susceptible de ser observado) corresponde a la curva de demanda, lo que significa que esta función es inelástica. Es decir, la cantidad de vehículos que utilizarán un determinado camino es constante, y por lo tanto independiente nivel deestar servicio. Estos conteosdelson amplifica dos por una tasa de de crecimiento, con lo cual sedel pretende captando el efecto crecimiento vegetativo. A partir esta concepción, el enfoque ofertista (ver Figura 4) cree que si sobre un camino no se efectúa ningún tipo de gestión, lo que ocurrirá es que, pordisminución vegetativa de la oferta (producto del deterioro causado por la cantidad y peso de los vehículos, el clima y de las características físicas de los materiales constituyentes del camino), la curva Oí se desplazará hasta O2, mientras que la demanda, por crecimiento vegetativo (supuestamente constante y equivalente a la tasa de crecimiento), aumentará desde DI a D2, produciéndose un desplazamiento del equilibrio desde (qi, NS1) hasta (q2, NS2). Si este nuevo equilibrio resultara poco satisfactorio, existen las herramientas de gestión comopara retardar la caída de la oferta dejando a ésta en O3. Esta última acción evitará que el equilibrio llegue hasta (q2, NS2) de modo tal que el nuevo equilibrio sea (q2, NS3). En resumen, el enfoque ofertista considera que sólo es posible gestionar la oferta, lo que en este caso equivale a gestionar la infraestructura.

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Figura 3: Enfoque demandista: herramientas de gestión están sólo en la demanda

Figura 4: Enfoque ofertista: las herramientas de estión g están sólo en la oferta En lo que sigue seintentará definir una nueva perspectiva desde la cual administrar la red vial.En ella se presenta una alternativa a cada uno de los aspectos aquí tratados, vale decir, una manera de solucionar los inconvenientes surgidos en la visión de subsistema y de la forma tradicional de abordar la multidimensión, y además se plantea un enfoque alternativo al enfoque unilateral.


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CONCEPTOS PARA EL DESARROLLO DE UNA HERRAMIENTA INTEGRAL DE APOYO A LA GESTIÓN VIAL

4. UNA PERSPECTIVA ALTERNATIVA PARA LA ADMINISTRACIÓN VIAL Esta perspectiva alternativa da una nueva respuesta a la manera de entender la red vial y de actuar sobre ella. En este caso la red se entiende como un conjunto de arcos, cada uno de los cuales está definido por una serie de elementos. De este modo, los elementos de un mismo arco ya no son competidores entre sí, si no que son "compañeros de un mismo equipo". Sin embargo esta visión de arco es incompleta cuando la demanda es elástica, ya que en esos casos es conveniente analizar las acciones que emprenda la agencia en función del impacto que éstas provocan sobre la red. A esta visión se le ha denominado arco-red (Retamal, 1995). Por lo anterior es que la coordinación necesaria entre las acciones que emprenden los distintos subsistemas la logra la misma red vial. Tal coordinación se produce a través del arco, cuando sea posible asumir demandas inelasticas, o a través de la subred que rodea al arco, cuando la demanda sea elástica. Para lograr que esta visión sea posible de implementar, es necesario que exista algún indicador que permita comparar la situación de los arcos en la red. Este indicador debe ser capaz de reflejar en qué medida un determinado arco (incluidos los elementos que lo componen) contribuye al logro o cumplimiento de los objetivos globales de la agencia. Otro aspecto interesante que se desprende de la visión arco-red, y que permite enfrentar la multidimensión, es que hay funciones o actividades que necesariamente deben ser realizadas con esta perspectiva. Si se toma la Figura 2 por ejemplo, parece ser que al menos las actividades de planificación y evaluación, y de administración de la información, podrían ser efectuadas por alguna unidad que tenga visión sobre todos los elementos que conforman los distintos arcos de la red. Por otro lado, el resto de las actividades o funciones no necesariamente exigirían visión de arco-red. Sin embargo, la multidimensión no sólo involucra elementos y funciones, sino que también objetivos. En este caso se ha asumido que los objetivos perseguidos por la agencia (generalmente estatal) son tres: asegurar la conectividad entre diferentes puntos; minimizar los costos sociales (costos de la agencia y de los usuarios) durante la provisión de la infraestructura y operación sobre ella; y maximizar la seguridad durante dicha operación. En resumen se puede decir la agencia persigue maximizar el beneficio social. •

Respecto a cómo actuar sobre la red, la proposición consiste en que la agencia tiene que considerar todas las herramientas disponibles económicas y legales), fin de mover los objetivos puntos deque equilibrio de la red desde un cierto (técnicas, nivel a otro más óptimo desde la aperspectiva de los espera alcanzar. Tal movimiento se puede lograr a través de modificaciones a nivel de oferta y/o demanda. Este enfoque, denominado enfoque de equilibrio (Retamal, 1995) tiene la ventaja de considerar que tanto la oferta como la demanda pueden y deben ser manejadas o gestionadas, por cuanto ambas son parte de procesos dinámicos tales como el crecimiento vegetativo de la demanda (producto de cambios socioeconómicos), y disminución vegetativa de la oferta (srcinada en el deterioro de la infraestructura), los cuales generan variaciones en el equilibrio del mercado de viajes. Tal como se planteó en la sección de conceptos básicos, es este equilibrio el que en definitiva debe ser


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monitoreado para coordinar diferentes subsistemas, y por lo tanto debe ser movilizado para alcanzar los objetivos perseguidos. En este trabajo, la oferta se ha asumido descrita por tres elementos fundamentales: topología, estado de la infraestructura y geometría. La demanda por su parte se define por: entorno, flota y flujo vehicular. El equilibrio, como ya se señaló, queda determinado por flujo operando a un determinado nivel de servido, producto de la interacdón entre oferta y demanda. La agenda, hadendo uso de herramientas de gestión tanto a nivel de oferta como de demanda puede desplazar o movilizar los equilibrio desde un derto punto a otro más apropiado, desde la perspectiva del logro del objetivo de dicha agenda.

5. CONCEPTOS PARA IMPLEMENTAR LA PERSPECTIVA ALTERNATIVA Como se dijo, los objetivos de la agenda son: asegurar la conectividad de nodos; minimizar los costos sodales por la provisión y uso de la infraestructura; y maximizar la seguridad de los usuarios durante el viaje. Sin embargo, el logro de estos objetivos está limitado por la restricdón presupuestaria que es impuesta a la agenda; es dedr las acdones sobre la red deben estar sujetas a procesos de evaluadón que permitan cuantificar los benefidos que producen, a fin de compararlos con los costos que involucran. A partir de la visión arco-red es necesario definir en qué medida cada uno de los elementos o tipos de infraestructura vial, aportan al logro de los objetivos definidos. Los caminos, por ejemplo, están estrechamente ligados con todos ellos. La presenda del camino provee la conexión entre nodos Respecto a los costos sodales, el estado y geometría del camino determinan los costos que deberán enfrentar los usuarios, ya sea por concepto de consumo de tiempo (fenómenos de congestión) o de costos de operadón. Sin embargo, éste no es el único costo sodal, por cuanto la construcdón y mantendón del camino involucran costos que deben ser enfrentados por la agenda. Por otro lado, la geometría del camino y el estado de las señales y demarcadonesdel mismo están reladonados con la seguridad que un determinado arco puede proveer a los usuarios. Por su parte, el estado y geometría de puentes y túneles también compromete aspectos de seguridad y consumo de recursos, tanto por parte de los usuarios como de la agenda. Sin embargo, en lo que se refiere a la conectividad de dos nodos o zonas, este tipo de elementos presenta una gran diferenda respecto a los caminos. En general ningún arco cuyo único elemento sea un camino, verá amenazado el logro del objetivo de conectividad dich o camino se encuent re encon pésimas condidones. Sin embargo, el estado de un puenteaún o decuando un túnel está íntimamente ligado el hecho de que el arco que lo contiene esté cumpliendo con su tarea de conectividad. Es dedr, en un determinado momento el arco que incluya un puente o un túnel, puede dejar de existir debido al colapso de este elemento. En estos casos, los vehículos que tradidonalmente hadan uso del arco colapsado deberán escoger una ruta alternativa para completar su viaje. Por este motivo la gestión de elementos tales como puentes y túneles requiere tener visión de red, con el fin de poder definir las rutas alternativas al arco colapsado.

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Hasta el momento se han presentado los objetivos de la agencia, y la manera en que cada elemento se relaciona con el cumplimiento de éstos. Sin embargo, aún no ha sido definido un indicador que posibilite la implementación de lo que se ha denominado perspectiva alternativa, es decir que integre la visión arco-red con el enfo que de equilibrio. Respecto a cada uno de estos conceptos las preguntas pendientes son: ¿cuál es el indicador que permite comparar dos arcos, o dos situaciones a nivel de red, en función de su aporte al logro de los objetivos de la agencia? y ¿qué indica que un cierto punto de equilibrio (flujo operando a un determinado nivel de servicio) es más óptimo que otro? Dado que el objetivo de la agencia es la maximización del beneficio social, el cual se traduce en el ahorro de costos por parte de los usuarios y de la agencia, parece ser que la respuesta a ambas preguntas es una sola: los costos social es totales por arco (Retamal,1995). A través de ellos es posible determinar en qué medida un arco contribuye a maximizar el beneficio social de una determinada acción. Con el fin de estimar el beneficio social de una determinada acción, así como también el consumo de recursos que la implementación de dicha acción involucra, es necesario que el SGV (como herramienta de apoyo a la agencia) cuente con algún módulo que identifique y cuantifique los costos que percibirán tanto los usuarios como la agenci a. Sin embargo, lo que al SGV debe interesarle, además de los costos mismos, es la causa de dichos costos, ya que a través de ellas es posible modificar los equilibrios del mercado de viajes, a fin de acercarlos al óptimo social buscado. En el costos social total por arco se consideran los costos de la agencia, producto de la provisión de la infraestructura; los costos de los usuarios, los cuales se dividen en consumo de tiempo de viaje (generado porlalaoperación topología,dela sus geometría, el nivel de deterioro la red vial y el flujo de recursos por vehículos (generados por lasdemismas causas); y los vehicular) costos en yque ambos incurren por la ocurrencia de accidentes. De este modo es posible determinar en qué medida una acción sobre la oferta y/o la demanda de una cierta red o subred, aporta al logro de los objetivos de conectividad, minimización de costos sociales (costos de la agencia y de los usuarios) y seguridad que intenta cumplir la agencia que administra la red vial. Si bien ya se ha definido el indicador que mide el grado de satisfacción del objetivo de la agencia, aún hay un aspecto que estudiar. Este es el relacionado con la eventual pérdida de conectividad de un par de nodos, producto del colapso de un puente o un túnel. Respecto a los puentes, tal como se ha hecho en los sistemas de gestión de puentes, es posible definir un índice combinado, que exprese en que medida el puente ofrece seguridad al paso de los vehículos. Este índice puede ser definido por la propia agencia en función de una serie de características estructurales del elemento. sola consideración de una aspectos estructurales basta (enfoque unilateral ofertista),Sin porembargo cuanto lalacompleta efectividad de estructura depende no también de las cargas a que se vea sometida. De este modo, sería posible, asociar a cada puente una probabilidad de falla, la cual sería función de las características estructurales del puente (oferta) y de las cargas que sobre éltransitaran (demanda). De este modo se estaría siendo respetuoso de l enfoque de equilibrio. Así, las acciones sobre puentes, túneles, y en general cualquier elemento colapsable, tanto a nivel de oferta como de demanda, se traducirían en cambiossobre la probabilidad de fall a de dicho elemento. Luego, la manera de evaluar acciones en puentes, por ejemplo, se haría en función del costo social total esperado de la subred que contiene al puente (arcos que unen un mismo par de



nodos). Este costo se calculacomo la suma de los costos de la subred co n puente y sin puente ponderados, estos costos, por la probabilidad de que se den ambas situaciones (probabilidad de que no falle el puente y probabilidad de que si falle respectivamente). Mayores detalles de estos conceptos, así como ejemplos del mecanismo de aplicación a diferentes configuraciones de puentes y túneles (en sene y en paralelo), se pueden encontrar en Retamal (1995).

6. PROPOSICIÓN CONCEPTUAL DE UN SISTEMA DE GESTIÓN VIAL El Sistema de Vial (SGV) a unaque visión sistemática de las tareas la agencia. PorGestión tal motivo, el SGVcorresponde no es otra cosa la misma agencia, razón porque la ucdesarrolla al los objetivos del sistema son los mismos que persigue la agencia: asegurar conectividad, minimizar costos de usuarios y agencia durante la operación sobre la red y provisión de ella, y maximizar seguridad. En suma, el objetivo global del sistema y de la agenc ia es maximizar el beneficio social sujeto a restricciones técnicas y presupuestarias. Para lograr su objetivo, el SGV recoge las características actuales que definen la oferta y la demanda de la red y sus solicitaciones. Estas características son almacenadas en una base de datos única. Con esta información es posible conocer y predecir el estado actual y futuro de la oferta y la demanda, para así definir los equilibrios de corto y largo plazo, los que posteriormente son transformados en índices de comportamiento que permiten efectuar una evaluación técnica de cada arco de la red. De esta evaluación surgen un conjunto de políticas posibles de impleme ntar, las que pueden afectar tanto la oferta como la demanda, y por lo tanto modificar el equilibrio en la red. Estos nuevos equilibrios por medio los costos sociales totales por arco. Posteriormente se optimiza a nivelsondecuantifícados red, proponiéndose undeplan. Esta proposición es modificada por factores externos que dan srcen al plan definitivo, el que es almacenado en la base de datos y ejecutado sobre la red y solicitaciones. Además, con el fin de permitir evaluaciones ex post, se controlan las acciones efectivamente ejecutadas, las que posteriormente también forman parte de la base de datos. Todo este proceso se ilustra en la Figura 5. De este proceso resulta que la información contenida en la base de datos es la siguiente: comportamiento de la oferta y la demanda, acciones efectivamente ejecutadas a la nivel de oferta y demanda, y plan definitivo. Con esta información, la agencia puede realizar evaluaciones ex post y mejorar la gestión interna por medio de comparaciones de las acciones efectivamente ejecutadas con el comportamiento de laoferta y la demanda y con el plan definitivo respectivamente. Como todo sistema, el SGV posee ventajas y desventajas. Entre las ventajas destacan la posibilidad de coordinar la gestión de diferentes tipos deesinfraestructura, modularidad flexibilidad datos única. La desventaja más grande la cantidad delain formación quey se requiere, yy lalosbase esfuerzos que deben hacerse para administrarla.

7. OTRAS APLICACIONES DE LA PERSPECTIVA ALTERNATIVA Antes de concluir conviene hacer una observación metodológica y conceptual. Las ideas que se han presentado bajo el nombre de perspectiva alternativa para la administración vial (visión de arco-red y enfoque de equilibrio), tienen por finalidad alcanzar los objetivos planteados en la sección

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ACTAS DEL SÉPTIMO CONGRESO CHILENO DE INGENIERÍA DE TRANSPORTE (1995) ACTAS DEL SÉPTIMO CONGRESO CHILENO DE INGENIERÍADE TRANSPORTE(1995)

CONCEPTOS PARA EL DESAR ROLLO DE UNA HERRA MIENT A INTEGRAL DE APO YO A LA GESTI ÓN VIAL

introductoria. Sin embargo, esto no significa que la utilidad de dichos conceptos se agote en la proposición de un sistema como el SGV. El enfoque de equilibrio, por ejemplo plantea una serie de desafíos al estudio de la ingeniería de transporte, los cuales tienen implicancias académicas y prácticas. El hecho que la infraestructura esté sujeta a procesos de disminución vegetativa implica que las funciones que modelan la oferta -y por tanto su capacidad- dejan de ser permanentes en el tiempo. De esta forma la idea de que el corto y largo plazo se define en función de vanaciones de la capacidad de la infraestructura deja de tener validez; en estricto rigor el corto plazo no existe. Desde el punto de vista práctico esto se traduce en modificaciones de los estudios de equilibrio en redes de transporte, que, dependiendo de de lasescoger condiciones de tráfico y clima, funciones de costos que perciben losyausuarios al momento una ruta de viaje puedenlascambiar. Estos conceptos incluso son un aporte para las agencias que administran la red vial con objetivos diferentes que los expuestos en este trabajo. Es el caso de la administración de un camino concesionado. Por un lado la visión de arco-red permite abordar todos los tipos de infraestructura presentes en el camino, los cales deben cumplir con ciertas exigencias que impone el Estado. Por otra parte el enfoque de equilibrio aplicado durante todo el período de explotación de la obra, exige que las acciones de conservación sean planificadas considerando tanto las fechas como las técnicas de ejecución, pues las molestias que éstas causan pueden llegar a significar una disminución de los flujos y en consecuencia de los ingresos al concesionario. Por último, cabe destacar que este sistema es responsable de una cierta red. Tal red puede tener el tamaño que la agencia considere pertinente, tanto desde una perspectiva de optimizacion como de inversión de recursos. Así por ejemplo, la agencia puede escoger entre administrar centralizadamente una red considerar vial nacional, o administrar descentralizadamente viales regionales. decisión debiera el tamaño de la red y el nivel de detallevarias que leredes exigirá al sistema, porTal cuanto esto indicará el nivel de optimizacion de los planes a implementar y los recursos necesarios para manejar toda la información que el sistema requiera.

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES A continuación se presenta un listado con las principales conclusiones de este trabajo: a)

Se ha conceptualizado una perspectiva alternativa para administrar una red vial. A ella se le ha denominados visión de arco-red con enfoque de equilibrio. Tal perspectiva requiere de algunos conceptos para poder ser implementada. Estos conceptos son el costo social total por arco y la probabilidad de falla de puentes y túneles.

b)

El decompone arco-red, es que lapero unidad la ellos red se vialSGV es eldebe arco,utilizar el cualuna a suvisión vez se de decir variosasumir elementos, sin básica olvidardeque encuentran íntimamente relacionados a través de la continuidad física de cada arco.

c)

El conjunto de arcos da srcen a la red. Esta debe ser el verdadero centro de la atención de la agencia.

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HER NÁN DE SO LM IN IH AC T. - JAIME RETAMAL P. - ALFREDO SERPELL B.

d)

La coordinación entre los distintos subsistemas puede ser lograda por la misma red; por lo tanto, toda acción emprendida por la agencia, debe ser evaluada en función del impacto que dicha acción pueda causar sobre el arco intervenido y la red adyacente a éste.

e)

El SGV plantea que el carácter microeconomico del mercado de viajes permite utilizar herramientas tanto en la oferta como en la demanda, a fin de llevar al sistema a puntos de equilibrio más óptimos desd e la perspectiva del objetivo global de la agencia. Detrás de este planteamiento está la idea de que el enfoque unilateral subestima las capacidades de la

agencia. f)

De las ideas anteriores surge una proposiciónconceptual para el SGV, la cual se presenta en términos del flujo de información que debe existir en la agencia. Este flujo está representado en Figura 6. En ella se aprecia como desde la red y sus solicitaciones es posible obtener información tanto de la oferta (relacionada con la infraestructura) como de la demanda (relacionada con los usuarios).

g)

Es necesario contar con una base de datos única, la cual debe estar a disposición tanto de quien evalúa y toma decisiones, como de quien ejecuta las acciones sobre la red, ya sea a nivel de oferta como de demanda.

h)

Un buen control de las labores ejecutadas sobre la red, permite almacenar en la base de datos, las acciones efectivamente realizadas, a finevaluar de monitorear en qué se ha materializado el plan de acciones y permitir la eficacia de medida las acciones implementadas (evaluaciones ex-post.)

y)

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Los conceptos de visión de arco-red y enfoque de equilibrio no se agotan en el la definición de un SGV, sino que además plantean varios desafíos a la ingeniería de transporte, tanto desde una perspectiva académica (concepto de corto y largo plazo), como práctica (modificación de funciones de costo con que se calculan los equilibnos en redes de transporte y metodología de evaluación de proyectos enconcesión).

(1995) ACTASDEL SÉPTIMO CONGRESO CHILENO DEINGENIERÍADE TRANSPORTE


Figura 5: Detalle del flujo deinformación en el SGV


HERNÁN DE SOLMINIHAC T. - JAIME RETAMAL P. - ALFREDO SERPELL B„

Figura 6: Estructura funcional del SGV

AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen el apoyo económico y técnico brindado por la Dirección Nacional de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas de Chile, sin cuya concurrencia no habría sido posible llevar adelante esta investigación.

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CONCEPTOS PAR A El DESARROLLO DEUNA HERR AMIENT A INTEG RAL DE A POYOA LA GESTIÓ N VIAL

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MODELOS PARA LA DETERMINACIÓN DE COSTOS ADICIONALES DE USUARIO DURANTE LA EJECUCIÓN DE OBRAS VIALES EN CAMINOS INTERURBANOS Hernán de Solminihac T.' Ricardo Montecino L.

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RESUMEN

Durante la materialización de las acciones de conservación o rehabilitación de los caminos interurbanos, normalmente se producen alteraciones que generan apreciables impactos en los alrededores de la vía, especialmente en épocas críticas como temporadas turística y fines de semana. Estos impactos no son debidamente consideradas en la evaluación de la etapa de ejecución de los proyectos. Una de las razones es la carencia, en la actualidad, de una herramienta y metodologías específicamente diseñadas para determinar los costos que a la sociedad generan estas alteraciones, ni la forma de internalizarlas a los que lasgeneran. En este estudio se analizan algunos m odelos que agregados, posibilitan la cuantificación de los costos adicionales provocados a los usuarios debido al cierre de pistas y otras capacidad vía, durante de los dis trabajos vías interurbanas. En alteraciones la elección ya la búsqueda de de los lamodelos se hanla ejecución debido analizar tintos en factores que afectan la oferta de la vía (determinada principalmente por el tipo de control de tránsito y por la capacidad de las vías durante los trabajos) como también la forma en que la demanda actúa sobre ésta (flujo y sus características durante las horas del cierre de pistas), para la determinación de los costos. Dentro de los modelos considerados se encuentran aquellos quepermiten: determinar las velocidades en distintos tramos de la zona, en base a relaciones flujo - velocidad, diagramas de cuantificación de demoras y colas promedio que sufren los usuarios en la zona, y la simulación de aquellas formas más características de control de tránsito utilizadas en las obras viales interurbanas. Entre estas últimas están el uso de banderilleros, semáforos simples y desvíos (para caminos de dos pistas bidireccionales). Por otro lado, para caminos on c más de una pista por sentido, se consideró principalmentela opción de cerrar una o más pistas. De este conjunto de modelos se pudo generar una herramienta capaz de sistematizar los cálculos y permitir una calibración en el tiempo de sus modelos, lo que en el mediano plazo debiera transformarse en un gran aporte a la evaluación más integral de los proyectos. Esto debiera complementarse con una implementación de mejoras tanto ai el control de las obras, como en la gestión del tráfico en ellas, siendo para ello necesario lograr la internalización de los costos provocados a los usuarios, en los contratistas; especialmente durante los procesos de licitación y selecci ón del ejecutor de las obras.

1 Ph.D. Profesor del Departamento de Ingeniería y Ge stión de la Construcción. Escuela de Ingeniería de la ontificia P Universidad Católica de Chile. Casilla 306 Correo 22. Santiago. 2 Investigador, Servicio deIngeniería Vial Pontificia Universidad Católica de Chile. Casilla 306, Correo 22. Santiago.


MODELOS PARA LA DETERMINACIÓN DE COSTOS ADICIONALES DE USUARIO DURANTE LA EJECUCIÓN DE OBRAS VIALES EN

INTRODUCCIÓN La ejecución de obras viales trae consigo gran cantidad de extemalidades que los afectados se ven cada día menos dispuestos a aceptar, e indirectamente pagar. Entre las áreas involucradas se encuentran negocios, particulares del sector, medio ambiente y usuarios de la vía (de Solminihac, 1992). Para el análisis de los impactos sufridos por estos últimos, en otros países se han desarrollado herramientas computacionales entre los que se encuentra el QUEWZ (Memmott y Dudek, 1984), desarrollado enel estado de Texas. También se han realizado distintos estudios para permitir la cuantificación de los impactos que se generan en las distintas áreas durante la materialización de las obras de mantención y rehabilitación de carreteras, a fin de obtener una mejor planificación y administración de los trabajos y con ello una disminución de los costos totales de los proyectos considerando ciertas extemalidades. La consideración y minimización de los impactos (costos) que sufren los usuarios que atraviesan zonas donde se ejecutan obras viales se torna cada día en una necesidad más imperiosa, haciéndose necesario lograr una gestión más eficiente de ellas, a través de una evaluación más íntegra de los proyectos. Sin embargo, para lograr este objet ivo deben generarse o adaptarse modelos que permitan la cuantificación de las extemalidades. Esto ayudará en la búsqueda deun acercamiento al óptimo social de la inversión realizada en la infraestructura vial. Este estudio apunta en ese sentido, buscando mejorar la gestión del tránsito en las obras ubicadas en caminos interurbanos, mediante la cuantificación de los costos adicionales que sufren los usuanos por pérdida de tiempos y costos adicionales de operación de los vehículos. En este documento se presenta una forma de determinar costos adicionales que sufren los usuarios en su paso por la zona de trabajos, a través de una serie de modelos tomados de otras realidades, o desarrollados y adaptados para la realidad chilena. Es importante destacar que este trabajo se enmarca dentro de un proyecto de investigación desarrollado para el Departamento de Gestión de Pavimentos de la Dirección Nacional de Vialidad, del Ministerio de Obras Públicas de Chile, denominado "Desarrollo de una Metodología de Evaluación de Impactos Negativos en la Ejecución de la Conservación de Pavimentos".

PRINCIPALES IMPACTOS SUFRIDOS POR LOS USUARIOS DURANTE LA EJECUCIÓN DE OBRAS VIALES Los principales impactos que afectan a los usuarios que pasan por las zona están relacionados con la alteración que produce la materialización de las obras, que se ve incrementado por un sistema de gestión de tránsito, generalmente inadecuado, ineficiente o insuficiente, que se traduce en tres impactos importantes: demoras adicionales para los usuarios de la vía, consumo adicional de recursos en la operación de los vehículos y un aumento en la tasa de accidentes en la zona. Los primeros, es decir las demoras, están dadas por el tiempo adicional que requieren los usuarios para atravesar la zona, con respecto a la situaciónsrcinal del camino sin obras en él. Estas pueden

ACTAS DEL SÉPTIMOCONGRESO CHILENO DE INGENIERÍADE TRANSPORTE(1995)

HERNÁN DE SOLMINIHAC T. - RICARDO MONTECINO L.

llegar a ser muy importantes, especialmente en casos en que los vehículos deben detenerse y esperar en largas colas su posibilidad de paso por la zona, como es el caso de zonas de trabajo de longitud apreciable y controladas por banderilleros. En segundo lugar se encuentra el aumento en el consumo de recursos producto de los cambios de velocidad que sufren los vehículos en la zona y de los aumentos de la rugosidad de la vía producto de desvíos temporales. Finalmente se encuentran los accidentes, que tienden a aumentar con la existencia de las obras producto las alteraciones que provocan, generando desconcierto y desconcentración a los conductores. Estos son complicados de modelary por lo tanto no se han considerado en este estudio.

VELOCIDADES Y CAPACIDADES EN LA ZONA DE TRABAJO Para comparar las situaciones normal y durante la ejecución de las obras, es necesario analizar las velocidades en ambos casos. Para ello se determina lavelocidad normal o de aproximación a la zona (SPap), que es aquella previa a la existencia de los trabajos, a través de una curva flujovelocidad típica para este tipo de vías. Para la situación de la zona durante os l trabajos, es necesario calcular otras velocidades en distintos puntos de la zona, entre las que se encuentran las siguientes: - Velocidad al interior de la zona de trabajo (SPwz), también determinada a través de una curva flujo-velocidad, pero en este caso la capacidad de la zona es menor, producto del cierre de pistas o de cambios en la geometría de ésta. - Velocidad en cola (SPq), es la velocidad de los vehículos en aquellas colas que se generan producto de una dramática disminución de la capacidad en la zona (sin llegar a ser nula), respecto de la demanda sobre ella, existen relaciones empíricas para la obtención de su valor. - Velocidad mínima en la zona (SPmn), esta puede llegar a ser nula (cuando se forman colas) y es importante en la determinación de consumos y demorasadicionales. Estas velocidades son parámetros necesarios para la determinación de las demoras y costos de operación de los vehículos, permitiendo comparar las situaciones antes de la instalación de la zona de trabajo y durante la ejecución de las obras. El modelo computacional generado a partir de los modelos mencionados en este artículo permite además el ingreso de los datos de velocidad en forma externa al programa, permitiendo así su adecuación a condiciones muy especiales de una zona, en caso de considerarse necesario. Otro parámetro importante es la capacidad que tiene la o las vías durante la ejecución de los trabajos, pues esta se ve alterada por la implementación de medidas para el manejo del tránsito siendo las principales: el cierre de pistas y el desvío por vías de habilitación temporal.


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MODELOS PARA LA DETERMINACIÓN DE COSTOS ADICIONALES DE USUARIO DURANTE LA EJECUCIÓN DE OBRAS VIALES EN ...

Para la determinación de la capacidad de la vía al interior de la zona de trabajo (CAPWZ) en otros países se han realizado mediciones en muchas obras (Dudek y Richards, 1982), obteniéndose saí estadísticas que permiten buscar valores adecuados para la evaluación de cada zona, en función de ciertos parámetros considerados importantes como: y -

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- la proporción de vehículos pesados en la zona - la capacidad normal en la zona - la configuración de cierre de las pistas - la intensidad de los trabajos La capacidad de la zona permitirá determinar el noemero de vehículos que pasa por la zona durante la realización de los trabajos, y por ende también los que quedan en cola, con las demoras que sufren en el proceso. Específicamente, en el caso de las zonas de trabajo ubicadas en caminos bidireccionales de dos pistas se agrega otro factor, cual es el manejo del paso alternado de los vehículos que vienen por ambos extremos de la zona, por sólo una pista abierta. En este caso la forma en que esto se asigne será muy importante, pues la capacidad en la zona de trabajo tiene una componente nula cuando los vehículos esperan su posibilidad de paso por la pista única (cuando están en rojo).

ASIGNACIO DEL PASO EN CAMINOS BIDIRECCIONALES DE DOS PISTAS En las zonas de trabajo con operación alternada de paso por la pista única (ver esquema de este tipo de zonas en la Figura 1), se debió modelar la forma en que el banderillero asigna el paso a los vehículos de ambos sentidoas cabo de latrabajos zona. Para ello una vez realizadas y medici ones a algunas zonas donde se llevaban durante el verano de 1995 visitas (de Solminihac et al., 1995), se decidió considerar el denominado "gap o espacio suficiente" para la asignación del paso por parte del banderillero. Este consiste en considerar la demanda constantedurante la hora, es decir, una tasa de llegada de llegada constante, correspondiente lainverso del flujo horario. Sin embargo, sólo parael proceso de asignación (decisión del cierre del paso a un sentido) se agrega a la tasa determinada, una componente de generación aleatoria que permite considerar en cierta forma el hecho que los vehículos no llegan en forma continua a la zona.

Figura 1: Esquema de una zona de trabajo controla da por bandereros,con una pista de usoalternado. . ••

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Así el gap determinado entre vehículos se compara con un valor denominado "gap crítico", que es el tiempo que el banderero espera para proceder a cerrar el paso a los vehículos por su lado y que tiene su srcen en mediciones de visibilidad de la zona. En caso que la demanda sea muy alta y que por lo tanto el espaciamiento entre vehículos sea muy pequeño, no permitiendo la generación del espaao de tiempo que cumpla con este criterio, existe otra restricción que el banderero utiliza, denominada "rojo máximo", que es de aproximadamente 30 minutos de paso continuo de vehículos en un sólo sentido, tras el cual el banderero se veobligado a dar el paso. Este celtimo valor se obtuvo de encuestas realizadas a bandereros de varias zonas de trabajo visitadas. Una tercera restricción es aquell a denominada "tiempo mínimo de paso" para un sentido. Esta tiene como objetivo considerar que el banderero no cierra el paso en un extremo, sino después de una cierta espera, aún cuando la demanda sea muy baja (con espaciamientos muy altos), esperando así un tiempo mínimo para proceder a cerrar la zona si ningún vehículo aparece. La interacción de estas tres restricciones define la asignación y distribución del paso de los vehículos desde ambos lados de la zona. En la Figura 2, se presenta el esquema que determina estas asignaciones.

Figura 2: Interacción de restricciones que modelan el trabajo del banderero Recordemos que para el caso de caminos con más de una pista por sentido, a los cuales se les ha cerrado algunas pistas (dejando siempre al menos una abierta por sentido), no es necesario realizar asignación, pues los vehículos se van autorregulando en su ingreso a las pistas abiertas.


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MODELOSPARA LA DETERMI NACIÓNDE COSTOS ADICI ONALES DE USUARI O DURAN TE LA EJECUCI ÓN DE OBRA S VIA LES EN

DEMORAS GENERADAS POR LA FORMACIÓN DE COLAS El componente más importante de las demoras producidas a los usuarios se debe a la formación de colas en los extremos de la zona, producidas por aumentos de la demanda por sobre la capacidad, que se encuentra reducida durante la materialización de las obras, por los siguientes efectos: - Compartimiento de una pista: por ejemplo el caso de una zona controlada por banderilleros - Aumento de la rugosidad: en desvíos temporales - Cierre de pistas: en caminos de doble calzada, donde los vehículos son desviados a las pistas que se mantienen abiertas El hecho que la capacidad sea en algún momento menor que la demanda que llega a la zona, genera las colas. Luego, es importante mejorar o mantenerse lo más cercano posible a la capacidadsrcinal de la zona, especialmente en lugares en que no existen vías alternativas para los usuarios y donde la demanda posee horarios punta que saturan la zona. Una vez analizados los criterios que determinan la asignación del paso de los vehículos que llegan por ambos extremos de la zona y el cómo se componen los ciclos de pasadas de vehículos por la zona, se presentan a continu ación los modelos utilizados para determinar las demoras en cola.Para ello nuevamente utilizaremos conceptos del estudio de intersecciones aisladas, como son las llamadas "Curvas Acumuladas" (Pistick, 1990), derivadas a partir de la teoría de colas. Los utilizados en para el caso de los caminos bidireccionales dependen fundamentalmente de losmodelos siguientes aspectos: - Verdes y rojos asignados a cada lado de la zona, los que a su vez dependen de los flujos que llegan a la zona, de la forma deresponder de los bandereros ante ellos. La capacidad de los accesos y al interior de la zona durante los trabajos es también muy importante. - Longitud de la pista cenica porque, en conjunto junto con la capacidad de la vía, determinan los tiempos de travesía, que son aquellos en los que se generan colas en ambos extremos de la zona (por estar ambos extremos en rojo). En el esquema de la Figura 3 se puede ver un típico diagrama de curvas acumuladas, en el cual se gráfica cantidad de vehículos acumulados vs. tiempo, en uno de los extremos de una zona controlada por banderilleros. El área encerrada entre las curvas de oferta (capacidad de la vía)y demanda (flujo horario en la zona), corresponde a la demora generada por las colas formadas.


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Figura 3: Diagrama de curvas acumuladas, vehículos versus tiempo, para un extremo de una zona controlada pr banderilleros Dentro de estas áreas de demora, si se toma un elementos vertical en un instante "t" se obtiene la cantidad de en esedem omento. Por lado, si se En realiza lo mis4mse o en formaa horizontal sevehículos obtiene laacumulados demora individual un vehícul o "otro j " cualquiera. la Figura present este efecto, donde además se puede observar que la pendiente de la curva de capacidad (salida de los vehículos) tiene que ser mayor que la de llegada de los vehículos, para lograr disipar la cola y hacer tender las demoras a cero.


MODELOS PAR A LA DETERMI NACIÓN DE COSTOS ADICIONA LES DE USUARI O DURANTE LA EJECUCIÓN DE OBRA S VIA LES EN ...

Figura 4 Parte del área de demora ysu significado geométrico En el esquema también puede advertirse que la oferta sufre importantes vanaciones con el sistema de bandenlleros. Las programaaon de las variaciones de la oferta (capacidad), dependen de la coordinación entre los banderilleros en ambos extremos, quienes están a cargo de la asignación del paso en la zona. Los posibles estados en que se encuentra la oferta en un extremo de la zona, para este tipo de control de tránsito son: a) Capaadad Nula: es cuando el banderero tiene la señal roja en suextremo y en la Figura 3 se ve representada por lineas horizontales. b) Capacidad al interior de la zona: está dada por la cantidad de vehículos que pueden ingresar a la zona por unidada de tiempo (veh/hr), lo que depende de sus características geométricas y dea l composición del flujo que la cruza (a mayor cantidad de vehículos pesados, menor es la capaadad). En la Figura 3, esta se representan por lineas inclinadas ubicadas después de la etapas de capacidad nula, pues se generan en el instante en que se da el verde.



Las variaciones de la demanda vehicular en cambio, se han determinado como el flujo horano estimado por hora, es decir sólo se ha considerado que varían de hora en hora. La aleatonedad de la llegada de los vehículos, antes mencionada, sólo es tomada en cuenta para el proceso de decisión respecto al cierre (rojo) o no de ese extremo de la zona, ante la generación de espacios importantes entre vehículos que viajan en un mismo sentido. La forma de determinar las demoras totales sufridas por los distintos vehículos en una hora cualquiera analizada, resultan de la agregación de las demoras individuales de cada vehículo en ella. Para ello se debe área encerrada entre curvas dedeoferta (capacidad) y demanda (flujo vehicular), es determinar decir el áreaelachurada de la Figur a 3. las Para el caso vías con más de una pista por sentido las variaciones ocurren de hora en hora, como se ve en la Figura 5.

Figura 5: Diagrama de curvas de demora para un camino sin variación de la capacidad dentro de la hora (Fuente: Memmott y Dudek, 1984) En la práctica lo que se realiza es determinar en forma geométrica el área total de demora, pero en función de los vehículos acumulados en el tiempo, es decir se suman los elementos verticales antes mencionados. Además los instantes de tiempo considerados son pequeños para el caso de los análisis de banderilleros, pues los cambios en la oferta son más bruscos y sólo de esta forma son capturados. Las ecuaciones que determinan las demoras se presentan a continuación, siendo adaptaciones del análisis utilizado en el desarrollo del programa QUEWZ (Memmott y Dudek, 1984).


MODELOS PARA LA DETERMINACIÓN DE COSTOS ADICIONALES DE USUARIO DURANTE LA EJECUCIÓN DE OBRAS VÍALES EN

ACUMi = ACUMi-1 + (Q¡ - CAPWi) * Ti donde. ACUMi: Vehículos acumulados en el instante i (ven) Q¡ : Vehículos que llegan en i (veh/hr) CAPWi : (veh/hr) Capacidad de la zona de trabajo en i (salidas). Cuando está en rojo es nula T,

: Período de análisis (es conveniente usar una granularidadpequeaña, por ejemplo l segundo) (hr).

Luego, la demora en un período "i" cualquiera está dada por el promedio de los acumulados al principio y final de éste (En caso que la cola se disperse en algún instante, la demora en cola pasa a ser nula): DQUEi = (ACUMi-1 + ACUMi) / 2 donde: DQUEi : Demora en el periodo i Luego, para determinar las demoras totales en una hora "h" cualquiera, se deben sumar las demoras de todos los períodos incluidos en ella, como se muestra en la siguiente ecuación:

donde: DQUEh h n DQUEi

: Demora total en la hora "h" : Hora analizada : Períodos considerados en la hora "h" : Demoras en el período "i"

Para el análisis de zonas ubicadas en caminos de más de una pista por sentido (es decir no controlada por bandenlleros), el período de tiempo considerado para la acumulación de vehículos (T¡) es la hora.

COSTOS ADICIONALES DE OPERACIÓN Los cambios de velocidad producidos en la zona de trabajo, así como los aumentos de rugosidad de los desvíos temporales y el mayor consumo al estar detenido en cola, son algunos efectos que redundan en un mayor consumo respecto de la situación normal de paso por la zona (sin trabajos sobre ella). Los primeros fueron considerados mediantemodelos obtenidos en el desarrollo eld



programa QUEWZ, con algunos parámetros variados como la incorporación de los costos sociales de MIDEPLAN, y otros tomados de otros estudios (González et al., 1989). En el segundo caso, se utilizó el programa VOC (Paterson et al., 1989) con las calibraciones para Chile (González et al., 1989), determinándosecurvas de costo deoperación versus IRI(Montecino, 1995). Finalmente para el caso de los mayores consumos al ralentí, se obtuvieron tasas en esa condición (Zaniewski et al., 1981), las cuales se aplicaron mientras los vehículos estuviesen en la cola, para el caso de control a través de banderilleros.

CUANTIFICACION Y USO DE LOS COSTOS ADICIONALES DE USUARIOS Una vez determinadas las demoras y consumos adicionales, se procedió a cuantificarlas, mediante el uso del vector de precios sociales de MIDEPLAN, analizando los impactos que la congestión causa al país en su conjunto. El uso del modelo completo tiene como objetivo fomentar la incorporación de los costos generados durante la materialización de las obras de rehabilitación de vías interurbanas. En este estudio sólo se han considerado los costos adicionales provocados a los usuarios (demoras y operación), sin incluir aquellos producto de los accidentes, ni otros impactos que afectan a otras áreas como los negocios, medio ambiente, instituciones públicas, etc. La intemalización de este impacto en los contratistas, como también almandante, debieran incentivar a una ejecución más expedita ymenos alteradora del entorno de la vía.Para ello en un comienzo se deberá considerar una suave, pero creciente, consideración de los costos ocasionados. Para ello, se ha pensado en su incorporación en los procesos de llamado a propuesta y licitación de obras, premiando así a aquellas empresas que se comprometan a una gestión más eficiente de las obras y castigando a aquellos que no cumplan o no consideren el tema en forma adecuada. En este esquema, el contratista deberá conocer cuándo y cómo molesta en forma más importante a los usuarios, para así programar mejor sus obras o considerar otras alternativas como por ejemplo el uso de maquinaria de construcción expedita, para lograr llevarse la propuesta y posteriormente evitar multas, o incluso ganar premios. Por otro lado, el mandante debiera informar al contratista de los costos que podrían sufrir los usuarios de la vía y la forma en que se considerarán durante el proceso de licitación y posteriormente durante la ejecución (multas o premios). Para ello el mandante deber realizar un análisis previo de los costos adicionales de usuarios, según distintas alternativas posibles de trabajo (horarios, configuración de cierres) y las características de la zona. Así se busca permitir que cada contratista tenga alternativas de análisis, eligiendo aquella más acorde con sus propias capacidades y que logre el menor costo total buscado (costos de construcción y congestión). Los resultados de algunos estudios simulados de comparación de ofertas en una licitación, considerando los costos adicionales de usuarios en la propuesta, han demostrado que podrían variar de manera importante la asignación de éstas, por la importante magntud que los costos alcanzan en


MODELOS PARA LA DETERMINACIÓN DE COSTOS ADICIONALES DE USUARIO DURANTE LA EJECUCIÓN DE OBRAS VIALES EN ...

algunos casos y el hecho de que las alternativas de solución permiten vanar en forma importante estos costos. De esta manera se debiera lograr un mayor acercamiento al óptimo de la ejecución de obras, en base no sólo al costo directo de construcción, sino también en base al efecto que estas obras generan en otras áreas, que como se dijo cada día están menos dispuestos a aceptar los impactos que los afectan.

CONCLUSIONES A pesar de ser varias las áreas afectadas por los trabajos realizados en caminos interurbanos, sólo algunos de los impactos son actualmente uantific c ables. En este caso se han modelado los costos adicionales que sufren los usuanos, producto de las demoras y mayores costos de operación. El conjunto de los modelos mencionados permiten la evaluación de alternativas de gestión de la ejecución de obras en caminos interurbanos en base al mínimo costo total, considerando a éste como la suma de los costos adicionales que ufren s los usuanos, más los costos de construcción. Entre las opciones para caminos de tipo bidireccional se encuentra el análisis del control mediante bandereros y el análisis de desvíos temporales para evitarel paso alternado de los vehículos por una pista. Para el caso de vías de más de una pista por sentido,se considera como medida el cierre de sólo algunas pistas, dejando al menos una para el tránsito por cada sentido. La forma de implementar la internalización de los costos adicionales de usuarios debe estar apoyada con uso de incentivos castigospara paraque lograr un cambio arelación de los contratist debeelentregárseles ciertaolibertad puedan buscar de la ctitud óptima entreas.losAdemás costos que provocan a los usuarios con el sistema de gestión escogido, el costo total de construcción, de acuerdo a un uso más eficiente de sus capacidades de trabajo (programación, equipos, etc.).

AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen el apoyo técnico y económico brindado porla Dirección Nacional de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas de Chile, sin el cual no habría sido posible llevar adelante esta investigación.

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(1995)

METODOLOGÍA DE SELECCIÓN DE TRAMOS MUÉSTRALES PARA CALIBRAR MODELOS DE DETERIORO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Garios Videla Cifuentes, PhD Hernán de So!mininac T., PhD Rodrigo Gaete P., MSc Marcelo Gastón Bustos Sánchez Pontificia Universidad Católica de Chile, Escuela de Ingeniería Departamento de Ingeniería y Gestión de la Construcción Casilla 306 Correo 22, Vicuña Mackenna 4860, Santiago Fono: (56-2) 552-2375 anexo 4806 - Fax: (56-2) 552-4054

RESUMEN

Los modelos de deterioro de pavimentos asfálticos desarrollados por el Banco Mundial a través del HDM-HI pueden adaptarse, mediante el ajuste de ciertos factores de calibración, a la realidad de los caminos de un país o región específicos. En este estudio se propone una metodología para realizar dicho ajuste utilizando la técnica de "ventanas", seleccionando caminos que tengan similares características pero distintas edades. A tal efecto, deben definirse niveles cualitativos y rangos dentro de cada nivel para las vanables representativas de un pavimento (tránsito, capacidad estructural, tipo de estructura y condiciones climáticas). Dichos rangos se determinan mediante un proceso iterativo que posibilita obtener, para cada combinación de niveles de las variables consideradas (o "categoría" de camino) que se dé en la práctica, un conjunto de tramos muéstrales mediante los cuales se pueden reconstruir las curvas de evolución del deterioro con bastanteconfiabilidad Estos modelos, una vez calibrados, serán muy útiles para ser usados en determinar programas de mantenimiento tanto a nivel de red como para proyectos específicos, por ejemplo, las concesiones.

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CARLOSVIDEIA - HERNÁN DE SOLMI NIHAC -RODRIGO GA ETE - MARCELO BU STOS

1.

INTRODUCCIÓN

1.1

ANTECEDENTES Y ALCANCES DEL ESTUDIO

La Dirección de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas de Chile se encuadra llevando a cabo un proyecto denominado "Investigación e Implementación Sistema de Gestión Vial", cuyo objetivo central es la implementación de un sistema integral para la gestión vial, que incluya todos los aspectos necesarios para la optimización de los recursos destinados a este sector. En este marco se inició en 1984 una extensa investigación, en la cual trabajaron dos importantes universidades chilenas. Una parte importante de estas investigaciones consistió en el estudio de los modelos de comportamiento de los pavimentos asfálticos, que permiten estimar su deterioro a lo largo de la vida útil y posibilitan una adecuada planificación del mantenimiento y conservación de los caminos integrantes de la red vial. A tal efecto, se emplearon los modelos de comportamiento desarrollados por el Banco Mundial en la tercera versión del "Hghway Design and Maintenance Standards Model", HDM-IH. Para el ajuste de dichos modelos a las condiciones chilenas, la Pontificia Universidad Católica de Chile desarrolló una metodología, implementada ai un programa computacional. Utilizando mediciones del deterioro efectuadas en tramos testigo durante las investigaciones mencionadas, se obtuvo una calibración preliminar de los modelos de comportamiento (Gaete et al, 1991). Sin embargo, pese a la diversidad de variables registrada en los tramos testigo seleccionados en dichas investigaciones, se presenta el inconveniente del reducido período de mediciones (menos de 6 años), lo cual no asegura una adecuada confíabilidad en predicciones del comportamientoa largo plazo. Para expandir el espacio de inferencia, contando con una mayor muestra de tramos, y especialmente disponer de un período más amplio de observación del deterioro de los pavimentos sin tener que efectuar seguimientos durante lapsos muy prolongados, se puede acelerar este proceso realizando un análisis sobre "ventanas", es decir, muestras que abarquen distintas edades de pavimentos pero presentai características similares (sobre todo en cuanto a estructura, tránsito y clima); ello permitiría posteriormente comparar los resultados con los modelos adaptados y validar los factores de calibración previamente obtenidos. En este artículo se describe en detalle la metodología de "ventanas" utilizada para la definición de nuevos tramos muéstrales y posterior calibración de los modelos de deterioro en pavimentos asfálticos, en base a las siguientes etapas: a)

Definir las variables explicativasdel deterioromás importantes;

b) c)

Formular elnivel factori experi ento en base dichas variables; Determinar esayl del rangos pormnivel para lasavariables involucradas, de acuerdo a criterios previamente establecidos; Seleccionartramos de caminos que tengan condiciones similares para las distintas combinaciones de variables a ser analizadas; Definir una metodología de calibraciónde modelos de deterioro en base a los datos medidos.

d) e)


METODOLOGÍA DE SELECCIÓN DE TRAMOS MUÉSTRALES PARA CALIBRAR MODELOS DE DETERIORO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

1.2

MODELO S DE DETERIORO DE PAVIM ENTO S ASFÁLTICOS

Un Sistema de Gestión de Pavimentos (SGP) es una herramienta analítica que permite evaluar técnica y económicamente politicas de construcción, mantención y explotación de caminos. En estos sistemas, los modelos de comportamiento (o modelos de evolución del deterioro) de los pavimentos desempeñan una función importantísima, ya que al predecir cómo se va a deteriorar un camino a lo largo del tiempo permiten prever qué acciones de conservación ejecutar y cuándo llevarlas a cabo, con lo cual es factible optimizar los recursos destinados a este fin. Para ello es imprescindible contar con modelos conceptualmente adecuados, a lasdeseada. condiciones de la zona o país donde se utilizan, ya que de lo contrario no se logra lacalibrados optimización En los países en vías de desarrollo frecuentemente es necesario recurrir a créditos, otorgados por instituciones internacionales, para financiar la conservación de las redes de caminos. A efectos de brindar una herramienta que permitiera evaluar y fundamentar las políticas de conservación, el Banco Mundial llevó a cabo una serie de estudios que srcinaron el "Highway Design and Maintenance Standards Model" o HDM (Watanatada et al., 1987), que actualmente se encuentra en su tercera versión. En la Figura 1 se muestra la forma general de los principales modelos utilizados por el HDM-IÍI (Paterson, 1987), para predecir la evolución de diferentes tipos de deterioro en pavimentos asfálticos, como ser: - Grietas (angostas y anchas) - Pérdida de áridos

-- Baches Ahuellamiento - Irregularidad superficial Para estos detenoros es factible predecir su momento de inicio (salvo en los dos últimos) y su progresión a lo largo del tiempo, a través de modelos diferentes pero interrelacionados. Todos los modelos poseen factores de calibración K¡, los cuales valen 1 para las condiciones srcinales del estudio HDM-III realizado en Brasil, y pueden modificarse para otras realidades diferentes. El modelo de progresión de la irregularidad superficial (o rugosidad) de un pavimento asfáltico, por ejemplo, es del tipo incremental (Paterson, 1987), es decir predice la vanación anual de la irregulandad superficial en unidades IRI (m/km): DQId = 13 Kgp [ 134 e°023 ***Ata:3 (SNCK + 1)"' YE4 + 0.114 (RDS d - RDSa)

(1)

+ 0.0066 DCRXd + 0.42 DAPOTd ] + Kse 0.023 QIa donde: donde: SNCK : SNCK : YE4 YE4 AGE3 AGE3 RDS¡ RDS¡ DCRXd : DCRXd :

parámetro de capacidad estructural parámetro de capacidad estructural tránsito acumulado, en ejes equivalentes tránsito edad delacumulado, pavimento en ejes equivalentes edad del pavimento desviación estándar del ahuellamiento desviacióndel estándar del ahuellamiento vanación área agrietada durante el período considerado vanación del área agrietada durante el período considerado ACTAS DEL SÉPTIMO CONGRESO CHILENO DE INGENIERÍA DE TRANSPORTE (1995)

mm

]

3]

CARLOS VI PELA - HERNÁN DE SOLMINIHAC - RODRIGO GAETE - MARCELO BUSTOS

DAPOTd : Kgp y Kg e :

variación del área con baches durante el mismo período factores de calibración del modelo

Calibrar este modelo significa encontrar los valores de Kgp ye que Kg mejor se ajustan a las condiciones imperantes; ello puede hacerse de distintas maneras, como veremos a continuación.

1.3

MET ODO LO GÍA S DE CALIBRACIÓN DE MODELO S DE DETERIORO

Para calibrar un determinado modelo de deterioro es necesario un conjunto de datos de terreno que permita reconstruir la curva de comportamiento, debiendo abarcar un período más o menos prolongado. La calibración, para los modelos HDM-IU, consiste en encontrar los factores K¡ que logren el mejor ajuste entre la curva del modelo y los datos medidos. Existe un programa computacional desarrollado por la Pontificia Universidad Católica de Chile, denominado "Sistema para la Autocalibración del Deterioro" oSAD (Gaete et al., 1991), que permite efectuar dicho ajuste minimizando la sumatoria de los cuadrados de las diferencias entre el modelo calibrado y los datos observados (SSD), según se muestra en la Figura 2. Según la forma de obtención de los datos, pueden definirse dos metodologías de calibración. La primera se usó en las calibraciones realizadas enosl estudios anteriores (Videl a et al., 1992), y consiste en ir registrando la evolución del deterioro de un mismo pavimento a lo largo de un intervalo relativamente prolongado (5 años, en el estudio mencionado); se obtiene de esa forma un modelo calibrado por tramo testigo. Pero deben registrarse datos por un período más largo aun si se pretende un buena confiabilidad en la predicción. La segunda manera de efectuar la calibración es a través del método de "ventanas". Dicho método, ilustrado en la Figura 3, consiste básicamente en seleccionar una serie de tramos que tengan características similares pero edades diferentes, a fin de registrar el estado de deterioro de cada uno y reconstituir la curva de comportamiento. Se define como "tramo" un sector de camino que en toda su extensión presenta uniformidad en sus variables más representativas, como ser estructura, tránsito, geometría, etc. (Videla et al., 1992). Ejemplificando, supongamos que todos los tramos de tipo "A" tienen valores similares de tránsito, capacidad estructural, condiciones ambientales, etc. Cada tramo es una "ventana". Puede suponerse que los modelos de comportamiento de dichos tramos individuales serán muy parecidos, por lo cual podrían asimilarse a un pavimento único. Si las "ventanas" seleccionadastienen edades suficientemente distintas, los datos de deterioro registrados para un mismo modelo deberían presentar la misma tendencia de comportamiento a través los años,rugosidad, y ello nosetc.) posibilitaría calibrar los modelos para para los diferentes tiposK¡.de Para deterioro (grietas,de baches, obteniendo determinados valores los factores otro conjunto de tramos o "ventanas" con características de tipo "B" diferentes a las "A" (por ejemplo, tránsitos mayores y/o condiciones climáticas más desfavorables), los datos deberían presentar tendencias distintas, y ello modificaría los valores de K¡ obtenidos al realizar la calibración. Llamaremos "categoría" cada combinación de niveles de variables representativas que definen similaridad de características. Cada categoría que se dé en la práctica tendrá sus propios factores de calibración K¡.

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l oo ^ ^

ACTAS DEL SÉPTIMO CONGRESO CHILENO DE INGENIERÍA DE TRANSPORTE (1995) ACTAS DEL SÉPTIMO CONGRESO CHILENO DE INGENIERÍADE TRANSPORTE(1995)


El método de ventanas nos permite realizar las mediciones del deterioro en un plazo muy breve (simultáneamente para todas las "ventanas"), y puede evaluarse una mayor cantidad de tramos y categorías, ampliando el espacio de inferencia de la calibración. Los modelos calibrados según este método representan condiciones medias dentro de cada categoría, por lo cual son muy útiles para ser usados en evaluaciones de políticasde mantenimiento a nivel de una red vial.

2.

DE FI NI CI ÓN DE LAS VARIABLES INDEPENDIENTES

Analizando los modelos provistos por HDM-IH, se puede establecer que la evolución de los distintos tipos de deterioro depende fundamentalmente de cuatro variables globales: tránsito, edad del pavimento, condiciones climáticas imperantes y capacidad estructural (que involucra espesores de capas, calidad de materiales constituyentes, terreno de subrasante, etc.). Dichas variables definen tanto el inicio como la progresión del deterioro.Asimismo, la existencia de algunos tipos de deterioro influye considerablemente en la progresión de otros; por ejemplo, la pérdida de áridos y el agrietamiento resultan muy importantes en el futuro incremento de los baches, y éstos a su vez contribuyen a aumentar la rugosidad (Paterson, 1987). En una primera etapa, se seleccionarán para este estudio pavimentos que tengan similares características generales a efectos de clasificarlos por categorías; para ello deberían emplearse sólo variables que puedan ser conocidas a priori, básicamente las cuatro antes mencionadas. Una vez elegidos los tramos y medido su estado actual de deterioro, la calibración se realizará teniendo en cuenta la interrelación de los distintos tipos de deterioro, talcomo lo define HDM-III. A continuación se describen brevemente las variables que se utilizan para realizar la selección.

2.1

TRANSITO

Los modelos de deterioro del HDM-III utilizan por lo general el tránsito acumulado en ejes equivalentes (EE) a lo largo del tiempo (Paterson, 1987), pero a efectos de nuestro análisis es suficiente considerar la cantidad diaria de EE que pasan por un tramo a una edad determinada, ya que a partir de este valor es fácil calcular el tránsito acumulado a cualquier edad si se conocen las tasas anuales de crecimiento del parque vehicular. Dicha cantidad puede calcularse a partir del Tránsito Medio Diario Anual (TMDA) y la distribución por tipo de vehículo para cada tramo (ambos datos emanados del último censo de tránsito disponible). Para el cálculo de EE influyen el Número de Camiones Simples NCS (de dos ejes), el Número de Camiones Articulados NCA (de más de dos ejes) y el Número de Buses NB. Utilizando factores de equivalencia de carga obtenidos por la DirecciónNacional de Vialidad (MOP, 1994), la ecuación es la siguiente : EE = 2,01 NCS + 3,55 NCA + 1,98 NB

(2)

Este es el tránsito que circula por el tramo a la fecha de medición censal, pero a efectos de una posterior clasificación por niveles de tránsito es necesario calcular el tránsito T hipotéticamente 0 que debió tener cada tramo en el momento de su puesta en servicio. Para ello deben considerarse idénticas tasas anuales de crecimiento por tipo de vehículo para todos los caminos. Si se clasifican los tramos según tránsitos actuales, se cometería el error de considerar como similares tránsitos que en realidad podrían ser bastante diferentes, al no considerar la variación introducida por la edad. Las


CARLOS VIDELA - HERNÁN DE SOLMIN IHAC - RODRIGO GAE TE - MARCELO BUST OS

mediciones del deterioro que se obtengan estarán afectadas de este error, lo que redundará en desmedro de la calibración. Las tasas de crecimiento utilizadas para la actualización de los tránsitos al año de la puesta en servicio fueron las siguientes (Armijo y Correa, 1989): Camiones livianos Camiones pesados Buses

2,5 % 6,0 % 6,5 % *-

2. 2

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CAPA CID AD ESTRUCTURAL

HDM-HI emplea el "Número Estructural Corregido" (NEC) para medir capacidad estructural en un pavimento. El NEC es la sumatoria de los productos entre los espesores de capas del pavimento y sus coeficientes estructurales, incluyendo el terreno natural. Este parámetro se puede estimar a partir de las deflexiones del pavimento, dado que existe una relación bastante definida entre NEC de un pavimento y su deflexión (Paterson, 1987), la cual ha sido calibrada a las condiciones de Chile (Echeverría et al., 1991). La deflexión es la deformación elástica de la superficie del pavimento bajo la aplicación de cargas normalizadas; HDM-in utiliza las deflexiones corregidas a valores medidos con Viga Benkelman y a 20° C de temperatura superficial. Por otra parte, el valor Benkelman es fácil de obtener en terreno a partir de mediciones realizadas mediante el deflectómetro de la Dirección Nacional de Vialidad, utilizando las relaciones propuestas en el estudio "Plan de Control y Seguimiento de Pavimentos Asfálticos" (DeSolminihac et al, 1988).

2. 3

CON DIC IONE S CLIMÁTICAS

Las variables características que representan al clima en HDM-HI son la temperatura y las precipitaciones (Paterson, 1987). A fin de considerar las condiciones climáticas durante el proceso de selección de tramos, se ha dividido al país en tres zonas globales: a) Zona Norte (clima cálido y seco) b) Zona Central (clima templado) c) Zona Sur (clima frío y húmedo)

2.4

desde el extremo norte del país hasta Los Vilos (regiones I a IV aproximadamente); entre Los Vilos y Chillan (regiones V a Vü, y Metropolitana); desde Chillan hasta fin del pavimento en Ruta 5 Sur (regiones VHI a X).

EDAD

Las diversas combinaciones que pueden formarse a partir de las tres variables anteriormente analizadas constituyen las categorías de pavimentos. A fin de obtener curvas confiables de comportamiento, hay que elegir tramos con diferentes edades (desde la construcción si la estructura es srcinal, o desde la última rehabilitación si es recapada), de manera tal que queden

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134 ^™



adecuadamente representadas las fases principales del deterioro de un camino. En general, pueden definirse tres etapas en la vida de un camino: a) Etapa inicial b) Etapa media c) Etapa terminal

: desde su construcción (o rehabilitación estructural) hasta el inicio del deterioro; el camino presenta buen estado general. : desarrollo del deterioro, que se acelera con el tiempo. : el camino se ha deteriorado considerablemente y su nivel de servicio se ha reducido significativamente.

Tomando en cuenta la evolución esperada del deterioro, se consideraron las siguientes etapas para clasificar las edades de los pavimentos: - Etapa inicial - Etapa media - Etapa terminal

2. 5

hasta 4 años entre 5 y 11 años 12 años o más

TIP O DE ESTRUCTURA

También se pretende evaluar, sobre la base de experiencias realizadas en Argentina (Pagóla et al., 1993), la influencia que tiene sobre los modelos de deterioro el hecho de que el pavimento permanezca con su estructura srcinal o haya sido reforzada con nuevas capas luego de su construcción. Se consideran por lo tanto dos clases de estructura: a) Original

:

b)Recapada

:

subdividida a su vez en Mezclas Asfálticas y Tratamientos Superficiales, por tener comportamientos disímiles; con un recarpeteo estructural.

3.

ME TO D OL OG ÍA DE SELE CCIÓ N DE TRA MOS MUÉ STRA LES

3.1

CRITERIOS GENERALES EMPLEADOS

Una vez establecidas las variables independientes (o factores) del estudio, corresponde fijar cnterios que permitan determinar en cuántos niveles debe subdividirse cada una. En las variables de tipo numérico, tales como tránsito, deflexiones y edad, se han definido los niveles como subdivisiones continuadas del rango de valores que presenta la variable, es decir que coincide el límite superior de un nivel con el inferior del nivel consecutivo.Los "rangos por nivel" tienen como funció n delimitar el espacio de inferencia de los modelos para las distintas categorías, de modo de asegurar una cierta confiabilidad en la predicción de dichos modelos. Se clasificó al tránsito según tres niveles: bajo, medio y alto. Un número inferior de niveles no refleja adecuadamente la amplia gama de valores que presenta esta variable, pero asumir más niveles implica la necesidad de contar con más datos, y además se reduce el número de tramos disponible dentro de algunas categorías. Para las deflexiones, el rango de valores es bastante más reducido que para el tránsito. Sin embargo, en este estudio se pudo comprobar que la variación relativa de las


^ ^ 1 35

CARLOS VID ELA - HERNÁN DE SOL MINIHAC - RODRIGO GAE TE - MARCELO BUS TOS

deflexiones tiene mayor influencia sobre la rugosidad del pavimento que la variación del tránsito, por lo cual debería subdividirse en al menos tres niveles (deflexión alta, media y baja). Más niveles no es conveniente por razones análogas al caso del tránsito. La fijación de los niveles para tránsito y deflexiones se realiza mediante la metodología descrita en la Figura 4, considerando como criterios rectores, tanto el minimizar el error en la predicción, como el contar con un número suficiente de tramos muéstrales que permitan calibrar los modelos para distintas categorías. Respecto a las otras variables, resultan también tres niveles para cada una (incluido el tipo de estructura, debido a la diferenciación por capas de rodadura en las estructuras srcinales). De esta manera, el diseño inicial del factorial queda tal cual se presenta en la Tabla 1. Dentro de la tabla, las categorías están definidas por las diferentes combinaciones entre niveles de las variables dispuestas horizontalmente (tránsito, deflexión y clima); por consiguiente, cada categoría tiene tres celdas en la misma vertical. Cada una de esas celdas deberá contener tramos cuyas edades pertenecen a diferentes etapas en la vida de un camino. En relación a cuántos tramos deberían seleccionarse por categoría para lograr una buena calibración del modelo, no hay un criterio taxativo. Lo ideal sería contar con al menos dos datos por celda, para un mejor análisis estadístico (DeSolminihac, 1987), aunque también podría aceptarse contar con tramos cuyas edades pertenecieran a la primera y última etapa, o a las dos últimas. También podría ser útil si se contara sólo con datos de las dos primeras etapas pero suficientemente distanciados en el tiempo. En definitiva, es el operador quien debe aceptar o desechar alguna categoría a efectos de la calibración analizando el caso particular, en base a disponibilidad de datos, importancia de la categoría en cuestión, etc.



Tabla 1: Factorial del expenmento Estructura

Tránsito

Bajo: 100a265EE/d

Medio: 427 a 712

Alto: 1770 a 3047

EE/d

EE/d

Original Deflexión

Clima Edad

0a4

(años)

5 a 11

10a 21 C S

31 a 39 C S

48 a 66 C S

10a 21

Cs

31 a

48 a

39 C S

66 C S

10a 21 C S

31 a 39 C S

48 a 66 C S

12 o más Estructura

Tránsito

Bajo: 100 a 265 EE/d

Medio: 427 a 712

Alto: 1770 a 3047

EE/d

EE/d

Recapada Deflexión

Clima Edad

0a4

(años)

5all

10a

31 a

48 a

10a

31 a

48 a

10a

31 a

48 a

21

39

66

21

39

66

21

39

66

C S

C S

C S

C S

C

s

C S

C S

C S

C

s

12 o más

4.

ME TO DO LO GÍ A ESTADÍSTICA DE CALIBRACIÓN DE LOS KI

A fin de obtener las curvas de evolución de los distintos tipos de deterioro que más se adaptan a los valores observados a partir de las ecuaciones de HDM-III, mediante la calibración de los factores Ki en cada categoría, se sugiere el procesamiento estadístico esquematizado en la Figura 5. a) Definición de las características representativas de la categoría. Para calibrar una categoría con SAD debemos ingresar un tránsito y una capacidad estructural representativos de la categoría. Siguiendo con el criterio utilizado para la selección de los tramos, el valor representativo correspondería a la media ponderada por la longitud de cada tramo. Asimismo, deben definirse las restantes características requeridas por SAD (climáticas, estructurales, geométricas, etc.) para el camino "tipo" representativo de la categoría.


CARLOS VID ELA - HERNÁN DE SOL MINIHAC - RODRIGO GA ETE - MARCELO BUS TOS

b) Verificación de la homogeneidad del deterioro enel tramo. Una hipótesis importante asumida es suponer que estamos trabajando con tramos homogéneos, que presentan un grado de deterioro uniforme en toda su extensión. A fin de validar lo más posible dicha hipótesis, en cada tramo se debe calcular el coeficiente de variación del deterioro CVar, igual a la desviación estándar del deterioro en el tramo dividida en su deterioro promedio (CVar = s/Xmed). Si CVar supera un cierto límite (aprox. un 25%), debería subdividirse al tramo en subtramos hasta que CVar sea menor que este límite, a fin de asegurar una mínima uniformidad. En tramos con menos de 2 km de longitud no es factible hacer esta subdivisión, ya que la longitud mínima de análisis para HDM-EQ es 1 km (Watanatada et al., 1987). Eventualmente, el CVar podría indicar, si es muy elevado, la conveniencia de desechar d dato. c) Descarte inicial de datos anómalos. Cuando se presentan datos que de acuerdo a la experiencia previa aparezcan claramente desviad os respecto al deterioro esperable para una cierta edad, puede convenir descartarlos a priori. Dichos datos podrían indicar diferencias de calidad en la construcción de los pavimentos dentro de una misma categoría, o errores de los equipos de medición (descalibración). Si esos datos se ingresaran al SAD, tendrían una gran influencia en la determinación de los Ki calibrados, sesgando los resultados finales. Se sugiere descartar en un primer intento aquellos datos que visualmente resulten anómalos en las gráficas de deterioro vs. tiempo, lo cual se valida o corrige posteriormente en base a tests estadísticos (Student). d) Ponderación de los datos de deterioro. El SAD permite sólo un valor de deterioro observado por año; por lo tanto, donde se presente más de un dato con igual edad, se debe calcular un deterioro medio ponderado por longitud de cada tramo, solamente utilizando datos no descartados, que se ingresa al SAD para la edad en cuestión. La ponderación da igual peso a cada edad en rdación a la calibración, ya que ningún año tiene más de un dato. •

e) Estimación de valoresiniciales de deterioro. El SAD necesita un valor de IRI inicial a efectos de la calibración; a tal efecto puede emplearse un criterio estadístico que permita obtener un IRIo ajustado en función de los datos. Para ello se busca, por tanteos, aquel IRIo que minimice la suma de los cuadrados de las diferencias entre datos predichos y observados. Otros valores tales como los tiempos de inicio de grietas y pérdida de áridos pueden estimarse análogamente. Un método alternativo para evaluar d IRIo consiste en medir este valor en los caminos de reciente construcción o rehabilitación. f) Verificación de la preselección de datos utilizados. Finalmente, se procede a calibrar los distintos modelos mediante el SAD, obteniendo factores K¡ preliminares de calibración. Entonces se aplica para todos los datos, descartados y no descartados, un test de Student de residuos estandarizados (calculados a partir de la diferenda entre valores observados y predichos). Se verifica así que el descarte o aceptadón inidal de datos haya sido estadísticamente correcto. Si los tests determinan que no correspondía descartar algunos datos, o que hada falta descartar otros, o ambas cosas, debe redefinirse el conjunto de datos aceptados y volver al apartado d), repitiendo el proceso hasta lograr un resultado satisfactorio.

i 3Q



5.

CONCLUSIONES

Se ha propuesto una metodología que permita la calibración de modelos de deterioro de pavimentos asfálticos, mediante la aplicación de la técnica de "ventanas", la cual considera la agrupación de caminos en categorías que tengan características similares, pero con distintas edades. Para la definición de las categorías de caminos se consideraron las siguientes variables: tránsito, capacidad estructural y clima. Esta metodología posibilita realizar las med iciones en un plazo muy breve, permitiendo inferencia todas las etapas del ciclo de vida de pavimentos un pavimento asfáltico. Unaampliar vez queelseespacio hayan de recopilado las amediciones del comportamiento de los en cuanto a inspección visual (grietas, baches, etc.) y auscultación continua (rugosidad y deflexiones), se podrá disponer de modelos de deterioro calibrados que sean representativos de la realidad chilena. Dichos modelos serán muy útiles para ser usados en determinar programas de mantenimiento, tanto a nivel de red como para proyectos específicos, porejemplo, las concesiones.

AGRADECIMIENTOS Los autores del prresente trabajo agradecen a la Dirección de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas de Chile, por el apoyo técnico y económico otorgado a través de las investigaciones contratadas con la Pontificia Universidad Católica de Chile.

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^ ^ i 30

CARLOS VIDELA - HERNÁN DE SOLMI NIHAC- RODRIGO GA ETE - MARCELO BUS TOS

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Figura 1. Modelos de deterioro del HDM- m (Paterson, 1987)

Figura 2. Miniínización de cuadrados de las diferencias entre valores estimados y medianos (Videla et al., 1992)


(1995)

CARLOS VIDELA - HERNÁN DE SOLM INI HAC - RO DRI GO GAETE - MARCELO BUST OS

Figura 3. Curvas calibradas de comportamiento obtenidas mediante "ventanas"

Figura 4. Diagrama de flujo de la metodología de selección de tramos



Figura 5. Diagrama conceptual de la metodología de calibración


METODOLOGÍA DE ELABORACIÓN Y GESTIÓN DE PROGRAMAS DE CONSERVACIÓN DE CAMINOS PARA LA RED VIAL AUSTRAL.

Tomás Echaveguren N., Jaime Correa F., Ménica Woywood Y. Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Concepción Casilla 53-C, Correo 3, Concepción, Chile Tel: 41-234985, Anexo 2320; Fax 41-259190

RESUMEN

La red vial austral está constituida por 2600 Km de caminos, de los cuales cerca de 1400 son de tierra o ripio, distribuidos en una via longitudinal y siete transversales. Adicionalmente, se pretende a largo plazo construir cerca de 2500 Km. más, correspondientes a la red de bajo estándar. Dada la restringida disponibilidad de fondos, es necesario paralelo proceso de de fondos construcción consolidación, destinar esfuerzos a mejorar las técnicas de alasignación para ely mantenimiento de caminos de tierra y/o ripio en la red austral. El trabajo, tuvo por objetivo crear un marco metodológico orientado a la asignación de recursos para programas de conservación de la red vial austral, en virtud de las características particulares antes indicadas. La metodología, integra los aspectos más relevantes del modelo HDM-HI en la estimación de parámetros de deterioro, la experiencia de los profesionales del área de conservación, y vanables socioeconómicas para la determinación de un indicador de estado global para cada tramo de la red. En la determinación del indicador de estado, se plantea un conjunto de estrategias de conservación por tramo, las que forman un conjunto de combinaciones factibles para la red. El modelo toma en cuenta las combinaciones factibles de indicadores de estado (que caracteriza cada tramo de la red), para efectuar una priorización de estrategias de conservación por tramo, mediante técnicas decisionales que permiten ordenar y seleccionar las combinaciones de programas que reportan un mayor beneficio social neto, con o sin restricción presupuestaria.


METODOLOGÍA DE ELABORACIÓN Y GESTIÓN DE PROGRAMAS DE CONSERVACIÓN DE CAMINOS PARA LA RED VIAL AUSTRAL

1.-

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, en la XP Región se gasta cerca de US$ 5 millones por año en conservación de la red vial, de los cuales US$1.75 millones se invirtieron en el último año en dos proyectos en la modalidad de conservación global. La región, cuenta con más de 2400 Km de red básica y comunal, en su mayor parte de tierra y ripio, que se pretende con alrededor de de 2500 características similares (Vargas y Echaveguren, 1995).ampliar La principal limitación esteKmtipode de caminos es su rapidez de deterioro, tanto por sus condiciones estructurales, como por las severas condiciones invernales que les afectan. Los factores de mayor incidencia corresponden por un lado a los efectos térmicos, temperatura y nivel de precipitaciones, que están directamente relacionados con las condiciones orográficas de la zona, y por otro, al material utilizado en la confección de carpeta de rodado, características de diseño de la carpeta, drenaje, suelo soportante, diseño geométrico del camino, clima, entre otros. Estos, generan problemas de deterioro que si bien son comunes a los caminos de tierra y ripio, en la zona sur austral se ven exacerbados por las condiciones climáticas. Los problemas de deterioro detectados en los caminos de la XP Región por el departamento de Conservación de la Dirección Regional de Vialidad son: pérdida de coronamiento, corrugación, ahuellamiento, baches, zanjas, pérdida de material de la carpeta, desplazamiento del material del talud de corte sobre la calzada, hundimi ento dedela calzada desplazamien to del talud delporterraplén, fosos con vegetal o de acumulación material,porcolapso de alcantarillas acumulación de crecimiento material, deterioro señalización vial y defensas camineras. La necesidad de administrar en forma eficiente la conservación de la red, obliga al cumplimiento de los siguientes objetivos: a) Proteger la inversión que significa la construcción de caminos, prolongando su duración mediante una conservación oportuna y efectiva, b) proporcionar buenas superficies de rodado, continuidad en las vías y seguridad en el desplazamiento de los usuarios, de modo de disminuir los costos de operación, y c) distribuir el presupuesto asignado en forma eficiente a la red, de modo que los objetivos anteriores se cumplan al máximo posible. La mayoría de los métodos existentes que cumplen con objetivos similares al que se persigue, se orientan al seguimiento control y mantención de caminos pavimentados, como es el caso de los sistemas GEFIREX de España, ERASMUS de Francia (Alvarez, 1993) o PARADIGM en Estados Unidos (Ritchie, 1987), todos ellos destinados al análisis y diseño de estrategias de conservación óptimas y costo-eficientes con el apoyo de un gran soporte computacional, basado en sistemas expertos.


TOMAS ECHA VEGUREN N.- JAIME CO RREA F. - MON1CA WOY WOOD Y.

Con respecto al mantenimiento de caminos no pavimentados,se han desarrolladomodelos orientados principalmente a la evaluación económica, basados en la estimación del deterioro de la carpeta, siguiendo la evolución de algunos de los parámetros citados en párrafos anteriores. Es este el caso et al, 1985) y el modelo del modelo HDM-IH desarrollado por el Banco Mundial (Watanatada MDS, desarrollado en la Universidad de Pretoria(Gaete y Visser, 1994).' La metodología que se propone, adopta varias de las relaciones desarrolladas en el modelo HDM-III, como son los modelos de deterioro para caminos no pavimentados y de costos de operación. Evidentemente, todas las relaciones que se utilizan, se someterán en lo sucesivo a un proceso de validación, especialmente aquellas cuyo rango de validez se acerca al límite establecido en los modelos, dadas las condiciones climáticas regionales.

2.-

METODOLOGÍA

Las características que posee la metodología le confieren una ductilidad adecuada para su implementación computacional en un sistema interactivo. Entre ellas, las más relevantes son: a) Permite los pautas cálculosdefinidas básicos en independiente tramo del de manera quedesarrollar se requieren paraforma la subdivisión de lapara red,cada facilitando el camino, manejo de información y la aplicación de modelos específicos, b) posee la capacidad de utilizar la información existente actualmente en la XP Dirección Regional de Vialidad, tanto la obtenida por procedimientos formales como la obtenida de la experiencia de los encargados de conservación de caminos, c) es capaz de determinar para cada tramo de la red las distintas estrategias de conservación que pueden ser aplicadas para obtener distintos niveles de mejoramiento y d) es capaz de determinar el conjunto de estrategias de conservación por tramo que maximiza el beneficio social neto. •

1

] 4£ ^ ^

Citado por lichaveguren y Correa (1995).



La metodología, en un corte transversal con respecto

al tiempo, se muestra en figura 1.

Figura 1: Diagrama de flujo metodología. (Echaveguren y Correa,1995)

2 . 1 . - PROC EDIM IENT O DE UTILIZACIÓN El uso del sistema es de carácter iterativo en dos niveles. El primero de ellos se refire al número de ciclos que realiza el proceso dependiendo del número de períodos de tiempo a considerar. El segundo, se refiere a la evaluación sucesiva de combinaciones de estrategias de conservación por tramo en el proceso de maximizacion de beneficio social neto. En figura 2, se aprecia el ciclo de cálculo utilizado en el primer nivel.

9(t)

Figura 2: Ciclo primario de evaluación (Echave guren y Correa, 1995).


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en donde, g(t) u(t) u(t+l) f(t)

f(o)

función de características exógenas en estado intermedio entre t y t+1. función de estado de la red vial al final de t. función de estado de la red vial al final de t+1. características de estado de la red al final de t+1. características de estado al final de t =0. Corresponde a una condición de borde.

En la figura se aprecia que la información salida cada iteración, obtenida a partir de la función u(t+l),2, sirve de entrada para el siguientedeciclo y seenrepresenta por f(t). La función de estado u(t), representa la combinación de estrategias que maximiza el beneficio neto, priorizadas, determinado en el segundo nivel de cálculo (Ver figura 1). La operación en el segundo nivel, esta compuesta de los siguientes pasos: a) Previo a la operación del modelo, se prepara la información que utiliza, mediante la ejecución de dos pasos. El primero se refiere a lacaracterización de la red, y consiste en tramificar la red en base a características homogéneas por tramo. El segundo, es la evaluación del estado de cada tramo de la red, el cual entrega unadescripción del estado actual de los elementos del camino. b) La información obtenida en paso anterior se almacena en base de datos compuesta por dos tipos de registro, uno para los factores exógenos/endógenos y otra para la evaluación de estado. c) A cada tramo se le asignan estrategias de conservación en base a un procedimiento de búsqueda binaria. d) Aplicación de modelo de tránsito para determinar su evolución en cada tramo y en las situaciones base y con proyecto. e) Aplicación de modelo de deterioro para determinar el estado del tramo al final de cada período de análisis, para cada estrategia de conservación propuesta, mediante el modelo HDM-III. f) Se realiza una primera selección en base a una comparación con el estado mínimo aceptable y el estado final. Ambos estados se representan mediante índices que integran grupos de indicadores de estado de elementos individuales. g) Determinación de costos de operación de vehículos y de conservación para cada estrategia de conservación posible por tramo. h) Determinación de combinaciones de estrategias de conservación posibles en la red, eliminando las que no cumplan las restricciones impuestas. i) Asignación de prioridades de conservación (si es que las hay) y cálculo de beneficios sociales para la red.

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2. 2. - COMPONEN TES DEL MODELO El modelo está compuesto de una serie de elementos, ordenados de manera que sirvan de base para su implementación computacional.

2.2.1 .- Base de datos La base de datos contiene dos fuentes: Una la caracterización de la red y la otra, evaluación del estado de los elementos del camino. La caracterización de la red, contiene la información obtenida en la fase de tramifícación, que consiste en la subdivisión en tramos en que las condiciones ambientales, de tránsito, de diseño, y factores exógenos que afectan al camino sean similares. Luego a un nivel específico, a través de la descripción de factores endógenos del camino. Los factores endógenos son aquellas características que de no mediar un cambio de estándar no cambian. Entre ellos se cuentan: diseño geométrico, perfil transversal, características del material de carpeta de rodado, subrasante y suelo de fundación. Los factores exógenos en tanto, corresponden a las características propias del sector en que se encuentra ubicado el camino y que lo afectan en forma extema. Entre ellos se cuentan la pluviosidad, temperatura, viento, nivel de tránsito, entre otros. Las características particulares de los tramos corresponden a la información basada en la evidencia empírica de los encargados de conservación y describe aspectos no medibles del camino, tales como mínimo deterioro admisible, probabilidad de ocurrencia de suelo heladizo, tasa de deterioro de elementos complementarios al camino distintos a la carpeta, entre otros. La evaluación de estado, corresponde al conjunto de indicadores en que se traduce la información proveniente del inventario vial, que describe el estado de los elementos del camino (rugosidad, calificación por condición). Esta evaluación obedece a un procedimiento estándar y se realiza en períodos de tiempo prefijados. De esta manera, el estado de los elementos del camino será el resultado de la acción de los factores exógenos, propios de la ubicación del tramo, sobre los factores endógenos propios del camino. Esta interacción se muestra en figura 3.

CARACTERIZACIÓN DE LA RED

EVALUACIÓN DE ESTADO

Figura 3: Interacción Estado del camino vs. factores endógenos y/o exógenos (Echaveguren y Correa, 1995).


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2.2.2.- Estrategias de conservación Una estrategia de conservación se define como el conjunto de operaciones de conservación posibles de aplicar en una tramo del camino. Dicho conjunto de operaciones le conferirá al tramo intervenido un grado de serviciabilidad proporcional al nivel de conservación efectuado en él. Las estrategias de conservación posibles de realizar en un tramo de camino dado, se ajustan a las condiciones del deterioro en que se encuentra el tramo y los factores exógenos y endógenos. La forma de operar del sistema corresponde a una búsqueda binaria, que consiste en preguntar para cada indicador considerado si cumple con cierta característica (valor umbral); si la respuesta es positiva la búsqueda continúa. Si no, sigue a la alternativa siguiente. Sólo existen dos vias posibles para cada pregunta. •

2.2.3.- Modelo de deterioro Para estimar la evolución de la rugosidad de la carpeta, se utiliza el Submodelo de deterioro del modelo HDM-III (Watanatadaet al, 1985). Para estimar la evolución del estado de los demás elementos del camino se considera suficiente el uso de relaciones lineales. Estas, se determinan por medio de la evidencia empírica existente másun seguimiento continuo de dichoselementos.

2.2.4.- índice global de deterioro Al final de cada período de tiempo, para cada estrategia de conservación por tramo, se calcula un índice global de deterioro(IGD), el cual corresponde a la agregación de los indicadores de deterioro resultantes de la aplicación del modelo. Este índice se compara con un valor mínimo admisible, Im, característico para cada tramo. Corresponde a un valor agregado de datos empíricos, obtenidos en base a antecedentes determinados por expertos en conservación. De esta manera, es posible comparar y descartar aquellas estrategias de conservación ineficientes. Una restricción importante es la condición sin proyecto, en la cual al no realizarse conservación el índice global de deterioro es menor que el valor mínimo admisible (IGD
2.2.5.- Modelo de costos El modelo de costos se compone de dos submodelos. El submodelo de costos de operación, utiliza el módulo de costos de operación del modelo HDMIII, el cual calcula costos en base a la rugosidad de la carpeta, diseño geométrico del camino, condiciones ambientales y de tránsito. Los costos se calculan al final del período de análisis para cada estrategia de conservación considerada (situación con proyecto) y para el caso en que no se realice conservación o se realiza conservación mínima (situación sin proyecto).

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El submodelo de costos de conservación en tanto, aprovecha la experiencia práctica de los encargados de conservación, debido a que las características particulares de cada tramo impiden la determinación de valores estándares para toda la red, para determinar los precios unitarios de las actividades asociadas a una estrategia en particular.

2.2.6.- Modelo de tránsito El modelo de tránsito, permite determinar la evolución del tránsito a partir de un año base hasta el final del período de análisis. La primera aproximación desarrollada, utiliza como insumo las mediciones de tránsito con que cuenta la XF Dirección Regional de Vialidad. En tanto no se cuente con un procedimiento más exacto, se utilizan tasas de crecimiento de tránsito locales.

2.2.7.- Alternativas de programas de conservación Se generan todas las combinaciones posibles de proyectos de conservación factibles de realizar en la red. El procedimiento consiste en ordenar en una matriz los tramos por un lado y las estrategias de conservación por otro. Se determinan todas las alternativas de proyectos, donde cada alternativa considera una estrategia cualquiera de conservación por tramo, siendo el conjunto de estrategias una combinación posible. En tabla 1, se muestran tres posibles combinaciones (números entre paréntesis). Por ejemplo, la combinación (2) es aplicar en los tramos 1 y 2 la estrategia 1 y en el tramo n la estrategia 2. Si se definen restricciones de algún tipo, se generarán combinaciones no factibles reduciendo el número de alternativas a analizar. Ejemplos de éstas restricciones son: a) IGD
Tramo 1

Tramo 2

Tramo n

Estrategia 1

0)(2)

(2)

(1)

Estrategia 2

(3)

(1)

(2) (3)

Estrategia m

(3)

Tabla 1: Matriz de combinaciones (Echaveguren y Correa, 1995)


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2.2.8.- Distribución de montos de inversión La primera parte de este proceso corresponde a la asignación de prioridades de ejecución a cada proyecto de conservación, considerando como proyecto a las acciones de conservaaon que se ejecutarían en un tramo durante el período base de análisis. Lo que sigue es asignar a cada una de las combinaciones factibles los costos de conservación y beneficios sociales (ahorro de costos), que cada proyecto de conservación propone. Finalmente se determinan, para cada una de las combinaaones factibles, los proyectos que podrían ser abordados el período de análisis teniendo en cuenta las restricciones de presupuesto y el orden de prioridad que tengan, ya que sólo se podrán abordar aquellos cuya inversión social neto total no supere el marco presupuestario asignado, descartandoaquellos cuya priondad sea la más baja. Se elegirá aquella combinación que proporaone el máximo beneficio social neto asociado a la red.

a.- Procedimiento de priorización El procedimiento se basa en el uso de una herramienta decisional que proporcionará prioridad a cada tramo a conservar, a la manera de un ordenamiento objetivo. El ordenamiento se basa en un subconjunto de criterios definidos por el evaluador a partir de un conjunto preestablecido. Los criterios de priorización de partida propuestos son: Beneficio neto de conservar, descompuesto en ahorros de costo de los usuarios y costos de conservación; índice de deterioro; ímportancia estratégica del tramo. Adicionalmente, el evaluador puede incorporar asignaciones arbitrarias según la particularidad de alguna situación, tales como: tramos que no hayan sido incluidos en un programa de conservación durante cierta cantidad de períodos de tiempo, tramos que requieran de accesibilidad todo el año, cambios de estándar, asignación en base a la categoría del tramo dentro de la red. El método de priorización consiste en la integración de los indicadores cuantitativos y cualitativos ai un índice global que refleje el peso que cada uno de ellos tenga en la decisión final. Esto se logra mediante el uso de unafunción de utilidad. Para obtenerla, es necesario definir previamente un vocabulario que permita transformar los indicadores cualitativos o literales a valores numéricos representativos.Un ejemplo de esto se muestra en tabla2. LITERAL

NUMERAL

muy poca

0-2

poca normal mucha muchísima

42 -- 64 6-8 8-10

Tabla 2: Vocabulario de transformación de indicadores. (Echaveguren y Correa, 1995) Posterior a esto se define una función de utilidad consistente en establecer para cada indicador I una función J(I), I[0,1] que normalice los valores de los indicadores y transformarlos así a valores adimensionales. Un ejemplo de tales funciones se muestra en figura 4.



I: Beneficio Neto

I: índice de deterioro

I: Importancia Estratégica

Figura 4: Funciones de utilidad (Echaveguren y Correa, 1995). Como se aprecia en tabla 3(c), cada criterio proporciona un orden de prioridad diferente, lo que en la práctica es inmanejable. Esto se resuelve integrando todos los criterios en un índice único que entregue el ordenamiento de los proyectos, para lo cual se utilizamétodo el de la suma ponderada

Indicador 1 Indicador 2 Indicador 3

Tramo 1

Tramo 2

Tramo 3

300 50

400 20

100 40

Poca

Mucha

Normal

Tramo 1

Tramo 2

Tramo 3

300 50 2.5

400 20 7.5

100

Tramo 1

Tramo 2

Tramo 3

0.2 0.8 0.25

0.5 0.3 0.75

0.1 0.7 0.5

Beneficio Neto índice de deterioro Importancia Estratégica

(a)

Indicador 1 Indicador 2 Indicador 3

5

(b)

J1 J2 J3

(c)

(c) Tabla 3: Transformación de indicadores a valores normalizados (Echaveguren y Correa, 1995).

ACTAS DEL SÉPTIMO CONG RESO C HILEN O DE INGENIERÍA DE TRANSPORTE ( 1 99 5 )

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Este criterio requiere de la confección de una matriz de importancia relativa {ay}, que cumpla con las condiciones de reciprocidad y consistencia.2 Si tales condiciones se cumplen, de la primera fila se pueden calcular todos los otros elementos y bastará para determinar los pesos, utilizar la expresión: (1) Finalmente se realiza para cada tramo la suma ponderada de los indicadores,obteniéndose el valor de un índice agregado que proporcion a la prioridad de los proyectos de conservación . Luego, el orden de prioridad lo dará la magnitud de los índices de priorización. La tabulación del proceso se muestra en tabla 4. Los valores de J¡k corresponden al valor del indicador normalizado J¡,en el tramo k. p¡

Tramo 1

Tramo 2

Tramo n

J1 J2

J11 J21

J12 J22

J1n J2n

Jn

Jn1

Jn2

Jnn

EJiPi

11

12

In

P1 P2 Pn

Tabla 4: índices de ponderación (Echaveguren y Correa, 1995).

b.- Determinación de la mejor alternativa A cadadebido una deallasahorro estrategias de conservación bleusuarios, en cada tramo, se le asocia un benecomo ficio la social, de costos de operaciónejecuta de los determinado simplemente diferencia entre las situaciones con proyecto y sin proyecto. Luego de haber obtenido el orden de prioridad de conservación para cada una de las alternativas consideradas, se seleccionan aquellos que pueden ejecutarse en función del presupuesto disponible y de acuerdo a la prioridad que tengan. Posteriormente se agregan los beneficios netos asociados a los tramos elegidos y se elige la combinación que otorgue el mayor beneficio social neto, constituyéndose así en el programa de conservación que será aplicado a la red durante el período de análisis.

c- Previsión de escenarios Las combinaciones factibles para cada período, configuran un escenario futuro que maximiza los beneficios netos en cada instante de tiempo de análisis.A partir de esto, se puede definir un horizonte de evaluación no mayor de 5 años para el cual es posible determinar la rentabilidad social de los escenariosno anuales, manera que en un proceso es posible encontrarsocial el escenario maximice sólo losdebeneficios en cada período, sinoiterativo que también la rentabilidad neta paraque el horizonte de evaluación prefijado.

2

Reciprocidad : aij=l/aji Consistencia : aik=aij*ajk



3.- ALCANCES Debido al rol preponderante que la red vial ha tenido y seguirá teniendo en el desarrollo económico de la undécima región, es fundamental la generación de herramientas que faciliten la administración de una red que en el futuro se espera se duplique en longitud. En tal sentido la metodología planteada corresponde a una base con la cual se pretende afrontar el problema de asignación de fondos para la conservación. De tal manera que la metodología en su estado actual de desarrollo, consta sólo de un esquema de operación para el cual se proponen los procedimientos que pueden ser utilizados para el manejo de la información, estimación de evolución de estado de los elementos del camino, y demás aspectos presentados. S A

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El esquema modular con que se formuló la metodología, permite una fácil implementación computacional de modo que en tanto se tengan procedimientos específicos bien definidos, será posible ímplementar un software interactivo inclusive con el apoyo del sistemas de información geográfica para el procesamiento de la información. El principal insumo de la metodología es la evaluación de estado y caracterización de la red. Dadas las condiciones geográficas de la undécima región, es posible contar con la participación activa de las direcciones provinciales de vialidad de manera tal que la primera etapa en el proceso de tramifícacion de la red corresponde a una definición de carácter administrativo. Puesto que esta división no es suficiente, es necesario definir un procedimiento que permita tramificar la red en base a criterios objetivos, de manera de incluir fácilmente a la tramifícacion la red vial de bajo estándar, actualmente en programación. Previo a la etapa de implementación computacional del modelo, será necesario realizar una sene de estudios destinados a la habilitación progresiva de cada componente de la metodología. Entre ellos, tal vez los que requerirán mayores esfuerzos corresponden a la validación de los procedimientos tomados del modelo HDM-III para adaptarlos dentro de lo posible a las condiciones de la mayoría de los caminos existentes en la undécima región. Algunas de las áreas de trabajo que actualmente se están desarrollando en tomo a ésta metodología, son la determinación de la distribución geográfica de los factores ambientales que inciden en el deterioro de considerados. los caminos, de áreas de lograr condiciones homogéneas para cada uno de los factores Enmanera funcióndedeestablecer esto, se pretende la construcción de un procedimiento de tramifícacion que permita obtener una caracterización de la red, relativa a factores de carácter permanente. Dentro del esquema planteado de conformación de base de datos, es necesano además establecer un sistema estándar de evaluación de estado de los caminos, de manera que pueda ser ingresado directamente a la base de datos. Al respecto, Echaveguren y Correa (1995) proponen el uso del


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formato utilizado actualmente por la Dirección Regional de Vialidad teniendo en cuenta lo planteado por Gaete y Visser (1994)3. •

La metodología propuesta integra las capacidades del modelo HDM-ITJ en cuanto al cálculo de costos de operación y estimación del deterioro de la carpeta, con un procedimiento de priorización basado en el análisis multicriterio, junto a un método para la definición de estrategias de conservación integrales, dentro de un contexto local. Esto presenta ventajas en relación al uso del modelo HDM-UI como herramienta de gestión de la conservación de caminos ya que permite obtener resultados que toman en recursos cuenta las condiciones particulares que afectan a la undécima región, requiriendo además bajos computacionales.

REFERENCIAS

Alvarez, R. (1993). Instalación de un sistema de gestión de firmes en España. Rutas 38, 19-23. Echaveguren, T. y Correa, J. (1995). Modelo de gestión y planificación de programas de conservación para red vial austral.Informe de Habilitación Profesional. Departamento de Ingeniería Civil. Universidad de Concepción. Concepción. Vincke, P. (1986). Analysis of multicriteria decisión aid in Europe. European Journal of Operational Research 25.160-168. Ritchie, S. (1987). Expert system in pavement mangement. Transportation Research Vol 21A 2. 145-152. Vargas, J. Echaveguren, T. etal. (1994). Metodología de evaluación de caminos de bajo estándar para la XI* Región. Informe de Habilitación Profesional. Departamento de Ingeniería Civil. Universidad de Concepción. Concepción. Watanatada, T. et al (1985). The highway design and maintenance standards model. The Highway design and maintenance standards series Vol IV. The World Bank. Washmetnn

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Citado por Ediaveguren y Correa (1995).

ACTAS DEL SÉPTIMO CONGRESOCHILENODE INGENIERÍA DE TRANSPORTE (1995)

2-Infraestructura Vial

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